无序材料Anderson局域化研究的一些新进展
钙钛矿氧化物中的Jahn-Teller效应研究
钙钛矿氧化物中的Jahn-Teller效应研究叶吾梅【摘要】通过大量查阅资料并结合我们自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室多年对钙钛矿氧化物CMR（庞磁电阻）效应研究，综述了钙钛矿氧化物研究现状；阐述了钙钛矿氧化物庞磁电阻产生的机制：钙钛矿氧化物的磁电阻效应大多用双交换机理进行解释，虽然双交换机理能够定性地解释若干重要的实验结果，但定量地与实验相比较却碰到困难，单独由双交换机理计算所得的电阻率远低于实验值，而居里温度TC的理论值远高于实验值，指出必须考虑Jahn-Teller畸变，并指出研究Jahn-Teller畸变的途径。
为研究钙钛矿氧化物的磁电阻效应指明了方向。
【期刊名称】《赤峰学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P23-25)【关键词】Jahn-Teller畸变;CMR效应;钙钛矿氧化物【作者】叶吾梅【作者单位】自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室，安徽宿州 234000; 宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州 234000【正文语种】中文【中图分类】O428.54钙钛矿氧化物的磁电性质大多用双交换机理进行解释.虽然双交换机理能够定性地解释若干重要的实验结果，但定量地与实验相比较却碰到困难.单独由双交换机理计算所得的电阻率远低于实验值，而居里温度TC的理论值远高于实验值[1].这表明只考虑双交换机理，eg电子的巡游性太强，导致对电导和TC的理论值的过高估计.为了解决这一问题，邢定钰[2]认为必须在双交换机理之外，考虑减小eg电子迁移率的其他因素.这方面的理论努力包括：考虑Jahn-Teller电—声子作用的极化子图像[3],考虑非磁无序和局域自旋无序导致的Anderson局域化图像[4]，以及载流子非均匀的相分离图像[5].然而，实验中观察到的相分离行为可能是由于MnO6八面体的Jahn-Teller畸变所导致[6]，张士龙等[7]指出，这种由Jahn-Teller效应引起的电—声子相互作用可能是导致La0.875Sr0.125MnO3在低温下发生相分离现象的一个重要因素；所谓安得森局域化（Anderson Localization），是由于掺杂而导致的导电到绝缘的现象，可能是由于掺杂引起Jahn-Teller畸变.Mn3+的eg电子有两个简并轨道d3z2-r2和dz2-y2，在Jahn-Teller畸变下简并消除，两个轨道对应不同的能量和能带宽度，eg电子占据能级较低的轨道，从而使体系的总能量降低.由于不同电子轨道态之间的关联作用，轨道态形成有序分布，即eg电子有序的占据不同的d轨道，即为轨道有序.轨道有序是由Jahn-Teller畸变引起的.电荷有序相究竟起源于电子之间的长程库伦相互作用、Jahn-Teller 电-声子相互作用还是超交换作用仍然存在着争议.大部分理论认为在电荷有序反铁磁体系中电荷序、轨道序和自旋序相互耦合.所以，在钙钛矿氧化物中的B位掺杂，或是增强Jahn-Telle畸变、或是削弱Jahn-Telle畸变，研究Jahn-Telle畸变对钙钛矿氧化物的相分离现象、轨道有序、电荷有序、自旋有序以及磁电性质的影响是抓住了问题的本质.自1993年Helmolt等人[8]在La2/3Ba1/3MO3薄膜中观察到庞磁电阻效应发表“引子文章”以来，通过二十多年的研究，已经对锰氧化物的电子结构，磁结构等问题有了充分的理解和认识.并且对于各种母体系和掺杂体系已经能描绘出它们清晰的相图.比较全面认识的是[9-11]：对于LaMnO3的基态是A-型反铁磁轨道有序[12]；在中度掺杂的锰氧化物的基态是铁磁金属态[13]；A位离子半径较小的半掺杂体系中，形成稳定的电荷、自旋和轨道有序态[14]；对于输运行为，无论是理论还是实验都阐明存在渗流的倾向[15，16]；理论和实验都证明了锰氧化物体系具有明显的相分离行为[17，18]；关于CMR效应的本质，理论研究认为是由于方向无规分布的铁磁小区域和反铁磁小区域的共存[19]；理论研究预言并为实验所证明，锰氧化物中的金属—绝缘体相变为二级相变所分开，并导致双临界行为的出现[20]；理论和实验研究发现，在Curie 温度以上存在一个新的温度尺度T*，在此温度开始形成磁团簇[6，21].虽然我们对锰氧化物的认识已经有了很大的进步，但新的现象不断涌现，对目前的理论已经提出挑战，主要问题是：对于钙钛矿氧化物的磁电输运行为众说纷纭，还没有统一的认识；对于在相图上普遍存在的铁磁绝缘区域的性质还需要深入的分析和理解；对于锰氧化物中的glass （玻璃）态是否就是标准的spin-glass（自旋玻璃）态，还是一种新的态Cluster glass（团簇玻璃）；从应用角度而言，发展以这类材料为基础的磁电子学器件为时尚早.一是低场磁电阻的机理还不清楚，二是磁电阻表现出很强的温度敏感性.