介观体系及其新进展

介观概念和介观体系的提出,填补了宏观体系与微观体系之间的空白,八九十年代逐步建立、发展起来的纳米材料学和团簇物理学,是介观体系的重要组成部分,它们为当今的凝聚态物理学提出了许多新的课题,并已成为凝聚态物理学和材料科学共同研究的热点之一,本文较详细地介绍了纳米材料和团簇研究的发展历史、现状,并展望了它们的未来发展方向.     

介观耦合电路的量子压缩效应

随着纳米技术和纳米电子学的飞速发展,电路以及器件小型化的势头越来越强烈,近年来已达到原子尺寸的量级.显然,当电子的输运尺度达到一个特征尺度,即电子的非弹性碰撞尺度时,必须考虑其量子力学性质及电荷的非连续性质.因此,在纳米电子学中对电路及器件建立一个正确的量子理论已经是十分迫切的任务了.当然,最为简单然而又是十分重要的工作是将LC电路量子化,这一工作可以通过与经典简谐振子量子化的方法做类比而得以完成,其中谐振子的坐标相当于电路中的电荷.最近,我们提出了一个考虑电荷量子效应的介观电路量子化的方法,讨论了有耗散的介观电路的量子涨落.本文给出了无耗散介观耦合电路中各个回路的电荷、电流的量子涨落,发现这些电流与电荷的量子涨落之间存在着压缩效应对于一个经典的无耗散的并且其中一个回路中有电源ε(t),电感电容组成的电容耦合电路(电感耦合电路也可以等效成电容耦合电路).按照Kirchhoff定律,可以写出其运动方程为L_1(d~2q_1)/dt~2+q_1/C_1+q_1/C_2-q_2/C_2=ε(t),L_2(d~2q_2)/dt~2+q_2/C_2-q_1/C_2=0 (1)其中q_1(t)和q_2(t)是两个LC型电路中的电荷;L_1,C_1和L_2,C_2是两个回路中的电感和电容,C是这两个回路的耦合电容.如果ε(t)=0,可以把该运动方程写成简单的Hamilton形式     

介观电路中电荷、电流的量子涨落

近年来,宏观量子力学与介观物理问题的研究十分引人注目,并已取得了一系列的研究成果。随着微电子技术的发展,人们竭力提高电子器件的工作速度,因而不断降低元件的尺寸,可是这种努力终将由于集成度的提高,使单位面积功耗增加以及元件尺寸缩小,带来原理性的限制而达极限。因此,必须考虑器件以及电路的量子力学效应。早在50年代,Landau、路易塞尔等物理学家就用量子力学方法研究宏观的电路问题。最近,由于介观物理的兴起,使这一问题的研究又成为热点。本文用量子力学方法,研究了一个有源RLC电路的电荷、电流量子零点涨落,给出了绝对零度时,该电路的量子噪声的大小。 对于一个与电压电源ε(t)串联的RLC电路,它的经典运动方程为     

银/二氧化硅介孔复合体的半导体光学特性

将纳米尺度的粒子(半导体、化合物或金属)放入介孔固体的孔内形成所谓的介孔复合体,这种新型材料由于其许多独特的性能,在近几年受到较为广泛的注意.然而,金属/介孔固体复合体的半导体光学特性却尚未见报道.我们近来在研究银/二氧化硅介孔复合体的物理性质时,发现了这种材料具有直接带隙半导体的光学特性,并且其吸收边位置可由银的复合量在近紫外至整个可见光范围内控制.以正硅酸乙酯、乙醇、水为原料(摩尔比:1:4:15),采用溶胶凝胶工艺,用硝酸催化,制备出二氧化硅凝胶,经清洗、干燥,最后在600℃退火2ｈ,得到片状的整体介孔二氧化硅固体,孔隙…     

聚合物控制介观尺度的矿化过程

总结了最近有关聚合物分子模板控制下的介观尺度的模拟生物矿化的研究进展. 在水溶液或混合溶剂中及气-液界面处, 利用聚合物控制矿化过程可以生成具有独特结构和形貌的矿物, 并且这些人工合成的矿物常常具有与天然矿物相似的微观结构.     

