科学研究融入固体物理教学的探索与实践

前沿科学技术融入教学是实现专业知识从学习、应用到创新的重要途径.本文将热电材料科学研究融入到固体物理教学中,利用热电材料研究前沿促进固体物理中晶体结构、晶体的结合、晶格振动与晶体的热学性质、自由电子论和能带理论等基础知识的教学和思考,加强学生对固体物理基础知识的理解、激发学习兴趣,拓展知识层次,培养学生将基础知识用于解决实际问题的科学思维和能力,提高了教学质量.     

晶体电子在稳恒磁场中的能谱与有效质量近似的适用性

晶体电子在稳恒磁场中的能谱是具有无穷嵌套自相似结构的Ｈｏｆｓｔａｄｔｅｒ“蝴蝶”，在介绍该能谱的基础上对固体物理教材中采用有效质量近似分析回旋共振和德·哈斯－范·阿尔芬效应的适用性条件进行了分析。     

低能沟道效应及其应用

带电粒子在晶体中的运动会受到沟道效应和阻塞效应的强烈影响。本文评述了能量为Mev的质子和氦离子在晶体中的沟道效应及其在固体物理、半导体物理、表面物理和原子物理中的应用,同时也叙述了我们实验室在近几年来得到的各种实验结果。     

低能沟道效应及其应用

带电粒子在晶体中的运动会受到沟道效应和阻塞效应的强烈影响。本文评述了能量为Mev的质子和氦离子在晶体中的沟道效应及其在固体物理、半导体物理、表面物理和原子物理中的应用,同时也叙述了我们实验室在近几年来得到的各种实验结果。     

电子信息技术在固体物理教学中的应用

为解决固体物理教学中存在的晶体结构不易讲解、理论推导复杂易导致物理图像不清晰的问题,本文对以多媒体技术和网络技术为核心的电子信息技术辅助固体物理教学进行了研究,总结了多媒体技术在晶体三维结构、布里渊区、晶格振动和电子能带理论教学中的具体应用及效果,又列举了网络资源在固体物理课教学中的应用及效果.实践表明,多媒体技术的恰当应用,能使学生更深入地理解相关的固体物理知识,建立清晰的物理图像,达到良好的教学效果;而网络技术的有效应用,可以扩展学生的视野,提高学生自主学习的能力.     

半导体纳米结构中的库仑阻塞现象

库仑阻塞效应是近年来固体物理中的研究热点之一，扼要介绍了金属 隧道结及 体量子点中的库仑阻塞现象的基本特性，库仑阻塞与电子态尺寸量子化之间的相互影响，量子点旋转门器件（QDTS）的原理和其他潜在的应用前景。     

肖特基势垒形成的研究

金属-半导体接触的整流性质是一个古老的固体物理问题.它的发现可追溯到1874年Braun对金属-硫化铜接触的导电性质的研究.Schottky(肖特基)最早系统地研究了金属-半导体接触,他指出,接触的整流性质是来自接触附近半导体内形成的势垒.后来,人们常把金属-半导体接触形成的势垒称为肖特基势垒. 关于肖特基势垒形成的理论,最早由Scho-ttky,Mott等人提出.1947年 Bardeen把半导体表面电子态的概念引入这个理论中.从此这个传统的理论被学术界广泛地接受,成为半导体物理教科书的重要内容[1].由于表面电子态是固体物理学中一个非常重要的课题,以及门…     

Dirac光子晶体

Dirac费米子作为粒子物理中的基本粒子之一,其理论在近年来蓬勃发展的拓扑电子理论领域中被广泛提及并用来刻画具有Dirac费米子性质的电子态.这种特殊的能态通常被称为Dirac点,在能谱上表现为两条不同能带之间的线性交叉点.由于Dirac点往往是发生拓扑相变的转变点,因而也被视为实现各种拓扑态的重要母态.作为可与拓扑电子体系类比的拓扑光子晶体因其独特的潜在应用价值也受到人们的广泛关注,实现包含Dirac点的光子能带已成为研究拓扑光子晶体的核心课题.本文基于电子的拓扑理论,简要地回顾了Dirac点在光子系统中的研究进展,特别介绍了如何在光子晶体中利用不同晶格对称性实现在高对称点/线上的Dirac点,以及由Dirac点衍生的Weyl点.     

声子

前言 声子(phonon)是固体物理和近代声学中的一个重要基本概念.但一般固体物理、统计物理和声学的教科书或参考书中,对这一概念的介绍非常简单,甚至有一些不妥的说法,如认为“声子就是晶格振动中的简谐振子.”[1]为了使大家对声子有一个准确而完整的概念,本文拟就声子的引入、声子的性质进行较为详细的讨论.一、声子概念的引入 声子的概念首先是在研究晶格振动时引入的[2].晶格振动是晶体中诸原子(离子)集体在作微振动,其结果表现为晶格中的格波. 由量子力学可知,用经典力学的物理量来描述微观粒子,只能在一定的近似程度内做到.当作为粒子处…     

关于布里洲区

布里渊区是固体物理学中一个常用的重要概念.在固体物理的许多重要分支如晶体衍射(晶体对X光、中子、电子的衍射)、晶格振动、能带理论以及其它元激发谱的研究中.它都起着极其重要的作用.但是,一些固体物理学教科书往往只是在每个碰到它的地方就事论事地提及一下,缺乏深入统一的讲解,使人难以建立起深刻的印象.实际上、深入地理解和讲述布里渊区,不仅有助于学生融会贯通固体物理学各部分之间的知识,做到举一反三,触类旁通,同时,还能帮助他们了解固体物理学研究的一些特点.本文拟就这方面作一初步尝试.一、布里渊区是晶体对称性的结果 布里…     

