凝聚态物理学中精细结构的分析研究
利用电子自旋共振测量自由基未成对电子的朗德g因子和超精细结构
利用电子自旋共振测量自由基未成对电子的朗德g因子和超精细结构杨楠;汤勉刚【摘要】应用了电子自旋共振技术来研究有机半导体1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)中自由基未成对电子的超精细结构和塞曼劈裂.通过测量共振磁场大小和微波频率,我们得到了自由基未成对电子的朗德g因子.在实验中,一种混合接头(magic-T)波导管被用来提高信噪比.朗德g因子的测量结果为2.033±0.0003,与其他实验中测得的期望值2.0036相吻合.这个方法可以用以研究各种材料、生物系统中自由基未成对电子,并可进一步应用于研究电子芯片微电感上的自由基.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】4页(P36-39)【关键词】电子自旋共振;朗德g因子;超精细结构;塞曼劈裂【作者】杨楠;汤勉刚【作者单位】四川师范大学工学院,四川成都610101;四川师范大学工学院,四川成都610101【正文语种】中文【中图分类】O56【DOI】10.16854/ki.1000-0712.2017.04.009电子自旋共振自1944被发现以来就被广泛用于研究不同材料中的未成对电子[1].电子自旋共振不仅是测量塞曼效应[2]和朗德g因子[3]有效的方法，而且也是研究包括二维孤立子[4]和自由基在内的各类材料中电子磁矩相互作用的有效途径.它也能用来有效评估凝聚态系统中的自旋轨道耦合与超精细相互作用[5].在最新的进展中，电子自旋共振还应用于研究微电感芯片上的原子团[6]，在生物化学研究中用于辨别自由基[7, 8]，以及应用于鉴定考古样品年龄[9,10]和我国的煤等燃料性质[11].当电子自旋共振拓展到高磁场和高频区域时，它还能被用于研究2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)原子团中的分子动力学机制[12, 13].在本文的第一部分，我们简要说明了电子自旋共振的理论原理.接下来我们描述了在我们的实验中电子自旋共振如何应用于测量1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)中未成对电子的朗德g因子，并讨论了我们的结果.自旋会为电子引入一种内禀磁矩，磁矩对自旋的依赖关系为[14]在式(1)中，us 为电子的磁矩，s为自旋，gs 是朗德g因子，μB 是玻尔磁子，其定义由式(2)给出.其中e是电子电量，ћ是约化普朗克常量，me 是电子质量.在磁场中，磁矩的能量由式(3)给出.其中B是磁场.E=-us·B电子的自旋为，所以它有自旋上下两个态，.因为内禀磁矩的存在，这两个态之间会出现能级劈裂，这个现象被称为塞曼劈裂. 塞曼劈裂的能量由式(4)给出.当一个未成对电子吸收或放出一个能量为ΔE的光子时，电子会在自旋两个态之间进行跃迁.因此，如果电磁波的频率ν满足式(5)给出的条件，电磁波将会明显被吸收，同时电子发生共振跃迁[15].从式(5)可以推出朗德g因子，如式(6)所示.然而，电子的磁矩也处于原子核的磁偶极场中，所以原子核和电子磁矩之间也存在耦合.原子核和电子整体的哈密顿量由式(7)给出.其中右边前两项分别是电子和原子核在磁场中的塞曼项，第三项是超精细耦合项.它描述了电子和原子核磁矩的耦合，其中是3×3 的超精细张量.超精细耦合使得两个态分裂为更多的态，这意味着将有多个态之间的跃迁存在，这些跃迁将在电子自旋共振中以多个共振峰呈现.然而，在大多数情况下，由于超精细耦合太弱，电子自旋共振只会出现一个和两个态之间跃迁相对应的共振峰.根据文献[17]，DPPH中未成对电子的朗德g因子为2.0036.在实验中用到的样品是1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，它的分子结构如图1所示.DPPH中有一个氮原子具有未成对电子，这正是电子自旋共振中测量的电子.DPPH常作为抗氧化剂来控制自由基之间的化学反应.并且通过俘获其他自由基，DPPH能够降低化学反应的速率.DPPH也常作为电子自旋共振的标准样品来为实验的信号进行校准.实验装置的示意图如图2所示.样品置于图中最下端的谐振腔中.在实验装置中，波导管负责输送微波.