物理科学与技术学院执行院长顾济华最后发表了讲话,说龚昌德院士受聘院长一事标志着苏州大学物理学科的发展将翻开崭新的一页。

龚昌德 - 人物观点

固体中某种振动或波的能量量子。固体物理中的元激发或准粒子的概念和粒子物理中的“物理”粒子或重正化了的粒子的概念相似。在固体这样一种有复杂相互作用的多体系统中,常常有一些激发态的性状可以近似地类比于一些自由粒子,虽然这些激发态是有相当复杂内在结构的集体状态。

元激发与准粒子:声子也许是一个最为人们熟知的例子。固体的原子之间有强的相互作用,每个原子都只能在阵点附近作微小振动,每个原子的运动都要牵动周围的原子,以点阵波的形式在晶体中传播。

在简谐近似下,点阵振动可以看作是一系列相互独立的简谐振动的叠加,每种简谐振动对应于一种点阵波,有自己的频率和波矢,它的能量变化是量子化的,能量量子叫做声子(见点阵动力学)声子具有能量(是普朗克常数除以2,是相应点阵波频率),和准动量k(k是相应点阵波的波矢)。

但波矢空间只定义在第一布里渊区内,准动量守恒也只准确到可以相差一个倒易点阵矢量。声子是一种玻色子,遵从玻色统计。由于每种简振模式可以处于任意激发态,所以声子的数目是不确定的。只要非谐作用不很强,也可以把非谐作用用引入声子之间的相互作用来描写(见非谐相互作用)。

这样一来,通过引入简正坐标──点阵波模式,相互作用的原子系统的小振动,即这个系统的低激发态,可以近似看作是一个没有相互作用(或只有弱的相互作用)的准粒子──声子──的系统。这个相互作用的原子系统的热力学性质和近于平衡的某些非平衡过程都可以用声子系统的热力学和输运过程来讨论。金属中的电子气也是一个有很强的相互作用的多粒子系统。一个运动着的单电子,由于泡利不相容原理和静电库仑作用,要排斥周围的负电荷──电子,因而其周围就好像裹上一层正电荷的“云”。

正电荷云屏蔽了该电子和其他电子间的库仑作用,使电子-电子间的作用从长程的库仑作用变成短程的屏蔽库仑作用。同时,这团裹在外面的正电荷云修正了单电子的有效质量。这种由电子和相随的正电荷云组成的复合体称为准电子。如果考虑屏蔽库仑作用引起的散射,准电子有一定寿命;对动量离费密面较远的准电子,寿命太短,使准电子的概念失去意义。因此,对相互作用的电子气,近于基态的激发态中,有一种可以近似看作是近独立的单粒子型的激发──准电子,它遵守费密统计。

在相互作用的电子气中还会有另一类型的集体激发:考虑一个进入电子气中的电子,它排斥的负电荷──电子──会被剩下的正电荷吸引,这会导致正负电荷的往返振荡。这种振荡波矢为零称等离子体振荡,类似于前述的点阵振动,它的能量也是量子化的,这个振荡量子叫做等离激元;它也是一种玻色子。如果进入电子气的电子有足够的能量,就可以激发出这种准粒子。

准粒子的相互作用和固体的性质:各类准粒子之间也会有相互作用金属中的电子不仅排斥其他电子,还会吸引周围的正离子,正离子的位移可以表示为点阵简正坐标的叠加,这便是电子和声子的耦合这种耦合也要改变运动电子的有效质量。这样考虑的电子就不仅是电子和周围正电荷的复合体,而是它们和伴随的点阵的极化的复合体,但在电子能量不太高时,它还可看作是一个准电子。

考虑电子-声子的耦合,不仅会改变准电子的内容与参量,而且还会改变准电子之间的相互作用一对电子之间可通过交换声子而进行能量和动量的传递,已经证明,对金属来说,在费密面附近一薄层内的电子,这种作用是吸引作用如果这种交换声子而固体中的元激发。产生的吸引作用,超过电子间的屏蔽库仑作用,则费密面附近的电子之间便是互相吸引的。在这种情况下多粒子系统的单粒子激发谱会发生本质的变化。


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