當(dāng)今物理學(xué)前沿問題選講

前言

物理學(xué)是一門自然科學(xué)的基礎(chǔ)性學(xué)科，它擔(dān)負(fù)著探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的重要任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的研究探索不斷深入，研究領(lǐng)域不斷拓展，新的研究成果不斷涌現(xiàn)。物理學(xué)與其他學(xué)科的交叉也顯得尤為突出，誕生了諸多新興的、交叉的、與物理學(xué)相關(guān)的學(xué)科，g富了人們_對物質(zhì)世界物理運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)和掌握，促進(jìn)了新科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生、成長和發(fā)展，改善了人們的生活質(zhì)量。因此，物理學(xué)與我們的日常生活息息相關(guān)，物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生更應(yīng)該搶先掌握和了解這些新的物理現(xiàn)象和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。那么，如何做到這一點(diǎn)呢？最好的方法還是走到物理學(xué)的前沿去看一看，百聞不如一見！但是，物理學(xué)前沿涉及的領(lǐng)域和內(nèi)容實(shí)在太多，要想在短時(shí)間內(nèi)看清楚物理學(xué)前沿的全貌還真有點(diǎn)難！如果你只想對物理f-這一大片原野略知一二，可以透過物理學(xué)的某些分支學(xué)科和研究方向的進(jìn)展這個(gè)窗口來了解；如果你想鳥瞰整個(gè)原野，不妨走出戶外看看，細(xì)細(xì)品味這美好的景色。本書取名為《當(dāng)今物理學(xué)前沿問題選講》就是出于這樣一種考慮而編寫的。這里“當(dāng)今”兩字主要突現(xiàn)時(shí)代氣息，意指近幾年來在物理學(xué)中出現(xiàn)的新概念、新規(guī)律、新分支、新技術(shù)以及新成果等。比如，石墨烯（Graphene）中的無質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子、自旋量子霍爾效應(yīng)以及自旋電子學(xué)（Spintronics）等都是新的物理概念。激光全息術(shù)、太赫茲技術(shù)、導(dǎo)電發(fā)光塑料等都是新技術(shù)的增長點(diǎn)?！懂?dāng)今物理學(xué)前沿問題選講》共分19講，每一講由一位教授或博士執(zhí)筆，絕大部分的內(nèi)容都取材于相關(guān)的前沿研究方向。主要從低維凝聚態(tài)物理、光學(xué)與技術(shù)、非線性物理、流體微流動(dòng)、核物理等方向介紹一些關(guān)于現(xiàn)代物理學(xué)前沿發(fā)展的概況。這里的低維物理主要涉及薄膜物理、量子霍爾效應(yīng)、石墨烯（Graphene）與碳納米管、導(dǎo)電發(fā)光塑料、冷原子物理以及自旋電子學(xué)；光學(xué)方向主要闡述激光全息術(shù)、固體光學(xué)特征、三維傳感與三維顯示、飛秒超快光學(xué)、太赫茲電磁波、稀土發(fā)光材料、光纖布喇格光柵傳感器；孤立子和混沌學(xué)作為非線性物理的主要內(nèi)容來介紹；流體微流動(dòng)的內(nèi)容包含了滲流力學(xué)和微米尺度的流動(dòng)。

內(nèi)容概要

本書主要從低維凝聚態(tài)物理、光學(xué)與技術(shù)、非線性物理、流體微流動(dòng)、核物理等方向介紹一些關(guān)于當(dāng)今物理學(xué)前沿發(fā)展的概況。低維物理主要涉及薄膜物理、量子霍爾效應(yīng)、石墨烯(Graphene)與碳納米管、導(dǎo)電發(fā)光塑料、超冷原子物理以及自旋電子學(xué)；光學(xué)方向主要闡述激光全息術(shù)、固體光學(xué)特征、三維傳感與三維顯示、飛秒超快光學(xué)、太赫茲電磁波、稀土發(fā)光材料、光纖布喇格光柵傳感器；孤立子和混沌學(xué)作為非線性物理的主要內(nèi)容來介紹；流體微流動(dòng)的內(nèi)容包含了滲流力學(xué)和微米尺度的流動(dòng)。全書注重物理新現(xiàn)象、新規(guī)律、新方法的描述，盡量不出現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，目的是體會(huì)研究物理學(xué)的方法和樂趣，激起讀者學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣。    本書可作為大學(xué)高年級學(xué)生的教材或參考書，也可作為物理低年級研究生了解相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的閱讀材料，同時(shí)還可以供講授有關(guān)課程的高等院校教師參考。

