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第1篇 量子液体和量子固体3

第1章 液体4He的超流动性3

1.1 4He相图和λ相变3

1.2 液体He Ⅰ和液体He Ⅱ8

1.2.1 粘滞系数和超流动性9

1.2.2 热导11

1.2.3 热-机械效应11

1.2.4 比热13

1.3 二流体模型和He Ⅱ的性质13

1.3.1 二流体模型13

1.3.2 流体动力学方程14

1.3.3 热-机械效应15

1.3.4 第二声波16

1.3.5 粘滞系数20

1.3.6 ρn的直接测量21

1.3.7 热传输22

1.3.8 热流动量24

1.4 液体He Ⅱ中的元激发和Landau理论27

1.4.1 液体He Ⅱ的热力学性质32

1.4.2 二流体模型的导出34

1.4.3 液体He Ⅱ中的耗散过程37

1.4.4 色散曲线的实验和理论研究41

1.5 液体He Ⅱ中的波函数——Feynman理论43

1.5.1 声子的波函数44

1.5.2 高能量激发态的波函数45

1.5.3 Feynman和Cohen的波函数47

1.6 Bose-Einstein凝聚48

1.6.1 London理论48

1.6.2 Bogoliubov理论49

1.6.3 理论的进一步发展50

1.6.4 Bose凝聚的实验观察51

1.7 旋转中的液氦和量子化涡线56

1.7.1 旋转中的液体He Ⅱ57

1.7.2 转动液体He Ⅱ的实验性质59

1.7.3 涡线和环流量子化60

1.7.4 环流量子化的实验验证63

1.7.5 涡旋线列阵的实验观察65

1.7.6 涡旋线与热激发的相互作用66

1.7.7 超临界范围和湍流66

1.7.8 临界速度67

1.8 氦膜和多孔介质中的液氦68

1.8.1 静态氦膜的厚度69

1.8.2 吸附等温线73

1.8.3 流动氦膜76

1.8.4 第三声和第四声78

1.8.5 不饱和氦膜81

1.8.6 高压下多孔介质中液氦的超流动性84

1.8.7 单层氦膜85

第2章 液体3He的超流动性87

2.1 正常液体3He的性质87

2.1.1 正常液体3He的比热89

2.1.2 正常液体3He的核磁化率90

2.1.3 正常液体3He的输运性质91

2.2 Landau费米液体理论92

2.2.1 理想费米气体的性质93

2.2.2 Landau费米液体理论95

2.2.3 零声99

2.2.4 Landau理论的进一步发展100

2.3 液体3He的超流相101

2.4 超流3He的基本实验性质104

2.4.1 相变性质105

2.4.2 比热106

2.4.3 磁化率108

2.4.4 核磁共振110

2.4.5 持续流实验与临界速度vc112

2.4.6 超流3He的二流体性质114

2.5 超流3He的理论116

2.5.1 液体3He中的配对相互作用116

2.5.2 超流态的波函数119

2.5.3 自旋单一态（S=0）119

2.5.4 三重态配对（S=1）120

2.6 理论与实验的比较122

2.6.1 相图122

2.6.2 比热123

2.6.3 磁化率123

2.6.4 核磁共振124

2.6.5 各向异性的超流密度126

2.6.6 粘滞系数127

2.6.7 超流3HeA1相127

2.6.8 声的传播128

2.7 3HeA相中的织构133

2.8 超流3He中的涡线137

2.9 超流3He的约瑟夫逊（Josephson）效应138

2.9.1 Josephson效应和超流弱连接138

2.9.2 压强和质量流的测量140

2.9.3 超流Josephson振荡143

2.9.4 质量流和相位的关系145

2.9.5 Shapiro阶梯147

2.9.6 DC SQUID150

第3章 3He-4He混合液155

3.1 3He-4He混合液的相图155

3.2 3He在超流4He中的稀溶液157

3.2.1 比热和磁化率158

3.2.2 3He溶质原子在4He Ⅱ中的渗透压159

3.2.3 热冲效应和ρn的测量161

3.2.4 稀溶液的理论——把3He溶质原子看成一种激发类型162

3.3 稀溶液的动力学性质163

3.3.1 粘滞系数ηn163

3.3.2 热导率K164

