納米物理和納米技術

《納米物理和納米技術》是2010年機械工業出版社出版的圖書。本書主要研究在納米和亞納米尺度下的物理現象。

基本介紹

• 書名：納米物理和納米技術
• ISBN：9787111295051, 7111295056
• 頁數：263頁
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間： 2010年4月1日
• 裝幀：平裝
• 開本：16
• 叢書名：國際機械工程先進技術譯叢

內容簡介

外文書名: nanophysics and nanotechnology:an introduction to modern concepts in nanoscience,second,updated and enlarged edition

《納米物理與納米技術:納米科學中的現代概念介紹(原書第2版)》特別側重於對所有潛在套用技術中的最小尺度的重要性的研究。《納米物理和納米技術》從磁學和量子學的角度，圍繞“納米電子學”做了說明，對現有的成功矽技術則敘述了涉及量子計算的可能性；介紹了關於碳納米管的電子學新套用；在超導性方面，通過具體實例的介紹幫助理解以低功耗和高效率著稱的“快速單通量量子”計算機邏輯設備。《納米物理和納米技術》提供了一些新領域必需的基本概念，也包括了納米科技的一些最新進展。

圖書目錄

序言

第1版序言

譯叢序言

譯者序

第1章 緒論1

1.1 納米，微米，毫米2

1.2 摩爾(Moore)定律6

1.3 Esaki量子隧穿二極體7

1.4 量子點的多種顏色8

1.5 巨磁電阻100Gb硬碟讀取磁頭10

1.6 汽車上的加速計11

1.7 納米孔道過濾器12

1.8 傳統技術中的納米元素12

參考文獻13

第2章 當物體尺寸變小時，接近於量子尺度時的體系14

2.1 小型化系統中機械頻率增加14

2.2 由簡單諧振子表示的尺寸縮放關係17

2.3 由簡單電路元件表示的尺寸縮放關係17

2.4 熱時間常數和溫度差異的減少18

2.5 在流體介質中粘滯阻力成為小顆粒的主導力量18

2.6 在對稱分子尺度的體系中摩擦力的消失20

參考文獻22

第3章 小的限度是什麼？23

3.1 物質的粒子（量子）本質：光子，電子，原子，分子23

3.2 納米發動機和納米器件的生物學實例24

3.2.1 線性彈簧發動機24

3.2.2 軌道上的線性引擎26

3.2.3 旋轉式發動機27

3.2.4 離子通道，生物中的納米電晶體31

3.3 可以把它做到多小？33

3.3.1 製造微器件的方法有哪些？33

3.3.2 怎樣才能看到想要製做的物體？33

3.3.3 怎樣才能將它與外部世界聯繫起來？36

3.3.4 如果看不見它或連線不到它，能使其進行自組裝並自主運作嗎？36

3.3.5 組裝小尺寸三維物體的途徑36

3.3.6 利用DNA鏈引導納米尺寸結構的自組裝39

參考文獻41

第4章 納米世界的量子本質44

4.1 核原子的玻爾(Bohr)模型44

4.1.1 角動量量子化45

4.1.2 玻爾模型的擴展46

4.2 光和物質的波粒二象性，德布羅意（DeBroglie）方程λ=h/p，E=hν46

4.3 電子波函式Ψ，機率密度Ψ*Ψ，行波和駐波47

4.4 麥克斯韋方程；E和B為光子、光纖模式的波函式50

4.5 海森堡測不準原理52

4.6 薛丁格方程，量子態和能量，勢壘隧穿53

4.6.1 一維薛丁格方程53

4.6.2 一維俘獲粒子54

4.6.3 勢階處的反射和隧穿56

4.6.4 勢壘貫穿，阱逃逸時間，共振隧穿二極體58

4.6.5 二維和三維中的俘獲粒子：量子點59

4.6.6 二維帶和量子線61

4.6.7 簡諧振子63

4.6.8 球型極坐標中的薛丁格方程64

4.7 氫原子，單電子原子，激發子64

4.7.1 磁矩67

4.7.2 磁化強度和磁化率68

4.7.3 電子偶素和激發子69

4.8 費米子，玻色子及其占位規則70

參考文獻70

第5章 巨觀世界的量子行為71

5.1 化學元素周期表71

5.2 納米對稱性，雙原子分子和鐵磁體71

5.2.1 全同性粒子以及它們之間的交換72

5.2.2 氫分子，H-H：共價鍵73

5.3 更加純粹的納米物理作用力：范德華力、Casimir力、氫鍵75

5.3.1 極性波動力和范德華波動力76

5.3.2 Casimir力78

5.3.3 氫鍵81

5.4 金屬作為自由電子的盒子：費米能級，DOS，維度83

5.5 周期性結構（如Si、GaAs、InSb、Cu）：電子能帶和帶隙的Kronig?Penney模型86

5.6 半導體和絕緣體中的電子能帶和傳導：局域與離域91

5.7 類氫施主和受主95

5.7.1 半導體中的載流子濃度，金屬摻雜95

5.7.2 PN結，電子二極體I（V）特徵，注入式雷射器99

