电子隧道效应新释

用经典物理的办法解释了电子隧道效应,认为电子隧道效应是导体中的自由电子扩散到绝缘层中,使得绝缘层中的价电子能态升高,由束缚态（局域态）转变成自由态（公有化态）,从而参与裁流的现象：导体中的自由电子扩散到绝缘层中,由于库仑斥力的作用,使得绝缘层中的价电子在晶格势场中的能态升高,降低了势垒高度,同时,由于载流子定向运动产生的霍尔电场对价电子做功及电流产生的焦耳热也使得价电子能态升高。在三个因素的影响之下,绝缘层中价电子能态升高,由局域态转变成自由状态,从而参与载流。根据绝缘层厚度和隧道效应的尺寸,可以判定金属中价电子对绝缘层中价电子的作用范围大约是十几A的限度．     

电热效应机理分析

分析了电热产生的机理,认为,绝缘体材料中的电热是由于外电场作用使价电子能态升高,改变了构成材料的价电子空间位置,使得晶格势场分布发生了变化,价电子系统处于高能状态.价电子系统由高能状态向低能状态转变的过程,对应于导体由热学非平衡态向平衡态——热学最可几状态转变,此时以热的形式放出多余能量,即表现为电热.导体载流时,载流子在作宏观定向运动,当其靠近原子实时,由于在晶格势场中的能态降低,故以热的形式放出多余能量,这就是通常所说的电流热效应.其实,电热与载流子宏观定向运动无关,例如,处于超导载流态的超导体内,虽然有载流子的宏观定向运动,但没有电热产生.电热产生是与价电子能态变化紧密相关的.     

恒定电流密度分布与霍耳电场

研究了恒定电流场中电流密度沿导体径向的分布和霍耳电场产生的机理及作用,结果表明,沿径向载流子密度增大、载流子定向运动速度增大,载流子在晶格势场中的能态逐步升高;无论在载流的导体内还是在处于超导载流态的超导体内都存在着径向的霍耳电场;霍耳电场的存在是载流子力学平衡的必备条件,霍耳电场关于径向的线积分是载流子在晶格势场中能量增量的量度.霍耳电场与电流磁场的坡印亭矢量表示了电流能量的传输方向,同时证明了焦耳热来源于载流子在晶格势场中的能态变化——从高能态向低能态跃迁,它可以用导体内的轴向电场和电流磁场的坡印亭矢量来表示,导体外表面附近的电场来源于载流子的运动状态变化,而不是直接来自于电源.用处于载流超导态的超导体不存在轴向电场的事实,说明了载流导体内的轴向电场并不是稳定分布的电荷产生的.     

高压直流输电优势微观分析

从微观角度分析了交流输电、低压直流输电和高压直流输电过程中霍尔电场强弱的问题,认为交流输电和低压直流输电由于产生的霍尔电场过强,使得载流子在晶格势场中的能态升高,减小了载流子功函数,提高了载流子从导体表面逸出的概率,表现为磁阻增大;而采取高压交流输电,由于降低了载流子漂移运动速度,大大削弱了霍尔电场,使得载流子在晶格势场中的能态变化不大,载流子功函数减小不多,载流子从导体表面逸出的概率不高,减小了磁阻.因此,高压直流输电是电路上能量损耗最小的输电方式.     