对于过渡金属的3d电子，3d轨道在氧八面体配位场下劈裂为t2g（包括轨道dxy,dzx和dxy）和eg（包括轨道d3z2-r2和dx2-y2）能带，t2g和eg轨道的能量分别是相同的（就是说t2g三个轨道的能量是相同的，eg以此类推），其中eg轨道的能量比t2g轨道的要高一些.t2g态和eg态之间晶场劈裂能大概1ev[22]，JT离子使二重简并的eg能级再次劈裂分为两个能级，这两个eg能级的能隙较大.d0(V5+)，d3(Mn4+、Cr3+)，d8(Ni2+)，d10(Zn2+)及高自旋d5(Co4+)、低自旋d6(Co3+),符合Oh对称，不是Jahn-Telle离子；d9(Cu2+),d4(Mn3+),低自旋d7(Co2+)，不符合Oh对称，是Jahn-Telle离子.以Cu2+(3d9)为例：Cu2+(3d9)在正八面体配位位置发生四方畸变（c/a>1）时，Cu2+离子d轨道能级进一步分裂:，电子组态为(t2g)6(eg)3,轨道缺1个eg电子.当dx2-y2缺电子，z方向有效电荷对配位体引力大于xy平面内配位体引力，形成xy平面内4个短键和z轴方向上的两个长键，正八面体畸变成沿Z轴拉长的四方双锥体；当d3z2-r2缺电子，z方向有效电荷对z轴上2个配位体引力小于xy平面内配位体引力，形成xy平面内4个长键和z轴方向上的两个短键，正八面体畸变成沿Z轴缩短的扁四方双锥体.另外还有xy平面内2个氧原子向外移动，2个氧原子向内移动；6个氧原子同时向内向外移动.一般认为，电荷有序（CO）相起源于库仑势、轨道有序、Than-Teller效应.大部分理论认为在电荷有序反铁磁体系中电荷序、轨道序和自旋序相互耦合.然而，很少有人在实验上证明其三者之间关系[10].我们实验室的王桂英等（文章已投出）研究了B位掺杂削弱Jahn-Teller畸变对电荷有序相的影响，研究了Co3+替代Mn3+破坏La0.4Ca0.6MnO3电荷有序相的机制，结果表明：Co替代Mn的La0.4Ca0.6Mn1-xCoxO3体系中，随Co替代量增加，电阻率不数减小；随Co替代量增加，反铁磁性减弱、铁磁性增强；证明了Co3+—O2-—Mn4+，Mn3+—O2-—Co4+不能产生好的双交换；当x=0.02时，电荷有序相已基本融化；x=0.06时，电荷有序相完全融化.Co3+不是JT离子，电荷有序（CO）相起源于Jahn-Teller畸变，Co3+替代Mn3+削弱了JT畸变，有利于双交换，使体系的反铁磁性减弱、铁破性增强，电荷有序是在反铁磁背景下产生的，通过破坏电荷有序的生存环境—反铁磁，从而破坏电荷有序.我们实验室的刘鹏等[23]研究了Ga3+替代Mn3+，La0.4Ca0.6MnO3电荷有序相的影响，结果表明，替代量高达0.15时电荷有序相依然存在.这是因为Ga3+是非磁性离子，Ga不属于过渡金属，Ga3+不是JT离子，Ga3+的电子组态为t2g6eg4，eg轨道已被电子占满，Ga3+替代Mn3+只是阻断Mn3+—O2-—Mn4+链，Ga3+替代Mn3+破坏电荷有序相效果不明显.〔1〕Millis A J, Littlevood P B, Shraiman B I. Double exchange alone does not explain the resistivity of La1-xSrxMnO3[J]. Physical Review Letters, 1995, 74(25):5144-5147.〔2〕邢定钰.自旋输运和巨磁电阻-自旋电子学的物理基础之一[J].物理,2005,34(5):348-361.〔3〕Millis A J, Littlevood P B, Shraiman B I. Dynamic Jahn -Teller effect and colossal magne-toresistance in La1-xSrxMnO3[J]. Physical Review Letters, 1996, 77(1):175-178.〔4〕Sheng L, Xing D Y, Sheng D N, Ting C S. Theory of colossal magnetoresistance in R1 -xAxMnO3[J]. Physical Review Letters, 1997, 79 (9)::1710-1713.〔5〕Dogotto E, Hotta T, Moreo A. Colossal magnetoresistant materials: the key role of phase separation [J]. Physics Reports, 2001, 344 (1-3):1-153. 〔6〕孙玉平,鲁文建,马永青,宋文海,杜家驹.内耗测量在钙钛矿结构Mn基氧化物研究中的应用[J].物理学进展,2006,26(3):340-345.〔7〕张士龙,岑诚,谢津桥,苏金瑞,苯长飞. La1-xSrx MnO3(x≈0.125)中相分离现象的超声研究[J].金属学报,2003,39(11):1176-1178.〔8〕Helmolt R V, Wecker J, Holzapfel B, Schultz L, Samwer K. Giant Negative magnetoresistance in perovskitelikeLa2/3Ba1/3MnOxferromagnetic films [J]. Physical Review Letters, 1993,71(25):2331-2333.