物理所凝聚態(tài)面試題目及答案資料

1、精品文檔物理所固體中的能帶是怎樣形成的？孤立原子的外層電子可能取的能量狀態(tài)（能級）完全相同，但當(dāng)原子彼此靠近時，外層電子就不再僅受原來所屬原子的作用，還要受到其他原子的作用，這使電子的能量發(fā)生微小變化。原子結(jié)合成晶體時，原子最外層的價電子受束縛最弱，它同時受到原來所屬原子和其他原子的共同作用，已很難區(qū)分究竟屬于哪個原子，實(shí)際上是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(zhǔn)連續(xù)能帶。共有化程度越高的電子，其相應(yīng)能帶也越寬。孤立原子的每個能級都有一個能帶與之相應(yīng)，所有這些能帶稱為允許帶。相鄰兩允許帶間的空隙代表晶體所不能占有的能量狀態(tài)，稱為禁帶。

2、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(tài)均被電子占滿，則稱為滿帶。滿帶中的電子不能參與宏觀導(dǎo)電過程。無任何電子占據(jù)的能帶稱為空帶。未被電子占滿的能帶稱為未滿帶。例如一價金屬有一個價電子，N個原子構(gòu)成晶體時，價帶中的2N個量子態(tài)只有一半被占據(jù)，另一半空著。未滿帶中的電子能參與導(dǎo)電過程，故稱為導(dǎo)帶。比熱反映了什么，它的微觀本質(zhì)是什么？比熱容是單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高單位溫度所需的熱量在不同的溫度下，物質(zhì)的比熱容都會有所不同，主要是因為分子的壓力有

3、所不同。根據(jù)分子運(yùn)動論，當(dāng)溫度增加，分子震動得較快；當(dāng)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(tài)下，物質(zhì)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(qiáng)為例，在地球水平線上，大氣壓強(qiáng)為101.325千帕斯卡，假如在這里煮水，水將于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(qiáng)只有若3.2千帕斯卡，假如在這里煮水，水將于69攝氏度沸騰。以相態(tài)為例，液態(tài)水的比熱容是4200,而冰（水的固態(tài)）的比熱容則是2060。固體的比熱容隨溫度升高而增加，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(tǒng)計？描

4、述古典系統(tǒng)用：麥克斯韋-玻爾茲曼統(tǒng)計_1臨比-皿/AT描述含費(fèi)米子的量子系統(tǒng)用:費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計_1&_由阿+描述含玻色子的量子系統(tǒng)用：玻色-愛因斯坦統(tǒng)計eb-/kT_J這三種統(tǒng)計的不同之處在于：在古典物理中，粒子被視為能被區(qū)分出來的不同個體。在量子物理中，兩個費(fèi)米子不能處于同一個物理態(tài)。在量子物理中，要區(qū)分玻色子只能從不同的物理態(tài)入手，位處同一態(tài)的玻色子沒有分別。因此，在物理態(tài)一的光子甲及在物理態(tài)二的光子乙，跟態(tài)一的光子甲及在態(tài)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(tǒng)，而在量子物理只算作一個。故玻色子表現(xiàn)得像它們都喜歡在同一狀態(tài)似的。玻色子(英語：boson)是依隨玻色-愛因

5、斯坦統(tǒng)計，自旋為整數(shù)的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低溫時可以發(fā)生玻色-愛因斯坦凝聚。具有自旋量子數(shù)為整數(shù)的基本粒子。不遵守泡利不相容原理，即一個量子態(tài)可以被任意多個粒子所占據(jù)。電子單縫實(shí)驗及其物理內(nèi)涵？自旋為半整數(shù)(1/2,3/2)的粒子統(tǒng)稱為費(fèi)米子，服從費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計。費(fèi)米子滿足泡利不相容原理，即不能兩個以上的費(fèi)米子出現(xiàn)在相同的量子態(tài)中。輕子，核子和超子的自旋都是1/2，因而都是費(fèi)米子。自旋為3/2,5/2,7/2等的共振粒子也是費(fèi)米子。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)理論，其他有質(zhì)量的非基本粒子，都有費(fèi)米組成，例如中子、質(zhì)子都是由三種夸克組成，自旋為1/2。奇數(shù)個核子組成的原子核。因為中子、質(zhì)子都是費(fèi)米

