介电体超晶格(上) 朱永元,王振林,陈延峰,陆延青,祝世宁 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

朱永元，王振林，陈延峰，陆延青，祝世宁 著

图书标签:

• 介电超晶格
• 超材料
• 电磁波
• 周期结构
• 微波
• 毫米波
• 材料科学
• 物理学
• 天线
• 射频电路

店铺： 盛德伟业图书专营店

出版社： 南京大学出版社

ISBN：9787305178405

商品编码：29435861845

包装：精装

出版时间：2017-03-01

基本信息

书名:介电体超晶格(上)

定价：198.00元

售价：150.5元,便宜47.5元,折扣76

作者:朱永元,王振林,陈延峰,陆延青,祝世宁

出版社：南京大学出版社

出版日期：2017-03-01

ISBN：9787305178405

字数：

页码：454

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

---

内容提要

---

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

---

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 iaOptical Fibonacci Superlattice
2．2 Second-harmonic Generatioia Fibonacci Optical Superlattice and the Dispersive
Effect of the Refractive Index
2．3 Quasi-Phase-Matched Third-Harmonic Generatioia Quasi-Periodic Optical Superlattice
2．4 Experimental Realizatioof Second Harmonic Generatioia Fibonacci Optical Superlattice of LiTaO3
2．5 Crucial Effects of Coupling Coefficients oQuasi-Phase-Matched Harmonic Generation
iaOptical Superlattice
2．6 Wave-Front Engineering by Huygens-Fresnel Principle for Nonlinear Optical Interactions in
DomaiEngineered Structures
2．7 Conical Second Harmonic Generatioia Two-Dimensional X2 Photonic Crystal
A Hexagonally Poled LiTaO3 Crystal
2．8 Experimental Studies of Enhanced RamaScattering from a Hexagonally Poled LiTaO3 Crystal
2．9 Nonlinear Cerenkov RadiatioiNonlinear Photonic Crystal Waveguides
2．10 Nonlinear Volume Holography for Wave-Front Engineering
2．11 Nonlinear Talbot Effect
2．12 DiffractioInterference Induced Superfocusing iNonlinear Talbot Effect
2．13 Cavity Phase Matching via aOptical 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 TransmissioiTwo-dimensional Optical Superlattices
3．2 Optical Bistability ia Two-Dimensional Nonlinear Superlattice
3．3 Experimental Observations of Bistability and Instability ia Two-Dimensional Nonlinear Optical Superlattice
3．4 Gap Shift and Bistability iTwo-dimensional Nonlinear Optical Superlattices
3．5 Optical Bistability iTwo-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 Electromagic Diodes ia Two-dimensional Nonreciprocal Photonic Crystal
3．8 Nonreciprocal Light Propagatioia SilicoPhotonic Circuit
3．9 Experimental Demonstratioof a Unidirectional Reflectionless Parity-time Metamaterial at Optical Frequencies
3．10 Plasmonic Airy Beam Generated by In-Plane Diffraction
3．11 Collimated PlasmoBeam： Nondiffracting versus Linearly Focused
3．12 The Anomalous Infrared Transmissioof Gold Films oTwo-Dimensional Colloidal Crystals
3．13 Localized and Delocalized Surface-plasmon-mediated Light Tunneling Through Monolayer
Hexagonal-close-packed Metallic Nanoshells
3．14 Experimental Observatioof Sharp Cavity PlasmoResonances iDielectric-metal Core-shell Resonators
3．15 Magic Field Enhancement at Optical Frequencies Through DiffractioCoupling of Magic
PlasmoResonances iMetamaterials