Vibronic Sidebands of Coherent Phonon States

Recently experiments have been reported about phonon sidebands in doped crystals, which may originate from coherent phonon states. The corresponding modes are either confined phonon modes in nanocrystals or localized phonon modes in bulk materials, both showing small damping due to phonon-phonon interaction. We present a theory of the lineshape of vibronic sideband spectra due to coherent phonon states using the conventional model of linear electron-phonon coupling and displaced equilibrium positions of the oscillators in the initial and final electronic states. Unlike in the conventional theory, the initial state of the oscillator is taken as a coherent phonon state and not as a thermalized one. Under these conditions we got an exact analytical solution for the lineshape of the vibronic sideband. The lineshape is determined by two parameters, the Huang-Rhys parameter S and the coherence parameter α of the phonon state. For α = 0 the lineshape converts into the standard Pekarian form for T = 0.     

固体物理学发展简史

固体物理学研究多体问题,是物理学的重要分支,涉及面极其广泛,也是包括材料科学等在内的多个技术学科的基础。本文论述了固体物理学的发展简史,包括初期发展史、对热性质研 究、魏德曼–弗兰兹定律、晶体微观几何结构的研究历程、自由电子气体模型、固体能带论、对固 体磁性的研究、信息时代、中国固体物理学的发展、固体物理学教材等多个部分,简述了固体物 理学发展中的大事件和具有较大影响力的科学家及其贡献。     

固体物理教学的若干思考Ⅱ:磁学前沿案例

固体物理学是物理学本科教育的一门核心课程,其内容紧密联系凝聚态物理研究前沿.在教学中引入适当的前沿进展,可以拓展学生的学术视野,激发深入学习和参与研究的动力.本文结合固体物理中的铁磁性章节,选择铁磁金属中磁畴壁导致的电阻作为一个典型案例,引导学生整合能带论、微扰论和输运现象等基础知识,分析磁畴壁中的自旋相关输运问题,从而将自旋电子学的前沿研究融入固体物理教学中,为打造具有高阶性、创新性和挑战度的固体物理课程提供参考.     

Device Physics Modeling of Surfaces and Interfaces from an Induced Gap State Perspective

An overview of a device physics formulation of induced gap state (IGS) modeling is presented. IGS modeling attempts to explain the electronic properties of metal (M), semiconductor (S), or insulator (I) surfaces and interfaces in terms of intrinsic behavior associated with evanescent states arising from the termination of a bulk material at a surface or interface. Specifically, semiconductor and insulator surfaces as well as metal-semiconductor (MS), semiconductor-semiconductor (SS), insulator-insulator (II), insulator-semiconductor (IS), metal-metal (MM), metal-insulator-metal (MIM), and metal-insulator-semiconductor (MIS) interfaces are considered. Key aspects of this review involve the development of the electrostatic foundations of IGS modeling and the utilization of equivalent circuits and energy band diagrams to elucidate surface and interface electronic behavior.     

磁场下含结构缺陷多组分超晶格中的局域电子态和电子输运

在有效质量近似理论下，利用转移矩阵和有效垒高方法研究了有限磁场下含结构缺陷的多组分超晶格中局域电子态的性质.在考虑各组分层有效质量的失配时，外加磁场会导致磁耦合效应的出现.磁耦合效应不仅引起局域电子能级的量子化，并且随着朗道指数或磁场强弱的变化，局域能级及其局域程度都会发生显著移动，特别是对高能区域的局域电子态影响更大.此外，还计算了电子输运系数，讨论了含结构缺陷的三组分超晶格中局域电子能级与输运谱透射禁区中的共振透射峰的关系，发现两者之间有着很好的对应关系，为相应的实验研究提供了依据. 关键词： 超晶格 局域电子态 磁场     

Fibonacci链的电子结构特性

对由递推关系S_m+1={S_m|S_m-1}生成的Fibonacci链,从Anderson紧束缚模型出发,用负本征值理论及三对角高阶厄米矩阵本征值理论,对电子的态密度和能级结构进行数值研究,直观简洁地论证其三分叉的能带结构.用重整化群方法,结合散射理论,研究链中电子的局域长度和输运系数,发现具有不同局域属性的能态.一些特定的能量区间值存在扩展态,其相应的输运系数接近1.绝大部分能量对应的电子具有很小或几乎为零的局域长度,说明链中存在相当数量的局域态.定性得出电子输运系数随Fibonacci链参数变化的规律.     

Unusual band structure,wave functions and electrical conductance in crystals with incommensurate periodic potentials

The subject of electronic and phonon states in crystals with incommensurate periodic potentials is reviewed. The emphasis is on the physics behind the various theoretical methods of treating this problem and on showing the relationships between them. This review is meant to complement the reviews of mathematically rigorous results on the problem by Simon and by Bellissard. Although the review is primarily theoretical, there is a section which discusses possible experimental application of the theory, as well as experimental observations that have already been made. Some new theoretical results are presented and some old results are reinterpreted.     

Calculation of scanning tunnelling microscopy images for Kr/graphite system

The scanning-tunnelling-microscopy (STM) images of Kr atoms adsorbed on a monolayer graphite sheet (Kr/graphite system) are calculated using the first-principle total-energy electronic structure calculations within the density functional theory in the local density approximation. The results obtained agree well with the observations. It is found that the optimal site of the adsorbed Kr atom is at the top of the centre of the carbon hexagon, and its equilibrium distance from monolayer graphite surface is about 0.335nm. It is shown that the hybridization of C 2p electronic states (π-electronic states) and Kr 4p and 5s electronic states is the main origin of the Fermi-level local density of state.