6、子，故奇數(shù)個核子組成的原子核自旋是半整數(shù)。根據(jù)超導(dǎo)理論，超導(dǎo)體中自旋電子配對形成庫伯對”是超導(dǎo)性的來源。所謂庫伯對”是指美國科學(xué)家?guī)觳l(fā)現(xiàn)，在晶體中眾多可以自由運(yùn)動的電子，總會有一些因適當(dāng)?shù)木Ц裥巫兌?在一起，形成相對穩(wěn)定的一對電子。但科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超導(dǎo)體放置于強(qiáng)磁場中時，電子庫伯對”會被磁場破壞，電子的自旋也受影響，超導(dǎo)性會被抑制甚至徹底消失。但當(dāng)超導(dǎo)體的尺寸縮小時，磁場的破壞作用也隨之變小，當(dāng)超導(dǎo)體的尺寸達(dá)到納米尺度，磁場就已經(jīng)不能破壞庫伯對”了。美國伊利諾依大學(xué)物理學(xué)教授別茲里亞金等人用實(shí)驗證實(shí)了這一點(diǎn)。研究人員在物理評論通信上發(fā)表論文說，他們把單層碳納米管安放在硅晶圓上蝕刻出的約1

7、00納米寬的溝”里，然后在碳納米管表面涂上一層鉬-鍺超導(dǎo)材料，將其溫度降到臨界溫度以下，并觀察這一納米級超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁場中的反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)磁場對納米級超導(dǎo)材料的影響明顯減弱。別茲里亞金等人猜測，由于超導(dǎo)線的直徑非常微小，只有大約10納米左右，電子庫伯對”之間會互相影響，抵消了磁場對超導(dǎo)性的影響。納米級材料這一特性將使超導(dǎo)的應(yīng)用前景更為廣闊。比如，原先超導(dǎo)線圈不能輸送強(qiáng)電流，因為電流產(chǎn)生的磁場可能削弱或破壞線圈的超導(dǎo)性，而如果在普通超導(dǎo)線圈中摻入納米級的超導(dǎo)細(xì)絲，輸送強(qiáng)電流就不是難題了。此外，納米級的超導(dǎo)材料還可用于核磁共振成像等領(lǐng)域。別茲里亞金還說，納米級超導(dǎo)材料的尺寸也不能無限縮小，否則

8、的話電子庫伯對”之間會互相干擾，也會削弱其超導(dǎo)性。此外，納米級超導(dǎo)材料與大尺寸超導(dǎo)材料類似，不能完全實(shí)現(xiàn)零電阻，而且材料尺寸越小，其本身的電阻就越大。庫珀對是施里弗與巴丁，庫珀提出的關(guān)于量子物理的理論。在低溫超導(dǎo)體中，電子并不是單個地進(jìn)行運(yùn)動，而是以弱耦合形式形成配對，一般稱之為庫珀對形成庫珀對的兩個電子，一個自旋向上，另一個自旋向下。金屬中的兩個電子之間存在著通過交換聲子而發(fā)生的吸引作用。由于這種吸引作用，費(fèi)密面附近的電子兩兩結(jié)合形成所謂的庫珀對1”庫珀對”的形成使電子氣的能量下降到低于正常費(fèi)密分布時的能量，使得在連續(xù)的能帶態(tài)以下出現(xiàn)一個單獨(dú)的能級。這個單獨(dú)能級與連續(xù)能級之間的間隔就叫做超導(dǎo)

9、體的能隙。而今，庫珀對理論被用于超導(dǎo)和解釋BCS理論中，起著巨大的作用通過電子聲子電子互作用，費(fèi)米面附近兩個動量C相反自旋相反的電子所形成的*電子對最初由LNCoper在1956年提出，用來解釋超導(dǎo)現(xiàn)象.以后在此基F礎(chǔ)上建立了ECS理論.根據(jù)BCS理論，超導(dǎo)體內(nèi)電子系統(tǒng)的基態(tài)是由庫珀對凝聚而成.庫珀對的*能可表示成E=2hexp(-1g(0)V)-1，這里是聲子的德拜頻率，g(0)是正常態(tài)電子在費(fèi)米面附近的狀態(tài)密度，V是電子與聲子間的相互作用系數(shù).庫珀對在晶體內(nèi)受聲子散射時，它的總動量保持不變，因此當(dāng)庫珀對在外場作用下獲得附加動量后，即使去掉外電場，這些附加動量也不會因聲子散射而衰減，這樣由這

