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1、介观系统的量子力学及统计物理特征魏 环(河北理工大学数理系 唐山 063009) 介观体系是指介于宏观与微观之间的一类体技术制成的微结构,在那里,电子的输运性质已经显系。介观体系的线度L满足anL≤Lφ的条件,其示出了量子相干性。因此,电子器件的小型化导致中a为原子半径,Lφ是介观体系的载流子保持相位了基于经典输运理论的常规器件在原理上已经走向记忆的特征长度,被称为退相位长度,因此介观体系了它的物理极限。限制未来电路集成度继续提高的中的载流子始终是相位关联的。退相位长度Lφ由因素主要不是来自经济方面而是物理方面。人们已体
2、系的温度和物性共同决定,例如在液氦温度下,正经认识到,21世纪的重大科学技术———信息科学、常金属的Lφ可以达到μm量级,因此低温下介观系新材料科学、纳米科学、分子生物学等的发展都迫切统的线度几乎是宏观的。介观系统的可观测的物理地需要加快对介观系统物理性质的基础研究与应用量仍然定义为大量微观粒子物理量的统计平均,与研究,以期在原理、方法和关键技术方面取得进展并宏观系统的定义无异,微观粒子的运动遵循量子力实用化。综上所述也正是介观物理研究受到重视的学规律。对介观系统的研究始于20世纪80年代,原因。现已成为凝聚态物理中一个令
3、人瞩目的领域。介观一、介观体系的量子力学特征系统就其尺度而言几乎是宏观的,实验可及;而介观20世纪80年代物理学家主要研究介观体系的物理实验所观测到的许多奇特的物理现象又表明该电子输运性质,其中一个主要的观测手段是测量样系统具有明显的量子力学的特征,电子波的量子干品的Ⅰ～Ⅴ曲线。由于磁场通常会导致电子在场中涉性对这类系统的行为起着决定性的作用,因此它产生回旋运动从而增大电子在介质中受到散射的概又与宏观系统十分不同,是具有明显量子特征的、接率,使电阻上升,所以磁致电阻(或电导)就成为了研近于宏观的微小系统,介观系统因此成为量
4、子力学、究金属输运性质的一个重要的物理量。由实验发现统计物理和宏观物理交叉的研究范围。从基础研究了许多在本质上是全新的物理现象,例如著名的AB的角度看,对介观系统的研究有助于实验检验量子效应、弱局域化效应、普适电导涨落(简称UCF)以及力学和统计物理的一些基本原理,也有助于对宏观电导的非定域化现象等。理论研究表明,上述奇特系统性质的更深入的理解。而从应用的角度看,以的物理现象均是量子干涉效应的宏观表现。信息技术为例:随着微电子技术的发展,集成电路芯真实的介观系统的一个基本特征就是由晶格缺片的容量在以每三年增加四倍的速度变化
5、,与此同陷、化学杂质及晶粒间界等带来的无序性。无序使时,电路的集成度则通过不断缩小半导体元件的尺得电子的运动是扩散性的,其散射路径(又称费曼路寸而迅速提高,电子器件的尺寸平均每两年就减小径)是无规行走式的准经典“轨道”。由于电子与缺一半。目前,许多微电子器件的尺寸已经进入了介陷、杂质、边界等发生的散射是弹性的,因此在介观观范围。特别是随着半导体制造技术的发展,在20尺度内,电子虽经受着频繁的散射却始终保持着相世纪90年代出现了利用分子束外延、电子束刻蚀等位记忆,弹性散射的结果只是使电子波获得了与散④白色粉刷墙面的反射率为6
6、5%～80%;釉面砖墙采用防护眼镜来保护眼睛,并且注意使用的方式和的反射率为68%～82%;铝合金板的反射率为73%方法。～87%;玻璃幕墙的反射率为10%～35%,从以上数宣传与管理方面:由于技术的提高需要一定的据可以看出镀膜玻璃反射光的强度要比其他材料小时间,所以应该开展宣传教育,提醒人们认识到其危得多,而且镀膜玻璃将阳光中的紫外线吸收,反射出害。对广告牌和霓虹灯应加以控制和科学管理;加的光对人体的危害比阳光直射还要小,所以要加强强城市规划,并制定法律法规来约束。新一代镀膜玻璃的研制。⑤在红外与紫外方面主要(由教育部世
7、行贷款教改项目资助〈1282B02011〉)16卷5期(总95期)·9·射路径相关的确定的相移。即无规散射为电子波提波的相位关联性贯穿于整个体系,才使得量子效应供了各种可能的散射路径,而电子波可以相位相干因电子波的干涉而保留在了介观体系的可观测物理地通过整个介观样品。基于上述模型,当电子波在量中。所以,量子力学效应是介观物理的一个基本介观样品中的某一点被分开并沿两条不同散射路径特征。前进而后又汇合时会发生干涉,其干涉的结果是磁二、介观体系的统计物理特征致电阻随着外磁场的变化以h/e为周期的振荡,这统计物理学针对的是大的系统
8、,包括大的尺寸、正是实验所观测到的AB效应;当两束电子分波从大的粒子数以及大的自由度等。在对宏观系统的理某一点出发沿着时间反演路径完成相干背散射并返论研究中上述要求被量化为热力学极限条件。从统回出发点时,两束电子分波将以同相干涉并因此导计的角度讲,宏观系统的物理量是统计的系综平均致磁致电阻增大,这就是所
