2023年物理所凝聚態(tài)面試題目及答案

固體中的能帶是如何形成的？原子最外層的價電子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。共有化限度越高的電子，其相應(yīng)能帶也越寬。若晶體由N個原子（或原胞）組成,則每個能帶涉及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HYＰEＲLＩＮK""\t＂_ｂlank"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HYPERＬINK"（%E5%BA％A6%Ｅ９%8７%8F%E8％A1%A1)＂\ｏ"單位(度量衡)"單位HYPERＬINK＂"\o"質(zhì)量"質(zhì)量的某種HＹPEＲＬINK＂"\o"物質(zhì)"物質(zhì)升高單位HYPEＲＬIＮK""＼o＂溫度"溫度所需的ＨYPERLINＫ""\o＂熱量"熱量在不同的HＹPERLIＮK""＼o"溫度＂溫度下,物質(zhì)的比熱容都會有所不同,重要是由于HYPERLIＮK＂"\o"分子"分子的壓力有所不同。根據(jù)HＹＰERLIＮK""\o"分子運動論"分子運動論，當(dāng)溫度增長，HＹＰＥRLＩＮＫ""\ｏ"分子"分子震動得較快；當(dāng)溫度減少，HＹPEＲLＩＮＫ""\o＂分子"分子則震動得較慢。此原理亦可指，在不同的HYＰERLＩNK＂"\o"壓力"壓力和HYＰＥRＬINK""＼o"相態(tài)＂相態(tài)下,物質(zhì)的比熱容亦有不同。以溫差為例,假如在HYPERＬＩNK""\ｏ"夏天＂夏天較熱的天氣下煮ＨYＰERＬINK""＼o"水"水,會比HYPERＬＩＮK"＂\o"冬天"冬天較冷的天氣下更快沸騰，由于溫度較高。以HＹＰERLINＫ""\o＂壓強"壓強為例，在地球HYPERＬINK"＂\o"海平面"水平線上,大氣壓強為１01.325HYＰERLIＮK＂"＼ｏ＂帕斯卡"千帕斯卡，假如在這里煮HYPＥRＬINK＂"\ｏ"水＂水，ＨＹPEＲLINK"＂\ｏ＂水"水將于100攝氏度沸騰。但在海拔約8.8公里的HYＰEＲＬＩNK＂"＼o＂珠穆朗瑪峰"珠穆朗瑪峰上,大氣壓強只有若3．2HＹPERＬINK"＂＼ｏ"帕斯卡"千帕斯卡,假如在這里煮HYPERLＩNＫ""\ｏ＂水"水,ＨYPＥRLＩNＫ""\o"水"水將于69ＨYPERLINK""\o＂攝氏度＂攝氏度沸騰。以ＨYPERLINK"＂\o"相態(tài)"相態(tài)為例，液態(tài)水的比熱容是４200，而ＨYPＥRLＩNK""\o"冰"冰（ＨYＰEＲLINK＂"\ｏ"水"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長,在低溫時增長較快，在高溫時增長較慢。固體物理中的三種量子記錄？描述古典系統(tǒng)用:HＹＰERLINK＂"\o"麥克斯韋-玻爾茲曼記錄"麥克斯韋-玻爾茲曼記錄描述含HYＰERLINＫ＂"\o"費米子＂費米子的ＨYPERLINK""\o"量子力學(xué)"量子系統(tǒng)用：ＨYＰERＬINK＂"＼o"費米-狄拉克記錄"費米-狄拉克記錄描述含HYPERＬＩNＫ""\o"玻色子"玻色子的量子系統(tǒng)用：ＨYPERLINＫ＂"＼o＂玻色-愛因斯坦記錄"玻色－愛因斯坦記錄這三種記錄的不同之處在于：在HYPＥＲLINK""\o＂古典物理"古典物理中,粒子被視為能被區(qū)分出來的不同個體。在HYＰEＲLINK""\ｏ"量子物理"量子物理中,兩個費米子(電子、質(zhì)子、中子）不能處在同一個物理態(tài)。在HYＰERＬINK"＂\o"量子物理"量子物理中,要區(qū)分HＹPERＬＩNＫ"＂\o＂玻色子＂玻色子（波函數(shù)對稱）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。例如:氫原子、@粒子、光子玻色子是依隨ＨYPERLINＫ"＂\ｔ"_blａnk"玻色-愛因斯坦記錄,ＨYＰＥRLＩNK＂"\t"_blａnk＂自旋為整數(shù)的粒子。玻色子不遵守HYPERLIＮK＂"泡利不相容原理，在低溫時可以發(fā)生HYPERLINＫ""＼ｔ"＿ｂlａｎk＂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)稱為費米子（波函數(shù)反對稱）,服從費米-狄拉克記錄。費米子滿足泡利不相容原理，即不能兩個以上的費米子出現(xiàn)在相同的量子態(tài)中。輕子,核子和超子的自旋都是１/２，因而都是費米子。