加载中…2012新书《磁学——从基础知识到纳米尺度超快动力学》（中文版）
(2012-09-04 16:25:46)
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ISBN:978-7-04-035653-3
英文原版书网址：Amazon
磁学是物理学最古老的研究领域之一，目前仍然充满了生机活力。本书详细介绍了磁学领域的历史发展、物理基础和当前研究工作，适合作为高年级本科生和研究生的磁学教学参考书，对相关科研工作者也会有所裨益。
本书致力于讨论磁学的基本概念和现代应用，重点介绍当前磁学研究的一些热点问题。在详细介绍磁学基本概念的基础上，本书不仅强调现代磁学研究和技术应用中的基础知识，还重点介绍了新的实验方法，例如自旋极化电子束和偏振X射线实验。在许多情况下，作者都是利用现代应用的例子来说明基本定律。
在简要介绍了磁学的历史发展之后，本书详细介绍了电磁场和磁矩的基本知识，深入讨论了磁相互作用，特别是固体中的电磁相互作用，然后对自旋极化电子技术和偏振X射线技术进行了重点介绍。随后讲述的是铁磁性金属的磁学性质以及磁性金属中的物理现象：自发磁化、各向异性和磁畴等概念、金属磁性的能带模型、过渡族金属的电阻率以及金属中与自旋有关的电子跃迁过程等等。最后，在铁磁金属的表面和界面、电子输运和自旋输运、超快磁化动力学这三个方面，深入分析了当前磁学研究的热点内容。
本书附有21面铜板纸印刷的彩色插图，另有860多篇参考文献！下图是本书封面和英文原版书的封面
http://s16/bmiddle/69c24f0fh7aaa41f1d50f&690
目录
中文版序言i
PrefaceoftheChineseEditi
译者序iii
前言v
第1章导论1
11磁性:神奇而实用1
12磁学的历史2
13磁性质、中子、自旋极化电子和偏振X射线11
131自旋极化电子和磁性质13
132偏振X射线和磁性质19
1420世纪下半叶的发展22
15关于未来的思考26
16本书简介28
第一部分场和矩33
第2章电场、电流和磁场34
21磁学中的符号和单位34
22电场34
23电流及其磁场35
24大电流密度40
25材料中的磁场和电场41
26磁性材料中三个磁矢量之间的关系42
261薄膜的杂散场和退磁场45
262杂散场和退磁场的应用47
27电场和磁场的对称性质49
271宇称49
272时间反演51
第3章磁矩及其与磁场的相互作用53
31磁矩的经典定义53
32从经典磁矩到量子磁矩56
321玻尔磁子57
322自旋磁矩和轨道磁矩57
33外磁场中的磁偶极矩59
34磁场中磁偶极的能量60
35非均匀磁场作用在磁偶极上的力62
351斯特恩{盖拉赫实验63
352莫特探测器68
353磁力显微术71
36磁场作用在磁矩上的转矩72
361磁矩的进动73
362进动的阻尼74
363磁共振79
37时间与能量的关联83
371海森伯不确定性原理83
372经典自旋进动84
373量子力学自旋进动85
第4章依赖于时间的电磁场90
41概述90
42相对论性运动的基本概念90
421惯性参考系之间的长度变换和时间变换91
422惯性参考系之间的电场和磁场的变换92
43匀速运动电荷的电磁场:速度场93
431速度场的特性94
432大电流和强磁场的产生96
433超短电子脉冲和磁场的产生99
434速度场的时域特性101
44加速场:电磁辐射的产生103
441偏振的X射线:同步辐射106
442更亮而且更短的X射线脉冲:
从波荡器到自由电子激光器113
第5章偏振电磁波119
51麦克斯韦方程及其对称性119
52电磁波公式121
53电磁波的强度、通量、能量和动量123
54偏振电磁波的基本态124
541光子角动量124
542线偏振基本态125
543圆偏振基本态126
544圆偏振电磁波的手性和角动量129
545单位偏振矢量的总结130
55自然偏振和椭圆偏振131
551自然偏振131
552椭圆偏振131
553光的偏振度133
56电磁波在手性介质和磁性介质中的透射134
第二部分磁相互作用的历史和概念139
第6章交换相互作用、自旋{轨道相互作用和塞曼相互作用140
61概述140
62泡利方程:依赖于自旋的原子哈密顿量142
621中心力场中的独立电子143
622两个粒子之间的相互作用||对称化假设和
不相容原理145
63交换相互作用147
