介电体超晶格（上） [Superlattices and microstructures of dielectric materials] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱永元，王振林，陈延峰，陆延青，祝世宁 著

图书标签:

• 介电材料
• 超晶格
• 微结构
• 材料科学
• 物理学
• 半导体
• 薄膜
• 光学
• 电子学
• 纳米材料

出版社： 南京大学出版社

ISBN：9787305178405

版次：1

商品编码：12091033

包装：精装

外文名称：Superlattices and microstructures of dielectric materials

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：454

字数：876000

内容简介

　　介电体超晶格是一种在光电子学、声电子学、量子信息学领域有重大应用前景的新型功能材料，是南京大学闵乃本院士及其团队通过20多年系统深入研究开拓的一个新的研究方向。从基本原理的提出、到实验验证、到原型器件，直到实用化的仪器研制，形成了系统性的研究成果，并于2006年获得了连续空缺多年的国家自然科学一等奖。项目成果共汇总成上下两册，《介电体超晶格（上）》为上册，共分为四个专题，《介电体超晶格（上）》的出版对我国科学技术的发展具有重大价值。

目录

第一章 介电体超晶格的研究
第二章 准相位匹配概念的拓展和非线性光学新效应
2．1 Harmoic Generations in an Optical Fibonacci Superlattice
2．2 Second-harmonic Generation in a Fibonacci Optical Superlattice and the Dispersive
Effect of the Refractive Index
2．3 Quasi-Phase-Matched Third-Harmonic Generation in a Quasi-Periodic Optical Superlattice
2．4 Experimental Realization of Second Harmonic Generation in a Fibonacci Optical Superlattice of LiTaO3
2．5 Crucial Effects of Coupling Coefficients on Quasi-Phase-Matched Harmonic Generation
in an Optical Superlattice
2．6 Wave-Front Engineering by Huygens-Fresnel Principle for Nonlinear Optical Interactions in
Domain Engineered Structures
2．7 Conical Second Harmonic Generation in a Two-Dimensional X2 Photonic Crystal
A Hexagonally Poled LiTaO3 Crystal
2．8 Experimental Studies of Enhanced Raman Scattering from a Hexagonally Poled LiTaO3 Crystal
2．9 Nonlinear Cerenkov Radiation in Nonlinear Photonic Crystal Waveguides
2．10 Nonlinear Volume Holography for Wave-Front Engineering
2．11 Nonlinear Talbot Effect
2．12 Diffraction Interference Induced Superfocusing in Nonlinear Talbot Effect
2．13 Cavity Phase Matching via an Optical Parametric Oscillator Consisting of
a Dielectric Nonlinear Crystal Sheet

第三章 克尔非线性光学超晶格与光子晶体
3．1 Light Transmission in Two-dimensional Optical Superlattices
3．2 Optical Bistability in a Two-Dimensional Nonlinear Superlattice
3．3 Experimental Observations of Bistability and Instability in a Two-Dimensional Nonlinear Optical Superlattice
3．4 Gap Shift and Bistability in Two-dimensional Nonlinear Optical Superlattices
3．5 Optical Bistability in Two-dimensional Nonlinear Optical Superlattice with Two Incident Waves
3．6 Three-dimensional Self-assembly of Metal Nanoparticles． Possible Photonic Crystal with a Complete
Gap Below the Plasma Frequency
3．7 Parity-time Electromagnetic Diodes in a Two-dimensional Nonreciprocal Photonic Crystal
3．8 Nonreciprocal Light Propagation in a Silicon Photonic Circuit
3．9 Experimental Demonstration of a Unidirectional Reflectionless Parity-time Metamaterial at Optical Frequencies
3．10 Plasmonic Airy Beam Generated by In-Plane Diffraction
3．11 Collimated Plasmon Beam： Nondiffracting versus Linearly Focused
3．12 The Anomalous Infrared Transmission of Gold Films on Two-Dimensional Colloidal Crystals
3．13 Localized and Delocalized Surface-plasmon-mediated Light Tunneling Through Monolayer
Hexagonal-close-packed Metallic Nanoshells
3．14 Experimental Observation of Sharp Cavity Plasmon Resonances in Dielectric-metal Core-shell Resonators
3．15 Magnetic Field Enhancement at Optical Frequencies Through Diffraction Coupling of Magnetic
Plasmon Resonances in Metamaterials

