宏观量子现象、量子Hall效应和电学单位的自然基准

人们研究微观粒子的运动和结构时,常常会碰到一系列量子化现象,如氢原子的能量、角动量量子化,而对于大量分子、原子组成的宏观物体,这种量子化现象则不表现出来.因此过去我们常常强调量子化现象是微观粒子所独有的.然而六十年代以来,人们发现,不仅微观领域有这种量子力学性质,在某些条件下,大量微观粒子组成的宏观物体,也具有这种量子力学效应.     

量子力学虚拟实验的MATLAB演示

量子力学是一门较抽象的科学.为了更直观、形象地展示量子力学中的一些物理原理和实验现象,本文利用MAT-LAB软件搭建了一个量子力学的虚拟演示平台,可以生动地演示电子双缝衍射、量子隧穿效应、氢原子电子云和斯塔克效应等现象.通过相关物理参数的输入以及物理现象的演示,可以使学生在量子力学的学习中获得更直观的教学感受.     

多晶铁氧体的微波物理参量

一、引 言 在微波多晶铁氧体物理中,有三个很基本的问题.第一个问题是在稳恒磁场和交变磁场的同时作用下,铁磁体的磁矩或磁化强度矢量的运动规律问题,也就是通常所说的运动方程问题.对这个问题,有量子力学与经典两类描述方法.由于量子力学描述需具备一定的量子力学知识,而经典描述有形象具体之优点,并且在许多问题上与实验结果符合,所以在这里我们只介绍经典描述.在铁磁体的磁矩或磁化强度矢量运动规律的经典唯象描述中,对于磁矩或磁化强度矢量运动受阻现象,在历史上引进过多种阻尼项来描述,在说明实验现象方面都取得了很大的成功,但是在目…     

非对易量子力学中中性原子在外电磁场中的朗道能级量子化

在非对易量子力学的框架中研究了中性原子在外加电磁场中运动时的朗道能级量子化问题.首先给出了中性原子体系在非对易量子力学中的哈密顿量,然后分别求解了非对易空间和非对易相空间中的薛定谔方程,并得到相应的朗道能级和本征波函数,同时给出了由于空间非对易性引起的能量修正项.     

幽灵场和几率波──量子力学统计解释之前后

科学发展史上往往出现一些善意的嘲讽.每当新旧交替、　　变革的时候,总有些人,包括一些名家,虽曾亲手为新科学大厦添砖加瓦,却对新体系百思不解.量子力学统计解释出现之前前后后即是突出的一例. 量子力学是从1900年普朗克提出量子化假设开始的.他引入了著名的普朗克常数,解决了经典物理无法解释的黑体辐射问题;之后,1905年爱因斯坦又利用普朗克常数成功地解释了光电效应;玻尔在1913年再次用量子化条件揭开了氢原子光谱之谜,从此微观世界中波现象也具有粒子性的概念流行起来,1924年德布罗意认为人们仅考虑了光波有粒子性而忽略了粒子也有波…     

电磁学与电动力学中的磁单极—Ⅲ

本文为作者磁单极系列文章的第3篇,该系列文章在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.在本篇文章中作者通过一个实例显示有磁单极存在的点电荷系统的作用量涉及磁单极的部分在物理区域是不存在的,但在以物理区域为边界的高维非物理区域可以存在,考虑量子力学则要求点电荷必须是量子化的.     

物理学中的全量子化效应与新的探索

在一般的第一性原理计算中,原子核总是被近似成经典粒子.然而,在一些特殊的体系中,原子核的量子效应对体系的物理性质和物理过程有着至关重要的影响.在相关问题的模拟中,考虑了原子核量子效应的全量子化计算,展示了其独有的准确性.目前,路径积分分子动力学是被广泛采用的全量子化计算方法.而第一性原理的路径积分分子动力学不仅保留了第一性原理计算中电子结构和电子基态能量计算的方法,同时还应用费恩曼(Feynman)路径积分原理,得到了包含原子核量子信息的运动方程.张千帆等人应用第一性原理路径积分分子动力学,计算了BaZrO3中氢核的输运情况.结果表明,原子核的量子化对输运中两个不同的子过程有不同程度的影响,它使得有氢氧键断裂的T过程的势垒下降更多,使T过程成为快过程,从而验证了红外光谱实验的结果,同时否定了传统计算给出的T过程是慢过程的结论.     

