第1章 绪论 1
1.1 纳米 3
1.1.1 经典尺度下物质的微观特性 4
1.1.2 大块物质中包含的纳米物理学 5
1.2 摩尔定律 6
1.3 江崎量子隧道二极管 8
1.4 多彩的量子点 9
参考文献 10
第2章 使物体更小的系统学——前量子力学 11
2.1 系统变小机械振动频率变大 11
2.2 对称分子尺度系统中摩擦力的消失 16
参考文献 18
第3章 小的极限是什么 20
3.1 物质的量子本性 20
3.2 纳米电动机和纳米器件的生物学范例 21
3.2.1 线性弹簧电动机 22
3.2.2 轨道上的线性电动机 23
3.2.3 旋转电动机 26
3.2.4 离子通道和生物纳米晶体管 30
3.3 小器件的制作 32
3.3.1 制造小器件的方法 33
3.3.2 看到要制作的小器件的方法 34
3.3.3 器件和外部的连接 36
3.3.4 组装三维微器件 37
3.3.5 使用DNA链指导纳米结构的自组装 40
参考文献 41
第4章 微观世界的量子特性 43
4.1 原子的玻尔模型 43
4.1.1 角动量量子化 44
4.1.2 玻尔模型的扩展 45
4.2 物质的波粒二象性和德布罗意方程 46
4.3 电子的波函数、概率密度、行波和驻波 47
4.3.1 麦克斯韦方程组及波导模型 47
4.3.2 真空中波的传播 49
4.3.3 光和微波的波导模型 50
4.4 电磁场能量密度 52
4.5 海森堡不确定原理 52
4.6 量子态和量子能 54
4.6.1 一维薛定谔方程 55
4.6.2 一维无限深势阱中的粒子 56
4.6.3 势阱台阶处的反射和隧穿 59
4.6.4 势垒的透射概率密度 61
4.6.5 二维和三维的束缚粒子 62
4.6.6 二维带和量子线 65
4.6.7 简谐振荡器 67
4.6.8 球坐标系中的薛定谔方程 69
4.7 氢原子 69
4.7.1 磁矩 74
4.7.2 磁化及磁化系数 75
4.7.3 电子偶素和激发子 76
4.8 费米子和玻色子的填充规则 77
参考文献 78
第5章 宏观世界的量子结果 79
5.1 化学元素周期表的量子解释 79
5.2 纳米对称性 80
5.2.1 不可分粒子及它们的交换对称性 80
5.2.2 氢分子 83
5.3 纯粹纳米物理力 86
5.3.1 极性力和范德瓦尔斯力 87
5.3.2 Casimir力 91
5.3.3 氢键 95
5.4 装自由电子的箱子——金属、费米能级、DOS、维数 96
5.5 电导率、平均自由程、霍尔效应和磁阻 101
5.6 电子能带和带隙的Kronig-Penney模型 103
5.7 半导体和绝缘体中的电子能带和电子传输 110
5.8 类氢施主和受主 115
5.8.1 半导体中的载流子浓度和金属掺杂 117
5.8.2 二极管的电流-电压特性和常见的激光器 122
5.9 铁磁性——磁盘记忆的纳米物理基础 128
5.10 肖特基势垒 133
5.10.1 压电体、铁电体和热电体等先进纳米技术的应用 134
5.10.2 一个没有希望看到的高温纳米环境 139
5.10.3 稠密液体中超声产生的气泡破裂 140
参考文献 144
第6章 自然界和产业中的自组装纳米结构 146
6.1 碳原子 148
6.2 甲烷、乙烷和辛烷 148
6.3 乙烯、苯和乙炔 149
6.4 巴基球 150
6.5 碳纳米管 151
6.6 硅纳米线 154
6.7 InAs量子点 155
6.8 AgBr纳米晶 157
6.9 有磁趋向性的菌体内的Fe3O4磁体和Fe3S4硫复铁矿内的纳米粒子 158
6.10 Au和其他光滑表面上的自组装单分子层 160
参考文献 162