基本介紹
- 書名：電子，電子!誰來拯救摩爾定律
- 作者：張天蓉
- ISBN：9787302368458
- 類別：科普/物理
- 頁數：240
- 定價：35元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2014.12.1
- 裝幀：平裝
- 開本：148×210mm
- 中圖法分類：TN01-49
內容簡介,評價,編輯推薦,媒體評論,作者簡介,前言,序言,目錄,
內容簡介
什麼原因造成了摩爾定律的危機？誰來拯救它？電子技術背後有哪些物理理論？相關的物理學家們當前在研究些什麼熱門課題？他們的研究成果能延續摩爾定律嗎？電子在半導體中是怎樣舞蹈的？此書將帶你走近與此有關的物理及工程領域，從回顧半導體以及電的歷史開始，到三隻腳的魔術師—電晶體的發明；從原子模型的歷史演化，到熱門的自旋電子學研究，一直到目前的納米技術以及凝聚態中的前沿進展，諸如量子霍爾效應、拓撲絕緣體，等等。
評價
編輯推薦
量子、能帶、晶格、玻色子、自旋、費米子、霍爾效應、凝聚態、拓撲絕緣體···
描述和探索這些概念、理論的發生與發展
解讀這些大師們的科學工作及趣聞軼事
媒體評論
《電子，電子！誰能拯救摩爾定律？》是作者的第三本科普著作。她的著作有一個共同特點，都能把趣味性、易讀性與物理學的嚴謹性很好地結合起來。與多數科普著作相比較，她的書包含更多對物理規律的描述，給讀者以直觀的解釋又不會產生誤解。
——戴元本 中國科學院院士
作者簡介
張天蓉，女。美國得州奧斯汀大學理論物理博士，現住美國芝加哥。研究課題包括廣義相對論、黑洞輻射、費曼路徑積分、毫微微秒雷射、積體電路EDA軟體等。發表專業論文三十餘篇。2008年出版科普小說《新東方夜譚》；2010年11月出版懸疑小說《美國房客》。2012年開始，在科學網發表一系列科普博文，其文風深入淺出，趣味盎然，亦保持科學的嚴謹性，深得讀者喜愛。是第六版《十萬個為什麼》物理卷參編者之一。2013年出版科普讀物：《蝴蝶效應之謎:走近分形與混沌》和《世紀幽靈:走近量子糾纏》。
前言
每個人都知道，今天的世界和50年前完全不一樣。這不同主要表現在哪裡？如果讓你用兩個字來概括這50年中的差異的話，恐怕大多數人會說出“信息”這兩個字。的確是如此，今天的世界中，有恢弘無際的網路，漫天飛舞的電磁波，還有多到要爆炸的信息，它們充滿了世界的每個角落，隨時可聞、無處不在。50年前有關通信的諸多夢想，如今都已成為現實。這一切用一句話來概括：人類邁入了信息社會。然而，是什麼在支撐著這個信息社會呢？毋庸置疑，是近年來蓬勃發展、如日中天的各種高科技技術。其中包括各類計算機技術、軟體、網路、通訊、信息、人工智慧、雲計算……不勝枚舉。而在這些形形色色、五花八門的技術後面，又有一個最基礎和最重要的，那就是積體電路技術。
幾十年來，積體電路的演進似乎的確遵循著摩爾預言的這種指數規律。但是，僅僅依靠工程技術的演化，不可能將這種發展速度永遠繼續下去。近年來，摩爾定律面臨挑戰，遭遇瓶頸，積體電路在進一步發展的道路上，碰到了難以解決的問題。
積體電路的基礎材料是半導體，其工作機制是默默隱藏於它背後、鮮有人知的物理原理。換言之，是基於量子理論而建立起來的固體物理理論，賦予了積體電路技術那種“體積不斷縮小、速度不斷加快”的超級能力。電子技術幾十年來的突飛猛進是根源於物理學中量子理論的成功。而如今，怎樣才能挽救摩爾定律呢？可以用上中國人的一句老話：解鈴還須系鈴人。還是得回到基本物理的層面上，才有可能克服摩爾定律的瓶頸問題。
讀了上面的文字，喜歡思考的你可能會冒出一大堆問題：什麼物理原因造成了摩爾定律的危機？誰來拯救它？電子技術背後有哪些物理理論？相關的物理學家們當前在研究些什麼熱門課題？他們的研究成果能延續摩爾定律嗎？
與電子技術同行，物理學也走過了它半個世紀的輝煌歷程，當研究者們從工程界再轉過頭來回顧基礎物理研究時，同樣感到大吃一驚。物理學家們半個世紀的努力，正在初現端倪。上世紀中，前50年物理學的兩個重大革命成果：量子力學和相對論，正在被後50年以及新世紀十幾年中越來越多的實驗結果和天文觀測現象所證實。理論物理學的研究方向，除了一如既往地“上窮碧落下黃泉”，追尋時空尺度極大和極小兩個極端之外，也朝著複雜性的方向發展。這其中，混沌理論和凝聚態物理便是典型的例子。
