新型功能分子器件設計及性原理研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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萬海青 著

圖書標籤:

• 功能分子器件
• 分子器件
• 器件設計
• 功能材料
• 納米技術
• 物理化學
• 材料科學
• 電子學
• 理論研究
• 計算化學

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齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787568231787

商品編碼：29362177935

包裝：平裝

齣版時間：2016-10-01

基本信息

書名：新型功能分子器件設計及性原理研究

定價：42.00元

作者：萬海青

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2016-10-01

ISBN：9787568231787

字數：

頁碼：135

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書用基於密度泛函理論和非平衡格林函數的**性原理計算方法，較係統地研究瞭石墨烯、氮化硼及其準一維納米條帶和有機分子及碳鏈組成的分子器件體係的電子結構與輸運性質。從體係的能帶結構、態密度、分子能譜及透射譜等齣發，對體係的輸運特性加以解釋。在這些研究的基礎上，提齣調控功能分子器件電子輸運性質的手段和方法，為發展基於納米電子學的功能分子器件設計提供物理基礎。

目錄

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章 緒論
1.1 引言
1.2 分子電子學與納米器件的發展
1.2.1 分子電子學的發展
1.2.2 納米器件的發展
1.3 分子器件的理論和試驗方法
1.3.1 理論方法
1.3.2 實驗方法
1.4 新型功能分子器件電極材料
1.4.1 富勒烯、碳納米管和石墨烯納米條帶
1.4.2 碳單原子鏈的製備、結構與特性
1.4.3 硼氮納米條帶
1.5 幾種典型的分子器件效應
1.5.1 分子開關效應
1.5.2 分子整流效應
1.5.3 負微分電阻效應
1.5.4 自鏇過濾效應
1.6 本書的主要研究內容、方法和意義
第2章 理論計算與研究方法
2.1 性原理計算方法簡介
2.1.1 波恩一奧本海默絕熱近似
2.1.2 Hartree.Fock方法
2.1.3 密度泛函理論
2.2 格林函數方法
2.2.1 平衡格林函數
2.2.2 非平衡格林函數
2.2.3 分子器件中的電流計算
2.3 相關計算程序簡介
第3章 苯分子器件開關、雙自鏇過濾和負微分電阻效應
3.1 引言
3.2 模型與方法
3.3 結果與討論
3.3.1 苯環一電極不同取嚮自鏇相關伏安特性
3.3.2 不同偏壓下自鏇輸運譜與局域態密度
3.3.3 零偏壓下苯環一電極不同取嚮的自鏇輸運譜
3.4 本章小結
第4章 含側基團OPE分子器件雙電導、負微分電阻和整流效應
4.1 引言
4.2 模型與方法
4.3 結果與討論
4.3.1 ZGNR-OPE-C7-ZGNR分子器件伏安特性
4.3.2 零偏壓ZGNR-OPE-C7-ZGNR輸運譜與分子軌道
4.3.3 有限偏壓ZGNR-OPE-C2-7.ZGNR輸運譜與分子軌道
4.4 本章小結
第5章 Z形硼氮納米條帶自鏇過濾和整流效應
5.1 引言
5.2 模型與方法
5.3 結果與討論
5.3.1 不同邊緣鈍化自鏇的相關伏安特性
5.3.2 零偏壓輸運譜與投影態密度圖
5.3.3 有限偏壓輸運譜與分子軌道
5.4 本章小結
第6章 總結和展望
6.1 本書總結
6.2 本書主要創新點
6.3 後續工作展望
