物理所凝聚態面試題目及答案

2021-05-03 21:40:32 字數 4884 閱讀 6034

固體中的能帶是怎樣形成的?

原子最外層的價電子被晶體中所有原子所共有,稱為共有化。原子間距減小時,孤立原子的每個能級將演化成由密集能級組成的準連續能帶。共有化程度越高的電子,其相應能帶也越寬。

若晶體由n個原子(或原胞)組成,則每個能帶包括n個能級,其中每個能級可被兩個自旋相反的電子所占有,故每個能帶最多可容納2n個電子(見泡利不相容原理)。價電子所填充的能帶稱為價帶。比價帶中所有量子態均被電子佔滿,則稱為滿帶。

滿帶中的電子不能參與巨集觀導電過程。無任何電子佔據的能帶稱為空帶。未被電子佔滿的能帶稱為未滿帶。

例如一價金屬有乙個價電子,n個原子構成晶體時,價帶中的2n個量子態只有一半被佔據,另一半空著。未滿帶中的電子能參與導電過程,故稱為導帶。

比熱反映了什麼,它的微觀本質是什麼?

比熱容是單位質量的某種物質公升高單位溫度所需的熱量

在不同的溫度下,物質的比熱容都會有所不同,主要是因為分子的壓力有所不同。根據分子運動論,當溫度增加,分子震動得較快;當溫度減少,分子則震動得較慢。此原理亦可指,在不同的壓力和相態下,物質的比熱容亦有不同。

以溫差為例,假如在夏天較熱的天氣下煮水,會比冬天較冷的天氣下更快沸騰,因為溫度較高。

以壓強為例,在地球水平線上,大氣壓強為101.325千帕斯卡,假如在這裡煮水,水將於100攝氏度沸騰。但在海拔約8.

8公里的珠穆朗瑪峰上,大氣壓強只有若3.2千帕斯卡,假如在這裡煮水,水將於69攝氏度沸騰。

以相態為例,液態水的比熱容是4200,而冰(水的固態)的比熱容則是2060。

固體的比熱容隨溫度公升高而增加,在低溫時增加較快,在高溫時增加較慢。

固體物理中的三種量子統計?

描述古典系統用:麥克斯韋-玻爾茲曼統計

描述含費公尺子的量子系統用:費公尺-狄拉克統計

描述含玻色子的量子系統用:玻色-愛因斯坦統計

這三種統計的不同之處在於:

在古典物理中,粒子被視為能被區分出來的不同個體。

在量子物理中,兩個費公尺子(電子、質子、中子)不能處於同乙個物理態。

在量子物理中,要區分玻色子(波函式對稱)只能從不同的物理態入手,位處同一態的玻色子沒有分別。因此,在物理態一的光子甲及在物理態二的光子乙,跟態一的光子甲及在態二的光子乙沒有分別。但在古典物理中它們會是兩個不同的系統,而在量子物理只算作乙個。

故玻色子表現得像它們都喜歡在同一狀態似的。例如:氫原子、@粒子、光子

玻色子是依隨玻色-愛因斯坦統計,自旋為整數的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理,在低溫時可以發生玻色-愛因斯坦凝聚。具有自旋量子數為整數的基本粒子。

不遵守泡利不相容原理,即乙個量子態可以被任意多個粒子所佔據。

電子單縫實驗及其物理內涵?

自旋為半整數(1/2,3/2…)的粒子統稱為費公尺子(波函式反對稱),服從費公尺-狄拉克統計。費公尺子滿足泡利不相容原理,即不能兩個以上的費公尺子出現在相同的量子態中。輕子,核子和超子的自旋都是1/2,因而都是費公尺子。

自旋為3/2,5/2,7/2等的共振粒子也是費公尺子。根據標準理論,其他有質量的非基本粒子,都有費公尺組成,例如電子、中子、質子都是由三種夸克組成,自旋為1/2。奇數個核子組成的原子核。

因為中子、質子都是費公尺子,故奇數個核子組成的原子核自旋是半整數。

maxwell 方程組及其更項的物理意義?

