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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