基礎磁性物理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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磁性，特彆是鐵磁性，往往會予人一種神秘的聯想，確實即使時至今日，仍有一些（鐵）磁性性質不甚明瞭，但吾人仍應以科學的角度去理解它，因此，對於過去所纍積於磁性的研究結果能列入教科書者，應予係統的介紹並傳授相關的專業知識。

　　本書為磁性物理之教科書，以理工科大四及研究所同學為主要對象。由於市麵上相關的教材多半係以英文原著書寫，為方便閱讀，本書採中文方式陳述，其中偶有部分專有名詞則中英並陳，可供有興趣的同學或同仁自修參考。

　　書中分為六個章節：靜磁學、磁性起源、磁性種類、磁異方性、鐵（亞鐵）磁體之磁化與退磁、磁區與磁牆。內容盡量從物理的觀點來討論，有關材料與工程應用的部分，將收錄於下一冊書籍：《應用磁性物理》（Applied Physics of Magnetism）。
 

理論物理前沿探索：從量子場論到弦理論 內容概要： 本書旨在為物理學進階研究者和高年級本科生提供一個深入而係統的理論物理學知識框架，重點聚焦於量子場論的最新進展、廣義相對論的深入解析、拓撲物理學的應用，以及前沿的弦理論基礎。本書不涉及經典電磁學、固體物理中的磁性現象，或任何與“基礎磁性物理”直接相關的具體應用或實驗技術。 第一部分：量子場論的現代視角 (Quantum Field Theory: A Modern Perspective) 本部分將超越標準模型（Standard Model）的敘述框架，深入探討量子場論（QFT）在處理非微擾（non-perturbative）問題和高能尺度下的理論構建。 第一章：重整化群與有效場論 (Renormalization Group and Effective Field Theories) 重整化群流 (RG Flow) 的深入分析： 詳細考察如何利用重整化群（RG）來理解物理定律在不同能量尺度下的湧現和變化。重點討論Wilsonian有效場論（EFT）的概念，以及如何利用RG來係統地分離高能和低能物理。 非微擾方法： 探討格點場論（Lattice Field Theory）的基本原理，特彆是其在色動力學（QCD）中的應用，以及如何利用它來計算禁閉能、誇剋質量等非微擾物理量。 缺陷與孤子 (Defects and Solitons)： 討論拓撲缺陷（如疇壁、渦鏇、磁單極子等——注意，此處提及的單極子是拓撲場論中的概念，而非麥剋斯韋方程的經典延伸）在量子場論中的形成和性質，以及它們在拓撲相變中的作用。 第二章：共形場論與全息對偶 (Conformal Field Theory and Holography) 共形對稱性： 深入分析二維和更高維共形場論的代數結構（如Virasoro代數、共形對稱群）。探討CFT在統計物理臨界現象中的地位。 AdS/CFT 對偶性（全息原理）： 詳盡介紹反德西特空間/共形場論（AdS/CFT）對應原理的數學基礎，包括如何將引力理論中的度規變化映射到邊界CFT中的算符關聯函數。重點闡述其在理解強耦閤量子物質係統（如誇剋-膠子等離子體）中的應用，而非經典磁性材料的描述。 邊界理論的動力學： 分析全息對偶如何允許我們研究沒有明顯量子引力或規範場論描述的係統（例如，利用該方法研究某些高溫超導體的可能模型）。 第二部分：廣義相對論與時空幾何 (General Relativity and Spacetime Geometry) 本部分專注於愛因斯坦引力理論的數學結構和最新的宇宙學/天體物理學應用，完全避開對電磁現象的麥剋斯韋方程組的討論。 第三章：黎曼幾何與場方程的精確解 (Riemannian Geometry and Exact Solutions) 微分幾何基礎迴顧： 強調黎曼流形、聯絡、麯率張量（裏奇張量、斯卡拉麯率）的精確定義及其在描述時空彎麯中的作用。 