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熱力學與統計物理學（第二版）

為了解決金屬自由電子的問題，作者林宗涵 這樣論述：

共分11章，前5章為熱力學，後6章為統計物理學。各章內容包括： 1.熱力學的基本概念和基本規律；2.均勻系的平衡性質；3.相變的熱力學理論；4.多元系的複相平衡與化學平衡、熱力學第三定律；5.非平衡態熱力學（線性理論）簡介；6.統計物理學的基本概念；7.近獨立子系組成的系統；8.統計系綜理論；9.相變和臨界現象的統計理論簡介；10.非平衡態統計理論；11.漲落理論。 　　 本書附有習題和部分參考答案。 　　 本書可作為高等學校物理類各專業“熱力學與統計物理學”的教材。 林宗涵，北京大學物理學院教授、博士生導師．曾兼任“葉企孫物理學獎”評委(２０００—２０１１)、中科院理論物

理研究所學術委員會副主任(１９９５—２００２)、Chinese Physics letters 副主編(１９８７—２０１５)等．長期從事凝聚態理論的研究,發表和合作發表論文百餘篇;長期從事“熱力學與統計物理學”以及“量子統計物理學”教學,合作編著《量子統計物理學》《介觀物理》等。 第一章 熱力學的基本概念與基本規律 （1） §1.1 熱力學的研究目的 （1） §1.2 平衡態及其描寫 （3） §1.3 溫度 物態方程 （6） §1.4 功 （11） §1.5 熱力學第一定律 （15） §1.6 熱容 焓 （17） §1.7 理想氣體的性質 （18） §1.8 理想氣

體的卡諾迴圈 （21） §1.9 熱力學第二定律 （23） §1.10 熱力學第二定律的數學表述 熵 （27） §1.11 熵增加原理 （37） §1.12 最大功 （40） §1.13 自由能與吉布斯函數 （43） 習題 （46） 第二章 均勻系的平衡性質 （50） §2.1 麥克斯韋關係 （50） §2.2 氣體的節流過程 焦耳-湯姆孫效應 （55） §2.3 絕熱去磁降溫的熱力學理論 （58） §2.4 熱輻射的熱力學理論 （61） §2.5 氣體的熱力學函數 （65） §2.6 基本熱力學函數的確定 （68） §2.7 特性函數（或熱力學勢） （70） §2.8 可逆

迴圈過程方法 （73） 習題 （76） 第三章 相變的熱力學理論 （80） §3.1 熱動平衡判據 （80） §3.2 粒子數可變系統 （84） §3.3 熱動平衡條件 （86） §3.4 平衡的穩定條件 （90） §3.5 單元系的複相平衡 （93） §3.6 氣-液相變 臨界點 （98） §3.7 正常-超導相變的熱力學理論 （103） §3.8 相變的分類 埃倫費斯特方程 （107） §3.9 朗道二級相變理論簡介 （110） §3.10 臨界現象和臨界指數 （119） 習題 （123） 第四章 多元系的複相平衡與化學平衡 熱力學第三定律 （126） §4.1 多元均

勻系的熱力學函數與基本微分方程 （126） §4.2 多元系的複相平衡 （130） §4.3 化學平衡條件 （131） §4.4 吉布斯相律 （134） §4.5 混合理想氣體的性質 （136） §4.6 理想氣體的化學平衡 （139） §4.7 熱力學第三定律 （143） 習題 （151） 第五章 非平衡態熱力學（線性理論）簡介 （154） §5.1 非平衡態熱力學（線性理論）綱要 （154） §5.2 熱傳導 （159）  §5.3 溫差電效應 （160） 習題 （169） 第六章 統計物理學的基本概念 （171） §6.1 統計物理學的研究物件、目的與方法 （171）

§6.2 微觀狀態的經典描寫與量子描寫 （172） §6.3 宏觀量的統計性質 統計規律性 （177） §6.4 平衡態統計理論的基本假設:等幾率原理 （179） 第七章 近獨立子系組成的系統 （180） §7.1 分佈與系統的微觀態 最可幾分佈 （180） §7.2 定域子系 麥克斯韋-玻爾茲曼分佈 （182） §7.3 二能級系統 （185） §7.4 定域子系熱力學量的統計運算式 熵的統計解釋 （188） §7.5 熱輻射的普朗克理論 （193） §7.6 固體熱容的統計理論 （199） §7.7 定域子系的經典極限條件 （204） §7.8 負絕對溫度 （206）

