基础磁性物理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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磁性，特别是铁磁性，往往会予人一种神秘的联想，确实即使时至今日，仍有一些（铁）磁性性质不甚明了，但吾人仍应以科学的角度去理解它，因此，对于过去所累积于磁性的研究结果能列入教科书者，应予系统的介绍并传授相关的专业知识。

　　本书为磁性物理之教科书，以理工科大四及研究所同学为主要对象。由于市面上相关的教材多半系以英文原着书写，为方便阅读，本书採中文方式陈述，其中偶有部分专有名词则中英并陈，可供有兴趣的同学或同仁自修参考。

　　书中分为六个章节：静磁学、磁性起源、磁性种类、磁异方性、铁（亚铁）磁体之磁化与退磁、磁区与磁墙。内容尽量从物理的观点来讨论，有关材料与工程应用的部分，将收录于下一册书籍：《应用磁性物理》（Applied Physics of Magnetism）。
 

理论物理前沿探索：从量子场论到弦理论 内容概要： 本书旨在为物理学进阶研究者和高年级本科生提供一个深入而系统的理论物理学知识框架，重点聚焦于量子场论的最新进展、广义相对论的深入解析、拓扑物理学的应用，以及前沿的弦理论基础。本书不涉及经典电磁学、固体物理中的磁性现象，或任何与“基础磁性物理”直接相关的具体应用或实验技术。 第一部分：量子场论的现代视角 (Quantum Field Theory: A Modern Perspective) 本部分将超越标准模型（Standard Model）的叙述框架，深入探讨量子场论（QFT）在处理非微扰（non-perturbative）问题和高能尺度下的理论构建。 第一章：重整化群与有效场论 (Renormalization Group and Effective Field Theories) 重整化群流 (RG Flow) 的深入分析： 详细考察如何利用重整化群（RG）来理解物理定律在不同能量尺度下的涌现和变化。重点讨论Wilsonian有效场论（EFT）的概念，以及如何利用RG来系统地分离高能和低能物理。 非微扰方法： 探讨格点场论（Lattice Field Theory）的基本原理，特别是其在色动力学（QCD）中的应用，以及如何利用它来计算禁闭能、夸克质量等非微扰物理量。 缺陷与孤子 (Defects and Solitons)： 讨论拓扑缺陷（如畴壁、涡旋、磁单极子等——注意，此处提及的单极子是拓扑场论中的概念，而非麦克斯韦方程的经典延伸）在量子场论中的形成和性质，以及它们在拓扑相变中的作用。 第二章：共形场论与全息对偶 (Conformal Field Theory and Holography) 共形对称性： 深入分析二维和更高维共形场论的代数结构（如Virasoro代数、共形对称群）。探讨CFT在统计物理临界现象中的地位。 AdS/CFT 对偶性（全息原理）： 详尽介绍反德西特空间/共形场论（AdS/CFT）对应原理的数学基础，包括如何将引力理论中的度规变化映射到边界CFT中的算符关联函数。重点阐述其在理解强耦合量子物质系统（如夸克-胶子等离子体）中的应用，而非经典磁性材料的描述。 边界理论的动力学： 分析全息对偶如何允许我们研究没有明显量子引力或规范场论描述的系统（例如，利用该方法研究某些高温超导体的可能模型）。 第二部分：广义相对论与时空几何 (General Relativity and Spacetime Geometry) 本部分专注于爱因斯坦引力理论的数学结构和最新的宇宙学/天体物理学应用，完全避开对电磁现象的麦克斯韦方程组的讨论。 第三章：黎曼几何与场方程的精确解 (Riemannian Geometry and Exact Solutions) 微分几何基础回顾： 强调黎曼流形、联络、曲率张量（里奇张量、斯卡拉曲率）的精确定义及其在描述时空弯曲中的作用。 引力场方程的精确解： 系统研究重要的非平凡时空解，如Kerr-Newman解（描述带电荷和转动的黑洞，但讨论的重点在于时空结构，而非电磁场本身）、Goshen-Metzner解、以及高维黑洞解。 渐近平坦时空与渐近对称性： 深入探讨巴特拉基斯（BMS）群，这是对庞加莱群在渐近平坦时空中的扩展，以及它在理解引力波辐射和信息回收问题中的重要性。 