〔9〕Alvarez G, Dagotto E. Single-band model for diluted magnetic semiconductors: dynamical and transport properties and relevance ofclustered state [J]. Physical Review B, 2003,68 (4): 045202-045202. 〔10〕洪波.钙钛矿锰氧化物的电荷序、轨道序、自旋序及其相互作用[D].合肥:中国科学技术大学, 2007.〔11〕叶吾梅，彭振生.钙钛矿锰氧化物CMR效应温度敏感性研究[J].宿州学院学报，2011,26 （2）：26-29.〔12〕Pickett W E, Singh D J. Electronic structure and half-metallic transport in the La1-xCaxM-nO3system [J]. Physical Review B, 1996, 53 (3): 1146-1160.〔13〕Wang Z H, Shen B G, Tang N, Cai J W, Ji T H, Zhao J G, Zhan W S, Che G C, Dai S Y, Dickon H L Ng. Colossal magnetoresistance in cluster glass -like insulator La0.67Sr0.33(Mn0.8Ni0.2)O3[J]. Journal of Applied Physics, 1999, 85(8):5399-5401.〔14〕Rao C N R., Raveau B. Transition metal oxides [M] Singapore: World Scientific press, 1998.〔15〕Yin Y, Zhang C J, Li P, Zhang Y H. Coexistence of pdσ hybridization conduction and double-exchange conduction in heavily doped La1.85-2xSr0.15+2xCu1-xMnxO4[J]. Physical Review B, 2001, 65(2):024407-024407. 〔16〕Li P, Xu X J, Zhang Y H. Anomalous transport properties of heavily doped polycrystalline La0.825Sr0.175Mn1 -xCuxO3[J]. Physical Review B, 2000, 62(9):5667-5672.〔17〕Mathieu R, Akahoshi D, Asamitsu A, Tomioka Y, Tokura Y. Colossal magnetoresistance without phase separation:disorder -induced spin glass state and nanometer scale orbital-charge correlation in half doped manganites [J]. Physical Review Letters, 2004, 93 (22):227202-207202.〔18〕Verstraete F, JJ G, JI. C. Matrix Product density operators: simulation of finite-temperature and dissipative systems [J]. Physical Review Letters, 2004, 93(20):207204-207204.〔19〕Millis A J. Lattice effects in magnetoresistive manganese perovskites [J]. Nature, 1998, 392: 147-150.〔20〕Urushibara A, Moritomo Y, Arima T, Asamitsu A, Kido G, Tokura Y. 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半导体物理发展历程
一、半导体物理的发展历程半导体物理是凝聚态物理领域中的一个活跃分支,也是半导体科学技术发展的重要物理基础。
半个多世纪以来,半导体物理自身不仅在晶态半导体、非晶态半导体、半导体表面、半导体超晶格、纳米半导体和有机半导体等领域中都获得了令世人瞩目的重大进展,而且它还是一系列新材料、新结构、新效应、新器件和新工艺产生的源泉,极大地丰富了凝聚态物理的研究内容和有力地促进了半导体科学技术的迅速发展。
温故而知新。
今天,我们重新认识它的发展规律与特点,对于把握半导体物理在21世纪的发展走向具有直接的现实指导意义。
（一）半导体物理早期发展阶段?20世纪30年代初，人们将量子理论运用到晶体中来解释其中的电子态。
1928年布洛赫提出着名的布洛赫定理，同时发展完善固体的能带理论。