§7.9 非定域子系 費米-狄拉克分佈 玻色-愛因斯坦分佈 （210） §7.10 理想玻色氣體和理想費米氣體熱力學量的統計運算式 （215） §7.11 非簡並條件 經典極限條件 （219） §7.12 麥克斯韋速度分佈律 （226） §7.13 能量均分定理 （228） §7.14 非簡並理想氣體的熱力學函數與熱容 （231） §7.15 弱簡並理想氣體的物態方程與內能 統計關聯 （238） §7.16 理想玻色氣體的玻色-愛因斯坦凝聚 （243） §7.17 超冷稀薄原子氣體的玻色-愛因斯坦凝聚 （252） §7.18 光子氣體 （266） §7.19 強簡並理想費米氣體

（269） §7.20 元激發（或准粒子）理想氣體 （276） 習題 （283） 第八章 統計系綜理論 （296） §8.1 經典統計系綜的概念 （296） §8.2 劉維爾定理 （298） §8.3 微正則系綜 （302） 8.3.1 經典微正則系綜 （302） §8.4 正則系綜 （309） §8.5 非理想氣體的物態方程 （317） §8.6 流體的二粒子分佈函數與關聯函數 （322） §8.7 巨正則系綜 （330） §8.8 巨正則系綜應用例子 （337） §8.9 由巨正則系綜推導費米分佈與玻色分佈 （340） §8.10 熱力學極限與三種系綜之間的等效性 （343）

習題 （346） 第九章 相變和臨界現象的統計理論簡介 （352） §9.1 伊辛模型 平均場近似 （353） §9.2 伊辛模型的嚴格解 （359） §9.3 臨界指數（續） 標度律 普適性 （362） §9.4 漲落與關聯的作用 （365） §9.5 重正化群理論大意 （372） 習題 （378） 第十章 非平衡態統計理論 （381） §10.1 玻爾茲曼積分微分方程 （381） §10.2 H定理 （390） §10.3 熵流與熵產生率 （400） §10.4 簡並氣體的玻爾茲曼方程 （402） §10.5 弛豫時間近似 金屬自由電子的輸運過程 （407） 第十一章

漲落理論 （420） §11.1 准熱力學理論 熱力學量的漲落 （421） §11.2 漲落的空間關聯 （428） §11.3 布朗運動理論 （432）  §11.4 漲落的時間關聯 （438）  §11.5 漲落-耗散定理 （442）  §11.6 電路中的熱雜訊 譜密度 （446） 習題 （453） 主要參考書目 （456） 附錄A 基本物理常量 （458） 附錄B 統計物理學中常用的數學公式 （459） 附錄C 誤差函數 （463） 索引 （464） 外國人名索引 （471）

金屬自由電子進入發燒排行的影片

利用單層銦奈米粒子埋覆於雙抗反射層及含鉺摻雜螢光粉近紅外上轉換於金字塔結構矽太陽能電池以提升光電流與效率之研究

為了解決金屬自由電子的問題，作者林韋丞 這樣論述：

本論文是透過整合(1)上轉換發光(Up Conversion, UC)材料嵌入於太陽能電池背面及(2)銦奈米粒子(Indium Nanoparticle, In-NPs)埋覆於正面氮化矽與二氧化矽所組成雙抗反射層之金字塔結構矽太陽能電池特性提升之研究。在常見太陽能電池，多數使用矽(Silicon)作為基板，針對矽晶太陽能電池 : (一) 在太陽光譜中，光能量若低於矽能隙值(1.12eV)的入射光子無法被矽吸收及轉換成電流，我們利用上轉換螢光粉，將無法被矽所吸收的近紅外波長光轉換成波長為670、810以及980 nm可被矽吸收之光子，以提升近紅外波段對太陽能電池光電流的貢獻；(二) 矽

與空氣兩者界面折射係數不同，入射光子在矽太陽能電池表面有較高的菲涅耳(Fresnel)反射耗損，我們利用銦奈米粒子(In-NPs)埋覆於氮化矽及二氧化矽所組成之雙抗反射層及沉積於表面金字塔結構之矽太陽能電池正面以降低表面反射，也利用金屬粒子表面電漿前向散射效應以提升矽晶太陽能電池之光電轉換特性。本研究透過場發射掃描式電子顯微鏡圖像分析、反射率、外部量子效率、暗態電流-電壓、及照光電流-電壓(I-V)等特性量測，分析比較此二種機制應用於太陽能電池上對光電特性的提升。本論文實驗中，分為兩大架構，架構一 : 分別在電池之背面先蝕刻 30 µm深度之不同覆蓋面積百分比(22.6、77.4%)的矽矩形槽