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
Generatioand Detectioup to 800 MHz
4．2 High-frequency Resonance iAcoustic Superlattice of LiNbO3 Crystals
4．3 Ultrasonic Spectrum iFibonacci Acoustic Superlattices
4．4 Ultrasonic Excitatioand PropagatioiaAcoustic Superlattice
4．5 High-frequency Resonance iAcoustic Superlattice of Periodically Poled LiTaO3
4．6 Bulk Acoustic Wave Delay Line iAcoustic Superlattice
4．7 Negative Refractioof Acoustic Waves iTwo-dimensional Sonic Crystals
4．8 Acoustic Backward-Wave Negative Refractions ithe Second Band of a Sonic Crystal
4．9 Negative Birefractioof Acoustic Waves ia Sonic Crystal
4．10 Extraordinary Acoustic Transmissiothrough a 1D Grating with Very Narrow Apertures
4．11 Acoustic Surface Evanescent Wave and its Dominant Contributioto Extraordinary Acoustic
Transmissioand Collimatioof Sound
4．12 Tunable Unidirectional Sound Propagatiothrough a Sonic-Crystal-Based Acoustic Diode
4．13 Acoustic Asymmetric TransmissioBased oTime-dependent Dynamical Scattering
4．14 Acoustic Cloaking by a Near-zero-index Phononic Crystal
4．15 Acoustic Phase-reconstructionear the Dirac Point of a Triangular Phononic Crystal
4．16 Topologically Protected One-way Edge Mode iNetworks of Acoustic Resonators with Circulating Air Flow