分子轨道理论

量子力学的奠基人、伟大的物理学家尼尔斯·玻尔在讨论原于中电子运动的规律时,用量子化条件确定电子运动的轨道,从而确定了电子的能级.当电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时,原子放出或吸收光子.这正是玻尔划时代的原子结构理论[1].在量子力学诞生以后,讨论原子和分子结构时,用     

物质波理论的创立(Ⅱ)

三、物质波理论的应用1.玻尔量子化条件的物理解释 德布罗意在他的第一篇物质波论文中,把他的相波概念应用到以闭合轨道绕核运动的电子,从而推出了玻尔的量子化条件,这是德布罗意波能够成立的一个有力证据.德布罗意假定在t=0时刻,电子位于O点,并以速度v= 运动.它所缔合的波也在O点并以速度C/ 沿电子轨道运行,假定在t 时刻波与电子再次重合在O' 点.设电子运行周期为T,由于电子与波的速度不同,则二者重合必须满足下式或因此在从O 到O' 点时,电子内在运动的位相变化为德布罗意认为如果电子轨道是稳定的,那么经过O' 点的波必须在位相上与电…     

强激光场中原子单电离的半经典方法

随着激光器技术的发展,实验室中可获得的激光场强度不断增大,可以观测到各种高度非线性的实验现象,比如原子分子中的电子可以从强激光场中吸收比克服电离能需要的光子数更多的光子而发生电离,被称为阈上电离.这些非线性现象向量子力学的微扰理论提出了挑战,而精确求解含时薛定谔方程的方法只局限在少数的简单原子或分子,并且计算复杂.在这种情形下,基于电子轨迹的半经典理论由于其物理过程清晰、计算简单等优点应运而生,在强场光电离领域已经广泛应用.本文从原子分子电离的经典描述出发,介绍了半经典理论的发展.半经典理论结合了量子力学隧穿效应、电子经典的轨道描述以及量子的相位信息,能够很好地解释在强场隧穿区的各种实验现象.文中重点介绍两种已经发展得较为成熟的半经典方法,即量子轨道蒙特卡罗方法 (quantum trajectory Monte Carlo)和库仑修正下的强场近似方法 (Coulomb-corrected strong field approximation).这两种方法的优点在于同时考虑了电子轨迹的库仑势作用以及电子轨迹之间的干涉效应,能够通过追踪电子的运动轨迹对电离电子动量谱中各种结构的形成给出直观清晰的解释.     

超导量子比特

随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中.本文将重点讨论位相、电荷、传输子以及磁通型超导量子比特的基本原理及其器件结构,并讨论器件的制备方法和量子态测量技术,最后对基于超导量子比特开展的物理问题的研究做一简单介绍.     

角动量问题浅析

大学物理教学中,一些基本概念的讲授不仅对于物理概念本身的深化十分重要,而且对于现代物理学思想的把握和对后续课程的学习也具有十分重要的作用.通过讨论角动量及其在宇称变换下的性质,我们介绍了轴矢量的概念,并在量子力学层次对宇称变换进行了分析,将量子力学层次的态函数和场算符进行了分类,同时说明了在基本粒子物理研究当中对复合粒子进行分类时一个重要的量子数——宇称.     