第四章：奇点定理与引力坍缩 (Singularity Theorems and Gravitational Collapse) 彭罗斯-霍金奇点定理： 严格证明这些定理的条件和结论，讨论它们对黑洞形成和宇宙学大爆炸的物理含义。 动态时空与引力微扰： 引入线性化引力理论，用于描述微弱扰动下的时空演化，这是分析引力波传播的基础，但不涉及电磁波的传播。 第三部分：拓扑学在物理学中的应用 (Topology in Physics) 本部分探讨拓扑不变量如何从数学概念转化为描述凝聚态和场论中稳定物理性质的关键工具。 第五章：拓扑不变量与整数量子霍尔效应 (Topological Invariants and IQHE) 布里渊区拓扑： 介绍如何利用Berry相位、Chern数（Chern Number）和Stiefel-Whitney类来表征电子在周期性势场中的能带结构。 拓扑绝缘体： 详细分析Z2不变量，区分时间反演对称（T）保护的拓扑绝缘体和经典磁性材料中常见的非T对称系统。重点关注其边缘态（Edge States）的鲁棒性。 陈-西蒙斯作用量 (Chern-Simons Action)： 在三维时空（或时间-空间截面）中引入非阿贝尔（Non-Abelian）陈-西蒙斯作用量，用于描述拓扑规范场论，如分数霍尔效应的有效理论。 第六章：拓扑相变与序参量 (Topological Phase Transitions and Order Parameters) Kosterlitz-Thouless (KT) 转变： 分析KT转变如何通过拓扑激发（涡旋）驱动，这是一种不依赖于传统序参量（如磁化强度）的相变。 非阿贝尔任意子 (Non-Abelian Anyons)： 讨论在某些二维拓扑量子场论中出现的非阿贝尔任意子，它们具有非平凡的编织（braiding）统计，是拓扑量子计算的潜在基础。 第四部分：弦理论与量子引力 (String Theory and Quantum Gravity) 本部分作为理论物理的尖端领域，介绍将引力量子化所需的框架。 第七章：玻色子弦理论基础 (Basics of Bosonic String Theory) 世界面动力学： 导出自由玻色子弦的Nambu-Goto作用量和等效的共形场论描述。 量子化与谱分析： 完成一次量子化，推导玻色子弦的质量谱，并分析Tachyon（快子）的物理意义（作为不稳定激发，预示着玻色子弦理论的缺陷）。 约束方程与背景场： 解释轨型方程（Gauge Fixing）和背景场方程的推导，特别是不包含任何电磁场张量$F_{mu u}$的动力学讨论。 第八章：超弦理论的引入 (Introduction to Superstring Theory) 超对称性： 引入费米子度规和超对称的数学结构，说明它如何消除玻色子弦理论中的快子激发。 I型、IIA/IIB型弦理论： 概述五种超弦理论的基本特征，重点讨论其超引力对偶和D-膜（D-branes）的概念。D-膜作为高维膜状的开弦终点，其行为在量子引力中起关键作用。 M理论的展望： 简要介绍M理论作为连接不同超弦理论的框架，及其在统一量子引力问题中的潜在地位。 总结： 本书的结构旨在引导读者从成熟的量子场论工具箱出发，过渡到处理时空几何的广义相对论，并最终触及最前沿的量子引力——弦理论。全书强调数学的严谨性和现代物理概念的连接性，专注于非经典、非微扰或高维度的物理现象，与任何关于经典电磁现象、麦克斯韦方程组的常规应用或特定磁性材料的分析完全无关。

作者简介

任盛源

　　目前为中央研究院物理所研究员（Institute of Physics, Academia Sinica, Research Fellow）同时亦任教于台湾科技大学机械系材料组。

　　1976年毕业于台湾大学物理系并取得学士学位，1983年毕业于（美）卡内基美仑大学物理系（Carnegie-Mellon University, Physics Dept.）并取得博士学位，自1984年即服务于中研院物理所至今，其间亦曾分别于辅仁大学物理所及海洋大学光电所任职兼任教授，并持续在台大材料、清大材料及交大电物等校系指导博士或硕士论文，至今受指导学生总数超过百余人，研究课题俱与磁性物理相关；特别有关铁磁性材料之电子传输、本征磁性、单晶或非晶金属磁材、磁弹性质、磁区与磁墙、铁磁共振等。发表于SCI的文章篇数计135篇，（美）专利1项。
 

