納米力學基礎——從固態理論到器件套用

《納米力學基礎——從固態理論到器件套用》是2007年9月化學工業出版社出版的圖書，作者是安德魯N.克萊蘭。

基本介紹

• 中文名：納米力學基礎——從固態理論到器件套用
• 作者：安德魯N.克萊蘭
• 類別：本科機械教材
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2007年9月
• 頁數：276 頁
• 定價：45 元
• 開本：16 開
• 裝幀：平
• ISBN：978-7-122-00621-9

內容簡介

本書描述了微觀物體的力學性質，以建立巨觀和微觀兩種力學研究方法之間的聯繫。本書不僅介紹了固體的經典力學和量子力學理論，還嘗試對經典力學理論不適用，而必須採用量子力學理論解決的問題進行了討論，比如納米尺度物體的力學性質。本書還嘗試把固體的連續介質理論與原子理論結合起來，並揭示量子力學的作用原理及適用場合，尤其是當系統尺寸減小到量子能級很大以及熱振動的作用非常重要時。

本書適用於機械工程專業的本科生、研究生及相關科研人員。

圖書目錄

1引言：一維原子鏈

1.1雙原子分子1

1.1.1外力2

1.1.2動力學特徵4

1.2三原子鏈5

1.2.1作用於三聚體的外力6

1.2.2三原子鏈的應變6

1.2.3動力學過程6

1.3N鏈節分子：N個原子的一維鏈8

1.3.1簡正坐標10

1.3.2相速度和群速度12

1.3.3固定邊界條件13

1.3.4橫向運動13

1.4具有光學模的一維鏈16

1.5一維鏈的量子力學和熱力學17

1.6一維鏈的溫度影響18

1.6.1N原子鏈的比熱容19

1.6.2熱膨脹21

1.7簡正模的量子算符22

1.7.1簡諧振子的量子算符22

1.7.2N原子鏈的量子力學算符23

習題24

2二維和三維晶格

2.1晶格26

2.2二維晶體27

2.3三維晶體28

2.3.1單基晶體結構29

2.4周期函式30

2.4.1一維傅立葉級數30

2.4.2二維和三維傅立葉級數：倒格子

31

2.4.3倒易空間點陣：實例32

2.5布洛赫定理33

2.6晶格點陣的經典理論34

2.6.1雙原子互作用勢36

2.6.2二維和三維的邊界條件37

2.6.3晶格的簡正模38

2.6.4光頻支聲子45

2.7簡正模的哈密頓函式46

2.7.1簡正模的量子算符47

2.8與固體經典連續介質理論的聯繫48

習題51

3聲子氣的性質

3.1聲子氣的比熱容53

3.1.1基本熱聲子波長57

3.2作為粒子的聲子:位置、動量和散射60

3.2.1聲子的動量和能量62

3.3點缺陷處的聲子散射63

3.4聲子間的相互作用66

3.4.1聲子間的相互作用：溫度的影響

69

3.4.2高階聲子間的相互作用69

3.4.3Akhiezer效應70

3.5電子聲子散射72

3.5.1壓電互作用77

3.6聲子的熱導率79

3.6.1玻耳茲曼方程81

3.6.2熱傳導的量子論84

3.6.3金屬中的熱導率85

習題87

4應力和應變

4.1相對位移和應變88

4.2應變主軸92

4.3疊加原理94

4.3.1應變的歐拉定義95

4.4應力張量95

4.4.1應力張量的對稱性98

4.5應力張量的性質98

4.5.1應力張量的變換98

4.5.2任意斜截面上的應力99

4.5.3應力主軸100

4.6任意形狀的物體和非均勻應力101

4.7體力102

4.7.1考慮體力作用時的力矩平衡

102

習題104

5彈性關係

5.1彈性回響的分類106

5.2線彈性回響107

5.2.1應力應變的六矢量表示法108

5.2.2彈性剛度108

5.3正交各向異性材料和各向同性材料

109

5.4晶體材料112

5.5應變應力關係113

5.6多晶體材料115

5.7結論115

習題115

6固體的靜變形

6.1靜變形固體的方程組117

6.1.1邊界條件118

6.2拉力119

6.2.1受端部力梁的伸長119

6.2.2體力作用下樑的伸長120

6.3梁的彎曲121

6.3.1純彎曲122

