费米的研究风格

 意大利物理学家费米(1901-1954)是一位全能的物理大师,费米在其有限的一生中,对现代物理诸多领域做出了杰出贡献。他创立了费米--狄拉克统计法;对电磁辐射量子论进行了富有成效的研究;建立了原子核β衰变的量子理论;他用中子轰击原子核产生了人工放射性,并发现慢中子效应;他领导并参与了世界上第一座自持链式反应堆的建立,并且为第一个原子弹的研制做出了重要贡献;他在粒子物理和天体物理方面也有很深造诣。此外,费米还是一位杰出的学术带头人和优秀的教师,他先后在罗马和芝加哥建立了影响深远的物理学派,费米之所以做出如此多的重大贡献,是与他研究物理的独特风格分不开的。     

原子核多体问题的玻色子-费米子描述

本文建立了一种在处理原子核多体问题时可以灵活地采用玻色变数与费米变数的理论形式,它原则上允许应用于与原来的费米型态空间等价的任何一个物理态空间.文中借助于玻色子和费米子产生湮没算符之间通常的对易反对易关系式,构成一个广义态空间,再从中建立与原来的费米型态空间等价的物理子空间系列,给出了各个不同的等价物理子空间之间的变换关系,并求出各类算符在这种子空间中的等效算符.     

手征马约拉纳费米子

手征马约拉纳费米子是具有手性的无质量费米子,是其本身的反粒子,只能存在于1+1维(即1维空间+1维时间)或者9+1维.在凝聚态物理中, 1维手征马约拉纳费米子可看成1/2分数化的狄拉克费米子,并作为二维拓扑态的边缘元激发.奇数个手征马约拉纳费米子边缘态的存在也预示着体系中存在满足非阿贝尔量子统计的伊辛任意子.手征马约拉纳费米子也可进行非阿贝尔编织,理论上可用来实现容错量子计算,因此近年来在凝聚态物理研究中引起了广泛的兴趣.本文从二维拓扑态出发,介绍手征拓扑超导态和量子反常霍尔态之间的深刻联系,并由此得出量子反常霍尔平台转变与超导近邻实现手征马约拉纳费米子的方案,最后以单通道手征马约拉纳费米子为例,探讨其实现电子态的非阿贝尓量子门.     

广义不确定性原理下费米气体低温热力学性质

在考虑到广义不确定性原理时, 统计物理中的态密度必须做出修正, 这导致对传统统计物理的所有结果都有不同程度的修正. 在高能、高温条件下, 此修正是颠覆传统观念的, 在低温条件下, 也有一定的修正. 研究了低温条件下考虑到广义不确定性原理时, 理想费米气体和具有弱相互作用费米气体的热力学性质, 分别给出理想费米气体和弱相互作用费米气体的化学势、内能和定容热容的解析表达式, 并以铜电子气体为例进行了具体数值计算, 将计算结果与不考虑广义不确定性原理时的费米气体的热力学性质进行了比较, 探讨了广义不确定性原理对系统热力学性质的影响. 考虑到广义不确定性原理后费米气体的化学势、费米能和基态能增大, 热容减少, 内能随温度的增加先增大, 到某一温度(对于铜电子气体, T/T_F0～0.3)时, 增值为零, 温度再增加内能减少. 这些修正的具体数值主要由粒子数密度决定, 粒子数密度越大, 修正越大.     

简谐势阱中理想任意子气体的空间分布与动量分布

应用分数不相容统计,求出了球对称简谐势阱中有限理想任意子气体的广义费米能和广义费米温度,揭示了广义费米能、广义费米温度的粒子数效应及其物理实质.导出了零温和有限温度时任意子气体的空间分布和动量分布,给出了广义费米球及其半径,研究了统计参数和粒子数效应以及非零温时温度对分布的影响,并与理想费米气体的空间分布及动量分布进行了比较.     

重费米子超导体

美国《今日物理》1983年12期报道,美国科学家发现了第二个重费米子超导体UBe13.四年前西德科学家首次发现CeCu2Si2为重费米子超导休,引起了人们强烈兴趣.由于很难制备出符合化学配比的单相的CeCu2Si2,所以不同样品的性质有较大差别,测量的重复性也不太好.人们曾对重费米子超导体的存在有些担心.UBe13没有这种冶金学方面问题,同时应用新技术可获得高质量的CeCu2Si2晶体.因此人们就不应该再怀疑重费米子超导体的存在了. 什么是重费米子?测量结果表明,上述类型样品的电子有效质量非常高,高达自由电子质量的1000倍,这种具有极高有效质量的…     

黑洞背景下费米物质能量密度涨落的计算

应用泛函积分方法推导了量子Thirring模型中的传播子和有效势,计算了二维点物质黑洞和dilaton黑洞模型中费米物质的能量密度涨落,在相同的物理条件下,发现dilaton黑洞外费米物质的能量密度涨较大.     

拓扑量子材料光电探测器研究进展

物质拓扑态的发现是近年来凝聚态物理和材料科学的重大突破.由于存在不同于常规半导体的特殊拓扑量子态(如狄拉克费米子、外尔费米子、马约拉纳费米子等),拓扑量子材料通常能表现出一些新颖的物理特性(如量子反常霍尔效应、三维量子霍尔效应、零带隙的拓扑态、超高的载流子迁移率等),因而在低能耗电子器件和宽光谱光电探测器件领域具有重要...     