631原子中的电子交换相互作用147
632分子中的电子交换作用152
633磁性和化学键157
634从分子到固体159
635海森伯哈密顿量160
636哈巴德哈密顿量163
637H2的海森伯模型和哈巴德模型164
638小结以及电子交换相互作用的一些普遍规则170
64自旋{轨道相互作用171
641原子谱的精细结构172
642自旋{轨道相互作用的半经典模型173
643自旋{轨道哈密顿量174
644自旋{轨道相互作用的重要性177
65洪德定则177
66塞曼相互作用179
661塞曼效应的历史和理论179
662塞曼相互作用和交换相互作用导致的电子态分裂184
663塞曼相互作用的重要性186
第7章固体中的电磁相互作用187
71本章概述187
72局域磁性和巡游磁性:离心势场的作用188
73固体中相互作用的相对大小194
74铁磁性的能带模型198
741玻尔磁子数缺损之谜198
742斯托纳模型199
743能带结构的起源203
744密度泛函理论206
75配位场理论208
751独立电子配位场理论210
752多重态配位场理论218
76电子关联和激发态的重要性223
761氧化物为什么常常是绝缘体?223
762稀土和过渡族金属氧化物中的关联效应225
763从非局域化行为到局域化行为:
哈巴德模型和LDA+U模型231
77过渡族金属氧化物的磁性233
771超交换相互作用234
772双交换相互作用237
773庞磁阻240
774磁铁矿的磁性质241
78RKKY交换相互作用248
781导带电子海中的点状自旋248
782金属多层膜250
79自旋{轨道相互作用:磁晶各向异性的起源251
791Bruno模型252
792各向异性化学键的描述254
793化学键、轨道磁矩和磁晶各向异性256
第三部分自旋极化电子和偏振X射线技术267
第8章自旋极化电子和磁学268
81导论268
82自旋极化电子束的产生269
821两个自旋态的分离269
822GaAs自旋极化电子源270
83自旋极化电子和磁性材料:实验概述272
84自旋极化电子的形式描述273
841自旋的量子行为273
842泡利旋量方法中的单个电子极化274
843自旋极化电子电子束的描述277
85自旋分析器和自旋选择器的描述280
851入射电子束极化:自旋分析器280
852透射电子束极化:自旋过滤器281
853确定自旋分析器的参数282
86极化电子与材料的相互作用282
861电子束透射通过自旋过滤器282
862自旋极化电子束与物质的基本相互作用284
863极化电子与磁性材料的相互作用:庞加莱球289
87电子极化和光子偏振之间的联系293
871矢量场表示中的光子偏振294
872旋量表示中的光子偏振295
873偏振光子穿过磁性材料的透射:庞加莱方法296
874X射线的法拉第效应和庞加莱方法298
875庞加莱方法和斯托克斯方法300
第9章偏振光子与物质的相互作用301
91概述301
92偏振依赖效应的术语302
93电荷和自旋对X射线的散射:半经典方法304
931单个电子的散射304
932原子的散射308
94共振相互作用:半经典方法309
941X射线吸收310
942共振散射312
943共振散射和吸收的关系315
944克拉默斯{克勒尼希关系316
95量子理论概念317
951X射线吸收的单电子图像和构型图像317
952费米黄金定则和克拉默斯{海森伯关系319
953电子偶极近似下的共振过程320
954依赖于偏振的偶极算符322
955原子的跃迁矩阵元324
956固体中原子的跃迁矩阵元327
96取向平均后的强度:电荷和磁矩的求和定则330
961取向平均的共振强度330
962电荷的强度求和定则332
963X射线磁圆偏振二色性效应的起源333
964X射线磁圆偏振二色性强度的两步模型337
965对取向平均的求和定则340
97依赖于取向的强度:电荷和磁矩的各向异性344
971线偏振二色性的概念344
972X射线的自然线偏振二色性345
973X射线自然线偏振二色性的理论346
974X射线自然线偏振二色性和电荷的四极矩349
975X射线磁线偏振二色性349
976X射线磁线偏振二色性的简单理论351
977第一类和第二类的X射线磁线偏振二色性353
978多重态效应导致的增强型X射线磁线偏振二色性357