引力場方程的精確解： 係統研究重要的非平凡時空解，如Kerr-Newman解（描述帶電荷和轉動的黑洞，但討論的重點在於時空結構，而非電磁場本身）、Goshen-Metzner解、以及高維黑洞解。 漸近平坦時空與漸近對稱性： 深入探討巴特拉基斯（BMS）群，這是對龐加萊群在漸近平坦時空中的擴展，以及它在理解引力波輻射和信息迴收問題中的重要性。 第四章：奇點定理與引力坍縮 (Singularity Theorems and Gravitational Collapse) 彭羅斯-霍金奇點定理： 嚴格證明這些定理的條件和結論，討論它們對黑洞形成和宇宙學大爆炸的物理含義。 動態時空與引力微擾： 引入綫性化引力理論，用於描述微弱擾動下的時空演化，這是分析引力波傳播的基礎，但不涉及電磁波的傳播。 第三部分：拓撲學在物理學中的應用 (Topology in Physics) 本部分探討拓撲不變量如何從數學概念轉化為描述凝聚態和場論中穩定物理性質的關鍵工具。 第五章：拓撲不變量與整數量子霍爾效應 (Topological Invariants and IQHE) 布裏淵區拓撲： 介紹如何利用Berry相位、Chern數（Chern Number）和Stiefel-Whitney類來錶徵電子在周期性勢場中的能帶結構。 拓撲絕緣體： 詳細分析Z2不變量，區分時間反演對稱（T）保護的拓撲絕緣體和經典磁性材料中常見的非T對稱係統。重點關注其邊緣態（Edge States）的魯棒性。 陳-西濛斯作用量 (Chern-Simons Action)： 在三維時空（或時間-空間截麵）中引入非阿貝爾（Non-Abelian）陳-西濛斯作用量，用於描述拓撲規範場論，如分數霍爾效應的有效理論。 第六章：拓撲相變與序參量 (Topological Phase Transitions and Order Parameters) Kosterlitz-Thouless (KT) 轉變： 分析KT轉變如何通過拓撲激發（渦鏇）驅動，這是一種不依賴於傳統序參量（如磁化強度）的相變。 非阿貝爾任意子 (Non-Abelian Anyons)： 討論在某些二維拓撲量子場論中齣現的非阿貝爾任意子，它們具有非平凡的編織（braiding）統計，是拓撲量子計算的潛在基礎。 第四部分：弦理論與量子引力 (String Theory and Quantum Gravity) 本部分作為理論物理的尖端領域，介紹將引力量子化所需的框架。 第七章：玻色子弦理論基礎 (Basics of Bosonic String Theory) 世界麵動力學： 導齣自由玻色子弦的Nambu-Goto作用量和等效的共形場論描述。 量子化與譜分析： 完成一次量子化，推導玻色子弦的質量譜，並分析Tachyon（快子）的物理意義（作為不穩定激發，預示著玻色子弦理論的缺陷）。 約束方程與背景場： 解釋軌型方程（Gauge Fixing）和背景場方程的推導，特彆是不包含任何電磁場張量$F_{mu u}$的動力學討論。 第八章：超弦理論的引入 (Introduction to Superstring Theory) 超對稱性： 引入費米子度規和超對稱的數學結構，說明它如何消除玻色子弦理論中的快子激發。 I型、IIA/IIB型弦理論： 概述五種超弦理論的基本特徵，重點討論其超引力對偶和D-膜（D-branes）的概念。D-膜作為高維膜狀的開弦終點，其行為在量子引力中起關鍵作用。 M理論的展望： 簡要介紹M理論作為連接不同超弦理論的框架，及其在統一量子引力問題中的潛在地位。 總結： 本書的結構旨在引導讀者從成熟的量子場論工具箱齣發，過渡到處理時空幾何的廣義相對論，並最終觸及最前沿的量子引力——弦理論。全書強調數學的嚴謹性和現代物理概念的連接性，專注於非經典、非微擾或高維度的物理現象，與任何關於經典電磁現象、麥剋斯韋方程組的常規應用或特定磁性材料的分析完全無關。

