物理学

原子芯片是当今一个比较热门且快速发展的领域。本书从多个角度介绍了原子芯片的最新发展，介绍了原子芯片的基础知识、原子与表面的相互作用、原子芯片的一致性、原子芯片的未来发展方向等。本书的两位作者都是原子芯片领域的领军人物，并为这个领域做出了杰出的贡献。

本书共有13章，分为4个部分。第1部分：基础知识，包括1-3章。1. 从磁镜到原子芯片；2.在芯片上捕获和操纵原子；3.原子芯片制造。第2部分：表面超冷原子，包括4-5章。4.距离宏观物体微米距离的原子；5.原子、电子、分子与物体表面的相互作用。第3部分：原子芯片的一致性，包括6-9章。6.由基于原子芯片的磁晶格扩散得到的波色爱因斯坦凝聚物(BoseEinstein Condensate)的衍射和干涉；7.采用原子芯片上的波色爱因斯坦凝聚物进行的干涉测量；8.基于微芯片的原子钟；9.用原子芯片进行量子信息处理。第4部分：研究的新方向，包括10-13章。10.低温原子芯片；11.原子芯片和一维波色气体；12.原子芯片上的费米子；13.离子陷阱芯片的微加工工艺。

本书介绍深入浅出，内容翔实丰富，适合于原子芯片及相关领域的高年级本科生及研究者阅读使用，同时也适合于对美丽而活跃的现代量子物理感兴趣的人员阅读。

晶体学，是研究晶体及类晶体生成、形貌、组成、结构及其物理化学性质规律的学科。表面晶体学是晶体学的一个新分支，它用低能电子衍射等表面分析方法研究晶体表面层的原子组成和原子排列的几何结构。其研究涉及晶体最外部几个原子层，一般为3层到5层，也包括外来原子或分子所组成的吸附层。表面晶体学也被应用于分析纳米粒子表面的几何特性

本书提供了理解晶体材料表面和界面的几何形状和对称性的必要晶体学基础，包括宏观单晶体和结晶纳米粒子。晶体材料表面和界面的几何属性知识是阐述相应的实验、理论结果的先决条件，而实验和理论结果又可以说明晶体材料的物理和化学属性，因此，表面与界面结构不仅对研究单晶表面附近的属性十分重要，而且对固体基材薄膜研究至关重要。

本书共分8章。1.引言，简述了原子尺度晶体表面结构研究的重要性，以及本书的主要内容；2.大块晶体：三维晶格，主要讲述了晶格向量基本定义、大块晶体晶格描述、晶格的周期性单元、晶格的对称性以及邻近单元对晶格的影响；3.晶体层：二维晶格，主要讲述了二维晶格基本概念和密勒指数、倒易晶格的定义、网平面适应的晶格矢量、网平面的相关特性以及晶体的网平面分类；4.理想单晶体表面，主要讲述了理想单晶体表面的定义和基本概念、表面形貌及其密勒指数的分解，最后讲述了手性表面；5.实际晶体表面，主要讲述了实际晶体表面的松弛和重建，以及实际晶体表面的成型(faceting)；6.吸附层，主要讲述了吸附层的定义和分类、单晶体表面和吸附层的Wood表述、吸附层的对称性和域的形成；7.实际晶体表面的实验分析，主要讲述了实验分析的方法和NIST表面结构数据库；8.纳米管，讲述了纳米管的基本概念以及纳米管的对称性，介绍了复杂纳米管。

本书汇集了表面科学纳米科学领域的练习，激发大家对不同领域的问题进行深入思考。所述技术应用范围覆盖了半导体器件、磁性存储磁盘和非均相催化剂等领域，是从事表面科学和纳米科学研究的学生和研究人员有价值的学习参考工具书。