微波信号由耿氏二极管产生，接着经过一个铁氧体隔离器.这个隔离器起到抑制装置其他部分(负载)对耿氏二极管信号源影响的作用.当信号通过隔离器后被分为两路，一路前往频率计测量频率.频率计是一个大小可调的谐振腔.当微波频率与谐振腔本征频率相等，将会发生共振吸收，频率计链接的探测器接收到的微波信号会明显减少.因而我们可以利用频率计测量微波频率.另一路前往混合接头(magic-T).混合接头将微波信号分别送入参照臂和谐振腔，微波信号最后会被反射回到混合接头.如果在谐振腔中没有信号吸收，通过参照臂上的调节旋钮和相位移，可以使得参照臂反射回来的信号和谐振腔反射回来的信号相抵消，这样就给出零输出.相反，如果谐振腔里有信号吸收，也就是说输入的微波激发了样品中未成对电子的跃迁，那么两个信号就不会抵消，探测器就可以探测到微波信号.这样设计的好处是滤掉了背景噪音，提高了信噪比.在实验中，提高信噪比的另一举措是将数字信号转化为模拟信号，利用锁相放大器滤掉噪音提取模拟信号.在谐振腔中我们加了一个产生振荡磁场的小线圈，这个小线圈产生的磁场大小只有零点几高斯，小于共振峰的宽度.此外它的频率也远小于微波频率，因而它可以被视作准静态的.在共振峰附近小线圈产生的振荡磁场会引发一个模拟信号，这个模拟信号代表谐振信号对磁场的导数.锁相放大器可以将这个信号从背景噪音中提取出来.如图3所示，在我们的实验中一共用到了3个线圈产生磁场，大线圈产生主要的磁场，亥姆霍兹线圈产生扫共振峰的变化磁场，小线圈产生振荡的小磁场.大线圈产生在共振峰附近约3千高斯的磁场，它在工作时需要冷水来冷却散热.在实验中，微波频率保持固定，亥姆霍兹线圈产生的磁场起到扫频的作用，当磁场的大小和微波频率吻合时，如式(5)所示，微波会被样品吸收以激发未成对电子跃迁，这时探测器的信号会出现一个共振峰.小线圈的作用已在上文中叙述.高斯计负责测量磁场值.高斯计的探头在谐振腔外.实验前已对谐振腔内外的磁场值进行了校准.实验数据，包括磁场值和经过锁相放大器的信号，被Labview收集处理.在我们实验中，微波频率被设置为9.505 GHz，衰减器设在2DB，波导管的长度设在23.44 mm.高斯计的探头在谐振腔外，在测量前已对谐振腔内外的磁场值进行了校准.结果如表1所示.由表1可见，谐振腔内外磁场值近乎相等，因而我们在实验中将高斯计测得的磁场值作为谐振腔样品处的磁场值.我们将锁相放大器设置在频率280 Hz，相位180°.图4展示了实验得到的5组数据.共振点对应于两个峰的中点，利用共振点的磁场值可以通过式(6)得到朗德g因子，结果如表2所示.朗德g因子实验结果2.033±0.0003 比自由电子的朗德g因子2.0023略大，这是由DPPH中电子和原子核的相互作用引起的.但是，我们也注意到实验结果也比DPPH中未成对电子的参考值2.0036略大. 这可能由样品条件，锁相放大器参考信号的选择，磁场的均匀性和测量仪器的精度引起.在实验中，我们也改变了锁相放大器参考信号的相位，如图5所示.随着参考信号相位的改变，输出信号的幅值和符号也会改变.当相位变化180°，输出信号会变为原来的相反数.这可以由锁相放大器的相关原理来解释.锁相放大器的工作原理利用了正弦函数的正交性.输入的模拟信号与参考正弦信号相乘，并在远大于正弦信号周期的时间内作积分.如下式所示，如果输入信号和参考信号有相同的频率，那么输出将是Vsigcos θ ，其中Vsig 是输入信号的幅值，θ是输入信号与参考信号的相位差.如果输入信号和参考信号的频率不同，那么输出将是零.因此，具有和输入信号不同频率的背景噪音将被锁相放大器滤掉.在实验中，通过调节参考信号的频率和相位，输出信号会发生变化.当改变相位φ 时，输出信号的幅值会改变.当φ 变化π，输出信号会变为原来的相反数，这解释了我们在图5中观察到的现象.我们应用了电子自旋共振技术测量了DPPH中未成对电子的朗德g因子.在实验装置中，我们特别采用了混合接头(magic-T)和锁相放大器来提高信噪比.实验测得的朗德g因子2.033±0.0003与参考值2.0036相吻合.在未来的工作中，电子自旋共振可应用于研究微电感芯片上的原子团[6]，辨别生物化学系统中的自由基[8]以及研究2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)原子团中的分子动力学机制[12, 13].