3.3.3 自旋扩散系数D165

3.3.4 一声和二声166

3.4 液体He Ⅱ中的离子167

3.5 气凝硅胶中的3He-4He混合液169

第4章 量子固体172

4.1 固氦的相图172

4.2 晶体中的量子效应173

4.3 固体3He中的核磁有序175

4.3.1 核自旋的交换相互作用175

4.3.2 固体3He的高温性质177

4.3.3 固体3He中的核磁有序相变185

4.3.4 有序相的磁结构187

4.3.5 有序相的热力学性质188

4.3.6 磁有序理论190

4.4 量子固体中的杂质准粒子和空位193

4.4.1 杂质准粒子——杂质子194

4.4.2 杂质子和声子的相互作用195

4.4.3 4He晶体中的空位197

4.4.4 3He晶体中的空位198

4.5 固体4He中空位超流动态的实验探索201

4.5.1 塑性流实验202

4.5.2 传统的超流实验方法203

4.5.3 超声实验204

4.5.4 热力学测量205

4.5.5 扭摆的实验206

4.6 氦晶体的表面现象208

4.6.1 粗糙转变（roughening transition）208

4.6.2 粗糙表面动力学，晶化波213

4.6.3 光滑表面动力学214

参考文献217

第2篇 介观物理225

第5章 无序体系中的电子225

5.1 Anderson局域和迁移率边225

5.1.1 Anderson局域225

5.1.2 Mott迁移率边227

5.1.3 一维和二维情形229

5.2 局域化的标度理论230

5.2.1 早期的工作230

5.2.2 标度理论231

5.3 弱局域化234

5.3.1 相干背散射234

5.3.2 弱局域化磁阻237

5.3.3 自旋-轨道散射和磁散射238

5.3.4 介观尺度241

5.3.5 电子-电子相互作用242

5.4 Landauer-Büttiker公式243

5.4.1 两端单通道情形243

5.4.2 接触电阻245

5.4.3 两端多通道情形246

5.4.4 多端情形247

第6章 扩散区物理249

6.1 Aharonov-Bohm（AB）效应249

6.1.1 h/2e周期磁阻振荡的观察250

6.1.2 单环中h/e周期的磁阻振荡251

6.1.3 Aharonov-Casher效应及其他253

6.2 普适电导涨落254

6.2.1 实验观察254

6.2.2 简单的理论估算257

6.2.3 经典自平均行为的消失258

6.2.4 温度的影响258

6.2.5 移动一个杂质原子的效果259

6.3 非定域效应260

6.3.1 磁场反向的非对称电导261

6.3.2 电压涨落随样品长度的变化264

6.3.3 几个演示实验264

6.4 正常金属环中的持续电流266

6.4.1 理想的一维金属环267

6.4.2 与实际体系相关的一些理论结果269

6.4.3 实验状况271

第7章 弹道输运及绝热输运273

7.1 半导体二维电子气和电子波导273

7.1.1 半导体二维电子气273

7.1.2 加垂直磁场的电子波导275

7.2 量子点接触277

7.2.1 电导量子化277

7.2.2 电子束的准直279

7.2.3 相干电子束聚焦281

7.3 电子波导的四端电阻283

7.4 边缘通道和绝热输运286

7.4.1 边缘通道286

7.4.2 量子化纵向电导289

7.4.3 非理想电极290

7.4.4 量子点接触291

第8章 单电子现象294

8.1 库仑阻塞效应294

8.1.1 库仑阻塞（Coulomb blockade）294

8.1.2 电流偏置的单结295

8.1.3 Cooper对隧穿，Bloch振荡298

8.1.4 电压偏置的单结299

8.2 双结体系和简单的单电子器件299

8.2.1 电压偏置的双结系统300

8.2.2 双结系统的I-V特性301

8.2.3 I-q0关系，电荷宇称效应303

8.2.4 旋转门器件和单电子泵304

8.3 半导体微结构体系中的库仑阻塞306

参考文献311

第3篇 低温下固体的性质317

第9章 自旋玻璃317

9.1 金属中的局域磁矩317

9.1.1 孤立原子的磁矩317

9.1.2 金属中的“磁性杂质”318

9.1.3 准束缚态318