10、些附加動量引起的電流也不會衰減，因而獲得超導(dǎo)電流.由于庫珀對的總自旋為零，所以它具有玻色子的許多特性.更進(jìn)一步的理論表明：當(dāng)計入多體效應(yīng)后，兩個電子間不再能形成穩(wěn)定的*態(tài)，但是它們的運(yùn)動仍然是相互關(guān)聯(lián)著的，我們?nèi)匀荒馨岩粚ハ嚓P(guān)聯(lián)著運(yùn)動的電子叫做庫珀對.MAXWELL方程組及其更項的物理意義?姬5f0DpV5=0&訊=_竺佔(zhàn)Vx/f=微觀麥克斯韋方程組表格名稱以總電荷和總電流為源頭的表述微分形式積分形式高斯定律卜：-P曲E心=2咼斯磁定律兒=0伽=09B法拉第感應(yīng)定律L定彳克斯韋-安培匸上；J.*/-f編輯宏觀麥克斯韋方程組表格以自由電何和自由電流為源頭的表述名稱微分形式積分形式f高斯定律V

11、-D=Pf廠曲D-ds=Qj-f咼斯磁定律B=0(fB-ds=0r1法拉第感應(yīng)定律rd如1麥克斯韋-安培定律VxH=J/+-rjod話+童含時薛定諤方程哪個波函數(shù)的解釋？一掃需叭巧古）+卩3）巫古）=詵敘e0自由粒子的平面波現(xiàn)在介觀物理研究的尺寸范圍是多少？介觀尺度就是指介于宏觀和微觀之間的尺度；一般認(rèn)為它的尺度在納米和毫米之間。半導(dǎo)體，導(dǎo)體，絕緣體的區(qū)別？請在黑板上畫出六角格子的費(fèi)米面。一維，二維，三維的電子態(tài)密度隨能量是個什么變化關(guān)系？0維呢？大致說明一下晶體中電阻率隨溫度的變化關(guān)系。剩余電阻率都來自哪？什么是德范.哈斯效應(yīng)？此現(xiàn)象所描述的是，一個依靠細(xì)線懸掛在導(dǎo)體線圈中的鐵磁體（圓柱體并

12、原先保持靜止?fàn)顟B(tài)），在線圈上加有一個電流脈沖后會產(chǎn)生鐵磁體的力學(xué)轉(zhuǎn)動。對應(yīng)著這個力學(xué)轉(zhuǎn)動，鐵磁體將具有一個特定的角動量，因此根據(jù)角動量守恒定律需要在鐵磁體內(nèi)部產(chǎn)生一個等大反向的角動量來補(bǔ)償?？紤]到由線圈中的電流所產(chǎn)生的外加磁場會引發(fā)鐵磁體中電子自旋的磁化（或通過選取特定的電流方向，使已經(jīng)磁化的鐵磁體中的電子自旋反向）愛因斯坦-德哈斯效應(yīng)反映了量子力學(xué)中的自旋角動量和經(jīng)典力學(xué)中的轉(zhuǎn)動角動量具有相同的自然本質(zhì)。值得注意的是，量子化的電子自旋是不能在經(jīng)典力學(xué)的框架下描述的。什么是聲子？什么是德拜溫度？格林-埃森常數(shù)代表什么物理意義？聲子：晶格振動的能量量子。其行為像一個粒子，所以是一種準(zhǔn)粒子。德拜溫

13、度：固體比熱理論中的一個參量，確定了由固體原子振動所形成的彈性波可達(dá)到的最高固有頻率，因美籍荷蘭物理學(xué)家德拜而得名。不同固體的德拜溫度不同。當(dāng)溫度遠(yuǎn)高于德拜溫度時，固體的摩爾比熱容遵循經(jīng)典規(guī)律，即符合杜隆一珀替定律，是一個與構(gòu)成固體的物質(zhì)無關(guān)的常量。反之，當(dāng)溫度遠(yuǎn)低于德拜溫度時，摩爾比熱容將遵循量子規(guī)律，而與熱力學(xué)溫度的三次方成正比，隨著溫度接近絕對零度而迅速趨近于零。In血y叮lri1是與晶格的非線性振動有關(guān)與r無關(guān)的常數(shù)，稱為格林艾森常數(shù).可用作檢驗非簡諧效應(yīng)的尺度。實(shí)驗測定，對大多數(shù)晶體，值一般在13范圍內(nèi)。=0,無熱膨脹現(xiàn)象。晶體的狀態(tài)方程（格林艾森方程）8較詳細(xì)的介紹下你做過的一個近

14、代物理實(shí)驗？9經(jīng)典物理中散射截面的定義？電子有加速度時是否一定輻射電磁波？啥叫電四極矩？什么是賽曼效應(yīng)？介紹下斯特恩-蓋拉赫干涉儀？什么是糾纏？大概介紹下EPR佯謬和薛定諤貓實(shí)驗。量子糾纏具有量子糾纏現(xiàn)象的成員系統(tǒng)們，在此拿兩顆以相反方向、同樣速率等速運(yùn)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(yuǎn)的距離下，它們?nèi)员Ｓ刑貏e的關(guān)聯(lián)性（correlation）；亦即當(dāng)其中一顆被操作（例如量子測量）而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。如此現(xiàn)象導(dǎo)致了鬼魅似的遠(yuǎn)距作用”spookyaction-at-a-distanee）之猜疑，仿佛兩顆電子擁有超光速的秘密通信一般，似與狹義相

