介观物理简介

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1、介观物理简介0610228李伟武物理学0610240刘悦材料物理0610248潘航材料物理微观体系（microscopic）经典牛顿力学可以处理大部分微观和宏观体系量子力学是研究微观粒子运动规律的基本方法，原则上可以对任何体系的薛定谔方程进行严格或近似求解波函数的相位起着重要作用1642.12.25-1727.3.201885.10.07-1962.11.18宏观体系(macroscopic)1.所研究的对象在数量上在1mol量级2.其研究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

2、，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凝聚态物理中的一门新兴学科，“介观（mesoscopic）”这个词汇，是由VanKampen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忽略统计涨落的程度。这种涨落称之为介观涨落。介观系统的物理量仍然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

3、干长度1.自平均（self-averaging）的消失，样品的个性（sample-specificcharacters）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（weaklocalization）左图为电子从P点到Q点的

4、电子波传播，在传播路径上某任意点O，可以分离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相同的相移，在汇合处O点电子几率密度为：若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愿意呆在原来的位置上，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(universalcondutancefluctuations)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涉效应即由于电子与杂质的散射引起的随机

5、干涉效应普适电导涨落(粗黑线是平均电导值)Aharonov-Bhom(AB)效应如左下图所示，磁场B垂直向上，由于金属屏蔽层包绕着螺线管，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，电子依然“感受”矢势。通过调节螺线管的电流而改变矢势的强度，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效应实验库仑阻塞效应（Coulombblockadeeffect）如果介观微粒的尺度足够小，以致于它和周围外界之间的电容C小到的量级。这时，如果靠隧穿过程使介观微粒上增加一个电子，其静电能的改变可以

6、远大于低温下的热运动能量,使隧穿过程实际上不能发生，这就是库仑阻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基本原理进行理论上的澄清和实验上的检验3.80年代以来,对介观系统的研究不仅逐步成为凝聚态物理学的一个新领域,而且由于实验技术的进步,以及电子器件向小型化发展趋势的需求,介观系统也成为材料科学工作者研究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，1993（03）[2]阎守胜，介观

7、体系的物理，物理[3]林宗涵，介观系统---研究物理效应的“人造实验室”[4]马中水，介观物理基础和近期发展几个方面的简单介绍，物理双月刊，2006（05）[5]吴德馨，王守武，微小世界——深亚米微结构器件和介观物理，湖南科学技术出版社，1998图片来源Google图片搜索关键词：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