麥克斯韋方程新拓展和應用 李爾平 王中林 9787030821690 【台灣高等教育出版社】

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書名：麥克斯韋方程新拓展和應用
ISBN：9787030821690
出版社：科學
著編譯者：李爾平 王中林
頁數：xxx
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書號：1742213
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內容簡介
本書從電磁物理理論出發，重點闡述了在量子效應、尺寸效應和介質運動效應作用下的麥克斯韋方程新拓展與應用，以及這些效應在納米尺度電子和光學器件中的影響。這是迄今為止系統地介紹在此環境下麥克斯韋方程理論、實驗和應用研究的新拓展的首部專著。首先，討論了麥克斯韋方程組與量子場論結合及其量子化，為量子電磁場技術前沿應用奠定了理論基礎，進而闡述了麥克斯韋方程組與薛定諤方程的耦合以及極小尺度下的量子隧穿效應，為極小特徵尺寸的電子光子器件及系統工程提供非經典的微觀電磁場理論設計實用性框架。其次，介紹了在低速近似條件(遠小於光速)下，從機械激勵介質系統出發推導出動生麥克斯韋方程組，實現了在電-磁-力三場耦合情況下電磁理論的系統描述。最後，對於固定局域運動的介質，通過定義等效的電場和磁場，討論了簡化的動生麥克斯韋方程組解析解及其實際工程應用。