陣列結構，以此做為基準之參考電池再將不同重量百分比濃度(10、20、30 wt%)的上轉換螢光粉混合於二氧化矽溶液，利用旋轉塗佈技術將混合液填至30 µm深度之矩形槽陣列結構中及覆蓋一銀反射層於背表面上。驗證可吸收近紅外波段光子及轉換成可見光波長光子，而電池背部蒸鍍一層銀反射器是將上轉換往下放射之光子能再反射回矽吸收層，再次驗證上轉換提升額外的光電流。架構二 : 在架構(一)的電池正面沉積三種不同大小的銦奈米粒子(In-NPs)及覆蓋二氧化矽抗反射層，此舉得利用金屬奈米粒子表面電漿共振效應(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)，提升矽晶太陽能電池

之光電轉換特性。 實驗數據分析顯示，架構一中，將上轉換螢光粉以30 wt%濃度旋塗於背電極面積百分比(77.4 %)的電池上會有最佳的提升效果，其照光J-V量測的光電流密度提升率為2.07 % (從38.74 mA/cm2至39.54 mA/cm2 )，轉換效率提升率為 3.55% (從13.59 % 至14.07 %)，如再蒸鍍一層銀反射器，其光電流密度提升率為2.77 % (從38.74 mA/cm2至39.81 mA/cm2 )，及轉換效率提升率為5.74 % (從13.59 % 至14.38 %)，兩者證實上轉換之功效在實驗架構二中，將架構一太陽能電池，於其正面再蒸鍍銦奈米粒子

(In-NPs)及覆蓋二氧化矽層後，其光電流密度會再提高，因此光電流密度提升率達到 5.55 % (從38.74 mA/cm2至40.89 mA/cm2 )及轉換效率提升率上升至 8.04 % (從13.59 % 至14.67 %)，相較於架構一，我們也證實銦粒子表面電漿子散射應對電池特性提升的貢獻。

納米結構材料科學基礎

為了解決金屬自由電子的問題，作者韓民，謝波 這樣論述：

納米科學作為我們這個時代的一個標志性詞組，將要和正在創造一次新的工業革命。本書所討論的納米結構，是由納米尺度(1-100nm)的構造單元所構成的材料和器件。它們具有與通常的宏觀物質不同的奇異性質並可以通過對納米構造單元的基於物理、化學和生物過程的可控組裝來設計與合成。本書包括五個連貫的方面：(1)納米科學技術概覽；(2)納米材料的結構；(3)納米結構的制備；(4)納米結構的性質；(5)納米結構的應用。涵蓋了從原子團簇到納米結構薄膜的基本性質；從納米結構的自組裝到納米加工和納米結構表征方法；從原子所主導的表面效應到量子過程所主導的限制效應；以及特定納米結構的應用和研究進展。 前

言第1章 引言1.1納米科技：一場可能的新產業革命1.2納米的概念1.3納米尺度材料的新特性1.4納米科學與技術1.5納米科技的歷史參考文獻第2章 團簇物理2.1原子團簇的概念2.2團簇的表體比2.3團簇的穩定結構和幻數2.4團簇的光吸收和光電子譜2.5團簇的熱力學與「相變」2.6納米粒子參考文獻第3章 納米結構制備：「由底向上」的途徑3.1獲得納米結構的兩類途徑3.2納米粒子的氣相制備3.3納米粒子的尺寸分布及尺寸選擇3.4納米粒子的化學合成3.4.1溶液反應法制備納米粒子3.4.2噴霧法制備納米粒子3.5納米粒子的團聚與分散參考文獻第4章 低維納米結構及其制備與組裝4.1低維納米結構4.2

一維納米結構4.3一維納米結構制備4.3.1一維納米結構的氣相制備4.3.2一維納米結構的液相制備4.3.3其他一維納米結構的制備方法4.4一維納米結構生長機制4.5二維納米結構4.6二維納米結構的自組裝4.6.1自組裝單層膜4.6.2納米粒子自發有序4.6.3嵌段共聚物自組裝4.6.4Stranski—Krastanov生長法4.6.5模板引導的自組裝4.7納米固體參考文獻第5章 微納米加工5.1半導體器件特征尺寸的縮小5.2光學曝光的基本工藝流程5.3光學曝光的分辨率極限5.4極端紫外光學曝光與X射線光學曝光5.5電子束曝光5.6聚焦離子束加工5.7圖形轉移技術5.8分辨率增強技術參考文獻