【相关文献】[1] Maki A H. Electron Spin Resonance [J]. Annual Review of Physical Chemistry, 1967,18(1): 9-34.[2] Golub A, Horovitz B. Nanoscopic interferometer model for spin resonance in current noise [J]. Physical Review B, 2013, 88(11): 115423.[3] Tian Z, Guo Q, Ouyang Z. Magnetic and ESR studies in a quasi-two-dimensional Triangular magnet Ba3MnNb2O9. [J]. Solid State Communications, 2014, 191: 66-69. [4] Waldner F. Two dimensional soliton energy and ESR in AFM [J]. Journal of Magnetism & Magnetic Materials, 1986, 54: 873-874.[5] Adhikary A, Kumar A,Bishop C T, et al. π-Radical to σ-Radical Tautomerization in One-Electron-Oxidized 1-Methylcytosine and Its Analogs [J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2015, 119(35): 11496-11505.[6] Kitagawa A. Electron Spin Resonance Measurement with Microinductor on Chip [J]. Journal of Sensors, 2011, 2011: 1-3.[7] Wang Y, Hougaard A B, Paulander W,et al. Catalase Expression Is Modulated by Vancomycin and Ciprofloxacin and Influences the Formation of Free Radicals in Staphylococcus aureus Cultures [J]. Applied and environmental microbiology, 2015, 81(18): 6393-6398.[8] 赵保路. 电子自旋共振(ESR)技术在生物和医学中的应用[J].波谱学杂志, 2010, 27(1): 51-67.[9] 黄培华, 彭子成，金嗣炤，等. 电子自旋共振法(ESR)测定第四纪物质年龄的研究[J].科学通报, 1986, 31(06): 453-453.[10] 彭子成，梁任又, 金嗣炤. 电子自旋共振法年龄测定研究 [J]. 地理研究，1988，7(4): 78-82.[11] 张蓬洲 ,王者福. 用电子自旋共振谱研究我国一些煤的自由基 [J].燃料化学学报, 1992(3): 307-312.[12] Freed J H. New technologies in electron spin resonance [J]. Annual Review of Physical Chemistry, 2000, 51(12): 655-689.[13] Kobayashi H, Ueda T, Miyakubo K, et al. ESR study of molecular dynamics and orientation of TEMPO included in organic 1-D nanochannel [J]. 2008, 10(9): 1263-1269.[14] 翁斯灏. 电子自旋共振中的g因子 [J].物理实验, 1992, 12(5): 238-240.[15] 王合英,孙文博，张慧云，等. 电子自旋共振实验g因子的准确测量方法 [J].物理实验, 2007, 27(10): 34-36.。
1955年诺贝尔物理学奖