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《微納尺度材料的量子輸運與器件應用》 概述 在當今科學技術的飛速發展中，對材料微觀性質的深入理解和精準調控已成為推動科技進步的關鍵。本書《微納尺度材料的量子輸運與器件應用》聚焦於處於微納尺度下的材料，探討其獨特的量子輸運現象，並深入研究這些現象在新型功能器件設計與實現中的潛能。本書旨在為材料科學、凝聚態物理、微電子工程等領域的科研人員、研究生以及對前沿科技感興趣的讀者提供一個全麵而深入的知識框架，引領讀者理解微納尺度材料如何展現齣超越經典物理的奇妙行為，以及如何將其轉化為具有革命性意義的電子、光電子、熱電以及自鏇電子器件。 核心內容詳解 第一部分：微納尺度材料的量子輸運理論基礎 本部分將係統性地介紹理解微納尺度材料量子輸運現象所必需的核心理論。 量子力學基本原理與微觀粒子行為： 迴顧薛定諤方程、波函數、能量本徵態、不確定性原理等量子力學基本概念，並闡述這些概念如何解釋微觀粒子（如電子）在微納尺度下的非經典行為，如疊加態和量子隧穿。 固體材料的電子結構理論： 介紹布裏淵區、能帶理論（如絕緣體、半導體、金屬的能帶結構）、費米能級以及電子在周期性勢場中的運動。重點講解如何通過能帶結構理解材料的導電特性，並為後續討論量子輸運打下基礎。 量子輸運的基本概念： 朗道爾-普朗切特公式： 介紹該公式在描述單粒子量子輸運中的重要性，以及其在計算電導率中的應用。 非平衡格林函數（NEGF）方法： 詳細闡述NEGF方法作為一種強大的理論工具，如何處理含缺陷、界麵以及外部偏壓下的量子輸運問題。我們將探討其基本方程、求解方法以及在描述各種輸運現象中的優勢。 相乾輸運與退相乾： 區分相乾輸運（電子在傳播過程中保持其量子疊加態）和退相乾（與環境的相互作用導緻量子疊加態的破壞）。解釋退相乾機製（如聲子散射、雜質散射、電子-電子散射）對量子輸運性質的影響，以及如何通過材料設計和器件結構來抑製退相乾。 量子電導與朗道爾量子化： 探討在有限尺寸或一維/零維結構中，電導率可能呈現齣量子化的離散值，即朗道爾量子化。分析其産生機製和在納米綫、量子點等結構中的體現。 量子霍爾效應與分數量子霍爾效應（經典理論迴顧）： 雖然本書側重於一般的量子輸運，但簡要迴顧這些經典量子霍爾效應的理論基礎，可以為理解更復雜的量子現象提供背景，例如二維電子氣在強磁場下的量子化朗道能級。 第二部分：微納尺度材料的量子輸運現象 本部分將深入探討在微納尺度下齣現的多種獨特的量子輸運現象，這些現象是理解和設計新型器件的基礎。 量子隧穿效應： 詳細解釋電子或準粒子剋服能量勢壘的量子力學現象。分析隧穿概率與勢壘寬度、高度的關係，並介紹其在隧道二極管、掃描隧道顯微鏡（STM）等器件中的應用。 庫侖阻塞效應： 講解當納米器件尺寸小到電子之間的庫侖相互作用可以顯著影響電子隧穿時，齣現的輸運電流被限製的現象。分析其在量子點、單電子晶體管（SET）等器件中的作用。 朗道能級與磁輸運： 深入研究在磁場作用下，自由電子的能級分裂形成離散的朗道能級。探討朗道能級引起的磁電阻效應、霍爾效應等，以及其在磁性材料和磁傳感器件設計中的意義。 自鏇輸運現象： 重點介紹電子的自鏇自由度如何影響輸運性質。 自鏇依賴輸運： 討論自鏇嚮上和自鏇嚮下的電子在材料中具有不同輸運特性的現象，以及如何利用這一特性設計自鏇電子器件。 自鏇軌道耦閤（SOC）： 解釋SOC效應如何連接電子的自鏇和軌道運動，導緻自鏇 Hall 效應、 Rashba 效應等，這些效應在自鏇電流的産生和轉換中起著關鍵作用。 巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）： 詳細闡述這兩類重要的自鏇輸運現象，分析其物理機製，並介紹其在磁存儲、磁傳感器等領域的廣泛應用。 熱輸運的量子效應： 電子-聲子相互作用與熱導率： 分析在微納尺度下，電子與晶格振動（聲子）之間的相互作用如何影響材料的熱導率。 量子熱電效應： 探討如塞貝剋效應、珀爾帖效應等在量子尺度下的錶現，以及如何利用量子限域效應來提高熱電器件的效率。 拓撲量子輸運： 拓撲絕緣體與錶麵態輸運： 介紹拓撲絕緣體獨特的體絕緣、錶麵導電性質，以及其錶麵態電子的無能隙、受保護的狄拉剋錐特性，這些特性使得電子在錶麵具有特殊的拓撲保護輸運。 Majorana 費米子輸運（理論展望）： 簡要介紹Majorana費米子在拓撲超導體中的預測，及其在未來容錯量子計算中的潛在應用，以及相關的輸運探測方法。 第三部分：微納尺度功能器件的設計與應用 本部分將基於前兩部分闡述的理論和現象，詳細介紹如何利用微納尺度材料的量子輸運特性來設計和構建新型功能器件。 新型半導體器件： 量子點器件： 介紹量子點作為人工原子，如何通過庫侖阻塞效應實現單電子開關、量子比特等。 納米綫晶體管： 探討納米綫作為溝道材料，如何實現更優的亞閾值擺幅和更高的開關速度。 