書籍目錄

第1講  薄膜物理  1.1  引言  1.2  薄膜的生長過程  1.3  薄膜的生長模式  1.4  薄膜的制備方法  1.5  薄膜生長的計(jì)算機(jī)模擬第2講  超冷原子氣與量子多體系統(tǒng)的模擬  2.1  引言  2.2  光品格與Hubbard模型  2.3  光品格與強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)  2.4  一維冷原子體系  2.5  展望第3講  導(dǎo)電發(fā)光塑料  3.1  導(dǎo)電塑料的發(fā)現(xiàn)  3.2  早已揭示的機(jī)理  3.3  模型的構(gòu)建  3.4  導(dǎo)電塑料研究新進(jìn)展及塑料芯片  3.5  發(fā)光塑料的發(fā)現(xiàn)  3.6  有機(jī)發(fā)光材料第4講  固體的光學(xué)特征  4.1  引言  4.2  晶體結(jié)構(gòu)  4.3  光學(xué)躍遷  4.4  結(jié)束語第5講  量子霍爾效應(yīng)  5.1  經(jīng)典霍爾效應(yīng)  5.2  磁場中的電子能量  5.3  磁通量子化  5.4  量子霍爾效應(yīng)  5.5  結(jié)束語第6講  玻色-愛因斯坦凝聚  6.1  玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)——新的物質(zhì)狀態(tài)  6.2  BEC的形成條件  6.3  BEC的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)技術(shù)  6.4  BEC研究的新進(jìn)展  6.5  BEC的應(yīng)用前景第7講  稀土光功能材料  7.1  稀土的特性及其在新材料中的應(yīng)用  7.2  稀土光功能材料  7.3  稀土離子發(fā)光原理第8講  石墨烯與碳納米管  8.1  引  言  8.2  石墨烯的結(jié)構(gòu)  8.3  石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用  8.4  石墨烯的基礎(chǔ)理論研究進(jìn)展  8.5  碳納米管及其應(yīng)用  8.6  碳納米管制備方法  8.7  結(jié)束語第9講  自旋電子學(xué)  9.1  引  言  9.2  巨磁電阻  9.3  自旋電子學(xué)的發(fā)展簡況  9.4  半導(dǎo)體自旋電子學(xué)  9.5  有機(jī)自旋電子學(xué)  9.6  結(jié)束語第10講  全息技術(shù)  10.1  激光全息原理  10.2  全息應(yīng)用  10.3  全息發(fā)展展望第u講  光學(xué)三維傳感及三維顯示  11.1  光學(xué)三維傳感概述  11.2  被動(dòng)光學(xué)三維傳感  11.3  主動(dòng)光學(xué)三維傳感  11.4  光學(xué)三維傳感的發(fā)展趨勢  11.5  三維顯示技術(shù)概述  11.6  三維顯示分類及其原理第12講  超短脈沖激光及超快過程的探測  12.1  短暫時(shí)間間隔測量的歷史回顧  12.2  超短脈沖激光  12.3  自鎖模鈦寶石(Ti:Sapphire)激光器  12.4  超快過程的探測方法  12.5  飛秒技術(shù)及其應(yīng)用第13講  光纖布喇格光柵在傳感中的應(yīng)用  13.1  光纖布喇格光柵傳感基礎(chǔ)簡介  13.2  FBG的解調(diào)方法  13.3  復(fù)用技術(shù)  13.4  FBG應(yīng)用實(shí)例第14講  太赫茲技術(shù)  14.1  太赫茲波的特性和優(yōu)點(diǎn)  14.2  太赫茲波的產(chǎn)生  14.3  太赫茲輻射的探測  14.4  展望第15講  微米尺度結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)  15.1  常規(guī)尺度下不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)理論  15.2  微米尺度下液體流動(dòng)的機(jī)理研究  15.3  微米尺度下液體流動(dòng)的減阻機(jī)理研究  15.4  微流動(dòng)研究和理論應(yīng)用展望第16講  滲流力學(xué)  16.1  多孔介質(zhì)  16.2  滲流力學(xué)發(fā)展簡史  16.3  滲流力學(xué)內(nèi)容  16.4  達(dá)西滲流定律  16.5  滲流力學(xué)應(yīng)用第17講  混沌理論簡介  17.1  混沌的定義  17.2  混沌的特征  17.3  混沌的定量刻畫  17.4  通向混沌的道路第18講  孤立子  18.1  孤立子的研究簡史  18.2  可積性與潘勒韋(Painleve)性質(zhì)第19講  原子核物理  19.1  引言  19.2  近年來核物理的發(fā)展簡介  19.3  結(jié)束語

