介觀物理簡(jiǎn)介0610228李偉武物理學(xué)0610240劉悅材料物理0610248潘航材料物理1微觀體系（microscopic）經(jīng)典牛頓力學(xué)可以處理大部分微觀和宏觀體系量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基本方法，原則上可以對(duì)任何體系的薛定諤方程進(jìn)行嚴(yán)格或近似求解波函數(shù)的相位起著重要作用1642.12.25-1727.3.20

1885.10.07-1962.11.18

2宏觀體系(macroscopic)1.所研究的對(duì)象在數(shù)量上在1mol量級(jí)2.其研究方法為應(yīng)用統(tǒng)計(jì)力學(xué)和宏觀電磁學(xué)，考慮大量粒子的平均性質(zhì)3.由于統(tǒng)計(jì)平均的作用，除了少數(shù)如超導(dǎo)，超流等宏觀量子現(xiàn)象外，微觀粒子的波函數(shù)的位相被掩蓋而顯示不出來(lái)（Self-averaging）3介觀物理介觀物理是凝聚態(tài)物理中的一門(mén)新興學(xué)科，“介觀（mesoscopic）”這個(gè)詞匯，是由VanKampen于1981年所創(chuàng)，指得是介乎于微觀和宏觀之間的尺度處于介觀尺度的材料，一方面含有大量粒子，因而無(wú)法對(duì)薛定諤方程求解；另一方面，其粒子數(shù)又沒(méi)有多到可以忽略統(tǒng)計(jì)漲落的程度。這種漲落稱之為介觀漲落。介觀系統(tǒng)的物理量仍然是大量微觀粒子性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均,但粒子波函數(shù)相位的相干迭加并沒(méi)有給統(tǒng)計(jì)平均掉1.粒子保持相位相干性，系統(tǒng)的線度小于位相相干長(zhǎng)度1.自平均（self-averaging）的消失，樣品的個(gè)性（sample-specificcharacters）表現(xiàn)出來(lái)2.由于不滿足熱力學(xué)極限，不同的系綜將不再等價(jià)4

兩種散射電子在輸運(yùn)過(guò)程中的兩種散射：彈性散射和非彈性散射非彈性散射：電子與聲子的散射，是電子能量有所改變，同時(shí)電子失去了相位的記憶彈性散射：電子和雜質(zhì)的散射，不破壞電子對(duì)其波函數(shù)相位的記憶，電子經(jīng)過(guò)一次散射后相位改變，對(duì)于確定的散射大小一定。而且如散射路徑相同，但先后順序相，位相改變相同一定5弱局域電性（weaklocalization）

左圖為電子從P點(diǎn)到Q點(diǎn)的電子波傳播，在傳播路徑上某任意點(diǎn)O，可以分離出兩等幅等相位的電子波沿完全相反的路徑返回O點(diǎn)，兩條路徑由于彈性散射會(huì)獲得相同的相移，在匯合處O點(diǎn)電子幾率密度為：若發(fā)生非彈性散射則相干項(xiàng)為零，幾率密度為這意味著電子更愿意呆在原來(lái)的位置上，可動(dòng)性差，此即局域化名稱由來(lái)從P點(diǎn)到Q點(diǎn)的電子路徑示意圖6普適電導(dǎo)漲落(universalcondutancefluctuations)

1.漲落是非周期的與時(shí)間無(wú)關(guān)2.每種特定樣品有其自身特有的漲落圖譜3.漲落的大小是量級(jí)為的普適量物理機(jī)制：來(lái)源于介觀金屬中的量子干涉效應(yīng)即由于電子與雜質(zhì)的散射引起的隨機(jī)干涉效應(yīng)

普適電導(dǎo)漲落(粗黑線是平均電導(dǎo)值)7Aharonov-Bhom(AB)效應(yīng)如左下圖所示，磁場(chǎng)B垂直向上，由于金屬屏蔽層包繞著螺線管，磁場(chǎng)不能進(jìn)入紅色的環(huán)，進(jìn)而無(wú)法影響里面電子的狀態(tài)。然而，電子依然“感受”矢勢(shì)。通過(guò)調(diào)節(jié)螺線管的電流而改變矢勢(shì)的強(qiáng)度，AB環(huán)的電導(dǎo)會(huì)呈現(xiàn)周期性變化

置于磁場(chǎng)下介觀環(huán)的電導(dǎo)Aharonov-Bohm振蕩AB效應(yīng)實(shí)驗(yàn)8庫(kù)侖阻塞效應(yīng)（Coulombblockadeeffect）如果介觀微粒的尺度足夠小，以致于它和周圍外界之間的電容C小到的量級(jí)。這時(shí)，如果靠隧穿過(guò)程使介觀微粒上增加一個(gè)電子，其靜電能的改變可以遠(yuǎn)大于低溫下的熱運(yùn)動(dòng)能量,使隧穿過(guò)程實(shí)際上不能發(fā)生，這就是庫(kù)侖阻塞效應(yīng)量子點(diǎn)在生物學(xué)中的應(yīng)用91.一方面由于介觀體系可以作為理解宏觀物體性質(zhì)的一個(gè)中介途徑2.另一方面,其本身表現(xiàn)出的一些特殊現(xiàn)象,有助于對(duì)量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的一些基本原理進(jìn)行理論上的澄清和實(shí)驗(yàn)上的檢驗(yàn)3.80年代以來(lái),對(duì)介觀系統(tǒng)的研究不僅逐步成為凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)新領(lǐng)域,而且由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步,以及電子器件向小型化發(fā)展趨勢(shì)的需求,介觀系統(tǒng)也成為材料科學(xué)工作者研究的熱門(mén)課題展望10參考文獻(xiàn)[1]周義昌，李華鐘介觀尺度上的物理，物理學(xué)進(jìn)展，1993（03）[2]閻守勝，介觀體系的物理，物理[3]林宗涵，介觀系統(tǒng)---研究物理效應(yīng)的“人造實(shí)驗(yàn)室”[4]馬中水，介觀物理基礎(chǔ)和近期發(fā)展幾個(gè)方面的簡(jiǎn)單介紹，物理雙月刊，2006（05）[5]吳德馨，王守武，微小世界——深亞米