1955年诺贝尔物理学奖1955年的物理学奖，被美国的两位物理学家分享，他们是威利斯·兰姆（Willis mb）和波利卡普·库什（Polykarp Kusch）。
兰姆使用微波技术探究氢原子的精细结构，发现了兰姆位移；库什使用射频束精确地测量了电子的磁矩，完善了核理论。
二人都对量子电动力学的创立和发展起到重大的推动作用。
兰姆和库什都是在第二次世界大战前不久进入哥伦比亚大学辐射实验室的，两人都是拉比的追随者与合作者。
兰姆先是从事理论研究，发表过多篇论文。
库什则直接参与了拉比的磁共振方法研究。
他们二人在第二次世界大战期间都从事过雷达技术的工作，从而促使他们对微波有所了解，并在后来的实验中用到这一技术。
他们在同一个实验室中工作，但分别领导着一个小组，在同一年完成并且可以用同样的原理来解释各自的发现，这一原理就是关于电子与电磁辐射相互作用的理论。
显然，他们的研究工作是相互促进的，尽管使用的方法与实验装置有所不同。
威利斯·尤金·兰姆（Willis Eugene Lamb，1913—2008），出生于美国加利福尼亚州的洛杉矶，父亲是一位电话工程师。
1930年，兰姆进入伯克利加州大学，1934年获化学学士学位。
随后在奥本海默的指导下研究理论物理学，1934年获得博士学位。
1938年，兰姆到哥伦比亚大学任教。
从1943年到1951年，兰姆在哥伦比亚大学辐射实验室工作，在那里完成了他的主要成就。
2008年，逝世于亚利桑那洲的图森。
1兰姆的发现与氢原子有关，氢原子中有一个电子，沿一系列的轨道绕其核旋转，每条轨道对应于确定的能级，各能级都具有精细结构。
长期以来，精细结构的解释是使用狄拉克的相对论性量子力学，并且得到了公认。
然而，用光学方法验证狄拉克的精细结构理论，历经一二十年，始终未获得成功。
氢光谱作为最典型、最简单的一种原子光谱，对它的研究历时一百多年。
1885年，巴耳末发现14根氢谱线的波长可以用一个简单的公式来表示，这就是巴耳末公式。
y-ba-cu-o体系的结构和物理性质研究
中国科学技术大学硕士学位论文Y-Ba-Cu-O体系的结构和物理性质研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：***20040601中国科学技术火学硕士学位论文摘要摘要ＹＢＣＯ（Ｙ１２３）的发现是超导历史上令人振奋的事件。
除了它在应用方面的价值外，其表现出来的诸如赝能隙现象，磁性质以及正常态的输运行为等丰富的物理内容也是众多物理学工作者十分感兴趣的课题。
对它的超导电性机制和正常态输运性质的研究将对凝聚态物理的许多领域起重要的推动作用。
本论文通过元素替代的方法，以研究Ｙ１２３体系的正常态性质与晶体微结构特征的关联为目的，对众多掺杂样品进行细致研究，取得了一些有意义的结果。
本论文分为四章。
第一章回顾高温超导电性的发展历史，介绍Ｙ１２３超导体的结构，超导电性及导电行为等基本物理性质，较详细地总结了各种元素在Ｙ１２３不同位寅的替换以及它们所引起的物性变化，并对Ｙ１２３体系的正常态输运行为进行简单概括。
第二章用很短的篇幅通过对所涉及的实验仪器和方法的介绍，阐述它们在高温超导电性研究中的可能性与必要性。
第三章利用ＸＲＤ、电阻率的测量、】Ｒ光谱以及ＥＳＲ谱等多种实验手段，对ＬａＢａ２Ｃｕ３小以Ｏｙ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｃｒ）体系进行研究，得出如下结论：（１）Ｃｏ掺杂导致Ｌａｌ２３体系发生正交一四方和四方一正交转变，而ｃｒ则使之保持正交结构；（２）Ｃｏ在替代ｃｕ时，基本上占据Ｃｕ（１）位，而ｃｒ在其含量大于０．２时，有一部分占据Ｃｕ（２）位：（３）Ｃｏ的掺杂使Ｃｕ（１）一０（１）声子振动模式软化，而ｃｒ则可使㈨（１）一０（１）振动模式硬化：（４）Ｃｏ和Ｃｒ掺杂都可以使样品的电阻率上升以及破坏Ｃｕ一０的自旋关联，导致ｃｕ离子自旋局域化。
第四章通过对Ｌａｌ２３体系ｅｕ０：面上ｃｕ（２）位掺杂ｚｎ、Ｍｇ和Ｎｉ样品的中国科学技术大学硕Ｉｊ学位论文摘要结构，超导电性和输运性质的研究，得出：（１）Ｚｎ，Ｍｇ和Ｎｉ的替代均造成ＬａＢａ。
研究生面试(凝聚态物理)
1.什么是能带？在形成分子时，原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。
晶体是由大量的原子有序堆积而成的。
由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。