979依赖于取向的求和定则363
98X射线吸收和散射中的磁二色性365
981共振磁散射强度366
982共振磁散射和吸收的联系367
第10章X射线和磁学:光谱学和显微术370
101导论370
102概述:不同类型的X射线二色性371
103X射线吸收光谱学的实验概念375
1031一般概念375
1032实验装置379
1033实验吸收谱的定量分析382
1034一些重要的实验吸收谱385
1035磁原子X射线磁圆偏振二色性谱:
从薄膜到孤立原子387
1036X射线磁圆偏振二色性谱的求和定则分析:
小团簇中增强的轨道磁矩389
1037测量小的自旋磁矩和轨道磁矩:泡利顺磁性392
104用X射线进行磁成像393
1041X射线显微术394
1042用相干散射进行无透镜的成像397
1043磁成像结果概述401
第四部分铁磁金属的性质和现象409
第11章自发磁化、各向异性和磁畴410
111自发磁化411
1111分子场近似下磁化的温度依赖关系412
1112外斯{海森伯模型中的居里温度414
1113斯托纳模型中的居里温度417
1114外斯{海森伯模型和斯托纳模型中的
“交换相互作用”的含义420
1115热激发:自旋波423
1116临界涨落427
112磁各向异性431
1121形状各向异性433
1122磁晶各向异性435
1123表面诱导的磁各向异性的发现436
113磁性微结构:磁畴和畴壁437
1131铁磁畴437
1132反铁磁性畴440
114磁化曲线和磁滞回线440
115小粒子中的磁性442
1151奈尔模型和斯托纳{Wohlfarth模型442
1152热稳定性444
第12章金属的磁性446
121概述446
122过渡族金属的能带理论结果447
1221态密度的基本结果447
1222磁性质的预言448
123稀土金属:能带理论和原子行为454
124用光谱检验铁磁性的能带模型457
1241自旋分辨的逆光电子发射458
1242自旋分辨的光电子发射461
125过渡族金属的电阻率469
1251非磁性金属中的导电469
1252二流体模型473
1253金属的各向异性磁阻476
126金属中自旋守恒的电子跃迁478
1261自旋守恒的跃迁和光电子发射的平均自由程478
1262利用磁隧穿晶体管确定依赖于自旋的平均自由程480
1263自旋守恒跃迁和自旋不守恒跃迁的相对概率483
1264完全的自旋极化透射实验486
127金属中相反自旋态之间的跃迁490
1271相反自旋态之间的跃迁:分类490
1272相反自旋态之间的跃迁:测量492
128未来的挑战498
第五部分当代磁学的一些主题501
第13章铁磁金属的表面和界面502
131概述502
132从铁磁金属发射自旋极化电子502
1321电子发射到真空中503
1322固体之间的自旋极化电子隧穿507
1323自旋极化电子隧穿显微术511
133铁磁表面对电子的反射513
1331简单的反射实验515
1332完全的反射实验520
134界面处的静磁耦合524
1341静磁耦合525
1342磁性薄膜之间的直接耦合525
1343交换偏置527
1344在顺磁性材料和抗磁性材料中诱导出来的磁性538
1345两个铁磁体通过非磁性间隔层的耦合540
第14章电子输运和自旋输运544
141穿过铁磁体/非铁磁体界面的电流544
1411透射金属接触中的自旋堆积电压544
1412自旋的扩散方程548
1413自旋平衡过程、距离和时间550
1414巨磁阻效应(GMR)552
1415测量非铁磁体中的自旋扩散长度557
1416自旋堆积电压、边界磁阻和巨磁阻效应的典型数值559
1417界面对巨磁阻效应中的重要影响560
142向铁磁体中注入自旋561
1421自旋注入转矩的起源和性质561
1422用自旋流翻转磁化:概念568
1423用自旋流激发和翻转磁化:实验570
143金属和半导体中的自旋流574
144基于自旋的晶体管和放大器577
第15章超快磁化动力学581
151导论581
152物理库之间的能量交换和角动量交换584
1521热动力学考虑584
1522量子力学考虑:轨道角动量的重要性585
153自旋弛豫和泡利磁化率588
154在激光激发后探测磁化590
1541用自旋极化的光电子产生率进行探测591
1542用能量分辨的光电子进行探测:
带有自旋分析和不带有自旋分析595