5.8 鐵磁性的擴展，磁碟存儲器的納米物理學基礎103

5.9 表面的不同，Schottky勢壘厚度W=[2εεOVB/eNd]1/2106

5.10 鐵電學，壓電學和焦熱電學：納米技術發展的最新套用107

參考文獻115

第6章 自然界和工業中的自組裝納米結構116

6.1 碳原子126C1s22p4（0.07nm）117

6.2 甲烷CH4，乙烷C2H6，辛烷C8H18117

6.3 乙烯C2H4，苯C6H6，乙炔C2H2118

6.4 C60巴基球（~0.5 nm）119

6.5 C∞納米管（~0.5 nm）119

6.6 InAs量子點（~5nm）122

6.7 AgBr納米晶體（0.1 ~2μm）124

6.8 趨磁細菌中的Fe3O4鐵磁礦和Fe3S4硫復鐵礦納米粒子124

6.9 在金和其他光滑表面的自組裝單層膜126

參考文獻127

第7章 基於物理學的納米製造和納米技術的實驗方法128

7.1 矽技術：納米技術中的Intel-IBM方法129

7.1.1 圖形，掩膜，光刻129

7.1.2 矽的刻蝕130

7.1.3 界定高導電性電極區域130

7.1.4 金屬和絕緣薄膜的沉積方法131

7.2 受光波長限制的橫向解析度（線寬），現在是65nm132

7.2.1 光學和X射線光刻132

7.2.2 電子束光刻133

7.3 犧牲層，懸橋，單電子電晶體133

7.4 矽計算機技術的未來是什麼？135

7.5 散熱和RSFQ技術136

7.6 掃描探針（機）方法：一次一個原子140

7.7 掃描隧道顯微鏡（STM）作為分子組裝機的原型141

7.7.1 移動金原子，製造表面分子141

7.7.2 用一台STM組裝有機分子144

7.8 原子力顯微鏡（AFM）陣列144

7.8.1 光刻製備懸臂陣列145

7.8.2 用原子力顯微鏡進行納米製造146

7.8.3 採用磁共振原子力顯微鏡對單電子自旋成像147

7.9 根本性問題：速率，準確性及其他149

參考文獻149

第8章 基於磁、電子、核自旋以及超導性的量子技術151

8.1 Stern?Gerlach實驗：電子自旋1/2角動量的觀測154

8.2 雙核自旋效應：MRI（磁共振成像）和“21.1 cm線”154

8.3 對於量子計算機來說，電子自旋1/2作量子比特：量子疊加，相干157

8.4 硬、軟鐵磁物質159

8.5 GMR（巨磁阻）的起源：依靠自旋的電子散射160

8.6 GMR自旋閥，一個納米物理的磁阻感測器162

8.7 隧道閥，一個更好的（TMR）納米物理的磁場感測器163

8.8 磁性隨機存儲器（MRAM）165

8.8.1 磁性隧道結MRAM陣列165

8.8.2 混合鐵磁體?半導體的非易失霍爾（Hall）效應柵器件165

8.9 自旋注入：Johnson?Silsbee效應168

8.10 磁邏輯器件:一個多數通用邏輯門171

8.11 超導體和超導（磁）通量子173

8.12 Josephson效應和超導量子干涉檢測器（SQUID）174

8.13 超導（RSFQ）邏輯/存儲的計算機元件177

參考文獻179

第9章 矽納米電子學與超越181

9.1 帶有相干電子的電子干涉器件181

9.1.1 截斷量子波導中的彈道電子輸運：實驗和理論184

9.1.2 碳納米管中清晰可辨的量子干涉效應185

9.2 碳納米管感測器和密集型非易失隨機讀寫存儲器186

9.2.1 極性分子的碳納米管感測器，利用其固有的大電場187

9.2.2 交叉排列的碳納米管陣列作為超密超快的非易失隨機讀寫存儲器190

9.3 共振隧道二極體，隧道熱電子電晶體193

9.4 雙勢阱電勢電荷量子比特195

9.5 單電子電晶體198

9.5.1 射頻單電子電晶體（RFSET），一個已被證明了的有用的研究工具200

9.5.2 以亞電子電荷解析度讀出電荷量子比特202

9.5.3 SET和RTD（共振隧道二極體）的對比203

9.6 通過實驗方法獲得的雙阱電荷量子比特204

9.7 GaAs晶片上的離子俘獲，指向一種新的量子比特210

9.8 單分子作為電子電路上的活性單元211

9.9 由矽CMOS和分子電子學結合而成的雜化納米電子學：CMOL215

參考文獻216

第10章 展望未來218

10.1 Drexler的機械（分子）軸和軸承218

10.1.1 Smalley對機器組裝的駁斥218

10.1.2 范德華力可用於無摩擦力軸承？221

10.2 分子組裝機的概念是有缺陷的221

10.3 分子機器的革新技術或自複製技術是否會威脅到地球上的生命？222

10.4 基因工程和機器人學怎樣？223

10.5 生物技術和合成生物學中可能存在的社會和倫理問題226

10.6 會出現福山所預測的後人類未來嗎？227

參考文獻228

習題230

簡寫術語表238

一些有用的常數242

檢索243