第四章 声学超晶格和声子晶体
4．1 Acoustic Superlattice of LiNbO3 Crystals and Its Applications to Bulk-wave Transducers for Ultrasonic
Generation and Detection up to 800 MHz
4．2 High-frequency Resonance in Acoustic Superlattice of LiNbO3 Crystals
4．3 Ultrasonic Spectrum in Fibonacci Acoustic Superlattices
4．4 Ultrasonic Excitation and Propagation in an Acoustic Superlattice
4．5 High-frequency Resonance in Acoustic Superlattice of Periodically Poled LiTaO3
4．6 Bulk Acoustic Wave Delay Line in Acoustic Superlattice
4．7 Negative Refraction of Acoustic Waves in Two-dimensional Sonic Crystals
4．8 Acoustic Backward-Wave Negative Refractions in the Second Band of a Sonic Crystal
4．9 Negative Birefraction of Acoustic Waves in a Sonic Crystal
4．10 Extraordinary Acoustic Transmission through a 1D Grating with Very Narrow Apertures
4．11 Acoustic Surface Evanescent Wave and its Dominant Contribution to Extraordinary Acoustic
Transmission and Collimation of Sound
4．12 Tunable Unidirectional Sound Propagation through a Sonic-Crystal-Based Acoustic Diode
4．13 Acoustic Asymmetric Transmission Based on Time-dependent Dynamical Scattering
4．14 Acoustic Cloaking by a Near-zero-index Phononic Crystal
4．15 Acoustic Phase-reconstruction near the Dirac Point of a Triangular Phononic Crystal
4．16 Topologically Protected One-way Edge Mode in Networks of Acoustic Resonators with Circulating Air Flow