含時薛丁格方程哪個波函式的解釋?

;自由粒子的平面波

1.現在介觀物理研究的尺寸範圍是多少?

介觀尺度就是指介於巨集觀和微觀之間的尺度;一般認為它的尺度在奈米和公釐之間。

2.半導體,導體,絕緣體的區別?

4.一維,二維,三維的電子態密度隨能量是個什麼變化關係?0 維呢?

5.大致說明一下晶體中電阻率隨溫度的變化關係。剩餘電阻率都來自哪?

7.什麼是聲子?什麼是德拜溫度?格林-埃森常數代表什麼物理意義?

聲子:晶格振動的能量量子。其行為像乙個粒子,所以是一種準粒子。

德拜溫度:固體比熱理論中的乙個參量,確定了由固體原子振動所形成的彈性波可達到的最高固有頻率,因美籍荷蘭物理學家德拜而得名。不同固體的德拜溫度不同。

當溫度遠高於德拜溫度時,固體的摩爾比熱容遵循經典規律,即符合杜隆一珀替定律,是乙個與構成固體的物質無關的常量。反之,當溫度遠低於德拜溫度時,摩爾比熱容將遵循量子規律,而與熱力學溫度的三次方成正比,隨著溫度接近絕對零度而迅速趨近於零。

8.較詳細的介紹下你做過的乙個近代物理實驗?

9.經典物理中散射截面的定義?

10.電子有加速度時是否一定輻射電磁波?

11.什麼是賽曼效應?介紹下斯特恩-蓋拉赫干涉儀?

12.什麼是糾纏?大概介紹下 epr 佯謬和薛丁格貓實驗。

量子糾纏具有量子糾纏現象的成員系統們,在此拿兩顆以相反方向、同樣速率等速運動之電子為例,即使一顆行至太陽邊,一顆行至冥王星,如此遙遠的距離下,它們仍保有特別的關聯性(correlation);亦即當其中一顆被操作(例如量子測量)而狀態發生變化,另一顆也會即刻發生相應的狀態變化。如此現象導致了「鬼魅似的遠距作用」(spooky action-at-a-distance)之猜疑,彷彿兩顆電子擁有超光速的秘密通訊一般,似與狹義相對論中所謂的局域性(locality)相違背。這也是當初阿爾伯特·愛因斯坦與同僚玻理斯·波多斯基、納森·羅森於2023年提出以其姓氏字首為名的愛波羅悖論(epr paradox)來質疑量子力學完備性之緣由。

13.介紹下你對自旋的認識。自旋誰發現的,怎樣發現的?

自旋(英語:spin)是粒子所具有的內在性質,其運算規則類似於經典力學的角動量,並因此產生乙個磁場。雖然有時會與經典力學中的自轉(例如行星公轉時同時進行的自轉)相模擬,但實際上本質是迥異的。

經典概念中的自轉,是物體對於其質心的旋轉,比如地球每日的自轉是順著乙個通過地心的極軸所作的轉動。

首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是2023年由 ralph kronig、george uhlenbeck與 samuel goudsmit三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時,把電子想象乙個帶電的球體,自轉因而產生磁場。然而爾後在量子力學中,透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子,是故物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來,因此僅能將自旋視為一種內在性質,為粒子與生俱來帶有的一種角動量,並且其量值是量子化的,無法被改變(但自旋角動量的指向可以透過操作來改變)。

自旋對原子尺度的系統格外重要,諸如單一原子、質子、電子甚至是光子,都帶有正半奇數(1/2、3/2等等)或含零正整數(0、1、2)的自旋;半整數自旋的粒子被稱為費公尺子(如電子),整數的則稱為玻色子(如光子)。復合粒子也帶有自旋,其由組成粒子(可能是基本粒子)之自旋透過加法所得;例如質子的自旋可以從夸克自旋得到。