自旋為３/2,5/2，7／２等的共振粒子也是費米子。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)理論，其他有質(zhì)量的非基本粒子,都有費米組成,例如電子、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。由于中子、質(zhì)子都是費米子，故奇數(shù)個核子組成的原子核自旋是半整數(shù)。MAXWＥＬＬ方程組及其更項的物理意義？微觀麥克斯韋方程組表格以自由電荷和自由電流為源頭的表述名稱HYＰEＲLINK"hｔtp://zh.wiｋiｐedia.ｏｒg/ｗｉｋi/%E５%8１%８Ｆ%Ｅ5%ＢE%AE%E５%８8%8６%E6%96%B9%Ｅ7%A8%8B"\o"偏微分方程＂微分形式HYPERLＩNK"http:／/zh.wikiｐedｉ／wiｋｉ/%E7%A7%AF%Ｅ5%88%8６"\o＂積分"積分形式高斯定律高斯磁定律法拉第感應(yīng)定律麥克斯韋-安培定律?含時薛定諤方程哪個波函數(shù)的解釋?；自由粒子的平面波1.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。2.半導(dǎo)體，導(dǎo)體，絕緣體的區(qū)別?4.一維,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?5.大體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?7.什么是聲子？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。德拜溫度:固體比熱理論中的一個參量,擬定了由固體原子振動所形成的彈性波可達(dá)成的最高固有頻率，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。8．較具體的介紹下你做過的一個近代物理實驗?9.經(jīng)典物理中散射截面的定義?10.電子有加速度時是否一定輻射電磁波？11.什么是賽曼效應(yīng)?介紹下斯特恩－蓋拉赫干涉儀?１2.什么是糾纏？大約介紹下EPR佯謬和薛定諤貓實驗。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-disｔａｎce）之猜疑，仿佛兩顆電子擁有HYPEＲLINＫ"＂\t"_blａnk"超光速的秘密通信一般,似與狹義相對論中所謂的局域性(lｏcａlity)相違反。這也是當(dāng)初HYPERLIＮK""\t"_blａnk"阿爾伯特·愛因斯坦與同僚玻理斯·波多斯基、HYPEＲLINK"＂納森·羅森于1935年提出以其姓氏字首為名的愛波羅悖論(EPＲparaｄox)來質(zhì)疑HYPERLIＮＫ＂"\t"_bｌaｎk"量子力學(xué)完備性之緣由。13.介紹下你對自旋的結(jié)識。自旋誰發(fā)現(xiàn)的,如何發(fā)現(xiàn)的？自旋（ＨYＰERLINK""＼o"英語"英語：Ｓpｉn）是HYPＥRLINK""＼o"粒子"粒子所具有的內(nèi)在性質(zhì),其運算規(guī)則類似于ＨＹＰEＲLIＮK""\o"經(jīng)典力學(xué)"經(jīng)典力學(xué)的角動量,并因此產(chǎn)生一個HYPＥRLINK""\o"磁場"磁場。雖然有時會與經(jīng)典力學(xué)中的ＨYPＥRLＩNK＂"\o"自轉(zhuǎn)"自轉(zhuǎn)(例如行星公轉(zhuǎn)時同時進(jìn)行的自轉(zhuǎn))相類比,但事實上本質(zhì)是迥異的。經(jīng)典概念中的自轉(zhuǎn)，是物體對于其HＹPＥRLINＫ""\ｏ＂質(zhì)心"質(zhì)心的HYPERＬINＫ""＼o"旋轉(zhuǎn)"旋轉(zhuǎn),比如HＹＰＥＲLINK＂"\o"地球＂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。一方面對HYPＥRLINK"＂\o＂基本粒子＂基本粒子提出自轉(zhuǎn)與相應(yīng)角動量概念的是1925年由RａlpｈＫroniｇ、ＧｅｏrgｅUhlenbeck與SamuｅlＧouｄsmｉt三人所開創(chuàng)。