五十年之前，積體電路剛出現的時候，其中大多數利用的是半導體物理的知識。五十年後，從半導體物理及固體物理髮展起來的凝聚態物理更引起了專家們的關注。特別是凝聚態實驗中發現的大量新型材料、各類性質奇特的物態、以及對常溫下超導超流的研究，更是激發起人們對新功能材料無限的遐想和憧憬，為電子技術的變革開啟了大門。
科學技術發展的歷史證明，技術領域的危機往往是科學研究的契機。如前所述，積體電路的發展碰到了困難，而凝聚態物理研究中層出不窮、令人眼化繚亂的新成果、新物態，卻有可能為電子技術發掘出優越的新型材料，從而解決工程技術的困難，挽救摩爾定律。
無論是工程上使用的半導體材料，還是凝聚態物理研究中形形色色的量子物態，電子運動的模式都在其中起著至關重要的作用。電子，這個美妙的舞者，按照量子力學的規律，在微觀世界裡跳著各種奇特的舞蹈！那么，你是否想了解：電子在半導體中是怎樣舞蹈的？在不同量子態中，又如何才能充分發揮電子的更多、更奇特的內稟屬性，比如自旋，讓電子跳出更美妙、更有實用價值的舞蹈來？
為此，本書作者將帶領你探索這些問題的答案，將帶你走近與此有關的物理及工程領域。從回顧半導體的歷史，以及電的歷史開始，到三隻腳的魔術師—電晶體的發明；從原子模型的歷史演化，到熱門的自旋電子學研究，一直到目前的納米技術以及凝聚態中的前沿進展：諸如量子霍爾效應，拓撲絕緣體等等，本書中都有精彩的介紹。。
第一章主要是回顧歷史；第二章則以固體中的能帶論為主線，描述電子如何在費米能級附近舞蹈，從而從物理角度解釋半導體器件的工作原理；第三章介紹近年發展的自旋電子學；第四章則討論凝聚態物理中的各種量子霍爾態。
本書既講科學，也說技術。既聊歷史，也談現狀。既介紹科學家們所作的工作，也侃他們的趣聞軼事和個性生平。它不僅僅是一本限於物理學的科普書，而是橫跨了科學和技術多個領域。它不僅講解電子器件，也深刻剖析其中的工作原理。既有半導體及凝聚態物理的歷史，也有這些領域最新的發展狀況。在講述電子學歷史的過程中，又介紹這些發現發明背後隱藏的物理。此外，也介紹了近年來各種納米新材料的基本概念、有趣性質，以及它們的套用和前景。
電子技術及物理科學的大門敞開著，等待年輕人的參與，但願這本書能帶你輕鬆入門。
序言
《電子，電子!誰來拯救摩爾定律》作者張天蓉博士早年在美國德克薩斯大學奧斯汀分校取得學位，受教於著名物理學家，對物理學有很好的理解。近幾年來她從事於科普書籍的寫作，已經出版了《蝴蝶效應之謎:走近分形與混沌》和《世紀幽靈:走近量子糾纏》兩本書，本書是她的第三本科普著作。她的著作有一個共同特點，都能把趣味性和易讀性與物理學的嚴謹性很好地結合起來。與多數科普著作相比較，她的書包含更多對物理規律的描述，給讀者以直觀的解釋又不會產生誤解。這已為作者贏得許多讚譽。
《電子，電子!誰來拯救摩爾定律》一書內容豐富，從法拉第的電磁感應實驗到半導體電晶體、磁碟儲存系統再到近年中新發展起來的自旋電子學和拓撲絕緣體，兩百多年來與電磁有關的物理學和技術的發展都有敘述。其中既有許多著名物理學家和發明家的豐功偉績和趣聞軼事，也有對一系列，有時是頗為深奧的，物理規律的解釋。因此，我相信本書不僅會被科技愛好者和學生所喜歡，從中學到許多知識和受到創新的激勵，也能使從事與電子技術有關工作的專業人士從中受益。
中國科學院理論物理研究所研究員
中國科學院院士
目錄
序言 - 戴元本
前言
第一章：點石成金
1.1 法拉第初識半導體
1.2敏感的半導體
1.3貓鬍子偵測器
1.4閃電大師特斯拉
1.5點石成金
第二章：獨立特行的電子
2.1原子模型的變遷
2.2能帶論-為電子造房子
2.3倒格子空間
2.4布洛赫波和布里淵區
2.5電子如何分房入住？
2.6接觸產生奇蹟
2.7三條腿的魔術師
第三章：電子自旋舞
3.1巨磁電阻效應
3.2自旋登上舞台
3.3自旋電子學
3.4與磁共舞
3.5自旋轉移力矩
3.6幾個簡單自旋器件
第四章：霍爾圓舞曲
4.1朗道的故事
4.2物質的千姿百“相”
4.3霍爾效應大家族
4.4量子霍爾效應
4.5洗澡水中的小孩
4.6拓撲絕緣體
附錄
附錄C：周期勢場中的能帶
附錄D：電磁勢和規範變換
附錄E：拓撲簡介
參考文獻