目錄

目錄

前言
中–英名稱對照表
第1章 經典麥克斯韋方程組 1
1 1 電場的高斯定理 1
1 2 磁場的高斯定理 3
1 3 安培定律 4
1 4 法拉第電磁感應定律 7
1 4 1 動生電動勢 9
1 4 2 感生電動勢 10
1 5 電荷守恆定律 13
1 6 麥克斯韋位移電流 14
1 7 安培–麥克斯韋定律 15
1 8 電位移矢量 17
1 9 麥克斯韋方程組的微分形式 19
1 9 1 基本形式 19
1 9 2 存在介質時的情形 20
1 10 麥克斯韋方程組的積分形式 20
1 11 麥克斯韋方程組的發展歷史 22
1 12 總結 24
參考文獻 25
第2章 麥克斯韋方程組的量子效應 27
2 1 麥克斯韋方程量子化的條件及意義 27
2 2 麥克斯韋方程的哈密頓量 27
2 2 1 電磁勢的引入 29
2 2 2 矢量磁位與橫向電場 29
2 2 3 哈密頓量與哈密頓方程 33
2 3 電磁場哈密頓量的本征模分解 35
2 3 1 自由空間 37
2 3 2 非均質介質 39
2 4 基於模式分解的量子化方法 40
2 4 1 經典諧振子的量子化及對易關係 40
2 4 2 湮滅與產生算符 40
2 4 3 電磁場的量子化形式及物理意義 42
2 5 基於朗之萬源的量子化方法 43
2 5 1 模式分解方法的困境 43
2 5 2 色散介質哈密頓量的建立 44
2 5 3 朗之萬噪聲源的引入 45
2 5 4 漲落耗散定理 49
2 6 量子化麥克斯韋方程的應用 53
2 6 1 自發輻射與拉比劈裂 53
2 6 2 卡西米爾力 57
2 6 3 單光子與糾纏光子散射 59
2 7 總結 61
參考文獻 62
第3章 麥克斯韋方程的尺度效應 65
3 1 麥克斯韋方程的本構關係與不適用條件 65
3 2 非線性效應和介觀模型的主導方程 66
3 2 1 玻爾茲曼方程 66
3 2 2 流體動力學模型與太赫茲源 70
3 2 3 非線性效應和高階諧波產生的現象描述 74
3 3 電磁場與微觀粒子相互作用 75
3 3 1 外電磁場作用下的薛定諤方程 75
3 3 2 規範不變性 77
3 3 3 偶極近似 78
3 3 3 1 電偶極近似 78
3 3 3 2 偶極近似下的含時薛定諤方程 79
3 3 4 麥克斯韋–薛定諤耦合方程框架 79
3 3 4 1 偶極近似下的麥克斯韋–薛定諤耦合方程框架 79
3 3 4 2 非偶極近似下的麥克斯韋–薛定諤耦合方程框架 80
3 3 5 FDTD 仿真求解麥克斯韋–薛定諤耦合方程 81
3 3 5 1 基於時域有限差分的數值差分策略 81
3 3 5 2 電磁場控制納米管中量子態轉換的數值模擬 85
3 3 6 外加電磁場作用下的光學布洛赫方程 89
3 3 6 1 光學布洛赫方程的相互作用哈密頓算子 89
3 3 6 2 基於勢函數和光布洛赫方程的電磁–量子耦合系統 90
3 3 6 3 勢函數和光學布洛赫方程的數值解法 91
3 3 6 4 量子態躍遷問題的數值模擬 92
3 4 微觀物質的波動效應 93
3 4 1 時域密度泛函理論 93
3 4 1 1 Hohenberg-Kohn定理 93
3 4 1 2 Runge-Gross定理 94
3 4 1 3 隨時間變化的Kohn-Sham方程 95
3 4 1 4 隨時間密度泛函理論 96
3 4 2 緊束縛模型與Kane-Parry近似 97
3 4 2 1 緊束縛模型 97
3 4 2 2 Kane-Parry近似 98
3 5 經典和量子等離激元相互作用的混合模型 99
3 5 1 石墨烯納米片的量子等離激元 101
3 5 2 領結型納米天線的經典等離激元 103
3 5 3 經典等離激元與量子等離激元之間的相互作用 105
3 6 總結 107
參考文獻 107
第4章 麥克斯韋方程於微納尺度的電子與光電子器件分析 111
4 1 納米尺度級電子器件的麥克斯韋方程 111
4 1 1 准靜態電磁近似和納米電子器件中的量子輸運 111
4 1 2 泊松方程與定態量子輸運方程的數值求解方法 111
4 1 2 1 非平衡格林函數理論 112
4 1 2 2 k？p哈密頓量 113
4 1 3 泊松方程和含時量子輸運方程的數值解法 116
4 1 3 1 建模仿真方法 116
4 1 3 2 含時量子輸運時域有限差分數值方法 118
4 1 3 3 數值結果和討論 120
4 2 用於納米光電子器件的麥克斯韋方程 125
4 2 1 麥克斯韋方程和含時量子輸運方程 125
4 2 2 麥克斯韋方程和含時量子輸運方程的數值解法 126
4 3 量子光學器件 130
4 3 1 半導體量子點 130
4 3 2 基本原理 131
4 3 3 二能級系統–微腔相互作用 134
4 4 小結 138
參考文獻 139
第5章 納米尺度麥克斯韋方程量子修正及實驗驗證 143
5 1 引言 143
5 2 量子電荷轉移等離激元納米器件的經典電磁特性分析 144
5 3 亞納米間隙二聚體中量子效應的解決方法 145
5 4 空間電荷量子修正模型 147
5 5 納米金屬–真空–金屬二聚體中的隧穿電荷轉移等離激元 152
