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當然,隨著物理學和其它自然科學的進一步發展,人們認識的逐步深化,量子物理學也會進一步地豐富和發展。至今為止、量子力學的某些基本觀念和哲學意義,科學家們仍然繼續爭論不休,這是一門科學在走向成熟過程中的一個必經的階段。(未完待續)
270 物理學之固體物理學
固體物理學,是研究固體物質的物理性質、微觀結構、構成物質的各種粒子的運動形態,及其相互關係的科學,它是物理學中內容極豐富、應用極廣泛的分支學科,固體物理對於技術的發展有很多重要的應用,電晶體發明以後,積體電路技術迅速發展,電子學技術、計算技術以至整個資訊產業也隨之迅速發展。其經濟影響和社會影響是革命性的。
研究歷史?
早在18世紀r。j。阿維對晶體外部的幾何規則性就有一定的認識,後來a。布喇菲在1850年匯出14種點陣。e。c。費奧多羅夫在1890年和a。m。熊夫利在1891年以及w。巴洛在1895年各自建立了晶體對稱性的群理論。這為固體的理論發展找到基本的數學影響深遠。1912年勞厄等發現x射線透過晶體的衍射現象,證實了晶體內部原子週期性排列的結構。加上後來布喇格父子1913年的工作,建立了晶體結構分析的基礎。對於磁有序結構的晶體,增加了自旋磁矩有序排列的對稱性,直到50年代Α。Β。舒布尼科夫才建立了磁有序晶體的對稱群理論。
第二次世界大戰後發展的中子衍射技術,是磁性晶體結構分析的重要手段。70年代出現了高分辨電子顯微鏡點陣成像技術,在致力於晶體結構的觀察方面有所進步。60年代起人們開始研究在超高真空條件下晶體解理後表面的原子結構。20年代末發現的低能電子衍射技術在60年代經過改善成為研究晶體表面的有力工具。近年來發展的掃描隧道顯微鏡,可以相當高的解析度探測表面的原子結構。
主要特點
在固體中,粒子之間種種各具特點的耦合方式,導致粒子具有特定的集體運動形式和個體運動形式,造成不同的固體有千差萬別的物理性質。w。r。哈密頓在1839年討論了排成陣列的質點系的微振動,人們稱此模式為電磁耦合場振盪。相應的能量量子稱為極化激元。在很低的溫度,由於熱擾動強度降低,在某些固體中出現宏觀量子現象。某些半導體中的電子-空穴液滴,以及若干二維體系中的分數量子霍耳效應等都是宏觀的量子現象。
透過巡遊電子耦合趨於平行排列。產生鐵磁性。居里溫度很低的弱鐵磁體,其中沒有局域磁矩,它的鐵磁性同自旋密度的起伏有關。過渡金屬的鐵磁性是一個困難又複雜的多體問題,還沒有比較滿意的理論處理。
相變在固體物理學中相變佔有重要地位,它涉及熔化、凝聚、凝固、晶體生長、蒸發、相平衡、相變動力學、臨界現象等,某些固體其特徵物性沿一定方向週期變化,此週期與點陣的週期可能通約或不可通約,分別形成有公度相和無公度相。
晶體缺陷
實際晶體或多或少存在各種雜質和缺陷。依照傳統的分類有:點缺陷、線缺陷(見位錯)和麵缺陷。它們對固體的物性以及功能材料的技術效能都起重要的作用。半導體的電學、發光學等性質依賴於其中的雜質和缺陷。大規模積體電路的工藝中控制(和利用)雜質和缺陷是極為重要的。硬鐵磁體、硬超導體、高強度金屬等材料的功能雖然很不同;但其技術效能之所以強或硬;卻都依賴於材料中一種缺陷的運動。在硬鐵磁體中這缺陷是磁疇壁(面缺陷)。在超導體中它是量子磁通線,在高強度金屬中它是位錯線,採取適當工藝使這些缺陷在材料的微結構上被釘住不動,有益於提高其技術效能。
高分辨電子