1543用磁光克尔效应进行探测600
155磁场脉冲激发之后的动力学603
1551用弱磁场脉冲进行激发608
1552磁涡旋的激发611
156磁化的翻转618
1561平面内磁化的进动翻转619
1562用作垂直记录介质的磁化的进动式翻转626
1563自旋注入引起的翻转及其动力学636
1564关于全光学翻转的可能性641
1565全光学翻转的HÄubner模型643
1566磁化的全光操纵647
157反铁磁体中的自旋动力学648
第六部分附录651
A附录652
A1国际单位制652
A2矢量积654
A3s轨道、p轨道和d轨道655
A4球张量656
A5球张量矩阵元的求和定则657
A6依赖于偏振的偶极矩算符658
A7p轨道和d轨道的自旋{轨道基函数659
A8四极矩和X射线吸收强度660
A9洛伦兹线形和积分662
A10高斯线形及其傅里叶变换662
A11高斯脉冲、半周期脉冲和变换663
参考文献665
常见缩写和中英对照索引703
作译者简介740
译后记
我国物理学界和材料学界对磁学研究历来非常重视，也出版了一些非常好的教科书和专著，一些代表性的著作有《铁磁学》（戴道生，钱昆明，上册；钟文定，中册；廖绍彬，下册）、《凝聚态磁性物理》（姜寿亭，李卫）以及高级科普读物《当代磁学》（李国栋），译著有《铁磁性物理》（[日]近角聪信 著，葛世慧 译）和《铁磁性理论导论》（[以] Aharoni 著，杨正译）。但是，这些专著和译著写作和出版的时间都比较早，无法反映磁学研究领域的最新进展。希望这本书能够改善这种情况。
本书是J. Stöhr教授和 H. C. Siegmann教授为高年级本科生和研究生编写的教材，详细介绍了磁学领域的历史发展、物理基础和当前研究，对学术界和研究实验室的科学工作者也会有所裨益。
本书致力于讨论磁学的基本概念和现代应用，重点介绍当前磁学研究的一些热点问题。在详细介绍磁学基本概念的基础上，本书不仅强调现代磁学研究和技术应用中的基础知识，还重点介绍了新的实验方法，例如自旋极化电子束和偏振X射线实验（它们是本书作者的专长，Stöhr教授因为他在这个领域的杰出贡献而荣获2011年度美国物理学会的奖励，Davisson-Germer Prize in Atomic or Surface Physics）。在许多情况下，作者都是利用用现代应用的例子来说明基本定律。
在简要介绍了磁学的历史发展之后，本书详细介绍了电磁场和磁矩的基本知识，深入讨论了磁相互作用特别是固体中的电磁相互作用，然后对自旋极化电子技术和偏振X射线技术进行了重点介绍。随后讲述的是铁磁性金属的磁学性质以及磁性金属中的物理现象：自发磁化、各向异性和磁畴等概念，金属磁性的能带模型、过渡族金属的电阻率以及金属中与自旋有关的电子跃迁过程等等。最后，在铁磁金属的表面和界面、电子输运和自旋输运、超快磁化动力学这三个方面，深入分析了当前磁学研究的热点内容。
这本书在科研教学和实际应用方面都有很多值得借鉴之处，希望它的出版能够进一步推动我国磁学研究工作的发展。
我还要对书名做一点补充说明。原著的副标题是from fundamentals to nanoscale
dynamics，按照字面翻译应该是“从基础知识到纳尺度动力学”，其中“纳尺度”包含纳米和纳秒这两种尺度。然而，“纳尺度”这个词并不常用、读起来很不顺口，容易让人以为讨论的只是纳米尺度上的动力学，实际上本书最后一章重点讨论的就是超快磁动力学，时间尺度达到了皮秒乃至飞秒。与Stöhr教授探讨以后，我决定将副标题翻译为“从基础知识到纳米尺度超快动力学”。
由于本人的精力和能力所限，翻译难免有些疏漏之处，请读者谅解。如有翻译不当之处，请多加指正。来信请寄jiyang@semi.ac.cn。
非常感谢Stöhr教授的帮助。在得知本书被翻译成中文以后，Stöhr教授告诉我在译本中修订原著中一些不妥之处，耐心地解释了我提出的一些具体问题，并且专门为中文版写了序言。
高等教育出版社自然科学学术著作分社王超编辑做了中文索引，特此感谢。
感谢半导体超晶格国家重点实验室和中国科学院半导体研究所多年以来的支持，感谢国家自然科学基金委员会、中国科学院和国家科学技术部的支持。特别感谢半导体超晶格国家重点实验室对本书翻译出版工作的支持。衷心感谢全家人特别是妻女多年来的鼓励和帮助。
姬扬
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