让玻色子具有费米子的行为

在微观世界中 ,物质分为两类 ;一类是费米子 (如电子等 ) ,一类是玻色子 (如光子或氢原子 ) .费米子服从泡利不相容原理 .如果将许多费米子放入一个体系内 ,那些处于其中的费米子必须具有不同的位置或不同的量子态 (如动量或自旋等 ) ,也就是说 ,二个费米子不能有完全相同的量子态 .而玻色子就没有这些限制 ,因此玻色子可以处于同一量子态上 .物理世界中已经有大量实例证明 ,可以使费米子具有玻色子的行为 ,例如在超导与超流的实验中 ,我们让费米子配对后就能使它具有玻色子的行为特征 .但迄今为止 ,还没有反过来的实例 ,即让具有不可分辨性…     

强磁场下的科学研究

文章介绍了强磁场在半导体物理、低维物理、高温超导体、重费米子、磁学、原子分子物理、化学、有机化合物、材料科学、微重力、核磁共振等领域中的重要作用.     

走向统一的自然力弱力和电磁力的统一（Ⅱ）

β 衰变的研究对揭示弱力的物理本质起了主要的,甚至可以说是决定性的作用。这一讲主要介绍通过β衰变实验和理论研究揭示弱力物理本质的过程：从费米提出β 衰变理论到普适（V-A）费米相互作用的确立。     

强磁场下的科学研究

文章介绍了强磁场在半导体物理、低维物理、高温超导体、重费米子、磁学、原子分子物理、化学、有机化合物、材料科学、微重力、核磁共振等领域中的重要作用.     

重费米子材料中的反常物性

重费米子研究对探索强关联电子体系新奇量子现象的组织原则具有重要的意义。文章介绍了作者近年来对重费米子材料正常态反常性质的研究进展,揭示了重电子的普适温度演化行为和Fano干涉效应,为理解重费米子物理和探索非常规超导机理提供了新的思路。     

重费米子材料中的反常物性

重费米子研究对探索强关联电子体系新奇量子现象的组织原则具有重要的意义。文章介绍了作者近年来对重费米子材料正常态反常性质的研究进展,揭示了重电子的普适温度演化行为和Fano干涉效应,为理解重费米子物理和探索非常规超导机理提供了新的思路。     

非简并半导体中费米能级的简单计算及应用

本文基于半导体器件物理的教学实践,从非简并半导体的玻尔兹曼统计规律出发,总结了载流子浓度变化与费米能级之间的简明规律,即室温下当载流子浓度改变1个数量级,则其对应的费米能级改变60 meV.为深入理解该规律,本文通过对非平衡状态下的准费米能级、半导体的功函数、MIS结构的阈值电压及PN结的内建电势等实例,对重要参数进行了分析和计算.该规律有助于学生在学习过程中加深感性认识,培养和提高分析和设计半导体器件的能力.     

掺杂半导体中物理参数相互关系的GUI演示

半导体材料中费米能级随温度变化的规律是半导体导电性的中心问题,但费米能级与温度的具体关系复杂,参数多,而且其中费米积分不是人为可以计算出来.本文通过复合辛普森数值计算法处理费米积分,借助于MATLAB强大的矩阵运算能力和GUI界面设计功能,针对N型、P型和混合掺杂情况,设置GUI界面的相关参数,演示费米能级和载流子浓度随温度变化的规律,使学生在半导体物理课程学习中获得更直观和系统的学习体验,显著提高了教师课堂教学效率.     

杂质对镁合金耐蚀性影响的电子理论研究

利用大角重位点阵模型建立了Mg合金［0001］对称倾斜晶界模型，应用实空间的连分数方法计算了杂质在晶界的偏聚能，杂质原子间相互作用能和不同体系的费米能级，讨论了杂质在晶界的偏聚行为，杂质间的相互作用与有序化的关系及杂质对镁合金腐蚀性能影响的物理本质. 计算结果表明，杂质原子偏聚于晶界，且主要偏聚于晶界的压缩区；杂质原子间相互排斥，因此在晶界区形成有序相；费米能级与材料的腐蚀电位存在这样的关系：材料的费米能级越高，其腐蚀电位就越低，容易被腐蚀，相反费米能级低，其腐蚀电位就高，不容易腐蚀. 体系中成分不同区域的费米能级差导致电子从费米能级高的区域流向费米能级低的区域，正是费米能级差构成了镁合金电化学腐蚀的电动势. 关键词： 电子理论 晶界偏聚 镁合金 腐蚀机理     

角分辨光电子能谱仪在f电子特性研究中的应用

重费米子体系是凝聚态物理研究中的热点和难点,其低的能量尺度和奇异物理特性吸引着研究者的注意力。文章首先简要介绍了重费米子体系的基本概念,随后着重介绍了角分辨光电子能谱技术(ARPES)在重费米子体系中的应用。主要包括以下几个方面内容：f电子与传导电子的杂化特征、f电子的杂化与磁性、f电子杂化与量子临界、超导的关系以及掺杂对杂化的影响等。最后介绍了目前ARPES技术在重费米子体系应用中存在的几个问题,并提出相应解决办法。     

大学物理和实验教学内容与课程体系的改革与实践

大学物理和实验教学内容与课程体系的改革是东北大学大学物理精品课程建设的组成部分.强化了近代和现代物理知识,增加了玻色分布和费米分布,加强了玻尔兹曼分布和量子力学等内容,并对相空间、熵产生、耗散结构等重要概念进行了介绍.为配合该方案的实施,编写并出版了具有特色的《新编大学物理教程》和《工科大学物理实验》两套教材与之配套的多媒体电子教案.同时,增设一些近代物理实验、跨学科专业实验、综合创新实验.     

感谢费米实验室

在纪念费米实验室建立50周年的时候,我在费米实验室的工作和生活历历在目,就像发生在昨天……回想起来,我的粒子物理研究生涯还是从费米实验室开始的呢!