龚昌德的研究领域

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固体中某种振动或波的能量量子。固体物理中的元激发或准粒子的概念和粒子物理中的“物理”粒子或重正化了的粒子的概念相似。在固体这样一种有复杂相互作用的多体系统中,常常有一些激发态的性状可以近似地类比于一些自由粒子,虽然这些激发态是有相当复杂内在结构的集体状态。

元激发与准粒子:声子也许是一个最为人们熟知的例子。固体的原子之间有强的相互作用,每个原子都只能在阵点附近作微小振动,每个原子的运动都要牵动周围的原子,以点阵波的形式在晶体中传播。

在简谐近似下,点阵振动可以看作是一系列相互独立的简谐振动的叠加,每种简谐振动对应于一种点阵波,有自己的频率和波矢,它的能量变化是量子化的,能量量子叫做声子(见点阵动力学)声子具有能量(是普朗克常数除以2,是相应点阵波频率),和准动量k(k是相应点阵波的波矢)。

但波矢空间只定义在第一布里渊区内,准动量守恒也只准确到可以相差一个倒易点阵矢量。声子是一种玻色子,遵从玻色统计。由于每种简振模式可以处于任意激发态,所以声子的数目是不确定的。只要非谐作用不很强,也可以把非谐作用用引入声子之间的相互作用来描写(见非谐相互作用)。

这样一来,通过引入简正坐标──点阵波模式,相互作用的原子系统的小振动,即这个系统的低激发态,可以近似看作是一个没有相互作用(或只有弱的相互作用)的准粒子──声子──的系统。这个相互作用的原子系统的热力学性质和近于平衡的某些非平衡过程都可以用声子系统的热力学和输运过程来讨论。金属中的电子气也是一个有很强的相互作用的多粒子系统。一个运动着的单电子,由于泡利不相容原理和静电库仑作用,要排斥周围的负电荷──电子,因而其周围就好像裹上一层正电荷的“云”。

正电荷云屏蔽了该电子和其他电子间的库仑作用,使电子-电子间的作用从长程的库仑作用变成短程的屏蔽库仑作用。同时,这团裹在外面的正电荷云修正了单电子的有效质量。这种由电子和相随的正电荷云组成的复合体称为准电子。如果考虑屏蔽库仑作用引起的散射,准电子有一定寿命;对动量离费密面较远的准电子,寿命太短,使准电子的概念失去意义。因此,对相互作用的电子气,近于基态的激发态中,有一种可以近似看作是近独立的单粒子型的激发──准电子,它遵守费密统计。

声子并不是一个真正的粒子,声子可以产生和消灭,有相互作用的声子数不守恒,声子动量的守恒律也不同于一般的粒子,并且声子不能脱离固体存在。声子只是格波激发的量子,在多体理论中称为集体振荡的元激发或准粒子。声子的化学势为零,属于玻色子,服从玻色-爱因斯坦统计。声子本身并不具有物理动量,但是携带有准动量,并具有能量。

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  • 智祎芮
    智祎芮 2025年09月07日

    我是秒搜号的签约作者“智祎芮”!

  • 智祎芮
    智祎芮 2025年09月07日

    希望本篇文章《龚昌德的研究领域》能对你有所帮助!

  • 智祎芮
    智祎芮 2025年09月07日

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  • 智祎芮
    智祎芮 2025年09月07日

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