14.介紹下你對狹義相對論的認識。說說狹義相對論的基本原理。寫出洛倫茲變換的表示式。

第一條就是相對性原理,第二條是光速不變性

15.什麼是能帶結構,什麼是bloch波,什麼是布里源區。

在固體物理學中,固體的能帶結構[1](又稱電子能帶結構)描述了禁止或允許電子所帶有的能量,這是週期性晶格中的量子動力學電子波衍射引起的。

為何有能帶

單個自由原子的電子佔據了原子軌道,形成乙個分立的能級結構。如果幾個原子集合成分子,他們的原子軌道發生類似於耦合振盪的分離。這會產生與原子數量成比例的分子軌道。

當大量(數量級為1020或更多)的原子集合成固體時,軌道數量急劇增多,軌道相互間的能量的差別變的非常小。但是,無論多少原子聚集在一起,軌道的能量都不是連續的。

這些能級如此之多甚至無法區分。首先,固體中能級的分離與電子和聲原子振動持續的交換能相比擬。其次,由於相當長的時間間隔,它接近於由於海森伯格的測不准原理引起的能量的不確定度。

16.什麼是霍爾效應?模擬電荷霍爾效應,自旋霍爾效應應該怎麼定義?

17.天空為啥是藍色的?墨鏡的工作原理。

這是因為太陽光線射人大氣層後,遇到大氣分子和懸浮在大氣中的微粒發生散射的結果。波長較短的紫、藍、青色光波最容易被散射,而波長較長的紅、橙、黃色光的透射能力較強,它們能穿過大氣分子和微粒,保持原來的方向前進,很少被空氣分子散射。對下層空氣分子來講,主要是藍色光被散射出來,因而天空呈蔚藍色。

天空的藍色只是在低空才能看見,隨著高度的增加,由於空氣越來越稀薄,大氣分子的數量急劇減少,分子散射出的光輝逐漸減弱,天空的亮度越來越暗,到20千公尺以上的高度,散射作用幾乎看不出來,天空就成黑色的了。

18.什麼是超導現象?大概介紹下高溫超導。

19.大概估算下從金屬中取出乙個電子需要多大能量?它的物理名詞叫什麼?

20.炭奈米管為什麼喜歡纏在一起而不好分開?

21.默寫maxwell方程組,默寫薛丁格方程,默寫氫原子基態波函式。

23.這三年的諾貝爾物理獎都給了什麼領域?

2009:在光學通訊領域中光的傳輸的開創性成就;發明了成像半導體電路——電荷藕合器件影象感測器ccd

2010關於二維石墨烯材料的開創性實驗

2011通過觀測超新星發現宇宙的加速擴張

25.什麼是玻色愛因斯坦凝聚?為什麼光可以減速原子?

玻色-愛因斯坦冷凝態

理論的詳解

常溫下的氣體原子行為就象撞球一樣,原子之間以及與器壁之間互相碰撞,其相互作用遵從經典力學定律;低溫的原子運動,其相互作用則遵從量子力學定律,由德布洛意波來描述其運動,此時的德布洛意波波長λdb小於原子之間的距離d,其運動由量子屬性自旋量子數來決定。我們知道,自旋量子數為整數的粒子為玻色子,而自旋量子數為半整數的粒子為費公尺子。

玻色子具有整體特性,在低溫時集聚到能量最低的同一量子態(基態);而費公尺子具有互相排斥的特性,它們不能佔據同一量子態,因此其它的費公尺子就得佔據能量較高的量子態,原子中的電子就是典型的費公尺子。早在2023年玻色和愛因斯坦就從理論上預言存在另外的一種物質狀態——玻色愛因斯坦冷凝態,即當溫度足夠低、原子的運動速度足夠慢時,它們將集聚到能量最低的同一量子態。此時,所有的原子就象乙個原子一樣,具有完全相同的物理性質。

根據量子力學中的德布洛意關係,λdb=h/p。粒子的運動速度越慢(溫度越低),其物質波的波長就越長。當溫度足夠低時,原子的德布洛意波長與原子之間的距離在同一量級上,此時,物質波之間通過相互作用而達到完全相同的狀態,其性質由乙個原子的波函式即可描述;當溫度為絕對零度時,熱運動現象就消失了,原子處於理想的玻色愛因斯坦冷凝態。

光可以減速原子

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