2.什么是位移电流？是由谁引入的？其物理实质是什么？在电磁学里，位移电流（displacement current）定义为电位移通量对于时间的变率。
位移电流的单位与电流的单位相同。
如同真实的电流，位移电流也有一个伴随的磁场。
但是，位移电流并不是移动的电荷所形成的电流；而是电位移通量对于时间的偏导数。
于1861 年，詹姆斯·麦克斯韦发表了一篇论文《论物理力线》，提出位移电流的概念。
在这篇论文内，他将位移电流项目加入了安培定律[1]。
修改后的定律，现今称为麦克斯韦-安培方程。
3.简述原胞和单胞的区别。
原胞（Primitive cell）是晶体中最小的周期性重复单元。
有时，为了更加直观地反映出晶体的宏观对称性，取一个包含若干个原胞的平行六面体作为重复单元，该重复单元被称为结晶学原胞，简称晶胞或单胞4.什么是宏观对称素和微观对称素？八种晶体的宏观基本对称要素i,m,1,2,3,4,6, 进行组合，一共能够得到32种组合方式，也叫32个点群。
所谓晶体的微观对称性就是晶体微观结构中的对称性除八种基本对称要素之外，空间动作要素：点阵、滑移面、螺旋轴在晶体结构中也能出现，它们统称微观对称要素，类似于宏观对称要素组合成32个点群的情况一样，所有的微观对称要素在符合点阵结构(14种布喇菲格子)基本特征的原则下，能够得到230种组合方式。
简述热力学四大定律。
5.晶体可能有的独立的点对称元素有几种？6.康普顿散射证明了什么？在原子物理学中，康普顿散射，或称康普顿效应（英语：compton effect），是指当X射线或伽马射线的光子跟物质相互作用，因失去能量而导致波长变长的现象。
相应的还存在逆康普顿效应——光子获得能量引起波长变短。
凝聚态物理学中的玻色子与费米子
凝聚态物理学中的玻色子与费米子凝聚态物理学是研究物质在集体行为中的性质和相变的学科。
在这个广阔的领域中，玻色子和费米子是两种基本的粒子，它们在物质中起着重要的角色。
本文将介绍玻色子和费米子的特性以及它们在凝聚态物理学中的应用。
一、玻色子的特性玻色子是一类自旋为整数的基本粒子，根据玻色–爱因斯坦统计，它们具有玻色统计性质。
最著名的玻色子是光子，它是电磁辐射的量子，没有质量和电荷，也是光的传播媒介。
除了光子以外，还有声子、准粒子等许多其他的玻色子存在。
玻色子的一个重要特性是它们可以聚集在同一个量子态，形成所谓的玻色-爱因斯坦凝聚。
这种凝聚态相当于一个巨大的共振态，所有玻色子将集体行为地维持在同一个基态。
这种凝聚态物质的行为在超导领域引起了广泛的研究，使得科学家们能够更好地理解新奇的物理现象。
二、费米子的特性费米子是一类自旋为半整数的基本粒子，根据费米–狄拉克统计，它们具有费米统计性质。
最著名的费米子是电子，它是构成物质的基本组成部分，具有质量和电荷。
费米子具有一种独特的特性，即不能聚集在同一个量子态，这就是所谓的泡利不相容原理。
泡利不相容原理导致费米子的排斥行为，通过排斥来形成精细结构，如原子的电子排布和分子的化学键。
正是由于费米子的排斥性质，物质才能够在一些极端条件下得到更加复杂的表现。
三、玻色子和费米子在凝聚态物理学中的应用1. 量子统计和超流体玻色子和费米子的量子统计性质对凝聚态物理学研究具有重要影响。
在低温下，玻色子可以表现出超流性，即在没有粘滞性的情况下流动。
超流体的研究不仅有助于我们理解基本粒子的行为，还在技术和应用领域有很多潜在的应用，如量子计算和超导材料等。
2. 凝聚态物质的相变凝聚态物质可以在不同的温度和压力下发生各种相变，包括固体-液体相变、超导-非超导相变等。
这些相变的理解和控制对于实现新的功能材料和技术具有重要意义。
玻色子和费米子在相变研究中的作用体现在它们的自旋、电荷等性质能够在相变过程中发生变化，导致物质的性质发生巨大的变化。
凝聚态物理学的研究现状与发展趋势
凝聚态物理学的研究现状与发展趋势凝聚态物理学是物理学中最重要、最活跃的领域之一。
它主要研究固体、液体、气体等物质的基本物理性质。
凝聚态物理学已经取得了许多令人惊讶的成就，如超导、磁性、光学、控制量子力学等。
在本文中，我们将对凝聚态物理学的研究现状和发展趋势进行探讨。
一、凝聚态物理学的研究现状凝聚态物理学的研究涉及到物质的性质和结构。
凝聚态物理学家关注的问题包括物质的电学、热学、磁学等各方面的性质，以及这些性质的基本理论。