哈密顿正则方程与稳恒电流电路

用完整系哈密顿正则方程研究了稳恒电路中的能量转换问题,认为在多种保守力作用的体系中研究质点的能态问题,必须将研究对象分别与其有一种保守力作用的物体划分在一个系统内,以构成不同的系统;计算研究对象在一个系统中的能量,必须将其他系统对研究对象作用的保守力视为广义力,考察广义力对研究对象做功的结果,分析研究对象在该系统中的能态变化,即哈密顿正则方程仅适用于一种保守力场中研究对象能态的研究。分析了外电场对晶格势场的作用,认为电流的磁场力和霍尔电场力是稳恒电路中的广义力,霍尔电势是载流子在晶格势场中电势能的增量,因此,在通电时,载流子在晶格势场中的电势能增加,能态升高。同时分析了载流子对比热贡献的物理机制和超导二级相变的发生机理,认为载流子将吸收的热量转变成其在晶格势场中的本征能量而能态升高;在二级相变点附近,比热跃变说明价电子在晶格势场中的电势能发生了跃变,价电子在晶格势场中的受力发生了跃变。同时给出了本征能态的物理意义说明,本征能态是指价电子在晶格势场中的电势能与动能相对应的能态,不同的价电子在实空间中的不同位置只要处于同样的能态,则其在晶格势场中的电势能和动能有相同的数值。     

低电子亲和势的场助热电子发射阴极

具有金属 /绝缘层 /半导体 /金属结构的场助热电子发射阴极是大屏幕显示器中的主要候选部件。电子发射受到各层薄膜的厚度、材料组分和结晶状态等的严重影响。由Au/Ag双层薄膜构成的上电极使得电子亲和势降低0 .5 e V,发射电流提高了数倍。半导体材料 Zn1 - x Mgx O具有低的电子亲和势以及适合电子注入的带隙宽度 ,并且已经较为容易地用溅射方法制备。上电极和半导体层之间的晶格匹配可以降低电子在界面上的散射 ,对提高发射电流是很重要的 ,这已经在 Zn1 - x Mgx O/Au和 L i F/Au界面上实现。在绝缘层和半导体层之间引入界面态控制层可以大大降低驱动电压 ,对采用宽带隙半导体层的阴极尤其具有实用价值     

稳恒电流电能输运问题分析

分析了稳恒电流电能传输的空间局域性,认为稳恒电流也存在着趋肤效应,其机制是电流的磁场力作用产生了霍尔电场,霍尔电场对载流子做功使之在晶格势场中的能态升高,载流子远离了原子实,产生了霍尔电压.霍尔电场与电流磁场构成的玻印亭矢量表示了稳恒电流能量的传输方向,稳恒电流能量是在导体内部传输的.     

霍尔角、霍尔电场与载流子能态关系研究

讨论了霍尔电场和外加电场对裁流子作用问题,认为外电场既改变载流子在晶格势场中的能态,也驱动栽流子作漂移运动．在外电场作用下,霍尔角正切反映了载流子在晶格势场中增加的能量占外电场输入能量的百分比,外电场输入能量的其他部分转变成裁流子漂移运动动能、晶格格点热振动能量及焦耳热．     

电趋肤效应机理与应用

比较研究了电趋肤效应机理及电趋肤效应的应用问题,讨论了静电趋肤效应和电流趋肤效应（直流电趋肤效应和交流电趋肤效应）,分析了直流电趋肤效应和交流电趋肤效应机理上的差别,分析了高压交流输电和高压直流输电的优缺点.认为静电趋肤效应是由于外电场对处于场中导体内负电荷做功,使之在晶格势场中的能态升高,从而分布在导体的外表面上;直流电载流子在横向电场和磁场共同作用下产生趋肤效应;交流电载流子除了与直流电载流子具有产生趋肤效应相同的原因外,还会受到感应电场的作用,能态升高后产生趋肤效应,因此交流电趋肤效应明显强于直流电趋肤效应.正因为如此,现代发展起来的高压直流输电较高压交流输电更节省电能.     