他們在解決HYPERＬIＮK""\o"電子"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HYPERLINＫ""＼o"量子力學(xué)"量子力學(xué)中,透過理論以及實驗驗證發(fā)現(xiàn)基本粒子可視為是不可分割的ＨYＰERLIＮＫ"＂\ｏ"點粒子"點粒子，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HYPＥＲLINK"＂\o"量子化＂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HYPEＲLINK""\o＂原子"原子、HＹPＥＲLＩNK＂"\ｏ"質(zhì)子＂質(zhì)子、HYPERLＩＮK""\o"電子＂電子甚至是ＨYPEＲLIＮＫ"＂\ｏ"光子"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HＹＰＥＲＬＩNK""\o"費米子＂費米子（如電子）,整數(shù)的則稱為HYＰERLINＫ""\o"玻色子"玻色子（如光子）。復(fù)合粒子也帶有自旋,其由組成粒子（也許是基本粒子）之自旋透過加法所得;例如質(zhì)子的自旋可以從HYPERLIＮK""\o＂夸克＂夸克自旋得到。１4.介紹下你對狹義相對論的結(jié)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１5．什么是能帶結(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)［1］（又稱電子能帶結(jié)構(gòu)）描述了嚴(yán)禁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。為什么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)。假如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（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,軌道互相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。一方面,固體中能級的分離與電子和聲原子振動連續(xù)的互換能相比擬。另一方面,由于相稱長的時間間隔，它接近于由于海森伯格的測不準(zhǔn)原理引起的能量的不擬定度。16．什么是霍爾效應(yīng)？類比電荷霍爾效應(yīng),自旋霍爾效應(yīng)應(yīng)當(dāng)怎么定義?1７.天空為啥是藍(lán)色的？墨鏡的工作原理。這是由于太陽光線射人大氣層后,碰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，它們能穿過大氣分子和微粒，保持本來的方向前進(jìn),很少被空氣分子散射。對下層空氣分子來講,重要是藍(lán)色光被散射出來,因而天空呈蔚藍(lán)色。天空的藍(lán)色只是在低空才干看見，隨著高度的增長，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。18．什么是超導(dǎo)現(xiàn)象?大約介紹下高溫超導(dǎo)。19.大約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？20.炭納米管為什么喜歡纏在一起而不好分開？２1.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)。23.這三年的諾貝爾物理獎都給了什么領(lǐng)域?2０２3：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CCD2023關(guān)于二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗２0２３通過觀測超新星發(fā)現(xiàn)宇宙的加速擴張25.什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同樣，原子之間以及與器壁之間互相碰撞,其互相作用遵從經(jīng)典力學(xué)定律;低溫的原子運動，其互相作用則遵從量子力學(xué)定律,由德布洛意波來描述其運動，此時的德布洛意波波長λdb小于原子之間的距離d，其運動由量子屬性自旋量子數(shù)來決定。我們知道，自旋量子數(shù)為整數(shù)的粒子為玻色子，而自旋量子數(shù)為半整數(shù)的粒子為費米子。玻色子具有整體特性,在低溫時集聚到能量最低的同一量子態(tài)（基態(tài));而費米子具有互相排斥的特性,它們不能占據(jù)同一量子態(tài)，因此其它的費米子就得占據(jù)能量較高的量子態(tài),原子中的電子