【ZiDongHua 之“自動化學(xué)院派”收錄關(guān)鍵詞：人工智能 物聯(lián)網(wǎng) 傳感器 】

　　

　　新書評薦｜李爾平、王中林等《麥克斯韋方程新拓展與應(yīng)用》，科學(xué)出版社2025年6月(英文版Springer 2024年12月）

 

　　

　　《麥克斯韋方程新拓展和應(yīng)用》

 

　　作者：

 

　　.浙江大學(xué) 李爾平

 

　　2.中國科學(xué)院 王中林

　　

　　7月12日在中國科技大學(xué)，合肥，舉辦的“電磁科學(xué).遇見AI”學(xué)術(shù)論壇上，發(fā)布了由浙江大學(xué)李爾平教授和中國科學(xué)院王中林教授等著的《麥克斯韋方程新拓展和應(yīng)用》專著。

 

　　浙江大學(xué)李爾平做新書介紹

　　

　　參加新書發(fā)布會的嘉賓從左至右：中國科技大學(xué)陸朝陽、李震宇，浙江大學(xué)李爾平，南洋理工大學(xué)張躍平，北京航空航天大學(xué)蘇東林，中科院王中林，中國科技大學(xué)吳楓，北京航空航天大學(xué)吳筱

　　

　　內(nèi)容簡介

　　

　　電磁場是現(xiàn)代電子信息技術(shù)發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)。后摩爾時代納米尺度信息器件受尺度效應(yīng)、量子效應(yīng)和介質(zhì)運動效應(yīng)的顯著影響，導(dǎo)致經(jīng)典電磁場難以精確預(yù)測其電學(xué)特性。本專著從電磁物理理論出發(fā)，重點闡述了在量子效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和介質(zhì)運動效應(yīng)作用下的麥克斯韋方程最新拓展與應(yīng)用，以及這些效應(yīng)在納米尺度電子和光學(xué)器件中的影響。專著系統(tǒng)地介紹了麥克斯韋方程理論、實驗和應(yīng)用研究的最新拓展。首先，討論了麥克斯韋方程組與量子場論結(jié)合及其量子化，為量子電磁場技術(shù)前沿應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。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(yīng)，為極小特征尺寸的電子光子器件及系統(tǒng)工程提供非經(jīng)典的微觀電磁場理論設(shè)計實用性框架。其次，介紹了在低速近似條件 (遠小于光速) 下，從機械激勵介質(zhì)系統(tǒng)出發(fā)推導(dǎo)出動生麥克斯韋方程組，實現(xiàn)了在電-磁-力三場耦合情況下電磁理論的系統(tǒng)描述。最后，對于固定局域運動的介質(zhì)，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(yīng)用。本書旨在為物理學(xué)、電子信息及通信領(lǐng)域特別是從事電子-光子器件研發(fā)的研究人員和工程師提供參考。

　　

　　具體章節(jié)導(dǎo)讀

　　

　　本書分為七章，從討論基本電磁物理出發(fā)，重點闡述了考慮量子效應(yīng)、尺度效應(yīng)和運動效應(yīng)時麥克斯韋方程組的應(yīng)用情況，以及這些效應(yīng)在納米尺度電子學(xué)和光子學(xué)器件中的影響。

 

　　第1章專注于介紹經(jīng)典麥克斯韋方程組。

 

　　第2章重點討論了麥克斯韋方程組與量子場論的結(jié)合及其量子化，為量子技術(shù)前沿應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。本章從麥克斯韋方程組的哈密頓形式入手，將經(jīng)典電磁場的諧振子模型引入量子化過程。進而，討論了基于朗之萬噪聲源的量子化策略，克服色散介質(zhì)中的困境，并強調(diào)漲落耗散定理的關(guān)鍵作用。最后介紹了方程組在量子領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用，如自發(fā)輻射與拉比劈裂、卡西米爾（Casimir）力、單光子及糾纏光子的散射行為，突顯了麥克斯韋方程組在量子技術(shù)中的核心地位與獨特價值。

 

　　第3章詳細闡述了麥克斯韋方程組在納米尺度物體系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中考慮了麥克斯韋方程組與薛定諤方程的耦合情況。

 

　　第4章重點說明麥克斯韋方程組在計算納米尺度電子學(xué)器件和量子光子器件物理屬性方面的應(yīng)用。

 

　　第5章展示了麥克斯韋方程組在具有量子效應(yīng)的納米級器件中的應(yīng)用，并描述了實驗研究結(jié)果。這章還介紹了在1納米及以下納米電磁學(xué)量子現(xiàn)象的分析和測試方法，這里采用了 分子隧道結(jié)控制的量子等離子體共振方法分析和測試納米電磁學(xué)量子效應(yīng)，計算和實驗顯示1納米尺度一下需要考慮隧道效應(yīng)。