1931年威尔逊运用能带理论给出区分导体、半导体与绝缘体的微观判据，由此奠定半导体物理理论基础。
到了20世纪40年代，贝尔实验室开始积极进行半导体研究，且组织一批杰出的科学家工作在科学前沿。
1947年12月，布拉顿和巴丁宣布点接触晶体管试制的成功。
1948年6月，肖克利研制结接触晶体管。
这三位科学家做出杰出贡献，使得他们共同获得1956年诺贝尔物理学奖。
?晶体管的发明深刻改变人类技术发展的进程与面貌，也是社会工业化发展的必然结果。
早在20世纪30年代，生产电子设备的企业希望有一种电子器件能有电子管的功能，但没有电子管里的灯丝，这因为加热灯丝不但消耗能量且要加热时间，这会延长工作启动过程。
因此，贝尔实验室研究人员依据半导体整流和检波作用特点，考虑研究半导体能取代电子管的可能性，从而提出关于半导体三极管设想。
直到1947，他们经反复实验研制了一种能够代替电子管的固体放大器件，它主要由半导体和两根金属丝进行点接触构成，称之为点接触晶体管。
之后，贝尔实验室的结型晶体管与场效应晶体管研究工作成功。
20世纪50年代，晶体管重要的应用价值使半导体物理研究蓬勃地展开。
OLED器件电学物理理论综述
第37卷第8期2022年8月Vol.37No.8Aug.2022液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and DisplaysOLED器件电学物理理论综述于立帅，苏煜皓，杨菲玲，杨奕琯，刘飞龙*，周国富（华南师范大学华南先进光电子研究院，彩色动态电子纸显示技术研究所，广东省光信息材料与技术重点实验室，广东广州510006）摘要：以有机发光二极管（Organic light-emitting diode，OLED）等为代表的新型显示技术已成为新一代信息技术的先导性支柱产业。
尽管OLED在材料与器件叠层设计工艺等核心技术上已取得巨大突破，但目前业界研发仍然主要依靠试错法（trial-and-error），对于器件内部物理机理的理解仍然处于定性、经验性的阶段。
本文系统性地阐述了OLED器件物理理论，特别是对如何从物理上描述组成OLED器件的非晶无序分子体系、如何描述电荷传输和激子过程、如何计算器件光电性能、以及如何将物理理论应用于实验OLED研发，进行了详细的介绍。
关键词：OLED；高斯无序模型；三维动力学蒙特卡罗模拟；三维主方程；漂移-扩散模型中图分类号：TN383+.1；TN873+.3文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2022-0105Review on theories of electrical physics in OLEDs YU Li-shuai，SU Yu-hao，YANG Fei-ling，YANG Yi-guan，LIU Fei-long*，ZHOU Guo-fu （Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Information Materials and Technology，Institute of Electronic Paper Displays，South China Academy of Advanced Optoelectronics，South China Normal University，Guangzhou510006，China）Abstract：New display technologies such as organic light-emitting diodes（OLEDs）have become a key industry of information technology.Although great breakthrough has occured in OLED technologies such as materials and stack design processes，currently the research and development still mainly rely on trial-and-error approaches，and the understanding of the physical mechanism of the device remains mostly quali⁃tative and empirical.In this article，the physical theories of OLEDs are systematically introduced and reviewed，especially focusing on how to physically describe the amorphous disordered nature of molecular systems，how to describe charge transport and excitonic processes，how to calculate the optoelectronic properties of devices，and how to apply these theories to experimental OLED research and development.