5 5 1 直接隧穿和Fowler-Nordheim隧穿 152
5 5 2 隧穿電荷轉移等離激元的可調特性 154
5 6 納米金屬–分子–金屬二聚體建模 155
5 6 1 通過量子力學模型進行正向計算 156
5 6 2 使用電容模型進行反向計算 157
5 7 Ag-SAM-Ag二聚體隧穿電荷轉移等離激元 157
5 7 1 Ag-SAM-Ag二聚體的製備 158
5 7 2 隧穿間隙 159
5 7 3 隧穿電荷轉移等離激元的測量 159
5 7 4 隧穿電荷轉移等離激元的模擬 161
5 8 仿真和實驗結果 163
5 8 1 Ag-SAM-Ag二聚體的等離激元模式 163
5 8 2 貫穿空間隧穿與貫穿鍵隧穿 165
5 8 3 穿過大間隙二聚體的隧穿 166
5 9 任意分子結隧穿電荷轉移等離激元的預測 167
5 9 1 任意Ag-SAM-Ag二聚體的隧穿電荷轉移等離激元 167
5 9 2 用不同分子結繪製等離激元共振能量圖 169
5 9 3 繪製製備的Ag-EDT-Ag和Ag-BDT-Ag二聚體的圖譜 170
5 10 總結 171
參考文獻 172
第6章 自由空間中運動觀測者的電動力學 175
6 1 狹義相對論原理 175
6 2 洛倫茲變換 177
6 2 1 自由空間中的洛倫茲變換 177
6 2 2 洛倫茲變換中的光速不變性 181
6 2 3 洛倫茲變換的四維形式 183
6 3 慣性運動參考系中電磁場的關係 185
6 4 協變形式的麥克斯韋方程組 187
6 4 1 麥克斯韋方程組的協變性 189
6 4 2 本構關係 198
6 4 3 介質的各種色散關係 199
6 5 各向異性空間中的狹義相對論 201
6 6 總結 202
參考文獻 203
第7章 運動物體系統的動生麥克斯韋方程組理論體系 206
7 1 引言 206
7 2 伽利略時空 207
7 3 伽利略電磁學 210
7 3 1 電極限 210
7 3 2 磁極限 211
7 4 運動物體的法拉第定律 212
7 5 運動物體的安培–麥克斯韋定律 218
7 6 動生麥克斯韋方程組218
7 7 多運動物體的位移矢量 219
7 7 1 動生極化 219
7 7 2 Ps 的計算 220
7 7 3 多物體系統的動生麥克斯韋方程組 221
7 8 邊界條件 222
7 9 能量守恆 223
7 10 動生麥克斯韋方程組的數學求解 223
7 10 1 時域空間中的微擾理論 225
7 10 2 頻域空間中的微擾理論 228
7 10 3 矢量勢方法 230
7 10 3 1 假設 230
7 10 3 2 求解 231
7 10 3 3 擴展的四維空間 231
7 10 3 4 拉格朗日函數 232
7 10 4 近似方法 233
7 11 動生麥克斯韋方程組在時域空間的形式解 235
7 11 1 本構關係的一般方法 235
7 11 2 忽略介質色散時在時域空間的求解 237
7 11 3 在時域空間的邊界條件 239
7 12 動生麥克斯韋方程組在頻域空間的解 241
7 12 1 包含本構關係和介質色散的一般方法 241
7 12 2 一般求解 243
7 12 3 在頻域空間的邊界條件 244
7 13 與狹義相對論的關係 246
7 13 1 真空中的運動和運動物體 246
7 13 2 麥克斯韋方程組在運動介質中是協變的嗎 246
7 13 3 關於洛倫茲變換 248
7 14 與現有理論的比較 249
7 14 1 閔可夫斯基公式 249
7 14 2 Chu公式 250
7 14 3 王氏公式 251
7 15 動生麥克斯韋方程組的創新貢獻 252
7 16 總結 254
參考文獻 254
第8章 工程技術中動生麥克斯韋方程組的等效電磁場理論 256
8 1 引言 256
8 2 等效電磁場理論 256
8 3 等效電磁場理論在時間空間的特解 258
8 4 等效電磁場理論在頻率空間的特解 259
8 5 等效電磁場的亥姆霍茲方程理論 261
8 5 1 時間空間求解 261
8 5 1 1 一般情況 261
8 5 1 2 柱坐標系中圍繞z軸旋轉的情況 263
8 5 2 頻率空間求解 263
8 6 動生麥克斯韋方程組在工程電磁學中的應用 264
8 6 1 關於經典電動力學對於轉動物體的電磁學現象的處理 264
8 6 2 納米發電機輸出功率的計算 265
8 6 3 應用：平面波在轉動界面的反射和透射 266
8 7 拓展動生麥克斯韋方程組到高速運動物體——相對論效應 269
8 8 驗證動生麥克斯韋方程組的相關實驗 271
8 8 1 倫琴和艾肯瓦爾德實驗的解釋 271
8 8 2 恒定磁場中轉動介質盤的電磁輻射 272
8 8 3 聲音觸發的摩擦納米發電機產生的水下電磁波傳輸 274
8 8 4 利用摩擦納米發電機產生的位移電流實現的無線功率傳輸 274
8 9 總結與潛在應用 276
參考文獻 277
附錄A 基本向量計算 278
附錄B 280

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