章節(jié)摘錄

插圖：14.2.1 基于電子學(xué)方法的太赫茲波輻射源目前人們已能分別利用真空電子器件、電子回旋脈塞、自由電子激光、Cherenkov輻射，甚至使用儲(chǔ)存環(huán)加速器來產(chǎn)生高亮度太赫茲輻射。真空電子器件如返波管、擴(kuò)展互作用振蕩器、繞射輻射器件等的工作頻率已接近或達(dá)到1THz，回旋管可望在1THz產(chǎn)生千瓦級的脈沖輸出，平均功率可達(dá)幾十瓦以上?；诎雽?dǎo)體技術(shù)的太赫茲激光器或具有量子阱結(jié)構(gòu)的太赫茲量子級聯(lián)激光器（QCL）是以異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體（GaAs／AlGaAs）導(dǎo)帶中次能級間的躍遷為基礎(chǔ)的一種激光器，它利用縱向光學(xué)聲子的諧振產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，具有小巧、價(jià)格低廉和頻率可調(diào)的特點(diǎn)，是目前發(fā)展較為迅速、并被認(rèn)為較有發(fā)展前途的太赫茲相干輻射源，目前仍有許多技術(shù)瓶頸，比如說利用GaAs／A1GaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料的QCL可能存在原理上的限制，工作溫度難于達(dá)到室溫。屬于真空電子學(xué)范疇的自由電子激光器，原則上可以產(chǎn)生從遠(yuǎn)紅外到硬x射線全波段的相干輻射，具有頻譜范圍廣、峰值功率和平均功率高、可連續(xù)調(diào)諧以及相干性好等優(yōu)點(diǎn)，但它體積過于巨大、能耗高、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較為昂貴，難以普及應(yīng)用。14.2.2 基于光學(xué)方法的太赫茲波輻射源早期人們曾利用高壓汞燈或一般傅立葉變換紅外線光譜技術(shù)中所常用的1600～2000K的黑體輻射源產(chǎn)生太赫茲輻射，但存在輸出功率弱或相干性差等缺點(diǎn)。超短激光脈沖的發(fā)展給THz源帶來了很大的機(jī)遇，目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于飛秒激光脈沖和非線性光學(xué)晶體的THz激光源，如THz光導(dǎo)天線、光整流、非線性差頻、THz參量振蕩器和放大器（TPG、TPO、TPA）等，能產(chǎn)生寬帶亞皮秒太赫茲波。光電導(dǎo)天線法是利用飛秒激光器輻照半導(dǎo)體材料表面，在其表面激發(fā)載流子，利用載流子在外加電場作用下的加速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，通過偶極天線輻射THz脈沖，常用的光電導(dǎo)體有Si和低溫生長的GaAs材料，且大多采用相對簡單的基本赫茲偶極子天線結(jié)構(gòu)。

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《當(dāng)今物理學(xué)前沿問題選講》是由浙江大學(xué)出版社出版的。

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