01 / 導讀
導讀
引用
Girvin, S. M., & Yang, K. (2019). Modern Condensed Matter Physics. Cambridge University Press.
章節概要
全書共20章和10個附錄，約700頁，另有前言和參考文獻。出版社將其定位為一本綜合性的研究生教材，彙集了近幾十年最重要的進展，使學生能為研究或閱讀更高深的文獻做好準備。書中涵蓋晶體固體及其類似物（光學晶格和光子晶體）的基礎，以及無序系統、介觀系統、多體系統、量子磁性、玻色–愛因斯坦凝聚、量子糾纏和超導量子位元等前沿話題，併為拓撲概念提供所需的數學背景。書中配有習題、評註框和附錄。
第1章：Overview of Condensed Matter Physics
在技術性章節開始之前，約8頁的簡短領域概覽。
第2–4章：Spatial Structure；Lattices and Symmetries；Neutron Scattering
結構基礎：空間結構的描述、晶格的對稱性，以及作為結構探針的中子散射。
第5–6章：Dynamics of Lattice Vibrations；Quantum Theory of Harmonic Crystals
晶格動力學，先作為晶體的振動，再作量子處理。
第7–9章：Electronic Structure of Crystals；Semiclassical Transport Theory；Semiconductors
前半部分最長的一章是晶體的電子結構（約65頁），隨後是半經典輸運和半導體兩章。這幾章合起來構成固體物理中關於電子的傳統核心。
第10–12章：Non-local Transport in Mesoscopic Systems；Anderson Localization；Integer Quantum Hall Effect
第一個現代專題塊：介觀尺度的輸運、無序導致的局域化（約50頁的長章）以及整數量子霍爾效應。
第13–14章：Topology and Berry Phase；Topological Insulators and Semimetals
拓撲與貝里相位的數學概念，然後是它們在拓撲絕緣體和半金屬中的應用。附錄中有拓撲學的簡要入門。
第15–16章：Interacting Electrons；Fractional Quantum Hall Effect
固體中的電子–電子相互作用和分數量子霍爾效應，兩章都較長（分別約55頁和50頁）。
第17–18章：Magnetism；Bose-Einstein Condensation and Superfluidity
磁性佔約50頁，隨後是較短的玻色–愛因斯坦凝聚與超流一章。
第19–20章：Superconductivity: Basic Phenomena and Phenomenological Theories；Microscopic Theory of Superconductivity
正文以超導結束，先講基本現象和唯象理論，再講微觀理論。其後的附錄依次涉及線性響應理論、泊松求和公式、隧穿與掃描隧道顯微鏡、拓撲學入門、散射矩陣、量子糾纏、電路中的噪聲、泛函微分、低能有效哈密頓量和二次量子化。
核心概念
- 空間結構與晶格對稱性：空間結構、晶格對稱性和中子散射（第2–4章）。
- 聲子：晶格振動的經典與量子理論（第5–6章）。
- 半經典輸運：晶體中電子的動力學（第8章）。
- 介觀輸運與安德森局域化：非局域輸運和無序效應（第10–11章）。
- 量子霍爾效應：整數與分數（第12、16章）。
- 貝里相位與拓撲絕緣體：拓撲在能帶結構中的應用（第13–14章）。
- 相互作用電子：多體效應（第15章）。
- 磁性與超導：第17、19、20章。
評析
優點
- 選題現代。 出版社強調近年的進展：拓撲相、量子霍爾物理、介觀輸運、量子糾纏和超導量子位元與標準內容並列，使本書既涵蓋基礎，又涉及當前的研究主題。
- 為拓撲提供數學支援。 出版社指出，書中為該領域如今常見的拓撲概念提供了合適的數學背景；目錄中有拓撲與貝里相位一章，附錄中有拓撲學入門。
- 照顧不同讀者的輔助內容。 習題、評註框和附錄據稱為初學者和專家都提供指導和反饋，二次量子化入門等附錄為正文提供支撐。
- 範圍超出晶體。 書中把光學晶格和光子晶體作為固體的類似物納入討論。
侷限
- 篇幅。 約700頁、20章，所含材料超過一門研究生課程，教師和讀者都需要選擇章節。
- 章節長度不均。 各章長度從約8頁（概覽）到約65頁（晶體的電子結構）不等，局域化、相互作用電子、分數量子霍爾效應和磁性各章都有約50頁，因此節奏並不均勻。
- 多體方面的先修要求。 站內將二次量子化的初步知識列為先修要求，而書中有相應的附錄；完全沒有接觸過的讀者可以先讀那個附錄。
在課程中的定位
Girvin與Yang是凝聚態物理書單中的研究生層次教材，是學過本科固體物理之後自然的下一步。Kittel的Introduction to Solid State Physics是長期使用的本科通用教材，Hofmann的Solid State Physics: An Introduction、Hook與Hall的Solid State Physics和Simon的The Oxford Solid State Basics是篇幅較短的入門課程。Ibach與Lüth的Solid-State Physics則突出材料科學和實驗的方面。Girvin與Yang涵蓋了許多相同的內容（結構、聲子、能帶理論、輸運、磁性、超導），但層次更高，並加入介觀物理、拓撲相和量子霍爾效應。
合理的路線是先讀某一本入門書，再讀Girvin與Yang；只想學傳統話題的學生可以止步於Kittel。
如何使用本書
本書適合已學過本科固體物理、量子力學和統計力學的研究生（CUP稱其面向高年級本科生或研究生一年級）。
實用的讀法：第2–9章複習並擴充套件標準的固體物理基礎，學過好的本科課程的讀者可以較快讀過。有特色的核心是第10–16章（介觀輸運、局域化、量子霍爾效應、拓撲和相互作用電子），值得結合習題仔細閱讀。第17–20章的磁性與超導可按需要選讀。把附錄當作二次量子化、線性響應和拓撲的簡短參考章節使用，評註框則隨讀隨看。