15、對論中所謂的局域性（locality）相違背。這也是當(dāng)初阿爾伯特愛因斯坦與同僚玻理斯波多斯基、納森羅森于1935年提出以其姓氏字首為名的愛波羅悖論（EPRparado來質(zhì)疑量子力學(xué)完備性之緣由13介紹下你對自旋的認(rèn)識。自旋誰發(fā)現(xiàn)的，怎樣發(fā)現(xiàn)的?自旋（英語：Spin）是粒子所具有的內(nèi)在性質(zhì)，其運(yùn)算規(guī)則類似于經(jīng)典力學(xué)的角動量，并因此產(chǎn)生一個磁場。雖然有時會與經(jīng)典力學(xué)中的自轉(zhuǎn)（例如行星公轉(zhuǎn)時同時進(jìn)行的自轉(zhuǎn)）相類比，但實(shí)際上本質(zhì)是迥異的。經(jīng)典概念中的自轉(zhuǎn)，是物體對于其質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)，比如地球每日的自轉(zhuǎn)是順著一個通過地心的極軸所作的轉(zhuǎn)動。首先對基本粒子提出自轉(zhuǎn)與相應(yīng)角動量概念的是1925年由RalphKro

16、nig、GeorgeUhlenbeck與SamuelGoudsmit三人所開創(chuàng)。他們在處理電子的磁場理論時，把電子想象一個帶電的球體，自轉(zhuǎn)因而產(chǎn)生磁場。然而爾后在量子力學(xué)中，透過理論以及實(shí)驗驗證發(fā)現(xiàn)基本粒子可視為是不可分割的點(diǎn)粒子，是故物體自轉(zhuǎn)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(nèi)在性質(zhì)，為粒子與生俱來帶有的一種角動量，并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(tǒng)格外重要，諸如單一原子、質(zhì)子、電子甚至是光子，都帶有正半奇數(shù)（1/2、3/2等等）或含零正整數(shù)（0、1、2）的自旋；半整數(shù)自旋的粒子被稱為費(fèi)米子（如電子），整數(shù)的則稱為

17、玻色子（如光子）。復(fù)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(zhì)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(rèn)識。說說狹義相對論的基本原理。寫出洛倫茲變換的表達(dá)式。第一條就是相對性原理，第二條是光速不變性什么是能帶結(jié)構(gòu)，什么是bloch波，什么是布里源區(qū)。在固體物理學(xué)中，固體的能帶結(jié)構(gòu)（又稱電子能帶結(jié)構(gòu)）描述了禁止或允許電子所帶有的能量，這是周期性晶格中的量子動力學(xué)電子波衍射引起的。為何有能帶單個自由原子的電子占據(jù)了原子軌道，形成一個分立的能級結(jié)構(gòu)。如果幾個原子集合成分子，他們的原子軌道發(fā)生類似于耦合振蕩的分離。這會產(chǎn)生與原子數(shù)量成比例的分子軌道。當(dāng)大量

18、（數(shù)量級為1020或更多）的原子集合成固體時，軌道數(shù)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(xù)的。這些能級如此之多甚至無法區(qū)分。首先，固體中能級的分離與電子和聲原子振動持續(xù)的交換能相比擬。其次，由于相當(dāng)長的時間間隔，它接近于由于海森伯格的測不準(zhǔn)原理引起的能量的不確定度。什么是霍爾效應(yīng)？類比電荷霍爾效應(yīng)，自旋霍爾效應(yīng)應(yīng)該怎么定義？天空為啥是藍(lán)色的？墨鏡的工作原理。這是因為太陽光線射人大氣層后，遇到大氣分子和懸浮在大氣中的微粒發(fā)生散射的結(jié)果。波長較短的紫、藍(lán)、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(qiáng)，它們能穿過大氣分子和微