文章编号：1007-2780（2022）08-0980-17收稿日期：2022-03-31；修订日期：2022-04-15.基金项目：广州市科技计划（No.2019050001）；广东省“珠江人才计划”引进领军人才计划（No.00201504）；教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目滚动支持（No.IRT_17R40）；广东省光信息材料与技术重点实验室（No.2017B030301007）Supported by Science and Technology Program of Guangzhou（No.2019050001）；Leading Talents ofGuangdong Province Program（No.00201504）；Program for Changjiang Scholars and Innovative ResearchTeams in Universities（No.IRT_17R40）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical InformationMaterials and Technology（No.2017B030301007）*通信联系人，E-mail：feilongliu@第8期于立帅，等：OLED 器件电学物理理论综述Key words ：OLED ；Gaussian disorder model ；three -dimensional kinetic monte carlo simulations ；three -dimensional master equations ；drift -diffusion model1引言有机发光二极管（OLED ）基本原理为通过电光转换实现发光。
《量子输运基础》题集
《量子输运基础》题集分值分布•选择题：每题2分，共20分•填空题：每题3分，共30分•名词解释题：每题5分，共15分•解答题：每题10分，共30分•计算题：每题10分，共30分•案例分析题：每题5分，共15分一、选择题（每题2分，共20分）1.量子输运中，以下哪个物理量不守恒？A. 电荷B. 能量C. 动量D. 角动量2.在弹道输运中，电子通过纳米结构的透射概率主要取决于什么？A. 电子能量B. 结构尺寸C. 杂质浓度D. 温度ndauer公式用于描述什么？A. 电流与电压的关系B. 电阻与温度的关系C. 电导与透射系数的关系D. 电容与频率的关系4.在量子霍尔效应中，霍尔电阻与哪些因素有关？A. 磁场强度B. 电子浓度C. 迁移率D. 所有以上因素5.以下哪种现象是弱局域化的表现？A. 电阻随温度降低而增加B. 电阻随磁场增强而减小C. 电导随温度降低而增加D. 电导随磁场增强而减小6.Kondo效应在低温下会导致什么现象？A. 电阻增加B. 电阻减小C. 电导增加D. 电导减小7.在量子点接触中，电导量子化的单位是？A. e²/hB. 2e²/hC. h/e²D. 1/h8.Anderson局域化是由于哪种效应导致的？A. 弱局域化B. 强局域化C. 电子间的库仑相互作用D. 磁场效应9.Shubnikov-de Haas效应与什么物理现象相关？A. 量子霍尔效应B. 量子点接触C. 量子隧穿D. 超导现象10.在一维量子线中，电子态密度与哪些因素有关？A. 线宽B. 材料类型C. 温度D. 所有以上因素二、填空题（每题3分，共30分）1.在量子输运中，电子的________和________决定了其通过纳米结构的透射概率。
ndauer-Büttiker公式中，电导与________和________成正比。
3.量子霍尔效应中，霍尔电阻与磁场强度的关系是________。
光子晶体红外隐身材料研究进展
光子晶体红外隐身材料研究进展张塬昆;于名讯;潘士兵;黄成亮;刘忠刚【摘要】红外探测在军事中已广泛应用.如何降低军事目标被红外探测和发现的几率已成为一个亟待解决的问题.光子晶体作为一种新型的人工结构材料,因其具有光子禁带的高反射、低辐射特性,在红外隐身领域具有广阔的应用前景.简述了光子晶体的基本概念和主要特性,重点介绍了国内外可用于红外隐身领域的光子晶体的研究状况.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)009【总页数】5页(P967-971)【关键词】光子晶体;红外;隐身材料【作者】张塬昆;于名讯;潘士兵;黄成亮;刘忠刚【作者单位】中国兵器工业集团第五三研究所,山东济南250031;中国兵器工业集团第五三研究所,山东济南250031;中国兵器工业集团第五三研究所,山东济南250031;中国兵器工业集团第五三研究所,山东济南250031;中国兵器工业集团第五三研究所,山东济南250031【正文语种】中文【中图分类】TN2131 引言隐身技术是当今世界三大尖端军事技术之一，其中红外隐身技术占据了很大比重。
红外隐身材料可降低或改变目标的红外辐射特征，从而实现对目标的低可探测性。
传统的红外隐身方法主要依赖于材料的自身属性。
近年来，在运用传统方法实现红外隐身的同时，研究人员也在不断地探索新型的、更有效的红外隐身方法。