作者Klaus Hermann是德国马普学会弗里茨-哈伯研究所的研究小组负责人，同时是柏林自由大学（德国）的物理系的成员。他从德国克劳斯塔尔大学获得物理学博士学位后，在墨西哥和美国做博士后，之后被克劳斯塔尔大学聘为教授，是美国、奥地利、波兰、西班牙和香港的一些大学的访问教授，撰写（合著）了150篇科学出版物、2本著作、2部科学电影，研制了表面科学、催化、量子化学和计算机科学不同主题的软件，是NIST的表面结构数据库的合作者。

拉曼光谱（Raman spectra）是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对不同于入射光频率的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。由于可以对材料的物理和化学性质，以及改变这些性质的环境因素达到高灵敏度的无损检测，拉曼光谱分析方法已成为研究纳米科学和技术最重要的工具之一。

本书分两个部分对石墨体系中拉曼光谱的应用进行了系统的介绍：第一部分给出拉曼光谱和碳纳米材料的基本概念，阐述了选择碳纳米材料作为原型材料讲述拉曼光谱的原因。第二部分给出了某些典型的石墨体系中拉曼光谱及详细解析。

本书共分为以下14章：1.sp2杂化碳纳米材料：纳米科学和技术的原型；2.各种不同结构sp2杂化碳纳米材料的电子态；3.sp2杂化碳纳米材料的分子和晶格振动；4.以石墨基础，到各种不同结构sp2杂化碳纳米材料的拉曼光谱图；5.拉曼散射的量子态变化；6.对称性与选择原则：群论；7.G带与非时间扰动；8.G带及随时间的扰动；9.共振拉曼散射中径向呼吸模的实验观察；10.碳纳米管激子(excitons)理论；11.用紧束缚方法计算并模拟拉曼光谱；12.双共振过程中的G′带和高阶色散；13.sp2杂化碳纳米材料中缺陷对拉曼光谱的影响；14.sp2杂化碳纳米材料拉曼光谱的总结。

本书将拉曼光谱分析检测技术的原理与应用娓娓道来，内容丰富，有条有理，深入浅出，可作为拉曼光谱研究和纳米材料表征的教学参考书，适合于物理学、化学、材料工程学、纳米科学等领域的研究生参考。本书也综述了该领域基础理论与应用的最新研究成果，给从事碳纳米材料和拉曼检测技术研究的工作人员提供了宝贵的参考。

薄膜太阳能电池是指用硅、硫化镉、砷化镓等薄膜为材料的太阳能电池；可用玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板，使用各式各样的沉积技术把P型或N型材料生长上去形成厚度仅数微米的可产生电压的薄膜，和硅晶圆太阳能电池相比具有在同一受光面积之下功率损失较小、照度相同下损失的功率少、有较佳的功率温度系数和光传输特性、较高的累积发电量、只需少量的硅原料、没有内部电路短路问题、厚度较薄等优点。

研究薄膜太阳能电池的关键在于对光伏薄膜的研究，其目标是寻找高转换效率、低成本的光伏薄膜。本书以讲座的形式简洁而全面地提供光伏材料和器件的研究方法，以及怎样通过这些方法提高光伏材料和器件的性能。本书分为四部分包括20章。第一部分引言，包括第1章：1.主要介绍了光电原理、薄膜太阳能电池的功能层、各种类型薄膜太阳能电池的比较。第二部分器件表征，包括2-4章：2.主要讲述了薄膜太阳能电池的电流/电压曲线以及等效模型中的电流/电压曲线、量子效率测量；3.主要讲述了电致发光基础知识，分析了光谱、电致发光的空间分辨；4.薄膜太阳能电池电容谱，介绍了电容谱的基础知识，讲述了电容谱分析的各种影响因素、判断准则。第三部分材料的表征，包括5-17章：5.介绍了近场扫描光学显微镜，讲述了近场扫描光学显微镜光捕获性能表征的关键因素；6.介绍了椭偏谱的概念、理论、相关因素和仪器，讲述了数据分析方法，分析了薄膜太阳能电池的实时椭偏谱；7.薄膜太阳能电池的光致发光分析，主要讲述了光致发光实验，几种基本的转换方法、光致发光案例分析；8.稳态光载流子光栅方法，介绍了光载流子光栅方法的基本知识、实验装置以及数据分析方法，对不同材料的实验结果进行了讨论；9.介绍了时间消耗分析方法(Time-of-Flight Analysis)的基础知识，对时间消耗分析实验各因素进行了详细说明，对实验结果进行了详细分析；10.主要讲述了氢化无定型硅的电子自旋共振研究，分析了不同材料电子自旋共振测量结果；11-13.讲述了太阳能电池薄膜的扫描探针显微、电子显微、X射线和中子衍射，以及拉曼光谱研究；15.讲述了薄膜太阳能电池表面和界面的化学和电子性能的研究工具：软X射线和电子能谱；16.讲述了薄膜太阳能电池的元素分布特性分析方法；17.讲述了薄膜太阳能电池的氢溢出实验及其实验结果分析。第四部分材料和器件建模，包括第18-20章：18.讲述了半导体缺陷的Ab-Initio建模方法；19.讲述了薄膜太阳能电池的一维光电模拟；20.讲述了薄膜太阳能电池的二、三维建模方法。