作者介绍

---

文摘

---

序言

---

介电体超晶格：理解与应用的前沿探索 引言 介电体超晶格，作为一类具有周期性调控介电性能的人工结构材料，近年来在凝聚态物理、材料科学以及固体电子学等领域激起了广泛的研究兴趣。其核心在于通过精确控制不同介电材料的重复堆叠，构建出宏观尺度下具有量子力学效应的周期性结构。这种结构上的周期性赋予了介电体超晶格一系列独特的物理性质，使其在光电子器件、传感器、能量存储以及信息处理等诸多前沿技术领域展现出巨大的应用潜力。本篇简介将深入探讨介电体超晶格的构成原理、独特的物理特性、制备技术以及其在不同领域的潜在应用，力求展现这一新兴材料领域的深邃魅力与广阔前景。 一、 介电体超晶格的构成原理与结构特点 介电体超晶格的基本构建单元是两种或多种具有不同介电常数（$epsilon_1, epsilon_2, dots$）的介电材料。这些材料以纳米至微米的周期性厚度进行精确堆叠，形成宏观尺度的周期性结构。其结构可以简单地表示为 $ABABABdots$ 或 $ABCABCdots$ 等重复单元。这种周期性是介电体超晶格区别于普通复合介电材料的关键所在。 周期性调控：通过改变不同介电材料的层厚、材料种类以及周期长度，可以精确调控超晶格的介电性能。这种精密的结构设计是实现其独特物理性质的基础。 界面效应：不同介电材料之间存在界面，这些界面的存在会产生额外的电荷积累、应力以及量子限制效应，从而显著影响材料的宏观性能。 宏观量子效应：当周期长度接近或小于特征长度（如电子自由程、光波长等）时，介电体超晶格可能会展现出宏观量子效应，例如布拉格衍射、能带结构形成等。 二、 介电体超晶格独特的物理特性 介电体超晶格的结构周期性赋予了其一系列不同于本体材料的奇特物理性质。 1. 光学特性： 光子晶体特性：当介电材料的周期性尺度与光波长相当时，介电体超晶格会形成光子带隙（photonic band gap），阻止特定频率范围的光传播，从而实现对光传播的精确调控。这使得介电体超晶格在光波导、滤波器、高反射镜等光学器件方面具有重要应用。 非线性光学效应：由于界面上的电荷分布不均匀以及某些材料自身的高非线性系数，介电体超晶格可能展现出增强的非线性光学效应，例如二次谐波产生、三次谐波产生等。这对于光信号处理、倍频器等应用至关重要。 光学各向异性：通过巧妙的材料选择和结构设计，可以赋予介电体超晶格显著的光学各向异性，从而实现对光偏振态的调控。 2. 电学特性： 巨介电效应：某些介电体超晶格结构，特别是含有铁电材料的超晶格，能够表现出远超本体材料的巨介电常数。这通常与界面处的电荷积累、偶极子排列以及畴壁运动等因素有关。巨介电效应对于电容器、滤波器等电子元器件的微型化和高性能化至关重要。 铁电性与压电性：引入铁电材料作为超晶格的组成部分，可以赋予其宏观铁电和压电性能。通过结构设计，可以调控其居里温度、剩余极化等铁电参数，以及压电系数等。这为开发新型存储器、传感器、执行器等提供了可能。 隧道效应：当介电层厚度足够薄时，电子可以通过量子隧道效应穿过势垒，从而产生特殊的电输运性质。这在隧穿结、非易失性存储器等领域有潜在应用。 3. 介电弛豫与损耗： 低介电损耗：通过精细的材料选择和制备工艺，可以获得低介电损耗的介电体超晶格，这对于提高器件的效率和工作频率至关重要，特别是在高频电子和微波器件中。 可调控的介电弛豫：界面效应和材料本身的缺陷可能会导致介电弛豫现象。通过设计超晶格结构，可以调控介电弛豫的频率和强度，以适应不同的应用需求。 4. 其他特性： 热电性能：通过控制不同材料的热导率和电导率，介电体超晶格有望在热电转换领域发挥作用。 传感性能：对外界环境（如湿度、温度、气体等）敏感的介电材料组合成超晶格，可以开发出高灵敏度的传感器。 三、 介电体超晶格的制备技术 介电体超晶格的制备是实现其独特性能的关键，目前主要采用以下几种技术： 1. 薄膜沉积技术： 分子束外延（MBE）：一种高真空、原子层级精确控制的沉积技术，能够实现高质量、超薄的多层结构生长，非常适合制备周期性结构。 脉冲激光沉积（PLD）：利用激光烧蚀靶材，将物质蒸发并沉积在基底上，可以用于制备多种陶瓷和氧化物薄膜，是制备氧化物介电体超晶格的常用方法。 溅射（Sputtering）：一种成熟的薄膜沉积技术，可以用于制备多种介电材料的薄膜，成本相对较低，易于放大。 化学气相沉积（CVD）：通过气相前驱体在基底上发生化学反应形成薄膜，可以制备结构复杂、厚度可控的薄膜。 溶胶-凝胶法（Sol-gel）：一种液相化学方法，通过前驱体溶液进行水解、缩聚反应制备薄膜，具有成本低、工艺简单等优点。 2. 其他制备方法： 自组装技术：利用纳米粒子或胶体的自组装行为，可以构建周期性的介电体结构。 电化学沉积：通过电化学反应在电极上沉积介电材料，可以实现对层厚和组成的精确控制。 制备中的关键挑战： 界面控制：实现光滑、清晰的材料界面，避免界面粗糙化和互扩散。 晶体质量：获得高结晶度的薄膜，减少缺陷，以发挥材料的本征性能。 应力管理：不同材料之间的热膨胀系数和晶格常数差异可能导致应力，影响薄膜的稳定性和性能。 大面积制备：实现高均匀性、高质量的大面积制备是工业应用的关键。 四、 介电体超晶格的应用前景 介电体超晶格凭借其独特的物理性能，在众多高科技领域展现出巨大的应用潜力。 1. 微电子与信息技术： 高性能电容器：巨介电效应可实现高能量密度存储，满足电子设备小型化需求。 滤波器与谐振器：光子带隙和介电特性可用于设计高选择性、低损耗的射频/微波滤波器和谐振器。 非易失性存储器：利用隧道效应或铁电性，开发新型存储器件。 传感器：高灵敏度、选择性的传感器，用于环境监测、生物传感等。 2. 光电子与通信： 光波导与光开关：光子晶体特性可用于构建新型光通信器件。 非线性光学器件：用于光信号处理、倍频器、光调制器等。 LED与激光器：通过调控光子态密度，优化发光效率。 3. 能源领域： 高效太阳能电池：通过调控光吸收和载流子输运，提高能量转换效率。 热电材料：用于热电发电和制冷，实现能量的有效利用。 4. 生物医学： 生物传感器：用于检测生物分子、疾病标志物等。 药物递送系统：利用其特殊结构和表面性质，实现靶向药物递送。 五、 结论 介电体超晶格作为一种高度可设计的人工结构材料，通过周期性地组合不同介电性能的材料，展现出超越本体材料的独特光学、电学和其它物理特性。从基础研究的视角来看，介电体超晶格为探索新颖的物理现象提供了丰富的平台，如宏观量子效应、界面物理等。从应用开发的视角来看，其在微电子、光电子、能源和生物医学等领域的广泛应用前景，预示着其将成为未来科技发展的关键推动力之一。虽然在制备工艺、材料集成以及理论模型等方面仍面临诸多挑战，但随着研究的不断深入和技术的持续进步，介电体超晶格必将在科技创新和产业升级中扮演越来越重要的角色，开启一个崭新的材料科学篇章。