Materials Studio在固体物理教学中的应用

固体物理是物理学科重要的专业必修课和相关学科的专业主干课．固体物理是在量子力学基础上研究固体的结构及其组成粒子（原子、离子、电子等）之间相互作用及运动规律,学好这门课程不仅要有良好的物理思想,还要有扎实的数学基础．抽象的量子力学理论和复杂的数学推导,     

超导电性的量子特征

大量实验事实及量子力学理论已证明微观粒子的运动会表现出一系列量子化特征．因此,过去人们通常认为量子效应是微观粒子所独有的．在本文中,我们通过超导体的一些奇特现象,论述了超导电性的量子特征;阐明在一定条件下由大量微观粒子组成的宏观物体也具有量子化效应,宏观可测量也可以是量子化的,这种宏观量子效应仍可用量子力学理论来研究．     

量子力学中的时间

研究量子力学中的时间问题，既存在理论价值也有实用价值.由于时间在传统量子力学理论中扮演一个参数而不是力学量算符的角色，这使得人们在研究某个物理过程的时间问题时，总要面临如何构造时间算符和计算平均时间的问题.在本文中，我们将系统地给出构造时间算符和求时间的量子力学平均的一般方法. 关键词： 时间算符 平均时间 自共轭性 能量平移     

量子力学课程教学中的困惑与思考

该文通过对量子力学教学中常见的困惑与困难进行分析,认为造成量子力学课程教学和学习困难的原因是多方面的,究其根源在于对量子力学课程自身认识的不足。针对实际教学中的现象发现,经典物理的教学经验和学习经验严重影响着量子力学的教学效果。另外,该文通过对一些具体问题的分析,并给出一些意见。     

中国量子场论研究的初期

量子力学是微观物理的基本理论。它的建立是物理学中划时代的成就。1925年Heisenberg和1926年Schrodinger的工作奠定了量子力学的基础。这个理论开始时被应用于原子的能级。在这类工作中电子满足量子力学,电磁场则仍是经典的。这样的理论虽然很好地给出了氢原子的能级公式,但是它不能反映光的量子性。人们立刻认识到,它不能计算光电效应和原子的自发辐射这类包含光子的消灭和产生的问题。因此量子力学的先驱们很快就着手研究场的量子理论。这导致量子场论的建立。     

磁单极理论的进展

这是关于磁单极理论最近某些工作的简短 综述.所取得的进展归因于某种观念的引进。 这种观念将时空分为若干个区域,从而消去奇 性 .这个观念是十分简单的,并将首先加以 讨论. (A)如何消除奇性 磁单极就是磁荷.虽然磁单极的概念必然 在经典物理中,在电学和磁学的早期就讨论过, 但是现代的讨论还要追溯到1931年,在狄拉克 的一篇重要文章[1]中,他指出量子力学中的磁 单极显示出某些附加的而且微妙的特征.特别 是,与强度为g的磁单极一起存在时、电荷和磁 荷必须在量子力学中被量子化.我们将用几分 钟的时间对这个结果给出一个新的推导。 如果…     

推荐一本量子力学

目前,在国内可以看到的量子力学书已有不少。它们各有所长,而我们要推荐的C Cohen-Tannoudji和 B Diu及 Laloe合著的量子力学《Quantum　mechanics》(Vo-lume　　Ⅰ, Ⅱ),尤具特色。该书分两卷,每卷七章,共1526页。它是作者为读过量子物理的法国四年级大学生编写的教材。除未专辟章节讨论相对论性的Dirac方程和二次量子化方法外,对其它量子力学问题都作了系统又周详的处理。而可称为量子力学“大全”。 该书突出的特点表现在其结构编排上:每章都分成“正文”和“补充”(读物)两部分。正文是面向学生的,共483页。与一般量子力学教材篇幅…     

电子关联效应在固体物理教学中的意义探讨

固体的电子理论是以独立电子和单电子近似为基础,单电子在周期势场中的运动发展成能带理论.能带理论重要的成就之一是成功地预言了晶体的导电性,而对一些过渡金属氧化物特性的解释出现了问题. Mott首先在物理上指出,其根本原因是基于单电子近似得到的能带理论忽略了电子之间的关联作用.本文通过介绍单电子近似的基本思路和所获得的成就及其不足,进而讨论电子关联在目前凝聚态物理如超导、魔角石墨烯等前沿问题中的重要意义.在教学中,电子关联效应是固体物理基础知识和前沿问题相互连接的纽带,具有承上启下的作用.因此,在教学中应重视电子关联现象的讲解及在前沿物理领域中作用.