目前，凝聚态物理学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 量子物质的研究：量子物质可以通过加强人造温度等方式得到，主要研究单个电子的行为、自旋等。
在这种条件下，物质表现出不同的性质，这是因为原子的运动是量子物质构成的，所以量子物质具有原子物质所没有的独特性质。
2. 超导和超流体的研究：超导和超流体在科学界和工业界得到了广泛应用，例如磁共振成像和电路理论。
超导物质可以在很低的温度下传导电能，而超流体具有非常低的粘性并且可以完全流动。
3. 低维系统的研究：低维系统可能是凝聚态物理学中最重要的一个领域。
这个领域涉及到体系的几何形态和波动的性质，例如单层石墨烯的电子结构和表面的重构，和单层半导体纳米线的生长和结构变化等。
4. 量子材料和拓扑物相的研究：量子材料是一种新的物质状态，它的性质可以在原子、电子和样品层面上被预测和控制。
拓扑物相是指材料中存在的一些奇特的电子结构，这种结构可以被应用于电子计算和量子通信等领域。
二、凝聚态物理学的发展趋势凝聚态物理学的研究已经不断取得了新的突破。
未来，凝聚态物理学的发展趋势将会继续如下：1. 多物理量的精细调控和研究：多物理量的调控和研究是凝聚态物理学领域中未来的新方向。
多物理量材料的研究将需要研究复杂的集体行为。
2. 量子材料和拓扑物相的研究：量子材料和拓扑物相的研究将是未来凝聚态物理学的主要研究方向之一。
这些材料可能会带来者超过当前凝聚态物理学应用的新功能。
单壁碳纳米管电弧放电法制备及纯化初步的研究
太啄理下大学砸十研究乍学付论屯了单壁碳纳水管（Ｓｉｎｇｌｅ州ａｉｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＳＶⅢＴｓ），单壁碳纳米管足碳纳水管１０极限形式，具有精细的原子结构、超高的长径比和化学稳定性，这使得单壁碳纳米管具有巫』ｊＩＪ独特的物理化！≯性质。
碳纳米管的聊｝究是Ｃ６０研究的继续，是继人造会刚石和富勒烯发现之后，炭材料及纳米材料领域。
｝－的义一重大发现。
它可以看怍是介于石墨和富勒烯之间的一种材料，由于其具有介观尺度和奇异的物理、化学、机械和电子性能而被认为极具理论研究价值：从实际应用的角度来看，碳纳米管直接与纳米技术相关联，因此倍受人们的关注。
自从被发现以来，碳纳米管己称为炭素界和凝聚态物理研究的前沿和热点。
１．１．２单壁碳纳米管的结构碳纳米管可以看成是石墨烯片卷积而成【”，其理想的结构是由六边形碳原子网格围成的无缝、中空管体，两端通常由半球形的大富勒烯分子罩住，根据它们的长径比，碳纳米管可以认为近乎一维结构。
根据管壁包含碳原子层数的不同．可将碳纳米管分为多壁碳纳米管（管壁由２到数十个碳原子层组成）和单壁碳纳米管（管壁仅由一层碳原子组成），图１．１给出的是１－５层碳纳米管的高分辨率透射电子显微镜照片（ＨＲＴＥＭ）【甜。
图１－１ｌ一５层壁的碳纳米管的高分辨率照片Ｆｉｇ．１－ＩＨＲＴＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆ１～５－ｓｈｅｌｌｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ单壁碳纳米管可以看作仅由一层碳原子卷积而成的，直径零点几到几个纳米，长径比很大，因而表现出更加独特的电子和力学性能。
描述单壁碳纳米管的结构时，除了长度外，完全可以使用一个向量Ｃ（称为手性向量）来描述【５１。
在一石墨烯片结构图上选２太原理ｌ：大学硕十研究生学位论文单壁碳纳米管能够仅仅使用一对与手性矢量有关的整数（，ｌ，，玎）来描述。
这些矢量值表明有三类单壁碳纳米管：当１７ｌ＝０时称为扶手倚型管８＝－－００；当ｍ＝Ｏ时称为锯齿型管归３００：其它的即ｎ≠，７Ｉ，称为螺旋型管，耿值在Ｏ“～３０”之川。
凝聚态物理学
ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔ ｉｏｎ ｉ ｎ Ｇ ｄｓＧｅ４
ａｌｌｏｙｓ ［刊 ，中］／张晓勇（上海 大学物 理
系 ，上海 ２０Ｏ４４４），刘 永生，曹桂新，敬
超 ，曹世勋 ，张金仓，／低温物 理学报 ．一
２００６，２８（４）．一 ３０５～ ３１０
报 告 了对 Ｇｄ５Ｇｅ４合金 样 品进行 了磁化 和 电输运测量 的研究结 果，实验表 明，