光子晶体作为一种新型的人工结构材料，因其具有光子禁带的高反射、低辐射特性，在红外隐身领域具有广阔的应用前景，因而成为当今红外隐身材料研究的热点。
2 光子晶体基本概念1987 年，Yablonovitch［1］从理论上预言了晶体中光子禁带的存在，几乎是在同时，John［2］报道了电介质超晶格中有一种很强的Anderson局域光子存在，这两位先驱的工作为光子晶体的理论奠定了基础。
光子晶体(Photonic crystal)由不同介电常数的介质材料在空间按一定的周期排列而成，与半导体具有电子能带和带隙一样，光子晶体也具有光子能带及光子带隙(Photonic band gap，PBG)，当光的频率位于光子带隙范围内，它将不能在光子晶体中传播。
安德森模型
§10.3 非晶固体的电子态不能用波矢K不具有长程序的无序系统中电子态的特性。
10.3.1 安德森模型V(r)是周期性的图10.12.a 。
在非晶态固体中可用两种模型来描述无序的影响，一种模型是每一格点相对于平衡位置有一 无规的偏移，其位置是随机分布的，另一种是原子位置保持在格点上，势阱深度在一定 范围内随机变化，这是安德森Anderso 提出来的，称为安德森势，如图10.12b 所示。
1958，发现无规势足够强时，电子波 发生定域化，下面简单介绍安德森建立的电子在无序固体中运动的量子理论，采用的是 单电子紧束缚近似模型，首先用二次量子化在瓦尼尔Wannier 表象中写出电子的哈密顿量。
∑∑≠+++=j i j i ij i i C C T C C E H i j(10.4)其中i E 是格点i 处局域电子的能量,在2W ±间无规取值,Tij 是格点j 和格点i 之间原子波函 数的交迭积分,i C 和+i C 分别表示一个电子在格点i 的产生算符和湮灭算符。
在安德森模型中,考虑到一般无序固体里邻近格点的距离大致相等,故假定所有的tij 都是相等的,即tij = t,然而Ei 是从宽度为W 10.12-W/2≤Ei ≤W/2。
因为无序出现在对角矩阵之中,故该模型又被称为对角无序模型。
要作进一步的处理就要知道能量的概率分布。
为了数学上的方便,这里选取均匀分布。
WE P 1)(= （10.5） ∑=ii i a φψ （10.6）式中i φ是以格点i 为中心的原子轨道波函数，如果ψ是满足H ψ= E ψ的本征函数，那么关于波幅ai 的矩阵方程可以写为∑+=j j ij i i i a ta E Ea （10.7）由式(10.7)可以得出定态解。
对于ai 的一般情况，运动依赖于时间的一般方程为∑+=jj ij i i i a t a E idt da （10.8） 就可以给出定域的定义。
凝聚态物理学的历史发展和现状
凝聚态物理学的历史发展和展望摘要：凝聚态物理学已经成为当今物理学中最大的、最重要的分支学科。
其中很多活跃的领域的成果对日常生活产生了巨大的影响。
本文对凝聚态物理学的历史发展过程简要的介绍，并且结合当今凝聚态物理学的现状作出展望。
关键词：凝聚态物理学历史发展现状展望正文：凝聚态是固态和液态的通称，凝聚态物理学是研究固体和液体的基础性学科。
此外凝聚态物理学还研究介于固、液态之间的物态（例如液晶、玻璃、凝胶等）、稠密气体和等离子体，以及只在低温下存在的特殊量子态（超导体，玻色-爱因斯坦凝聚体等）。
凝聚态研究的物质的尺度从几米到零点几纳米,时间范围为几十年到10-15秒,能量范围(以绝对温度来标志)从几千开到纳开,粒子数通常在1027—1021(接近于热力学极限),在有些特殊情况下也会遇到很少的粒子数(103—101)。
这一物质层次的一部分是我们感官能够直接察觉到的,而其中的许多细节则可以借助各种显微技术来观察到。
因而毫不奇怪,这一物理学分支会影响到我们的日常生活。
下面我们先来介绍一下凝聚态物理学的历史发展。
一．凝聚态物理学的历史发展1. 凝聚态物理学的萌芽时期——固体物理学的建立固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。
1928年,Bloch在处理周期结构中电子的传播时,提出了能带理论,从而使固体物理的范式基本建立,其核心概念是周期结构中波的传播。
弹性波或晶格波的传播,属于晶格动力学;X射线在晶格中的传播,牵涉到X 射线衍射动力学;然后是de Broglie波,即电子在晶格中的运动,这类似于能带理论。
考虑电子系统填充,若能带填满是绝缘体或半导体,若能带未填满则是导体。
固体能带论与晶格动力学构成固体物理学两大理论支柱。
40年代之后,由于范式的建立,固体物理学有了爆炸式的发展。
近年来,此范式又有了新发展。
人们关切电磁波的传播是否也存在能带和能隙。
菲利普·安德森：凝聚态物理的一代宗师
HISTORY 科学史菲利普•安德森：凝聚态物理的一代宗师编译 王晓涛这位理论物理学家因在无序性和磁性材料方面的工作获得了诺贝尔奖，但这远不足以表彰他在凝聚态物理学界无与伦比的贡献。
菲利普•沃伦•安德森（Philip Warren Anderson ，1923—2020）是20世纪下半叶最富有成就也是最重要的物理学家之一。
在贝尔实验室、剑桥大学和普林斯顿大学的五十多年的职业生涯中，他凭借超凡的品味、深刻的洞察力和非凡的创造力，一直在努力探索大自然的规律。