纳米量子器件研究的若干前沿问题

纳米量子器件是目前纳米物理学与纳米电子学领域中最重要的研究方向。人们预测，该领域中的任何一项具有实质意义的突破性进展，都极有可能在全球范围内触发一场新的信息技术革命。所调纳米量子器件，是指基于各种量子力学现象，如量子尺寸效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应、光学非线性效应以及量子信息处理等设计并制作的固态纳米电子器件、光电子器件、集成电路乃至量子计算机等。本将着重介绍目前纳米量子器件研究中的若干活跃前沿以及我们应采取的对策。     

电磁辐照下介观Josephson结中超流的崩塌与复苏现象

辐射场与物质的相互作用可导致许多奇特的物理现象,多年来一直是人们十分关注的研究课题。     

介观尺度下界面特性的格子Boltzmann方法模拟

利用宏观热力学理论分别导出van der Waals, Redlich Kwong和Redlich Kwong Soave状态方程的介观粒子相互作用势, 发现均与Lennard-Jones势十分相似. 为考察介观尺度下界面特性, 将自由能泛函引入到单组分多相格子Boltzmann模型中, 通过对不同状态方程控制的饱和密度曲线以及界面密度梯度的模拟, 准确地再现了平衡态热力学特性. 通过对单组分相变过程的模拟, 结果显示该过程是气泡的长大过程, 且在特定温度下, 相分布图最终趋于平衡; 得到了体积自由能、界面能量系数等考察界面特性的非平衡态热力学特性参数, 这些参数均遵循不可逆热力学理论.     

含浓度极化层的三相非均匀体系的介电模拟

对于由具有不同电性质(如介电常数和电导率)的相组成的非均匀体系,介电测量以及基于适当的物理模型的介电解析,提供了获得体系内部各组成相和反映体系构造信息的独特的研究方法。实际中的大量例子:如乳状液、细胞悬浊液等球型分散系的介电行为,已被很多研究者在Maxwell-Wagner的界面极化理论基础上成功地解释了。近年来,作者关于平面多相体系的介电理论及解析方法的系列研究,为讨论膜/溶液体系的物理化学过程以及膜的构造和机能提供了新的研究方法。提出的浓度极化层(Concentration polarization layer,CPL)的介电理论给出了CPL的频率域的介电谱。鉴于化学中的大多数实际体系是CPL与其他相构成的非均匀体系,这类体系的介电解析在理论及实际上都是极其重要的。特别是CPL与在荷电膜/溶液界面出现的异常电现象如整流、振荡现象密切相关.本研究对由两种溶液相和夹在这两相中的CPL构成的三相层状体系:溶液(Ⅰ)/CPL/溶液(Ⅱ)进行了模型化,并在浓度极化的介电理论基础上对该体系的介电行为进行了数值模拟,讨论了CPL的两个重要参数:厚度及电导率的变化对整个体系的介电弛豫的影响以及该体系产生介电弛豫的原因。     

介观科学,材料制造的新机遇

<正>世间物质,传统的观察视角是原子层面或者宏观层面,但科学家们提出,介于两者之间的一个状态,介观,是物质更值得注意并且对材料制造技术将会有极大影响的一种状态。跨越宏观-微观之间的鸿沟,世界上任何材料只要通过两个不同的镜头就可以进行检查——一个是可以观察到物质纳米级结构的镜头,另一个则是可以观察到该物质在日常     

电子动量关联谱奇异finger结构的微观物理机制

电子间的关联体现在从同一个原子电离出来的两个光电子倾向于以相同速度沿场的同一方向发射,从而在动量关联谱中聚集出两个鸡蛋形的亮斑.随着实验精度的提高,发现动量关联谱实际上表现为finger结构,其物理机制不清楚.北京大学应用物理与技术研究中心刘杰与合作者发展了一套半经典模型,巧妙地将量子隧穿和经典再散