第一章 静磁
1-1 简介
1-2 偶极场
1-3 单位

第二章 磁性起源
2-1 轨道及自旋磁矩
2-2 史顿—葛拉贺实验
2-3 自旋—轨道作用力
2-4 轨道角动量之压制
2-5 轨道角动量之恢复
2-6 宏德法则
2-7 g与g’值（实验）
2-8 海森堡交换作用
2-9 小结论
2-10 附註

第三章 磁性种类
3-1 简介
3-2 反磁性
3-3 顺磁性
3-4 铁磁性
3-5 螺旋磁性
3-6 亚铁磁性
3-7 反铁磁性
3-8 超顺磁性
3-9 附註

第四章 磁异方性
4-1 磁异方性之起源
4-2 磁异方性
4-3 力矩磁力计
4-4 温度与磁异方性之关系
4-5 磁异方性与晶粒大小之关系
4-6 附註

第五章 铁（或亚铁）磁体之磁化与退磁
5-1 去磁效应
5-2 磁力线
5-3 磁路
5-4 磁滞曲线
5-5 附註

第六章 磁区与磁墙
6-1 磁墙与磁区
6-2 磁区观察实验
6-3 附註

习　题
参考文献
习题答案
索　引

序

　　「磁性（Magnetism）」现象涵盖了一个极为广泛的课题，它可以与下列研究领域重叠：例如固态物理、电机工程、机械工程、材料与冶金工程、物理化学等。在工业界被应用的情形更是不胜枚举，其重要性已不言可喻。作者自从在美国Carnegie-Mellon University物理研究所开始即从事「非晶磁性材料中磁墙运动」之研究，之后，回到中央研究院物理所仍一直持续地在磁性领域从事研究工作，至今已三十六年，在这段时间作者亦分别受聘于台湾科技大学机械所、海洋大学光电所，及辅仁大学物理所，除指导学生论文外，并于上下学期在各研究所开课，名称为「磁性物理与材料」。在准备教材时，深深感到市面上缺少一本适于大四或研一同学研读有关「磁性」的教科书（且一般此类的教科书多为英文原版）。因此，作者特别就这些年研究与教学的经验以中文写成有关磁性物理的教科书，供大家分享。

　　这本书被命名「基础磁性物理」，基本上，当然是与磁性（特别是铁磁性）相关。在本书中作者要强调的是有关各项提及的（铁）磁性其基础物理方面的探讨，较少（或仅偶然地）讨论到材料特性与工程实用面。当然，这里所指的基础物理包括必须知悉的磁性理论与实验。因此，这本书应该会给想入门磁学领域者一个良好的开始，读者在阅读本书之前仅需具备下列学科的背景知识：电磁学、固态物理、近代物理、固体力学，及热力学。所以，原则上研读本书对已修读完大三课程的大四及研究所同学，应无太大的问题。

　　本书分为六个章节，第一章：静磁学，介绍有关磁学中常用到的物理量、单位及其定义。第二章：磁性起源，介绍与磁起源相关之两基本量—电子之轨道及自旋磁矩及彼此之作用，并进一步讨论相邻两原子间的交换作用，作为形成铁磁或反铁磁现象之基本机制。第三章：磁性种类，介绍包括反磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、螺旋磁、反铁磁及超顺磁几类常见对磁性的划分（或种类）。并强调所谓侷限与巡游电子两观点的对比。第四章：磁异方性，探讨各磁异方性的起源、种类及实验测定方式。第五章：铁（或亚铁）磁体之磁化与退磁，讨论铁磁体之基本（技术性）磁现象，包括去磁效应、磁路及磁滞曲线。第六章，磁区与磁墙，针对该两磁性特征的理论与实验作讨论。最末并附习题与解答，以供自修。

　　最后，本书的六个章节明显尚未能包括磁性物理的全部以及其最新的发展，在此仅将之视为跨入磁性领域之入门教材，希望能予读者有所帮助。
 

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排非常有特色，它不是按照传统的理论框架来组织内容，而是将一些实际的应用场景作为切入点，然后逐步深入到背后的物理原理。例如，书中在介绍永磁材料时，并没有一开始就讲解居里温度和矫顽力，而是先以硬盘驱动器和磁悬浮列车为例，引出对高效永磁材料的需求，再开始讲解这些材料的磁性特性。这种“从应用到原理”的教学方式，对于激发读者的学习兴趣非常有益。书中对数据存储技术、磁共振成像（MRI）以及磁场传感器的介绍，都非常生动形象，让我们看到了磁性物理在现代科技中的重要作用。书中还提及了纳米磁学和自旋电子学等前沿领域，并对其发展趋势进行了展望，这让读者能够感受到磁性物理研究的蓬勃生机。

