介观物理简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微观体系microscopic,经典牛顿力学可以处理大局部微观和宏观体系,量子力学是争论微观粒子运动规律的根本方法，原则上可以对任何体系的薛定谔方程进展严格或近似求解,波函数的相位起着重要作用,1642.12.25-1727.3.20,1885.10.07-1962.11.18,宏观体系,(macroscopic),1.所争论的对象在数量上在1mol量级,2.其争论方法为应用统计力学和宏观电磁学，考虑大量粒子的平均性质,3.由于统计平均的作用，除了少数如超导，超流等宏观量子现象外，微观粒子的波函数的位相被掩盖而显示不出来Self-averaging,介观物理,介观物理是分散态物理中的一门新兴学科，“介观mesoscopic”这个词汇，是由Van Kampen于1981年所创，指得是介乎于微观和宏观之间的尺度处于介观尺度的材料，一方面含有大量粒子，因而无法对薛定谔方程求解；另一方面，其粒子数又没有多到可以无视统计涨落的程度。这种涨落称之为介观涨落。介观系统的物理量仍旧是大量微观粒子性质的统计平均,但粒子波函数相位的相干迭加并没有给统计平均掉,1.粒子保持相位相干性，系统的线度小于位相相干长度,1.自平均,（self-averaging）,的消失，样品的个性,（sample-specific characters）,表现出来,2.由于不满足热力学极限，不同的系综将不再等价,两种散射,电子在输运过程中的两种散射：弹性散射和非弹性散射,非弹性散射：电子与声子的散射，是电子能量有所改变，同时电子失去了相位的记忆,弹性散射：电子和杂质的散射，不破坏电子对其波函数,相位的记忆，电子经过一次散射后相位改变，对于确定,的散射大小一定。而且如散射路径相同，但先后顺序相，,位相改变相同,一定,弱局域电性weak localization,左图为电子从P点到Q点的电子波传播，在传播路径上某任意点O，可以分别出两等幅等相位的电子波沿完全相反的路径返回O点，两条路径由于弹性散射会获得一样的相移，在集合处O点电子几率密度为：,假设发生非弹性散射则相干项 为零，几率密度为 这意味着电子更情愿呆在原来的位置上，可动性差，此即局域化名称由来,从P点到Q点的电子路径示意图,普适电导涨落,(universal condutance fluctuations),1.涨落是非周期的与时间无关,2.每种特定样品有其自身特有的涨落图谱,3.涨落的大小是量级为 的普适量,物理机制：来源于介观金属中的量子干预效应,即由于电子与杂质的散射引起的随机干预效应,普适电导涨落(粗黑线是平均电导值),Aharonov-Bhom(AB)效应,如左以下图所示，磁场B垂直向上，由于金属屏蔽层包围着螺线管，磁场不能进入红色的环，进而无法影响里面电子的状态。然而，电子照旧“感受”矢势。通过调整螺线管的电流而转变矢势的强度，AB环的电导会呈现周期性变化,置于磁场下介观环的电导Aharonov-Bohm振荡,AB效应试验,库仑堵塞效应Coulomb blockade effect,假设介观微粒的尺度足够小，以致于它和四周外界之间的电容C小到 的量级。,这时，假设靠隧穿过程使介观微粒上增加一个电子，其静电能的转变 可以远,大于低温下的热运动能量 ,使隧穿过程实际上不能发生，这就是库仑堵塞效应,量子点在生物学中的应用,1.一方面由于介观体系可以作为理解宏观物体性质,的一个中介途径,2.另一方面,其本身表现出的一些特殊现象,有助于对量子力学和统计物理学的一些根本原理进展理论上的澄清和试验上的检验,3.80年月以来,对介观系统的争论不仅逐步成为分散态物理学的一个新领域,而且由于试验技术的进步,以及电子器件向小型化进展趋势的需求,介观系统也成为材料科学工作者争论的热门课题,展望,参考文献,1 周义昌，李华钟 介观尺度上的物理，物理学进展，199303,2 阎守胜，介观体系的物理，物理,3 林宗涵，介观系统-争论物理效应的“人造试验室”,4 马中水，介观物理根底和近期进展几个方面的简洁介绍，物理双月刊，202305,5 吴德馨，王守武，微小世界深亚米微构造器件和介观物理，湖南科学技术出版社，1998,图片来源,Google 图片搜寻关键词：牛顿，玻尔，麦克斯韦，玻尔兹曼，量子点，AB效应，原子，太阳系，玻尔兹曼分布,其它图片来自参考文献,