二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物）器件： 分析這些材料獨特的電子結構和輸運特性，在場效應晶體管、傳感器等方麵的應用潛力。 自鏇電子器件： 磁存儲器件： 詳細介紹基於GMR和TMR效應的磁存儲器（MRAM），分析其工作原理、性能優勢和未來發展。 自鏇邏輯器件： 探討如何利用自鏇電流進行信息編碼和邏輯運算，實現低功耗、高密度的計算。 自鏇注入與探測器件： 設計能夠高效産生、傳輸和檢測自鏇極化電流的材料和結構。 光電子與光電器件： 量子點發光二極管（QLEDs）： 利用量子點獨特的光緻發光性質，實現高效、色純度高的顯示器和照明。 光電探測器： 設計能夠利用量子限域效應增強光吸收和電荷分離效率的光電探測器。 光 홀效應器件： 探索利用光照誘導産生的霍爾效應來開發新型光電傳感器。 熱電器件： 納米材料的熱電轉換： 分析如何通過調控納米材料的聲子輸運和電子輸運，提高熱電優值（ZT），實現高效的廢熱發電或製冷。 微型熱電發生器與冷卻器： 設計應用於可穿戴設備、微型電子設備等領域的微型化熱電器件。 傳感器件： 基於量子輸運的化學和生物傳感器： 利用量子效應（如庫侖阻塞、錶麵態敏感性）對化學分子或生物標記物的極度靈敏探測。 磁傳感器： 基於GMR/TMR效應的各類高靈敏度磁場傳感器，應用於導航、醫療成像等領域。 量子計算的器件基礎（理論展望）： 超導量子比特與拓撲量子比特： 介紹基於量子點、納米綫、拓撲材料等構建的量子比特候選者，以及它們在量子信息處理中的作用。 量子隧穿結在量子計算中的應用： 探討如何在量子計算係統中利用量子隧穿實現量子比特的讀齣和控製。 第四部分：實驗技術與理論模擬 本書還將簡要介紹用於研究微納尺度材料量子輸運現象的關鍵實驗技術和理論模擬方法。 實驗技術： 低溫輸運測量： 介紹在極低溫環境下進行精確電學和磁學測量的技術，以觀察和分離量子輸運效應。 微納加工技術： 介紹光刻、電子束刻蝕、聚焦離子束等技術在製備微納器件中的關鍵作用。 掃描探針技術： 詳細介紹STM、AFM等技術在錶麵形貌、電子態密度測量以及單分子探測中的應用。 同步輻射光源與中子散射： 介紹這些先進光源如何用於材料的結構錶徵和電子結構分析。 理論模擬方法： 密度泛函理論（DFT）： 介紹DFT在計算材料電子結構、能帶、原子結構等方麵的廣泛應用。 緊束縛模型： 講解緊束縛模型如何用於快速模擬低維材料和界麵處的電子性質。 基於NEGF的器件模擬： 介紹如何結閤NEGF方法和原子尺度電子結構計算，對微納器件的輸運性質進行精確模擬。 分子動力學模擬： 介紹如何利用分子動力學模擬研究材料的熱輸運、聲子動力學等。 總結與展望 本書旨在為讀者構建一個關於微納尺度材料量子輸運及其在功能器件應用中的完整認知圖景。通過深入理解量子力學在微納尺度下的獨特性質，並將其巧妙地應用於器件設計，我們可以創造齣超越經典物理極限的新型電子、光電子、自鏇電子和熱電器件。未來，隨著材料科學和製造技術的不斷進步，以及對量子現象認識的不斷深化，微納尺度材料的量子輸運必將為人類帶來更多革命性的技術突破，推動信息、能源、醫療等領域的跨越式發展。 本書的讀者將能夠： 掌握微納尺度材料量子輸運的基本理論框架。 理解各種量子輸運現象的物理機製。 瞭解如何利用這些現象設計和優化新型功能器件。 認識到微納尺度材料在未來科技發展中的重要作用。 本書的內容將側重於理論的清晰闡釋、現象的深入剖析以及器件應用的實際聯係，力求使復雜的量子物理概念易於理解，並激發讀者在相關領域的探索和創新。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗方麵，這本書的排版和注釋係統設計得相當用心。頁邊距留得恰到好處，許多關鍵公式都用醒目的粗體標齣，便於快速查找和迴顧。不過，可能是由於篇幅的限製，部分復雜的數學推導過程被簡化得有些突然。比如，在推導器件的本徵缺陷對性能影響的函數關係時，中間步驟的跳躍性比較大，對於沒有緊密跟進推導的讀者來說，理解起來會有些吃力，需要不斷翻閱附錄中的基礎數學知識進行補充驗證。另外，書中引用的參考文獻雖然數量可觀，但感覺在對近五年內最具顛覆性的研究成果引用上略顯滯後，這在快速迭代的分子器件領域是一個不小的遺憾。一本關於“新型”技術的書，理應緊跟最新的學術脈搏，讓讀者感到自己正在接觸最前沿的思想。

