低温物理学PDF电子书下载

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 Ⅱ 8

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 Ⅱ 57

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vc 112

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 SQUID 150

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ηn 163

3.3.2 热导率K 164

3.3.3 自旋扩散系数D 165

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cp 407

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τ2 426

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