第6章 掃描探針顯微術6.1材料顯微分析技術及其分辨率極限6.2掃描探針顯微鏡的特點6.3掃描隧道顯微鏡的原理6.4掃描隧道顯微鏡的構造6.5掃描隧道顯微鏡的工作模式6.6掃描隧道顯微鏡達到原子分辨的途徑6.7原子力顯微鏡的原理6.8原子力顯微鏡的構造6.9原子力顯微鏡的工作模式與成像模式6.10原子力顯微鏡探針6.11掃描探針顯微鏡家族6.12基於掃描探針顯微鏡的納米加工參考文獻第7章 納米結構的電子性質7.1固體能帶的起源7.1.1金屬自由電子理論7.1.2能帶的形成7.2金屬納米粒子的量子尺寸效應：Kubo理論7.2.1尺寸減小導致電子能級的明顯分立7.2.2量子體系電子能級的統計學和熱

力學7.3量子限制效應7.3.1不同維度材料的電子結構特征7.3.2量子點的量子限制效應7.4特征長度和相干長度7.4.1輸運性質的經典理論7.4.2與電子輸運相關的特征長度7.5彈道輸運7.6Landauer—Buttiker公式7.7量子干涉7.8庫侖阻塞與單電子學7.8.1庫侖阻塞與單電子學的基本概念7.8.2單電子隧道結7.8.3電流偏置隧道結：庫侖振盪7.8.4觀察到庫侖阻塞和庫侖振盪的條件7.8.5電壓偏置的串聯單電子隧道結：庫侖台階參考文獻第8章 納米結構的磁性8.1物質的磁性8.2團簇的磁矩8.3單疇極限8.4各向異性8.5超順磁性8.6交換作用8.7巨磁電阻參考文獻第9章 納

米結構的光學性質9.1材料的光學性質9.1.1固體的基本光學參數9.1.2固體的光吸收9.1.3固體發光9.2半導體量子點的光學性質9.2.1半導體量子點的能帶結構9.2.2半導體納米結構的光吸收9.2.3半導體量了點的發光9.2.4Ⅳ族半導體納米結構9.3金屬表面等離激元9.3.1等離激元的基本概念9.3.2Drude模型9.3.3介質金屬界面的表面等離激元9.4局域表面等離激元9.4.1金屬納米粒子的表面等離激兀共振9.4.2表面等離激元共振的影響因素9.5耦合表面等離激元9.6近場9.7近場光學顯微9.8局域場增強效應9.9表面增強拉曼光譜9.9.1表面增強拉曼散射的機理9.9.2SER

S增強因子9.9.3針尖增強拉曼光譜9.10等離激元增強發光9.10.1表面等離激元與熒光分子的作用9.10.2金屬納米結構表面等離激元對半導體發光的作用9.11非線性光學增強參考文獻第10章 富勒烯與碳納米管10.1共價鍵理論10.2碳的同素異構體10.3富勒烯10.4碳納米管的制備10.5碳納米管的結構10.6異型單壁碳納米管10.7碳納米管的電學性質10.7.1單壁碳納米管的電子能帶結構10.7.2單壁碳納米管的電學性質10.8碳納米管的力學性質10.9碳納米管的熱學性質參考文獻

平面式電漿子超解析元件設計

為了解決金屬自由電子的問題，作者張凱鈞 這樣論述：

我們利用相間排列的金屬-介電質介面(MI)以及金屬-介電質-介電質介面(MII)設計了平面超解析元件，並且使其在可見光的操作頻率下達到超解析的效果，此外我們證明了利用改變元件所使用的材料以及對元件結構細部的微調，來達到全可見光頻段超解析的目的。 接者我們提出了利用單層的石墨稀以及給予石墨稀相間排列之外加電壓改變其材料參數，使得石墨稀如一個多層膜系統一般並且證明了此元件可以在THz的頻段下打破繞射極限。我們證明了我們所設計的結構，除了可以使石墨稀成為一個超穎材料之外，也能做為一個超解析材料，此外我們也證明了利用外加偏壓的調控，我們可以在不同的THz頻率下打破繞射極限。這些由我們所提出來的

結構，皆為多層膜結構且具有次波長解析的效果，並且期盼能夠應用在高密度的電子電路中。