 

　　第6章闡述了洛倫茲變換和狹義相對論的基本原理以及麥克斯韋方程組的協(xié)變性，并重點探討了在慣性參考系中，運動觀察者在自由空間中觀察到的電磁現(xiàn)象。

 

　　第7章主要介紹了在低速近似條件 (運動速度遠小于光速) 下，從機械激勵介質(zhì)系統(tǒng)出發(fā)推導(dǎo)出動生麥克斯韋方程組的基本物理機理，實現(xiàn)了在電-磁-力三場耦合的情況下電磁理論的系統(tǒng)描述。動生麥克斯韋方程組可以用來描述兼具加速平移運動和旋轉(zhuǎn)運動的介質(zhì)/物體內(nèi)部的電動力學(xué)現(xiàn)象，并從數(shù)學(xué)角度提出了如何求解該方程組的相關(guān)方法。該章把傳統(tǒng)麥克斯韋方程組拓展到了具有運動介質(zhì)（物體）情況下的多界面系統(tǒng)，在能源、傳感和虛擬現(xiàn)實等工程技術(shù)中具有一定的應(yīng)用場景。

 

　　在第8章中，我們假設(shè)介質(zhì)運動沒有平移運動，只有相對旋轉(zhuǎn)或重復(fù)運動。在這種情況下，通過定義等效的電場和磁場，動生麥克斯韋方程組可以簡化為標(biāo)準(zhǔn)的麥克斯韋方程組的形式。我們將討論該理論在一些工程技術(shù)中的應(yīng)用, 并匯總了證明動生麥克斯韋方程組的相關(guān)實驗結(jié)果。最后，動生麥克斯韋方程組被拓展到描述高速運動物體的相對論電磁學(xué)情況。中國工程院院士、北京航空航天大學(xué)教授蘇東林評價該書：“本書系統(tǒng)描述了關(guān)于麥克斯韋方程組基本理論中的最新進展，旨在為微電子、光電子、電子信息及通信和電力系統(tǒng)研究人員和工程師，特別是從事微納電子-光子器件應(yīng)用開發(fā)的研究人員提供參考。它引導(dǎo)讀者從經(jīng)典麥克斯韋方程到受量子影響的方程，為電磁模擬、納米級電子和光學(xué)器件及系統(tǒng)的設(shè)計、以及納米發(fā)電機和能源系統(tǒng)的電磁現(xiàn)象提供必要的教學(xué)和參考書。本書融合了理論基礎(chǔ)和實際應(yīng)用，為專業(yè)人士提供了在現(xiàn)實場景中應(yīng)用這些進步所需的專業(yè)知識。”

　　

　　作者介紹李爾平是浙江大學(xué)求是講席教授，浙江大學(xué)-伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳校區(qū)國際聯(lián)合學(xué)院首任院長。新加坡工程院院士、國家首批特聘專家、IEEE Fellow。《Electromagnetics Science》創(chuàng)刊執(zhí)行主編。他是微納芯片及封裝集成電磁兼容領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)帶頭人，研究領(lǐng)域涉及后摩爾時代 微納器件電磁場，電磁兼容和信號完整性。他的杰出貢獻得到國際廣泛認(rèn)可，獲電磁兼容領(lǐng)域國際三大獎：最高獎IEEE理查德·斯托達特杰出成就獎、IEEE勞侖斯·克明卓越貢獻獎和IEEE電磁兼容技術(shù)成就獎。

　　

　　王中林院士是中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長、原美國佐治亞理工學(xué)院終身講席教授。作為2023年全球能源獎（Global Energy Prize）、2019年愛因斯坦世界科學(xué)獎（Albert Einstein World Award of Science）以及2018年埃尼獎（ENI Award，被譽為“能源界諾貝爾獎”）等三大國際頂級獎項的獲得者，王院士的科學(xué)成就得到了全球?qū)W術(shù)界的高度認(rèn)可。王院士是納米能源研究領(lǐng)域的奠基人，開創(chuàng)了基于納米發(fā)電機的自驅(qū)動系統(tǒng)及藍色能源宏大領(lǐng)域，為高熵能源體系的發(fā)展提供了全新的方向。他發(fā)明了摩擦納米發(fā)電機（TENG），為自驅(qū)動傳感器、人工智能、可穿戴電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了可持續(xù)的能源解決方案。他開創(chuàng)了壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)效應(yīng)的第三代半導(dǎo)體研究領(lǐng)域，建立了壓電電子學(xué)、壓電光電子學(xué)與摩擦電子學(xué)學(xué)科，并發(fā)現(xiàn)了六個新物理效應(yīng)。他同時對于運動介質(zhì)的電動力學(xué)和高能電子的非彈性散射也做出了突出的理論貢獻。