评分☆☆☆☆☆

最近在学术交流中，我屡次听到“介电体超晶格”这一概念，它似乎是当前凝聚态物理和材料科学领域的一个前沿热点。我了解到这本书的作者们在该领域有着深厚的造诣，因此我对这本书的内容充满了期待。我尤其想知道，在构建介电体超晶格时，如何有效地解决不同材料界面处的应力匹配问题，以及如何抑制界面缺陷的形成，因为这些因素往往会极大地影响材料的整体性能。书中是否会详细阐述各种界面工程技术，例如通过缓冲层的引入或者特定生长条件的优化来达到这一目的？另外，对于超晶格结构如何实现非线性光学效应的增强，或者如何构建出具有优异铁电、压电性能的新型材料，我也非常感兴趣。我希望书中能通过具体的案例分析，深入浅出地讲解这些复杂的物理现象，并为相关领域的科研工作者提供实用的参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名材料工程师，我始终关注着能够提升器件性能、降低能耗的前沿技术。介电体超晶格的概念，在我的认知中，是一种高度工程化的结构设计，旨在通过精细的材料堆叠来获得优异的介电性能。我特别想了解，在实际的器件应用中，如何利用介电体超晶格来提高电容器的能量密度，或者降低介电损耗，从而在小型化、高效化的电子元件设计中发挥作用？书中是否会讨论不同介电体材料（如氧化物、聚合物、复合材料）在超晶格结构中的协同效应，以及这些效应如何转化为具体的器件性能提升？我希望书中能够包含一些关于材料选择、结构优化和器件集成方面的实用指导，从而帮助我将这些基础研究成果转化为实际的工业应用，解决当前在储能、滤波和高频电子器件等领域面临的挑战。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对材料科学领域充满好奇心的研究生，我最近有幸接触到了《介电体超晶格(上)》这本书，尽管我还没有完全读完，但仅仅是前期的阅读和了解，就已经让我对这个课题产生了浓厚的兴趣。我一直对材料的结构与性能之间的深刻联系感到着迷，而超晶格结构正是这种联系的极致体现。书中涉及到的周期性结构设计，以及如何通过精确控制不同介电层之间的界面来调控宏观电学、光学甚至力学性质，让我对材料设计的可能性有了全新的认识。我尤其对书中可能阐述的制备技术和表征手段感到期待，例如分子束外延（MBE）或脉冲激光沉积（PLD）等高级技术，究竟是如何实现亚纳米级别的层厚控制，以及如何通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段来验证其周期性和结构完整性，这对我未来的实验设计无疑具有重要的指导意义。此外，书中对不同材料体系（如氧化物、半导体等）在超晶格结构下的行为差异的探讨，也为我探索新型功能材料提供了丰富的思路。

评分☆☆☆☆☆

近期，我正在深入研究量子材料的输运性质，并对如何通过结构调控来实现电子行为的精准操控产生了浓厚的兴趣。我了解到，介电体超晶格结构，由于其在空间上周期性变化的介电常数，可能会对电子的有效势场产生深远的影响，进而调控材料的导电性、磁性和拓扑性质。我非常想知道，书中是否会探讨如何利用介电体超晶格来构建二维电子气，或者实现电子的局域化与离域化？它是否会涉及例如电场调制的超导性、磁性或半金属-绝缘体相变等现象？我对于书中关于如何通过改变超晶格的周期、组分比例以及界面特性来精确调控电子输运通道和能带结构的理论阐述非常期待。如果能有相关的实验验证和数据分析，那将对我理解和设计新型量子功能材料具有极大的启发意义。

评分☆☆☆☆☆

我是一名本科毕业班的学生，正准备撰写我的毕业论文，选题方向与功能陶瓷材料有关。在查找文献的过程中，我偶然看到了《介电体超晶格(上)》这本书。我听说超晶格结构在提升传统介电材料性能方面有着显著的效果，而介电体超晶格更是将这一概念推向了新的高度。我特别想了解，通过设计不同介电常数、不同晶体结构的材料组合，究竟能够诱导出哪些新奇的物理现象，例如介电常数的巨大增强、漏电流的抑制、或者在特定电场下的相变行为？书中是否会深入剖析其背后的微观机制，例如电荷分布、极化行为以及电子-声子耦合等？对于我们学生而言，一本能够系统性地介绍这一前沿领域的书籍，无疑是极其宝贵的学习资源。我希望这本书能够为我理解和开展相关研究提供坚实的基础。