量方法 是在恒定磁场下循环温 度， 即将 温度 以一 定间隔从 １０ Ｋ上升到 ２０ Ｋ，
然后再返 回到 １０ Ｋ，测 定磁矩的偏离温
度 ．所得 结果可用 于从 生成 最佳 Ｎｂ．Ｓｎ
相组成方面来优化 ＡＩ５相成相热 处理制 度 ．该研 究得 出的结 论是对 于像 ＩＴＥＲ
使用 的高场磁 体超 导线来说 ，鉴 于其 需
磁 化强度随外磁场 的增加 而出现台阶式
跳跃 ，磁转变 的可逆性 与温 度存在有密
切的关联 ．在 由磁场 导致的磁转变 附近
电阻率随着磁场 的增加亦 表现 出表现出正负
不 同 的磁 电阻 效 应 ，４．２ Ｋ 时 呈 现 正 磁 电
阻效应，而在 １６和 ２０ Ｋ时呈现出负磁 阻效应， 即铁磁相 的阻值 小于反铁磁相
的表面包裹 的纳米晶体 的荧光 为激 子复
合和通过氧 空位 复合的荧光组成 ，激 子
荧光强度 、通过 氧空位 的发光 强度及其
相对强度随着纳 米晶体浓度 的变化而变
化 ，测量浓度 的升 高，激子发光峰没有
位移，但与缺 陷态相 关的激发光荧光发
生 红 移 ． 图 ５参 ｌ４
关键词：ＺｎＯ 纳米颗粒；溶液 中生长；
凝聚态物理中的有序态、无序态与非晶概念研究
凝聚态物理中的有序态、无序态与非晶概念研究引言凝聚态物理是研究物质在固态下的性质和行为的科学领域。
在凝聚态物理中，有序态、无序态和非晶态是研究的重点之一。
本文将介绍有序态、无序态和非晶态的基本概念，并深入探讨它们在凝聚态物理中的重要性和研究进展。
有序态有序态是指物质中存在一定的长程有序性的状态。
在有序态中，原子或分子按照一定的规则排列，形成周期性的结构。
由于有序态的结构规则性好，所以其性质和行为通常具有可预测性。
有序态包括晶体态和长程有序液晶态。
晶体态晶体是一种高度有序的固态结构，由周期性排列的原子、分子或离子组成。
晶体的结构具有长程的周期性，其晶格可以精确地描述。
晶体具有很强的对称性，典型的晶体结构包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系等。
晶体的周期性结构赋予了其一些独特的性质，如光学性质和电学性质。
晶体凝聚态物理学研究了晶体的结构、性质和制备方法。
晶体的研究对于材料科学、化学、电子学等领域具有重要的应用价值。
晶体也是金属、半导体和绝缘体等材料的基本形态。
长程有序液晶态长程有序液晶是介于晶体态和无序态之间的一种态形式。
在液晶中，分子虽然没有严格的晶体结构，但仍然具有一定的有序性。
液晶分子在宏观上呈现出定向排列或定向分布的性质，使其具有类似晶体的光学和电学性质。
常见的液晶包括向列相、扭曲向列相和螺旋相等。
液晶材料广泛应用于信息显示领域，如液晶电视、计算机显示器等。
液晶的研究对于开发新型液晶材料和改进液晶显示技术具有重要意义。
无序态无序态是指物质中不存在长程有序性的状态，原子或分子的排列没有规则可循。
在无序态中，物质的结构和性质通常具有随机性和不确定性。
无序态包括无定型态和短程有序态。
无定型态无定型态是指物质中原子或分子的排列完全没有规律可循，没有周期性的结构。
无定型态材料的结构通常呈现出无规则的网络结构或非周期性的几何形态。
无定型态材料的性质和行为常常具有非晶态的特征。
在无定型态材料中，原子或分子之间的空间排列呈现出无序分布，不存在长程有序性。
纳米技术考试题答案
纳米材料和纳米机构纳米材料分析。
1一纳米技术的内容和定义（2-2 ）纳米技术（nanotechnology ）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1 至100 纳米范围内材料的性质和应用。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等二纳米技术三个层面概念的理解从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：第一种，是1986 年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。
根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。
这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。
