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国际标准编号:2053-2733

材料量子理论作者:Efthimios Kaxiras和John D.Joannopoulos。剑桥大学出版社,2019年。精装本,第645页。价格为64.99英镑,89.99美元。国际标准图书编号9780521117111.

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英国牛津大学帕克斯路牛津大学物理系,OX1 3PU
*通信电子邮件:mike.glazer@physics.ox.ac.uk

关键词: 书评;量子理论;材料.

这是一本有645页文本的巨著,内容紧凑,充满了凝聚态理论物理学家最关心的重要概念。它以令人惊叹的图表制作而成,涵盖了你在这样的文本中所期望的所有材料。作者是Efthimios Kaxiras,他是哈佛大学的John Hasbrouck Van Vleck纯粹和应用物理学教授,以及John D.Joannopoulos,他是麻省理工学院的Francis Wright Davis物理学教授。正如你所期望的,来自这两个古老的机构,科学水平确实很高。这本书不适合胆小的人,因为它需要仔细研究才能读完所有的材料。它的目标是谁?我想说理论物理的研究生以及更高层次的研究生,但要为大量的学习做好准备。它绝对超越了本科生的头脑。

在长达十章的篇幅中,作者从原子成键开始,然后介绍平移周期,包括布里渊区。本章包含一个有用的元素周期表,它具有几种物理性质和结构类型。然而,我注意到没有钋的条目,钋是唯一的晶体材料,在环境条件下形成了不太可能的“简单”立方结构,这在凝聚物质课本中经常讲到。我非常欣赏左边的图,它显示了金属的能量和原子分离的关系,而右边是相应的能级图。这很好地说明了在大距离处退化的能级是如何在减少原子键距离以形成带时开始分裂的。

总之,接下来是一个奇怪的章节,标题是“超越平移周期的对称性”。读到这里,我意识到它们意味着引入旋转、反射和反转因此,这把它们引入了Bravais晶格、点群和电子能带结构等概念。可悲的是,从晶体学家的角度来看,他们使用了Schoenflies符号,虽然这对点群来说是可以的,但在描述空间群时却毫无用处。作者说,“在命名晶体点群方面,有一套较为合理的约定,如国际结晶学表.这个方案更复杂“(我强调)真的吗?我认为他们真的意味着他们两人都不准备了解国际结晶学表符号。

无论如何,继续往下讲,我们有几章专门讨论用单粒子术语描述的多粒子系统,然后是晶体的电子性质。我在这里特别感兴趣的是他们处理苯电子性质的方法,在这里,通过考虑位于圆上的原子并使用周期性边界条件创建一组有效的波矢量,分子被有效地视为一维的,用同样的方法,我们通常推导出晶体中电子和声子的态密度。结果是一个能量波矢量图,其解位于k个=0、±1/3、±2/3和±1。然后,这项技术也被应用于聚乙炔。这很聪明,很有启发性。

接下来是关于电子激发、晶格振动和变形的一章(当然,我们晶体学家知道晶格不能振动或变形,不是吗?但我们不要去那里了)。之后有一节是关于声子相互作用和拓扑约束的,这是目前凝聚态物理理论和实验中非常流行的一门学科。最后,有一章是关于磁性行为的,介绍了泡利顺磁性、伊辛模型和海森堡铁磁体的通常顺序。

在整本书中,章节以读者需要解决的问题结尾,并提供在线解决方案。很好的触摸。

所以,在谈到这本书的优点之后,我很抱歉不得不指出结晶学中常见的错误。根据我的经验,让理论物理学家认真对待晶体学概念和术语是一项艰巨的任务,尽管晶体学是大多数固态物理的基础。这破坏了在所有其他方面都是一本好教科书的东西。与理论物理一样,让我恼火的是,我们在格和晶体结构,传遍全书。它们出现的次数太多,无法在此列出,但请考虑几个。当他们指的是钻石结构时,我们有“钻石晶格”。像“晶格中所有原子共享电子”或“周期性重复形成晶格的带电离子”这样的说法。我们知道晶格是由点组成的,不是原子吗?我们得到了诸如f.c.亚晶格、互穿立方晶格等晶体学恐惧。然后是通常的理论家们所说的“蜂窝状晶格”。这实际上是基于六角形对称性,其中单位电池包含两个与晶格矢量无关的原子:换句话说,它是一个结构,而不是晶格。再次提到了h.c.p.晶格,它只是一个六角晶格。H.c.p.指的是原子的堆积,而不是晶格点。我可以继续,但你明白了。

简言之,如果你有足够的毅力仔细阅读固态理论,那么这是一本非常好的书,对任何从事凝聚态理论工作的人来说都很重要。但一定要试着忽略,或者更好的是,同时为自己纠正晶体学上的错误。