评分☆☆☆☆☆

作为一个曾经的物理爱好者，我一直在寻找一本能够系统梳理磁性物理知识的入门读物，而这本书无疑满足了我的需求。它并非那种浅尝辄止、泛泛而谈的科普读物，而是深入浅出地讲解了磁性的基本概念，比如磁场、磁矩、磁畴壁的形成与移动等。我特别喜欢书中对不同类型磁性材料的分类和性质介绍，例如铁磁性、顺磁性、抗磁性以及反铁磁性的区别，并配以相应的晶体结构和原子磁矩示意图，这让我对这些材料的微观起源有了更清晰的认识。书中对磁性测量方法也进行了详细的阐述，例如振动样品磁强计（VSM）和SQUID的原理，以及它们在实验中的应用。虽然我并非专业研究人员，但这些介绍让我对科研工作中的实际操作有了一个大概的了解。书中还讨论了磁畴壁在材料性能中的作用，以及如何通过控制磁畴结构来调控材料的磁学特性，这让我对磁性材料的应用前景有了更深的思考。

评分☆☆☆☆☆

这本书在数学推导方面做得相当扎实，对于那些希望深入理解磁性物理背后数学原理的读者来说，绝对是一份宝贵的财富。它没有回避复杂的数学公式，而是循序渐进地引导读者掌握拉普拉斯方程、安培定律、洛伦兹力等核心概念的推导过程。在讲解霍尔效应时，书中不仅给出了理论模型的推导，还详细分析了不同材料中霍尔系数的来源和符号含义，并解释了其在半导体物理和磁性传感器中的应用。另外，对磁畴动力学部分的阐述也十分精彩，书中利用了微磁学模拟的思路，通过数值计算的方式展示了畴壁的运动和磁化翻转过程，这对于理解动态磁现象非常有帮助。虽然有些章节的数学公式确实需要花费一些时间和精力去消化，但一旦理解，就会豁然开朗，对磁性物理的理解也会提升到一个新的层次。书中提供的习题也很有代表性，能够帮助读者巩固所学知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，作者似乎非常善于用形象的比喻来解释抽象的物理概念。比如，在讲解磁偶极子相互作用时，作者将磁偶极子比作微小的指南针，生动地描绘了它们之间的排斥和吸引力。在介绍磁畴时，也用“小小的磁铁王国”来形容，形象地展示了畴与畴之间的边界以及磁畴壁的形成。这种生动活泼的语言风格，让原本枯燥的物理理论变得易于理解和记忆。书中还穿插了一些有趣的“你知道吗”小栏目，介绍了一些与磁性相关的冷知识，例如地球磁场的奥秘，以及古代人们如何利用磁石辨别方向。这些小细节的加入，极大地增强了阅读的趣味性，也让学习过程不再单调乏味。总体而言，这是一本既有深度又不失趣味的磁性物理读物，非常值得推荐给所有对磁性世界感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧非常有质感，封面设计简洁大气，触感也十分舒适，让人拿到手中就感受到一种沉甸甸的学术分量。翻开扉页，印刷清晰，纸张厚实，没有刺鼻的油墨味，这一点对于长时间阅读的人来说非常重要。目录的编排也很有逻辑性，从最基础的磁现象引入，逐步深入到宏观磁学和微观磁性材料的原理，最后还涉及了一些前沿的研究方向。在阅读过程中，我发现书中对一些复杂概念的解释都配有详细的图示和推导过程，即使是没有太多物理基础的读者，也能通过这些辅助材料较好地理解。例如，在讲解磁畴理论的部分，书中用了一系列动态的示意图，清晰地展示了磁畴在外部磁场作用下的变化，比单纯的文字描述要直观得多。此外，书中还穿插了一些历史故事和科学家的小传，这让原本略显枯燥的物理知识变得生动有趣，也让人对这些伟大的发现有了更深的敬意。总的来说，这本书在细节处理上非常到位，从视觉到触觉，再到内容的呈现方式，都体现了出版者的严谨和用心。