19、粒，保持原來的方向前進(jìn)，很少被空氣分子散射。對下層空氣分子來講，主要是藍(lán)色光被散射出來，因而天空呈蔚藍(lán)色。天空的藍(lán)色只是在低空才能看見，隨著高度的增加，由于空氣越來越稀薄，大氣分子的數(shù)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20千米以上的高度，散射作用幾乎看不出來，天空就成黑色的了。什么是超導(dǎo)現(xiàn)象？大概介紹下高溫超導(dǎo)。大概估算下從金屬中取出一個電子需要多大能量？它的物理名詞叫什么?炭納米管為什么喜歡纏在一起而不好分開？默寫maxwell方程組，默寫薛定諤方程，默寫氫原子基態(tài)波函數(shù)。對于導(dǎo)體型的碳納米管參雜到絕緣體中，為什么需要的碳管量比石墨要少的多？碳納米管是一種管狀的碳分

20、子，管上每個碳原子采取SP2雜化，相互之間以碳-碳b鍵結(jié)合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)作為碳納米管的骨架。每個碳原子上未參與雜化的一對p電子相互之間形成跨越整個碳納米管的共軛n電子云。按照管子的層數(shù)不同，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。管子的半徑方向非常細(xì)，只有納米尺度，幾萬根碳納米管并起來也只有一根頭發(fā)絲寬，碳納米管的名稱也因此而來。而在軸向則可長達(dá)數(shù)十到數(shù)百微米。b鍵是價鍵理論和分子軌道理論中一種化學(xué)鍵的名稱。由兩個相同或不相同的原子軌道沿軌道對稱軸方向相互重疊而形成的共價鍵，叫做b鍵。一般的“單鍵”都屬于這種b鍵，比如C-H,0-H,N-H,C-C,C-CI等等。由兩個相同或不相同

21、的原子軌道沿軌道對稱軸方向相互重疊而形成的共價鍵，叫做b鍵。b鍵是原子軌道沿軸方向重疊而形成的，具有較大的重疊程度，因此b鍵比較穩(wěn)定。b鍵是能圍繞對稱軸旋轉(zhuǎn)，而不影響鍵的強(qiáng)度以及鍵跟鍵之間的角度（鍵角）。根據(jù)分子軌道理論，兩個原子軌道充分接近后，能通過原子軌道的線性組合，形成兩個分子軌道。其中，能量低于原來原子軌道的分子軌道叫成鍵軌道，能量高于原來原子軌道的分子軌道叫反鍵軌道。以核間軸為對稱軸的成鍵軌道叫b軌道，相應(yīng)的鍵叫b鍵。以核間TOC o 1-5 h z軸為對稱軸的反鍵軌道叫（T*軌道，相應(yīng)的鍵叫（T*鍵。分子在基態(tài)時，構(gòu)成化學(xué)鍵的電子通常處在成鍵軌道中，而讓反鍵軌道空著。6鍵是共價鍵的

22、一種。它具有如下特點(diǎn)：1.6鍵有方向性，兩個成鍵原子必須沿著對稱軸方向接近，才能達(dá)到最大重疊。2.成鍵電子云沿鍵軸對稱分布，兩端的原子可以沿軸自由旋轉(zhuǎn)而不改變電子云密度的分布。3.6鍵是頭碰頭的重疊，與其它鍵相比，重疊程度大，鍵能大，因此，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。共價單鍵是6鍵，共價雙鍵有一個6鍵，n鍵，共價三鍵由一個6鍵，兩個n鍵組成。6讀音Sigma這三年的諾貝爾物理獎都給了什么領(lǐng)域？2009:在光學(xué)通信領(lǐng)域中光的傳輸?shù)拈_創(chuàng)性成就;發(fā)明了成像半導(dǎo)體電路電荷藕合器件圖像傳感器CCD關(guān)于二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗通過觀測超新星發(fā)現(xiàn)宇宙的加速擴(kuò)張黃老師做出了超疏水紙，其基本原理是什么？疏水狀態(tài)與表面形貌和表面自由能有很大的關(guān)系，濾紙是纖維素交織在一起組成的一種膜，這種膜已經(jīng)具有了微米級的孔狀結(jié)構(gòu)，只需要在其表面修飾上納米級的微粒，并降低其表面自由能即可達(dá)到超疏水狀態(tài)。以溶膠法制備出低表面自由能的納米粒子，讓其在纖維素表面形成凝膠，包裹住纖維素表面，從而使濾紙表面形成了納米一微米級復(fù)合結(jié)構(gòu)什么是玻色愛因斯坦凝聚？為什么光可以減速原子？玻色-愛因斯坦冷凝態(tài)理論的詳解常溫下的氣體原子行為就象臺球一樣，原子之間以及與器壁之間互相碰撞，其相互作用遵從經(jīng)典力學(xué)定律；低溫的原子運(yùn)動，其相互作用則遵從量子力學(xué)定律，由德布洛意波來描述其運(yùn)動，此時的德布洛意波波長入db小于原子之間的距離d,其