作者簡介

任盛源

　　目前為中央研究院物理所研究員（Institute of Physics, Academia Sinica, Research Fellow）同時亦任教於颱灣科技大學機械係材料組。

　　1976年畢業於颱灣大學物理係並取得學士學位，1983年畢業於（美）卡內基美侖大學物理係（Carnegie-Mellon University, Physics Dept.）並取得博士學位，自1984年即服務於中研院物理所至今，其間亦曾分彆於輔仁大學物理所及海洋大學光電所任職兼任教授，並持續在颱大材料、清大材料及交大電物等校係指導博士或碩士論文，至今受指導學生總數超過百餘人，研究課題俱與磁性物理相關；特彆有關鐵磁性材料之電子傳輸、本徵磁性、單晶或非晶金屬磁材、磁彈性質、磁區與磁牆、鐵磁共振等。發錶於SCI的文章篇數計135篇，（美）專利1項。
 

第一章 靜磁
1-1 簡介
1-2 偶極場
1-3 單位

第二章 磁性起源
2-1 軌道及自鏇磁矩
2-2 史頓—葛拉賀實驗
2-3 自鏇—軌道作用力
2-4 軌道角動量之壓製
2-5 軌道角動量之恢復
2-6 宏德法則
2-7 g與g’值（實驗）
2-8 海森堡交換作用
2-9 小結論
2-10 附註

第三章 磁性種類
3-1 簡介
3-2 反磁性
3-3 順磁性
3-4 鐵磁性
3-5 螺鏇磁性
3-6 亞鐵磁性
3-7 反鐵磁性
3-8 超順磁性
3-9 附註

第四章 磁異方性
4-1 磁異方性之起源
4-2 磁異方性
4-3 力矩磁力計
4-4 溫度與磁異方性之關係
4-5 磁異方性與晶粒大小之關係
4-6 附註

第五章 鐵（或亞鐵）磁體之磁化與退磁
5-1 去磁效應
5-2 磁力綫
5-3 磁路
5-4 磁滯麯綫
5-5 附註

第六章 磁區與磁牆
6-1 磁牆與磁區
6-2 磁區觀察實驗
6-3 附註

習　題
參考文獻
習題答案
索　引

序

　　「磁性（Magnetism）」現象涵蓋瞭一個極為廣泛的課題，它可以與下列研究領域重疊：例如固態物理、電機工程、機械工程、材料與冶金工程、物理化學等。在工業界被應用的情形更是不勝枚舉，其重要性已不言可喻。作者自從在美國Carnegie-Mellon University物理研究所開始即從事「非晶磁性材料中磁牆運動」之研究，之後，迴到中央研究院物理所仍一直持續地在磁性領域從事研究工作，至今已三十六年，在這段時間作者亦分彆受聘於颱灣科技大學機械所、海洋大學光電所，及輔仁大學物理所，除指導學生論文外，並於上下學期在各研究所開課，名稱為「磁性物理與材料」。在準備教材時，深深感到市麵上缺少一本適於大四或研一同學研讀有關「磁性」的教科書（且一般此類的教科書多為英文原版）。因此，作者特彆就這些年研究與教學的經驗以中文寫成有關磁性物理的教科書，供大傢分享。

　　這本書被命名「基礎磁性物理」，基本上，當然是與磁性（特彆是鐵磁性）相關。在本書中作者要強調的是有關各項提及的（鐵）磁性其基礎物理方麵的探討，較少（或僅偶然地）討論到材料特性與工程實用麵。當然，這裏所指的基礎物理包括必須知悉的磁性理論與實驗。因此，這本書應該會給想入門磁學領域者一個良好的開始，讀者在閱讀本書之前僅需具備下列學科的背景知識：電磁學、固態物理、近代物理、固體力學，及熱力學。所以，原則上研讀本書對已修讀完大三課程的大四及研究所同學，應無太大的問題。

　　本書分為六個章節，第一章：靜磁學，介紹有關磁學中常用到的物理量、單位及其定義。第二章：磁性起源，介紹與磁起源相關之兩基本量—電子之軌道及自鏇磁矩及彼此之作用，並進一步討論相鄰兩原子間的交換作用，作為形成鐵磁或反鐵磁現象之基本機製。第三章：磁性種類，介紹包括反磁、順磁、鐵磁、亞鐵磁、螺鏇磁、反鐵磁及超順磁幾類常見對磁性的劃分（或種類）。並強調所謂侷限與巡遊電子兩觀點的對比。第四章：磁異方性，探討各磁異方性的起源、種類及實驗測定方式。第五章：鐵（或亞鐵）磁體之磁化與退磁，討論鐵磁體之基本（技術性）磁現象，包括去磁效應、磁路及磁滯麯綫。第六章，磁區與磁牆，針對該兩磁性特徵的理論與實驗作討論。最末並附習題與解答，以供自修。

　　最後，本書的六個章節明顯尚未能包括磁性物理的全部以及其最新的發展，在此僅將之視為跨入磁性領域之入門教材，希望能予讀者有所幫助。
 

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀非常有質感，封麵設計簡潔大氣，觸感也十分舒適，讓人拿到手中就感受到一種沉甸甸的學術分量。翻開扉頁，印刷清晰，紙張厚實，沒有刺鼻的油墨味，這一點對於長時間閱讀的人來說非常重要。目錄的編排也很有邏輯性，從最基礎的磁現象引入，逐步深入到宏觀磁學和微觀磁性材料的原理，最後還涉及瞭一些前沿的研究方嚮。在閱讀過程中，我發現書中對一些復雜概念的解釋都配有詳細的圖示和推導過程，即使是沒有太多物理基礎的讀者，也能通過這些輔助材料較好地理解。例如，在講解磁疇理論的部分，書中用瞭一係列動態的示意圖，清晰地展示瞭磁疇在外部磁場作用下的變化，比單純的文字描述要直觀得多。此外，書中還穿插瞭一些曆史故事和科學傢的小傳，這讓原本略顯枯燥的物理知識變得生動有趣，也讓人對這些偉大的發現有瞭更深的敬意。總的來說，這本書在細節處理上非常到位，從視覺到觸覺，再到內容的呈現方式，都體現瞭齣版者的嚴謹和用心。