处于静电平衡状态导体上的电势与导体内部自由电子能态关系研究

讨论了热运动与导体内自由电子能态的关系和导体处于静电平衡状态时内部自由电子能态问题,认为,传统物理学中关于＂导体内自由电子的热运动能量＂是一种不确切的提法,实际上,电子把从外界吸收的热能转化成了在晶格势场中的电势能。证明了处于静电平衡状态的导体,其内部自由电子处于相同的能量状态,给出了等势体物理意义的说明。给出了一种测量导体内自由电子之间相互作用库仑斥力势能的一种方法。     

真空度对碳纳米管场发射显示器的影响研究

建立了碳纳米管场发射环境下电子与气体碰撞的数理模型。通过实验观察和理论分析说明：碳纳米管场发射显示器在常规阴阳极间距下。在不同真空度下的显示均为电子轰击荧光粉发光所致，在低真空度下也无气体放电产生紫外光致荧光粉发光；当真空度太低时，气体电离会降低实际加在阴阳极间的电压，致使电子无法发射。通过电子与气体分子的碰撞频率计算可以说明，用气体压力与阴阳极间距的乘积作为标准衡量气体对场发射的影响比仅用真空度来衡量更为合理。场发射显示器阴阳极间距越大，对真空度的要求越高。     

Improving the performance of doped pi-conjugated polymers for use in organic light-emitting diodes

Organic light-emitting diodes (OLEDs) represent a promising technology for large, flexible, lightweight, flat-panel displays. Such devices consist of one or several semiconducting organic layer(s) sandwiched between two electrodes. When an electric field is applied, electrons are injected by the cathode into the lowest unoccupied molecular orbital of the adjacent molecules (simultaneously, holes are injected by the anode into the highest occupied molecular orbital). The two types of carriers migrate towards each other and a fraction of them recombine to form excitons, some of which decay radiatively to the ground state by spontaneous emission. Doped pi-conjugated polymer layers improve the injection of holes in OLED devices; this is thought to result from the more favourable work function of these injection layers compared with the more commonly used layer material (indium tin oxide). Here we demonstrate that by increasing the doping level of such polymers, the barrier to hole injection can be continuously reduced. The use of combinatorial devices allows us to quickly screen for the optimum doping level. We apply this concept in OLED devices with hole-limited electroluminescence (such as polyfluorene-based systems), finding that it is possible to significantly reduce the operating voltage while improving the light output and efficiency.     

高压交直流输电比较研究

比较了高压交流输电和高压直流输电的差异,认为,输送同样的电能,高压直流输电损耗少的原因在于载流子在晶格势场中的能态低;由于载流子受到感应电场的作用,高压交流输电载流子在晶格势场中的能态将高于高压直流输电载流子的能态。不论高压交流输电还是高压直流输电都存在着趋肤效应,直流趋肤效应起源于载流子受到的霍尔电场力;交流趋肤效应起源于载流子除了受到霍尔电场力外,还受到了交变电场力的作用.     

Electron dynamics in collisionless magnetic reconnection

Magnetic reconnection provides a physical mechanism for fast energy conversion from magnetic energy to plasma kinetic energy. It is closely associated with many explosive phenomena in space plasma, usually collisionless in character. For this reason, researchers have become more interested in collisionless magnetic reconnection. In this paper, the various roles of electron dynamics in collisionless magnetic reconnection are reviewed. First, at the ion inertial length scale, ions and electrons are decoupled. The resulting Hall effect determines the reconnection electric field. Moreover, electron motions determine the current system inside the reconnection plane and the electron density cavity along the separatrices. The current system in this plane produces an out-of-plane magnetic field. Second, at the electron inertial length scale, the anisotropy of electron pressure determines the magnitude of the reconnection electric field in this region. The production of energetic electrons, which is an important characteristic during magnetic reconnection, is accelerated by the reconnection electric field. In addition, the different topologies, temporal evolution and spatial distribution of the magnetic field affect the accelerating process of electrons and determine the final energy of the accelerated electrons. Third, we discuss results from simulations and spacecraft observations on the secondary magnetic islands produced due to secondary instabilities around the X point, and the associated energetic electrons. Furthermore, progress in laboratory plasma studies is also discussed in regard to electron dynamics during magnetic reconnection. Finally, some unresolved problems are presented.