第一卷：介电体超晶格（上） 概述 《介电体超晶格（上）》深入探讨了介电体超晶格这一精密设计的人工晶体材料的物理原理、制备技术及其基础性能。本书作为该领域的开篇之作，聚焦于介电体超晶格的基本结构、构建方法以及由此产生的独特电学、光学和电磁学特性，为读者构建起对这一前沿材料体系的全面认知框架。本书旨在为材料科学、凝聚态物理、电子工程、光学工程等领域的科研人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一份详实且具启发性的参考。 第一章：导论：介电体超晶格的兴起与意义 本章首先追溯了介电体超晶格概念的起源，介绍其作为一类周期性调制介电常数的人工结构，与天然晶体和传统复合材料的根本区别。我们将阐述为何在微纳尺度下对介电材料进行精确构筑，能够诱导出前所未有的物理现象和功能。 1.1 人工晶体材料的时代背景： 探讨了随着纳米技术和精密加工手段的发展，人类从探索和利用天然材料转向设计和创造具有特定性能的人工材料的历史进程。 1.2 介电体超晶格的定义与分类： 明确介电体超晶格的核心特征——周期性的人工结构，并初步介绍其常见的维度（一维、二维、三维）和组成单元（例如，不同介电常数的介质层、微柱、微球等）。 1.3 介电体超晶格的研究动机与科学价值： 强调了研究介电体超晶格的重要性，包括其在理解波-物质相互作用、调控电磁波传播、发展新型功能器件等方面的巨大潜力。 1.4 本书的研究范围与章节安排： 概述本书（特别是“上册”）所涵盖的核心内容，如基础理论、制备方法、基本性能表征，为后续章节的学习奠定基础。 第二章：超晶格理论基础：周期性结构的波物理 本章深入剖析介电体超晶格之所以能够展现出独特性能的根源——其周期性结构对电磁波传播产生的奇异效应。我们将从晶体光学和固体物理的类比出发，引入并解释相关的理论概念。 2.1 布拉格衍射与布里渊区： 类比X射线衍射，解释为何超晶格结构会对特定频率的电磁波产生强烈的衍射和反射，形成光子禁带（Photonic Band Gap, PBG）。引入布里渊区的概念，说明其在理解超晶格中波传播模式中的作用。 2.2 费涅尔方程与传输矩阵法： 介绍分析多层介质界面反射和透射的经典方法，并将其推广到多层超晶格结构，展示如何利用传输矩阵来计算整体的透射和反射谱。 2.3 有效介电常数理论： 对于尺寸远小于波长的超晶格，介绍如何通过平均化方法，将其等效为具有单一“有效”介电常数的新材料，并讨论其适用范围和局限性。 2.4 介质谐振与局域化效应： 探讨在某些特定结构设计下，电磁波可能在超晶格的缺陷区域或特定谐振模式下发生强烈的局域化，为光传感和光存储等应用提供理论基础。 2.5 费米能级与能带理论的类比： 尽管介电体超晶格是非电子系统，但其光子能带结构与固体物理的电子能带结构在数学和概念上有深刻的类比。本节将详细阐述这种类比，帮助读者理解光子晶体的能带特性。 第三章：介电体超晶格的结构设计与构建 本章聚焦于如何将理论构想转化为实际的物理结构，详细介绍介电体超晶格的各种结构设计原则以及当前主流的制备技术。 3.1 一维超晶格的设计与制备： 3.1.1 分层堆叠结构： 详述如何通过交替沉积不同介电常数材料（如多层薄膜）来构筑一维超晶格，重点介绍原子层沉积（ALD）、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等工艺。 3.1.2 周期性光栅结构： 介绍如何利用光刻、电子束刻蚀等技术在介质表面形成周期性的光栅结构，实现一维的光子晶体效应。 3.2 二维超晶格的设计与制备： 3.2.1 二维周期性排列的柱状或孔状结构： 讲解在介质基底上制备周期性排列的介质柱（如二氧化硅、氮化硅）或刻蚀周期性孔阵列的方法，包括自组装技术、模板法、定向凝固等。 3.2.2 二维光子晶体平面结构： 重点介绍利用聚焦离子束（FIB）刻蚀、飞秒激光直写等精密加工技术，在二维平面上构筑复杂的周期性结构。 3.3 三维超晶格的设计与制备： 3.3.1 复杂的体相周期结构： 介绍体相光子晶体（如Opals、Woodpile结构）的构筑思路，包括多层堆叠、自组装、3D打印等前沿技术。 3.3.2 缺陷工程与局域化结构的设计： 探讨如何在超晶格中引入有序的缺陷，以控制光传播和实现局域化，例如设计光学谐振腔、波导等。 3.4 材料选择与界面控制： 讨论在设计和制备过程中，材料的介电常数、损耗、折射率匹配等因素的重要性，以及如何控制材料界面处的平整度、附着力和化学稳定性，以优化超晶格的性能。 第四章：介电体超晶格的基础性能表征 本章关注如何实验测量和表征介电体超晶格的独特物理性能，为验证理论模型和评估器件性能提供关键手段。 4.1 光谱学表征技术： 4.1.1 反射谱与透射谱： 详细介绍如何利用分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、紫外-可见-近红外光谱仪等设备，测量超晶格在不同波长下的反射和透射特性，以此识别光子禁带和共振峰。 4.1.2 椭圆偏振光谱： 介绍椭圆偏振技术如何精确测量薄膜厚度、折射率和消光系数，对于表征超晶格各层的光学常数至关重要。 4.2 显微成像与形貌分析： 4.2.1 扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）： 用于观察超晶格的微纳结构形貌、周期性、晶界和缺陷，确认制备结构的完整性和精确度。 4.2.2 原子力显微镜（AFM）： 用于测量超晶格表面的粗糙度、高度变化以及纳米结构的精细形貌。 4.3 电学性能测量： 4.3.1 介电损耗谱： 介绍如何通过阻抗谱仪等设备，测量超晶格材料在不同频率下的介电常数和介电损耗，了解其作为功能材料的实际应用潜力。 4.3.2 霍尔效应测量： 对于掺杂或具有导电性的超晶格结构，介绍霍尔效应测量如何确定载流子类型、浓度和迁移率。 4.4 光学性能的深入表征： 4.4.1 角分辨谱： 测量超晶格在不同入射角度下的光谱响应，可以更全面地揭示其光子能带结构和各向异性。 4.4.2 光致发光（PL）和电致发光（EL）： 对于含有发光材料的超晶格，PL和EL测量有助于研究其发光特性与超晶格结构之间的耦合。 《介电体超晶格（上）》通过系统性的介绍，为读者打下坚实的理论基础，掌握前沿的制备技术，并熟悉基础的性能表征方法。本书的出版，旨在推动介电体超晶格材料研究的深入发展，并为相关领域的科技创新提供重要的参考和启示。