9.1.4 局域磁矩形成的条件319

9.2 自旋玻璃转变322

9.2.1 RKKY相互作用322

9.2.2 自旋冻结324

9.2.3 受挫与无序325

9.3 对称破缺和遍历破缺327

9.3.1 自旋玻璃转变的特点327

9.3.2 遍历破缺和平均场描述330

9.3.3 自旋玻璃的序参量331

9.4 自旋玻璃的物理特性333

9.4.1 冻结温度以上的实验结果334

9.4.2 冻结温度附近的实验结果337

9.4.3 远低于冻结温度的实验结果341

9.5 自旋玻璃的动力学343

9.5.1 时间坐标轴上的实验窗口344

9.5.2 时效348

9.6 再入自旋玻璃358

9.6.1 再入现象358

9.6.2 磁有序状态与Arrott图359

9.6.3 形成再入自旋玻璃的几种模型360

9.6.4 CrFeMn合金磁阻曲线的启示361

9.7 自旋玻璃的类型362

9.7.1 RKKY型自旋玻璃362

9.7.2 非晶合金自旋玻璃364

9.7.3 半导体自旋玻璃365

9.8 类自旋玻璃行为与复杂体系367

第10章 重电子金属370

10.1 重电子金属及其基态370

10.1.1　重电子金属的发现370

10.1.2　重电子金属的主要物理性质371

10.1.3　Hill极限375

10.1.4　重电子金属的基态376

10.1.5 Kondo相互作用与RKKY相互作用376

10.1.6　Kondo点阵模型378

10.1.7　Dual模型378

10.2 重费米子超导体379

10.2.1　Ce基化合物重费米子超导体379

10.2.2　U基化合物重费米子超导体382

10.2.3　重费米子超导体的能隙函数和序参量384

10.2.4　重费米子超导体的配对机制385

10.2.5　超导与磁有序共存386

10.3　磁有序基态重费米子系统390

10.3.1　反铁磁基态390

10.3.2　铁磁基态392

10.4 非费米液体重费米子系统396

10.4.1　非费米液体与量子临界点396

10.4.2　CeCu5.9Au0.1的非费米液体特性397

10.4.3　CeNi2Ge2的非费米液体特性399

10.4.4　NFL重费米子超导体399

10.5　其他类型重费米子系统399

10.5.1 费米液体基态重费米子系统399

10.5.2　Kondo绝缘体400

第11章 低温比热402

11.1 引言402

11.2 晶格比热403

11.2.1 晶格振动模式403

11.2.2 声子谱404

11.2.3 德拜温度和德拜函数405

11.2.4 定容比热cv和定压比热cp407

11.2.5 非晶固体的声子比热407

11.3 电子比热409

11.3.1 电子比热系数409

11.3.2 低温下电子比热的增强效应411

11.3.3 合金的电子比热，刚带模型412

11.4 磁比热413

11.4.1 磁子比热413

11.4.2 磁集团比热415

11.4.3 稀磁合金的磁比热416

11.4.4 自旋涨落的比热贡献417

11.4.5 Kondo杂质的磁比热418

11.5 反常比热419

11.5.1 Schottky比热419

11.5.2 合作现象引起的反常比热422

第12章 核磁有序424

12.1 核磁有序的原理424

12.1.1 简单金属中自发核磁有序的相互作用425

12.1.2 自旋-晶格弛豫时间τ1和自旋-自旋弛豫时间τ2426

12.2 核磁有序的实验方法427

12.2.1 核制冷的实验装置427

12.2.2 温度的测量428

12.3 铜的核磁有序429

12.3.1 多晶样品的磁化率测量429

12.3.2 单晶样品的磁化率测量429

12.3.3 中子衍射实验431

12.3.4 理论计算的自旋结构435

12.4 银和铑的核磁有序438

12.4.1 银的核磁有序实验438

12.4.2 理论计算的自旋结构442

12.4.3 中子衍射实验443

12.4.4 在银和铑中负温度的获得445

12.4.5 铑的核磁有序实验447

12.5 其他金属中的核磁有序实验449

12.5.1 AuIn2和PtFex的核磁实验449

12.5.2 PrNi5的核磁有序455

12.5.3 其他Pr化合物的核磁有序实验457

参考文献459