評分☆☆☆☆☆

總體而言，這本書的敘事風格偏嚮於嚴謹的工程手冊，而非啓發性的學術專著。它的語言是清晰的、邏輯是嚴密的，但缺乏那種能夠激發讀者進行大膽創新的激情和深度。我希望能讀到更多關於該領域未來十年可能的發展方嚮的哲學性思考，或者至少是對當前主流研究範式的深刻反思。例如，在討論環境穩定性或柔性器件集成時，書中多是描述現有技術方案的局限性，卻很少提齣革命性的、可以一舉跨越現有瓶頸的設計哲學。這種“穩紮穩打”的論述風格，雖然保證瞭內容的準確性，卻也犧牲瞭它作為一本“新型”領域指導書應有的前瞻性和啓發性，讀完後，留下的更多是知識的積纍，而非思維的躍遷。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度顯然是為高年級本科生或初入研所的學生準備的，它試圖構建一個從基礎熱力學到器件工作機製的完整邏輯鏈條。我注意到作者在闡述載流子傳輸機製時，引用瞭大量的經典物理模型，這對於打下堅實基礎是有益的。但是，在涉及“功能”二字的詮釋上，感覺略顯保守。例如，在討論光電轉換效率時，我期待看到更多關於激子動力學、界麵陷阱態控製的最新研究進展，特彆是那些能夠顯著提升效率的分子工程策略。書中對這些前沿問題的探討，似乎停留在教科書式的介紹層麵，缺乏當前學術界熱烈討論的那些“尖銳”的矛盾點和待解決的難題。這使得整本書讀起來像是一份非常紮實但稍顯過時的綜述報告，少瞭那麼一股催人奮進、直麵挑戰的研究前沿氣息。我希望作者能更勇敢地探討那些尚未完全解決、充滿爭議和機遇的研究盲區。

評分☆☆☆☆☆

這本書在“設計”這一環節的討論，我個人認為相對薄弱。我們都知道，分子器件的設計是高度依賴於對分子結構與電子性質之間關係的直覺和經驗的。我期待看到的是一套係統化的設計流程圖譜，比如如何根據目標能級匹配度來篩選候選分子，或者如何利用計算化學工具進行高通量篩選的實用案例。這本書中，設計似乎更多地被描述成一種“基於已知原理的組閤優化”，缺乏對那種“靈光乍現”的、完全打破現有範式的分子構築策略的深入剖析。這使得這本書更像是一本關於“已知原理如何應用於器件”的指南，而非一本指導讀者“如何創造齣全新分子”的藍圖。對於渴望掌握前沿分子設計思維的讀者來說，這無疑是一處明顯的不足。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常簡潔、專業，那種深邃的藍色調，搭配清晰的白色和黃色字體，一下子就抓住瞭我的注意力。作為一名對新興材料科學抱有濃厚興趣的讀者，我立刻被書名中“新型功能分子器件”這個關鍵詞所吸引。我原本預期它會是一本深入探討如何從分子層麵構建具有特定功能的電子或光學器件的專業教材，或許會涉及一些前沿的量子化學計算方法，或者精密的自組裝技術。然而，當我翻開內頁後，發現內容似乎更多地聚焦於基礎的物理化學原理和宏觀的器件性能分析，對於分子設計和閤成的具體“新穎”之處，著墨不多。這讓我感到有些齣乎意料，我更期待看到一些突破性的、不同於傳統半導體材料的全新分子結構案例，以及這些結構是如何通過精妙的分子間相互作用實現特定功能的詳細論述。遺憾的是，書中對具體分子實例的結構美感和創新性描述相對抽象，缺乏那種能讓人眼前一亮的“分子魔術”的震撼感。如果能增加更多高質量的分子結構圖譜和性能測試數據對比，我想這本書的吸引力會大大增強。