本书由德国、美国和西班牙的薄膜太阳能电池研究的领先机构的科学家们完成，讲述的是他们科学工作中使用的核心技术，以及与光电器件有关的想法。本书对各种具有代表性的薄膜太阳能电池研究方法进行了剖析，清晰地描绘了薄膜太阳能电池的研究进展，适合于学物理的学生、固态物理学家、材料科学家、材料科学博士生、半导体物理学家以及在半导体行业的工作人员使用，也可作为相关课程的补充。

作者Danial Abou-Ras是柏林亥姆霍兹中心材料与能源的资深科学家。他的研究兴趣是扫描、透射电子显微镜在薄膜太阳能电池研究中的应用；Thomas Kirchartz是于利希研究中心能源研究所的科学家；第二作者Uwe Rau是亚琛工业大学教授，是于利希研究中心IEF-55光伏研究所能源研究部门负责人。

19世纪70年代，第一束从同步加速器中出来的X射线束开启了X射线科学的新纪元。随后，许多科学家致力于寻找更优质的X射线源，探寻更有效地利用X射线进行各项研究的方法，并取得了许多优异的成果。目前第三代X射线同步辐射光源产生的高亮度的具有各方面良好性质的X射线已经能够满足诸如极化率、能量分辨率等各方面要求。这意味着不同学科的多种现象可以利用X射线进行研究，这在同步辐射源出现之前是不可想象的，这些进展使得X射线研究更加蓬勃发展。

本书为第2版。第1版由哥本哈根大学一个学期的课程（这包括在大学X射线实验室中上的课以及为期一个星期的HASYLAB同步辐射设备的课程）中的论述构成主要内容。第2版为第1版的修订版，在以下几个方面上有所不同：增添了新的一章——X射线成像；有关于动力学散射的部分被分为了两个不同的章节，分别就非晶体与晶体材料展开讨论，这样更方便于我们用X射线探索新材料的结构，比如液体、玻璃，甚至于聚合物和原生质的结构；对第1版书中的一些部分作了调整，以改善整体的论述；修正了一些印刷上的错误；在除了第1章的每个章节后面都附上了习题以便大家更好地理解书本的内容。

全书由9章组成：1.X射线及其与物质的相互作用；2.X射线源；3.界面折射与反射；4.动力学散射Ⅰ：非晶材料；5.动力学散射Ⅱ：晶体；6.无缺陷晶体的衍射；7.光电吸收；8.共振散射；9.成像。

本书从现代科学的角度阐述了X射线物理学的基础，顺带阐述了由于同步辐射的兴起给X射线物理学带来的新机遇。此书严密而又完整地阐述了物理原理，同时避免了过多严密的数学公式所导致的枯燥，吸引更广泛的读者。

此书适合材料学家、化学家、生物学家、地质学家以及在他们的研究中使用同步辐射的物理学家，并且对学习X射线学的学生以及希望进入新领域扩展自己知识的专业人员也有很大帮助。