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量子力学在固体领域的应用

张兆亭 2008-12-11

量子力学在固体领域的应用 1

张兆亭 2008-12-11

量子力学在固体领域的应用

张兆亭 摘要 文章首先扼要地回顾了量子力学在奠定固体态物理基础中所起的关键作用；并讨论了量子力学在固体领域的新的应用方向；最后重点介绍了在固体激光器领域中两项基于量子力学理论的工程应用。进而阐明了固体物理与量子力学的紧密关系。

关键词　　量子力学，固体物理，固体激光器

Application of Quantum mechanics in Solid State Physcs

Abstract: A brief survey is presented of the pivotal role played by quantum mechanics in the development of solid state physics, and the latter application of quantum mechanics in the field of solid state physicsare outlined.final highlight two project applications based on quantum mechanics in the field of solid-state laser. Come to clarify why the solid state physics and quantum mechanics close relationship.

Key words: quantum mechanics, solid state physics, Solid-state laser

固体物理主要是研究晶体和晶体中的电子。在本世纪初期，随着x射线衍射的发现以及对晶体性质一系列简明而成功的计算和预测的公布。固体物理的研究作为原子物理的一个扩充领域，开始发展起来。固体物理学是物理学的一个重要分支，主要研究固体物质的微观结构、运动状态、物理性质及其相互关系。近几十年来，固体物理学的发展非常迅速，并已形成了以晶体学、晶格振动动力学、金属物理学、半导体物理学、磁学、电介质物理学、压电物理学、铁电物理学、低温物理学、高压物理学、发光学以及近期发展起来的表面物理学、超导物理学、非晶态物理学、液晶物理学、高分子物理学及低维固体物理学等分支学科，而且，新的分支尚在不断迸发。固体物理学的概念、方法和实验技术还在向相邻的学科渗透，有力地促进了材料科学和器件物理、化学物理学、生物物理学和地球物理学等广义学科的发展[1]。不妨回顾一下近30年来(1971—2000年)诺贝尔物理奖的授予情况：固体物理学以获奖12次(24人)高居榜首，学科的优势十分明显；还有诺贝尔化学奖也授予和固体物理学相交叉的领域工作的科学家，如发现C60的R.F Curl，H.W.Kroto与R.E.Smalley(1996年)；这些事实说明了固体物理学在跨学科的影响上也是非同寻常的。从技术的角度来看贡献更加突出：从晶体管到集成电路，已经成为当代高技术的主流，影响到社会经济的方方面面，进入了千家万户，从激光器到光纤通信亦复如此。2000年的诺贝尔物理奖授予对集成电路和半导体异质结有突出贡献的科学家J.S.Kilby，Z.J.Alferov与H.Kroemer，也反映了固体物理学的研究工作对技术有很强烈的冲击。

量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理量子力学揭示了微观世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学的发展奠定了理论基础。它是20世纪物理学革命的高潮。量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理[2]。在量子力学中，一个物理体系的状态由态函数表示，态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其态函数的