6.3.2軸線的位移123

6.3.3聖維南原理124

6.4梁的歐拉伯努利理論124

6.4.1由局部載荷引起的剪力和彎矩

126

6.4.2剪下位移127

6.4.3邊界條件128

6.4.4集中力128

6.4.5一般彎曲問題的結果129

6.5受扭轉梁130

6.5.1非圓截面柱體的扭轉131

6.6二維問題131

6.6.1平面應變131

6.6.2平面應力133

6.7三維問題134

習題135

7固體的動力學特性

7.1簡單振動方式：梁的振動137

7.1.1縱向振動137

7.1.2圓柱體的扭轉振動140

7.1.3縱向振動和扭轉振動的應力和

應變142

7.1.4彎曲振動143

7.2各向同性固體的動力學方程147

7.3無限大各向同性體中的波149

7.3.1膨脹波和旋轉波149

7.3.2標量勢Ф與矢量勢H150

7.3.3與時間相關的體力151

7.4無限大晶體中的波153

7.4.1晶體中的能量流和坡印廷矢量

154

7.5半無限大各向同性體中的波156

7.5.1以法向入射的入射波157

7.5.2任意角度的入射波158

7.5.3瑞利波161

7.6平板中的波162

7.6.1平板中的剪下水平波163

7.6.2平板中波的一般問題164

7.7桿中的波167

7.7.1扭轉波168

7.7.2縱波168

7.7.3彎曲波169

7.8小結169

習題169

8力學系統中的耗散和噪聲

8.1朗之萬（Langevin）方程171

8.1.1耗散和品質因數173

8.1.2衰減174

8.2非彈性固體的齊納（Zener）模型

174

8.2.1雙級系統175

8.3熱彈性鬆弛176

8.4聲子的相互作用177

8.4.1金屬中的耗散178

8.5納米尺度及機械諧振器的耗散179

8.5.1受激勵有阻尼的梁180

8.5.2耗散引起的振幅噪聲181

8.5.3耗散引起的相位噪聲183

8.5.4頻率噪聲184

8.5.5阿倫（Allan）方差185

習題185

9實驗納米結構

9.1一個簡單的製造程式186

9.2撓性諧振器187

9.2.1高頻撓性諧振器187

9.2.2非線性諧振器191

9.2.3兩端自由諧振器195

9.3參數諧振器：Mathieu振子197

9.3.1光參數諧振器202

9.4機械靜電計202

9.5納米結構中的熱傳導204

9.6電子輸運與機械運動的耦合205

9.7磁共振力顯微技術207

10納米結構製造Ⅰ

10.1材料212

10.2光刻原理213

10.2.1光學曝光213

10.2.2電子束曝光215

10.2.3聚焦離子束219

10.2.4掃描探針技術：AFM和STM

219

10.2.5壓印技術220

10.2.6自組裝單層221

10.3乾法刻蝕技術221

10.3.1電漿刻蝕221

10.3.2反應離子刻蝕222

10.3.3反應氣體的化學性質223

10.3.4矽和矽酸鹽反應離子刻蝕223

10.3.5GaAs和CaAlAs反應離子

刻蝕224

10.3.6金屬的反應離子刻蝕225

10.3.7反應離子刻蝕掩模225

10.3.8離子束刻蝕225

10.3.9終點檢測226

10.4濕法刻蝕技術227

10.4.1矽刻蝕劑228

10.5薄膜沉積231

10.5.1薄膜的蒸發與濺射沉積231

10.5.2化學氣相沉積233

10.5.3矽摻雜236

10.5.4離子注入法237

10.6隧道結製造：懸浮掩模238

11納米結構製造Ⅱ

11.1體單晶矽納米加工240

11.1.1矽再生長結構242

11 .2外延異質結構的納米加工243

11.2.1SIMOX和SLICE晶片243

11.3多晶結構納米加工244

11.4以GaAs異質結構為基礎的納米

加工245

11.5臨界點乾燥246

A數學工具

A.1標量、矢量、張量248

A.1.1矢量248

A.1.2張量250

A.2本徵值與本徵矢251

A.3狄拉克δ函式252

B應力與應變的相容關係

C符號

參教文獻258