安德森将多体物理学融入了固体物理的理论中，从而推动了如今的凝聚态物理学的诞生，他在这方面的贡献远超他人。
他在1984年所著的《凝聚态物理学的基本概念》（BasicNotions of Condensed Matter Physics ）中指出，要想对含有1023个粒子的系统进行描述，应当构建并使用模型哈密顿量，而不是求解多体系统的薛定谔方程。
在过去的几十年里，这一观点已经成为各种凝聚态物理教材中的主流思想。
另一位诺贝尔奖得主皮埃尔-吉勒•德热纳（Pierre-Gillesde Gennes ）非常钦佩安德森，曾经形容他为“固体物理学界的教皇”。
这个绰号颇为贴切，因为安德森确实就像是建立起了这个领域的一系列信条。
忠实的追随者们时刻关注着他的每一句话，许多人还会努力揣测并尝试证明他的观点。
但在安德森自己看来，他是一个不受规矩束缚的反叛者，总是对自然规律背后的原因有着永远无法满足的好奇心。
本文将具体介绍安德森的生活和科研工作，阐述他给物理世界带来的巨大影响。
来自中西部的少年安德森双亲的祖先分别是来自苏格兰和爱尔兰的移民，他们都参加过美国独立战争，子孙后代在印第安纳州西部肥沃的土地上定居，经营农庄。
并不是所有人都喜欢干农活，比如安德森的外公和舅舅，他们在克劳福德斯维尔的沃巴什学院从事拉丁文、数学和英文的长期教学工作。
安德森的父亲和叔叔都是植物病理学家。
安德森在厄巴纳-香槟长大，因为他的父亲是伊利诺伊大学香槟分校的教授。
光子晶体
光子晶体的制备及应用王文瀚12S011029 1 引言光子晶体(Photonic Crystals, PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由Bykov于1972年提出。
1987年，Yablonovitch和John分别在研究抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的研究中将其命名为光子晶体。
实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。
蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。
这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。
正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。
这种周期性结构与Yablonovitch和John提出的光子晶体概念是相吻合的。
当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。
1990 年，Ho和Chan等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。
1991 年，Yablonovitch团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为13GHz~15GHz。
[1]2 光子晶体原理最简单的的光子晶体是由A、B两种材料在一个方向上周期交替排列形成，这种结构叫一维光子晶体，如图1(a)所示。
A、B交替的空间周期a叫做光子晶体的晶格常数，这与由原子构成的普通晶体中的晶格常数相对应。
普通晶体的晶格常数通常都在埃的数量级，而光子晶体的晶格常数则通常与工作波段的电磁波波长在同一个数量级。
比如，在可见光波段，一般为1μm量级或更小，而在微波段，则一般为1cm 左右。
根据光子晶体中介质周期分布的维数，可以把光子晶体分为一维、二维和三维光子晶体，分别如图 1 (a)、(b)、(c)所示。
(a) 一维光子晶体结构(b) 二维光子晶体结构(c) 三维光子晶体结构图1 光子晶体结构示意图一维光子晶体是由多层介质薄膜构成，在光子晶体概念提出以前，就已经得到广泛研究和应用，如分布布拉格光栅。
安德逊(Philip Warren Anderson, 1923-)、范弗莱 …
安德逊（Philip Warren Anderson, 1923-）、范弗莱克（John Hasbrouck Van Vleck, 1899-1980）和莫特（Nevill Francis Mott, 1905-）因对磁性和无序系统的电子结构的基础性研究，共同分享了1977年度诺贝尔物理学奖。
安德逊（左图）在非晶态物质的研究中，创立了局域化理论。
他在1958年发表的“关于无规介质中波的传播”的论文中证明了在某些情况下电子可能被限制在一个很小的区域内，这一现象后来被称为“安德逊定域性”。
现在，安德逊的局域化理论已经成为研究无序体系的理论基础，对于理解“弱凝聚物质”是必不可少的。
1961年，安德逊在“关于微磁体”的论文中揭示了大块物质磁性的微观起源，并建立了著名的“安德逊模型”。
安德逊模型是一个量子模型，它能用于解释诸如超导转换温度和杂质效应等许多基础物理问题，因此很快得到物理学界的承认。
范弗莱克（右图）对抗磁性和顺磁性的量子力学理论做出了重大贡献。
1927年，他发现了抗磁性离子在结晶时呈现顺磁性。
后来，他又研究了电介质的极化率和磁化率，并于1932年发表了《电极化率与磁化率理论》一书，对这一方面的工作进行了总结。
