固體物理學(xué)
固體物理學(xué)是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動(dòng)形態(tài),及其相互關(guān)系的科學(xué)。它是物理學(xué)中內(nèi)容極豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科。
.固體通常指在承受切應(yīng)力時(shí)具有一定程度剛性的物質(zhì),包 ..
.非晶態(tài)固體的物理性質(zhì)同晶體有很大差別,這同它們的原子結(jié)構(gòu)、電子態(tài)以及各種微觀過程有密切聯(lián)系。從結(jié)構(gòu)上來分,非晶態(tài)固體有兩類。一類是成分無序,在具有周期性的點(diǎn)陣位置上隨機(jī)分布著不同的原子或者不同的磁矩;另一類是結(jié)構(gòu)無序,表征長程序的周期性完全破壞,點(diǎn)陣失去意義。但近鄰原子有一定的配位關(guān)系,類似于晶體的情形,因而仍然有確定的短程序。
.例如,金屬玻璃是無規(guī)密積結(jié)構(gòu),而非晶硅是四面體鍵組成的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)。20年代發(fā)現(xiàn),并在70年代得到發(fā)展的擴(kuò)展 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜技術(shù),成為研究非晶態(tài)固體原子結(jié)構(gòu)的重要手段。 .無序體系的電子態(tài)具有其獨(dú)特的性質(zhì),安德森在他的富有開創(chuàng)性的工作中,探討了無序體系中電子態(tài)局域化的條件,10年之后,莫脫在此基礎(chǔ)上建立了非晶態(tài)半導(dǎo)體的能帶模型,提出遷移率邊的概念。 .在無序體系中,電子態(tài)有局域態(tài)和擴(kuò)展態(tài)之分。在局域態(tài)中的電子只有在聲子的合作下才能參加導(dǎo)電,這使得非晶態(tài)半導(dǎo)體的輸運(yùn)性質(zhì)具有新穎的特點(diǎn)。1974年人們掌握了在非晶硅中摻雜的技術(shù),現(xiàn)在非晶硅已成為制備高效率太陽能電池的重要材料。 .非晶態(tài)合金具有特殊的物理性質(zhì)。例如,它們的電阻率較大而其溫度系數(shù)小。有的材料有很大的拉伸強(qiáng)度,有的具有優(yōu)異的抗腐蝕性,可與不銹鋼相比。非晶態(tài)磁性合金具有隨機(jī)變化的交換作用,可導(dǎo)致居里溫度的改變(大多數(shù)材料居里溫度變低),同時(shí)在無序體系中,缺陷失去原有的意義。因而非晶態(tài)磁性固體可以在較低的外磁場下達(dá)到飽和,磁損耗減小。所以,非晶態(tài)合金具有多方面用途。 無序體系是一個(gè)復(fù)雜的新領(lǐng)域,非晶態(tài)固體實(shí)際上是一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)。目前對許多基本問題還存在著爭論,有待進(jìn)一步的探索和研究。 .新的實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)日新月異,為固體物理不斷開拓出新的研究領(lǐng)域。極低溫、超高壓、強(qiáng)磁場等極端條件、超高真空技術(shù)、表面能譜術(shù)、材料制備的新技術(shù)、同步輻射技術(shù)、核物理技術(shù)、激光技術(shù)、光散射效應(yīng)、各種粒子束技術(shù)、電子顯微術(shù)、穆斯堡爾效應(yīng)、正電子湮沒技術(shù)、磁共振技術(shù)等現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)手段,使固體物理性質(zhì)的研究不斷向深度和廣度發(fā)展。 .由于固體物理本身是微電子技術(shù)、光電子學(xué)技術(shù)、能源技術(shù)、材料科學(xué)等技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ),也由于固體物理學(xué)科內(nèi)在的因素,固體物理的研究論文已占物理學(xué)中研究論文三分之一以上。同時(shí),固體物理學(xué)的成就和實(shí)驗(yàn)手段對化學(xué)物理、催化學(xué)科、生命科學(xué)、地學(xué)等的影響日益增長,正在形成新的交叉領(lǐng)域。 |
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