评分☆☆☆☆☆

作為一個曾經的物理愛好者，我一直在尋找一本能夠係統梳理磁性物理知識的入門讀物，而這本書無疑滿足瞭我的需求。它並非那種淺嘗輒止、泛泛而談的科普讀物，而是深入淺齣地講解瞭磁性的基本概念，比如磁場、磁矩、磁疇壁的形成與移動等。我特彆喜歡書中對不同類型磁性材料的分類和性質介紹，例如鐵磁性、順磁性、抗磁性以及反鐵磁性的區彆，並配以相應的晶體結構和原子磁矩示意圖，這讓我對這些材料的微觀起源有瞭更清晰的認識。書中對磁性測量方法也進行瞭詳細的闡述，例如振動樣品磁強計（VSM）和SQUID的原理，以及它們在實驗中的應用。雖然我並非專業研究人員，但這些介紹讓我對科研工作中的實際操作有瞭一個大概的瞭解。書中還討論瞭磁疇壁在材料性能中的作用，以及如何通過控製磁疇結構來調控材料的磁學特性，這讓我對磁性材料的應用前景有瞭更深的思考。

评分☆☆☆☆☆

這本書在數學推導方麵做得相當紮實，對於那些希望深入理解磁性物理背後數學原理的讀者來說，絕對是一份寶貴的財富。它沒有迴避復雜的數學公式，而是循序漸進地引導讀者掌握拉普拉斯方程、安培定律、洛倫茲力等核心概念的推導過程。在講解霍爾效應時，書中不僅給齣瞭理論模型的推導，還詳細分析瞭不同材料中霍爾係數的來源和符號含義，並解釋瞭其在半導體物理和磁性傳感器中的應用。另外，對磁疇動力學部分的闡述也十分精彩，書中利用瞭微磁學模擬的思路，通過數值計算的方式展示瞭疇壁的運動和磁化翻轉過程，這對於理解動態磁現象非常有幫助。雖然有些章節的數學公式確實需要花費一些時間和精力去消化，但一旦理解，就會豁然開朗，對磁性物理的理解也會提升到一個新的層次。書中提供的習題也很有代錶性，能夠幫助讀者鞏固所學知識。

评分☆☆☆☆☆

這本書的章節安排非常有特色，它不是按照傳統的理論框架來組織內容，而是將一些實際的應用場景作為切入點，然後逐步深入到背後的物理原理。例如，書中在介紹永磁材料時，並沒有一開始就講解居裏溫度和矯頑力，而是先以硬盤驅動器和磁懸浮列車為例，引齣對高效永磁材料的需求，再開始講解這些材料的磁性特性。這種“從應用到原理”的教學方式，對於激發讀者的學習興趣非常有益。書中對數據存儲技術、磁共振成像（MRI）以及磁場傳感器的介紹，都非常生動形象，讓我們看到瞭磁性物理在現代科技中的重要作用。書中還提及瞭納米磁學和自鏇電子學等前沿領域，並對其發展趨勢進行瞭展望，這讓讀者能夠感受到磁性物理研究的蓬勃生機。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常獨特，作者似乎非常善於用形象的比喻來解釋抽象的物理概念。比如，在講解磁偶極子相互作用時，作者將磁偶極子比作微小的指南針，生動地描繪瞭它們之間的排斥和吸引力。在介紹磁疇時，也用“小小的磁鐵王國”來形容，形象地展示瞭疇與疇之間的邊界以及磁疇壁的形成。這種生動活潑的語言風格，讓原本枯燥的物理理論變得易於理解和記憶。書中還穿插瞭一些有趣的“你知道嗎”小欄目，介紹瞭一些與磁性相關的冷知識，例如地球磁場的奧秘，以及古代人們如何利用磁石辨彆方嚮。這些小細節的加入，極大地增強瞭閱讀的趣味性，也讓學習過程不再單調乏味。總體而言，這是一本既有深度又不失趣味的磁性物理讀物，非常值得推薦給所有對磁性世界感興趣的讀者。