他采用量子力学的表述方法，揭示了物质磁性的奥秘，从而打开了通向现代磁学的大门。
因此，他被誉为“现代磁学之父”。
范弗莱克还发展了晶体中磁相互作用的量子力学理论。
在研究晶体时，他使用了晶体场与配位场的概念。
这些场是给定的原子中的电子所经受的场，它们是由于在邻近区域里存在其它离子或原子而引起的。
因此，这种系统的能量状态的改变会导致电、磁和光学性质的改变。
这些带有根本性的见解，不仅在理解固体激光器等方面是极其重要的，而且在化学、分子生物学和地质学的研究中也都是十分重要的。
莫特（左图）从20世纪50年代开始研究无序体系物质。
他在安德逊局域化理论的启发下，深入探索了非晶态体系中的电子过程，使安德逊局域化理论更加完善，并使之得到了广泛的应用。
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材料导报
０ １ ２年１ １ 月第 ２ ６ 卷专辑 ２ ０ ２
无序材料 Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ 局域化研究的一些新进展 广州 ５ １ ０ ６ ４ ２ 摘要 Ａ 随 着 研 究 的 深 入， ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ 局域化是固体物理学的经典 问 题 。 近 年 来 ， Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ局 域 化 逐 渐 与 光 学、 量子信息 、 纳米结构等领域的概念相结合 ， 在研究领域上得到空前的扩展 ， 并取得了许多重要的 进 展 。 简 单 综 述 了 这 些进展 ， 并重点介绍了关联无序 、 梯度无序 、 并发纠缠 、 壳掺杂纳米线等相关概念和理论 。 关键词 Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ 局域化 关联无序 梯度无序 并发纠缠 壳掺杂纳米线
０ 引言
物理 评 论 ” 上发表了一篇题为“ 扩 １ ９ ５ ８年 Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ在“ １］ ， 散在某些无规格 子 中 的 消 失 ” 的 文 章［ 这篇文章开创了物 也正是这篇文章使人们对电 子 在 无 序 体 理学的一个新领域 ， 系中的行为特征有了初步了解 。Ａ 处在局域态 ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ 指出 ， 上的电子对传导 没 有 贡 献 ， 随 无 序 度 增 加， 体系电子态会局 域化 。 后人称这 种 局 域 化 为 Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ局域（ Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｌ ｏ ｃ ａ － ） 。 这样 ， 改变系统的无序度 ， 可使 系 统 由 金 属 型 变 为 ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 人们称这类转变为 Ａ 绝缘体 ， ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ 转变 （ Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ － ） 。１ ｔ ｉ ｏ ｎ ９ ５ ８年 Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ的工作是在一种简单的模型上获 得的 。 这个模型 被 称 作 紧 束 缚 对 角 无 序 模 型 。 他 考 虑 电 子 在一维 （ 点阵上运 动 ， 点 阵 位 具 有 随 机 势， 电子只被允许 １ Ｄ） 。 结 果 表 明， 在最邻近位间跃 迁 （ 取 常 数） 如 果 无 序 很 强， 波 函数可以变成按指数局域化 。１ ９ ６ １年 Ｍ ｏ ｔ ｔ也给出了类似的 ２］ ， 分析 ［ 他首先分析 了 １ 并 指 出 只 要 存 在 无 序， Ｄ 无 序 体 系， 无论无序度多么 小 ， 体 系 的 电 子 态 都 是 局 域 化 的， 体系都是 非金属 ， 可以用随机 数 学 理 论 解 析 证 明 这 一 结 论 。１ ９ ７ ９ 年， Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ 又和 Ａ ｂ ｒ ａ ｈ ａ ｍ ｓ等 发 表 文 章 提 出 了 一 种 著 名 的 局 域标度理论 ， 此理论证实 ， 对于无相互作用 、 存在非关联无序 的所有 １ 只要 存 在 任 意 大 小 的 无 序 ， 波函数都是 Ｄ、 ２ Ｄ 系统 ， 指数局域的 。 仅在 ３ 单电子态可以在弱局域或态密度 Ｄ 中， ３］ 。这篇文章目前被引用近 ３ 足 够 小 的 情 形 保 持 扩 展 态［ ０ ０ ０
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