评分☆☆☆☆☆

对于我而言，一本好的学术著作不仅仅是知识的载体，更是思维的启迪者。我一直关注着凝聚态物理和材料科学领域的最新进展，而“超晶格”的概念近些年来在各个领域都展现出了巨大的潜力。我曾阅读过关于半导体超晶格和金属超晶格的书籍，对其中的周期性结构带来的新颖物理现象印象深刻。因此，当得知有专门介绍“介电体超晶格”的书籍时，我感到非常兴奋。我期待这本书能够提供一个系统性的理论框架，来理解介电体超晶格的形成机制，以及其独特的电学、光学和热学特性。我非常想知道，如何通过精细调控介电体材料的组成、厚度以及排列方式，来构建具有特定功能性的超晶格结构。同时，我也对这些材料在实际应用中的前景抱有浓厚的兴趣，比如它们在新能源、信息技术、甚至是生物医学领域的潜在价值。我希望这本书能够不仅限于理论探讨，还能提供一些前沿的研究方向和挑战，从而激发我更深入的思考和探索。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找能够帮助我深入理解现代材料科学前沿发展的书籍，尤其是那些能够连接基础理论和尖端应用的书籍。我的研究领域涉及到新型功能材料的设计与开发，而介电体材料在电子、光学、能量存储等众多领域都扮演着至关重要的角色。近年来，“超晶格”的概念在许多材料体系中都取得了突破性的进展，我非常好奇它在介电体材料领域是如何体现的，以及由此产生的“介电体超晶格”能否带来性能上的飞跃。我希望这本书能够清晰地阐述介电体超晶格的结构特性，例如周期性、界面效应等等，以及这些特性如何调控宏观的介电响应。此外，我也对这些新型超晶格材料的潜在应用非常感兴趣。书中是否会讨论如何通过设计超晶格结构来优化材料的介电常数、损耗、击穿场强等关键参数？是否会介绍一些具体的应用案例，比如在传感器、滤波器、甚至量子器件中的应用？如果能够提供一些关于制备方法和性能表征的初步介绍，那将是锦上添花。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装设计，尤其是封面，给我留下了深刻的印象。它选用了一种偏冷色调的背景，上面点缀着抽象的几何图形，整体感觉既有科技感又不失艺术气息。封面上“介电体超晶格”这几个字采用了一种比较特别的字体，看起来既稳重又透露着一丝前沿性。当我第一次拿到这本书时，它的纸张手感也非常舒适，不是那种光滑得有点滑腻的类型，而是带有微微的哑光质感，让人感觉很厚重，仿佛捧着的是知识的重量。装帧工艺也很扎实，翻阅起来不容易散架，这一点对于经常需要查阅资料的读者来说非常重要。我特别喜欢书脊的设计，简洁明了，能够清晰地辨认出书名和作者，即使是把书随意地放在书架上，也能很快找到它。总的来说，从拿到这本书的那一刻起，我就被它精心设计的“外衣”所吸引，它散发出的专业气息和精致品味，让我对书中内容充满了期待。我一直觉得，一本好书，从外观到内涵都应该是一致的，而这本书，至少在外观上，已经给了我一个非常好的开端。那种经过细致打磨的视觉和触觉体验，无疑会增加阅读的愉悦感。

评分☆☆☆☆☆

在收到这本书之前，我其实对“介电体超晶格”这个概念了解得并不深入，只是在一些科普文章中零星地接触过。我的专业背景主要集中在材料科学的基础理论方面，对更具体的应用和前沿技术了解不多。因此，当我看到这本书的标题时，我抱着学习新知识的心态。我设想这本书会以一种由浅入深的方式，从介电体超晶格的基本原理讲起，可能还会涉及到一些相关的数学模型和物理概念。我期待它能解释清楚为什么“超晶格”的概念在介电体材料中如此重要，以及它与传统介电体材料相比有何独特性。考虑到“上”这个字，我推测它可能是一个系列的第一本，这意味着它可能会奠定一定的理论基础，为后续更深入的讨论做好铺垫。我特别希望书中能包含一些图示和实例，能够帮助我更直观地理解那些抽象的物理现象。例如，如果能用图例展示出超晶格的周期性结构是如何影响材料的介电性能的，那将是极大的帮助。我猜测书中可能还会提及一些表征介电体超晶格结构和性能的方法，这对于一个初学者来说也是非常有价值的信息。

评分☆☆☆☆☆

我最近迷上了物理学的概念，尤其是那些能够解释我们周围世界运行方式的理论。我一直觉得，理解物质的微观结构如何影响其宏观性质是非常迷人的。当我偶然看到《介电体超晶格（上）》这本书名时，我的好奇心就被点燃了。我虽然对“介电体”和“超晶格”这两个词都有一定的模糊认识，但将它们结合起来，对我来说是一个全新的领域。我脑海中浮现出无数个问题：介电体材料本身就有很多种，加上“超晶格”这个概念，究竟会产生怎样奇特的性质？是不是就像在普通材料的基础上，通过精密的排列组合，赋予了它更强大的力量？我希望这本书能像一位耐心的老师，一步步地引导我进入这个新的世界。我喜欢那种能把复杂问题简单化，用清晰的语言和生动的例子来解释深奥概念的书。如果书中能有一些有趣的类比，或者是一些历史性的发展脉络，让我知道这个领域是如何一步步发展到今天的，那会让我感觉更亲切，更能体会到科学的魅力。