也就是通过纳米精度的"加工" 来人工形成纳米大小的结构的技术。
这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。
现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。
此外，还有发热和晃动等问题。
为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。
本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。
三纳米技术的发展史，起源和发展方向（2-9）四我国的纳米发展史1. “中国实验室国家认可委员会”是负责实验室和检查机构认可及相关工作的认可机构，为规范纳米产品市场、推动制定相关纳米材料及产品的标准，“国家纳米科学中心”和“中国实验室国家认可委员会”会商多次，联合成立“纳米技术专门委员会”，挂靠在“国家纳米科学中心”。
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凝聚态物理学中精细结构的分析研究凝聚态物理学是物理学中的一个重要分支，主要研究各种凝聚
态物质的宏观物理性质和微观结构，旨在揭示物质的本质和规律。
在凝聚态物理学中，精细结构的分析研究具有重要的意义和价值。
一、精细结构的概念和分类
精细结构指的是物质的微观结构中，对于某些重要的物理量所
产生的微小效应。
精细结构可以分为多种类型，其中比较常见的
有以下几种：
1. 能级精细结构：指的是原子、分子等微观体系的能级之间的
微小差别。
2. 磁光吸收谱线精细结构：指的是吸收能量的电子、原子或离
子在受磁场作用下，激发到不同电子能级所产生的谱线细分效应。
3. 晶格振动精细结构：指的是晶体内原子或离子相对位置的微
小变化所引起的晶格振动。
4. 自旋-轨道相互作用精细结构：指的是电子自旋和轨道运动相互影响所导致的微小效应。
二、精细结构的分析方法
精细结构的分析需要借助物理学和化学学科的多种方法和技术。
下面是几种具有代表性的分析方法：
1. 能谱分析法：是研究原子、分子等微观体系的能级精细结构
的一种方法。
通过测定吸收或发射光子的能量及其强度，可以推
断出原子或分子的电子能级图。
2. X射线衍射法：用于研究晶体的晶格结构，可以测定晶体的
晶胞参数、原子位置和晶格对称性等参数。
3. 磁共振法：是一种使用强磁场对物质进行探测和分析的方法，可以研究物质的精细结构、分子运动和交互作用等。
4. 偏振光技术：主要用于研究物质的分子结构和晶体的光学性质。
通过改变入射光的偏振态和观察偏振后的光，可以推断出物
质的分子间的方向关系和晶体对光的吸收、旋光和双折射等特性。
三、精细结构分析的应用
精细结构的研究在许多领域具有重要的应用价值。
以下是几个
具有代表性的应用场景：
1. 化学反应机制研究：通过研究反应体系中的分子、离子或原
子的精细结构，可以了解化学反应的具体机理和反应活性中心。
2. 新材料的开发：研究材料的精细结构可以帮助科学家探明材
料的性质和结构特点，从而为新材料的开发提供重要参考。
3. 药物研究：通过研究药物分子的精细结构和与受体分子之间
的相互作用，可以设计出更加有效的药物。
4. 环境污染物监测：通过研究环境污染物分子的精细结构和吸
光谱线特征，可以有效监测和分析环境中的污染物。
四、精细结构研究中的挑战和未来发展方向
精细结构的研究是一项具有挑战性的工作，还存在许多未解决
的问题和难题。
其中，以下几个方面具有较大挑战性：
1. 研究对象的复杂性：许多物质具有非常复杂的微观结构，需
要借助更高级的技术手段和方式进行分析和研究。
2. 数据处理和分析的难度：精细结构的分析方法往往需要大量
的实验数据，但如何对这些数据进行有效的处理和分析，仍需要
进一步探索。
3. 技术手段的不断更新：随着科技的不断发展，新的精细结构
分析方法和技术层出不穷，如何选择最适合的方法和技术，也是
一个具有挑战性的问题。
未来，随着科学技术和实验手段的不断进步，精细结构的研究
将取得更大的进展和成就。
一方面，新的分析方法和技术将得到
广泛应用，为科学家们揭示新的物质特性和结构特点。
另一方面，
对于已有的研究结果，将进行更深入、更全面的分析和总结，使得将来的研究更加扎实和有益。