메소스코픽 물리학
Mesoscopic physics| 응축물리학 |
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| 단계 · 위상 전이 · QCP |
중경 물리학은 중간 크기의 물질을 다루는 응축 물질 물리학의 하위 학문이다. 이러한 물질은 원자(분자 등)의 양에 대한 나노 크기의 크기와 마이크로미터 측정 물질 사이의 크기가 다양하다.[1] 하한은 개별 원자의 크기라고도 정의할 수 있다. 마이크로미터 레벨은 대량 물질이다. 중경과 거시적인 물체 모두 많은 원자를 포함하고 있다. 그것의 구성 물질로부터 파생된 평균적인 특성들이 거시적인 물체를 기술하는 반면에, 그것들은 대개 고전 역학의 법칙을 따르기 때문에, 대조적으로, 중경 물체는 평균 주위의 열적 변동에 영향을 받고, 그것의 전자적 행동은 양자 역학의 수준에서 모델링을 필요로 할 수도 있다.[2][3]
거시적인 전자 소자는, 메소 사이즈로 축소되었을 때, 양자 역학적 특성을 드러내기 시작한다. 예를 들어, 거시적 수준에서 와이어의 전도성은 직경에 따라 지속적으로 증가한다. 그러나, 중시경 수준에서 와이어의 전도성은 계량화된다. 즉, 증가는 이산 또는 개별적인 전체 단계에서 발생한다. 연구 기간 중 절연체, 반도체, 금속, 초전도체의 물리학에 대한 이해를 진전시키기 위해 중시경 장치를 구성, 시험적으로 측정, 관찰한다. 중경 물리학의 응용 과학은 나노단자를 만드는 잠재력을 다룬다.
또한 중경 물리학은 반도체 전자에서 트랜지스터의 소형화와 마찬가지로 거시적인 물체가 소형화되었을 때 발생하는 근본적인 실제적인 문제를 해결한다. 물질의 기계적, 화학적, 전자적 특성은 그 크기가 물질 표면에서 원자의 비율이 현저하게 되는 나노스케일에 접근함에 따라 변한다. 1마이크로미터보다 큰 벌크 물질의 경우 전체 물질의 원자 수와 관련하여 표면에서 원자의 비율은 미미하다. 하위 훈련은 주로 마이크로 전자 회로 생산에 사용되는 기법에 의해 조작된 금속 또는 반도체 재료의 인공 구조를 다루었다.[2][3]
중시경 물리학에 대한 엄격한 정의는 없지만 연구된 시스템은 보통 100nm(일반 바이러스의 크기)에서 1,000nm(일반적인 박테리아의 크기)의 범위에 있다. 100nm는 나노입자의 대략적인 상한이다. 따라서 중경 물리학은 나노기술과 나노기술 분야와 밀접한 관계를 맺고 있다. 나노테크놀로지에 사용되는 기기는 메소스코픽 시스템의 예다. 그러한 시스템에서 새로운 전자 현상의 세 가지 범주는 간섭 효과, 양자 구속 효과 및 충전 효과다.[2][3]
양자 구속 효과
양자 구속 효과는 에너지 수준, 전위 유정, 발란스 밴드, 전도 밴드, 전자 에너지 밴드 간격 측면에서 전자를 설명한다.
벌크 유전체 물질의 전자(10nm 이상)는 에너지 밴드나 전자 에너지 수준으로 설명할 수 있다. 전자는 다른 에너지 수준이나 띠에서 존재한다. 벌크 물질에서 이러한 에너지 수준은 에너지 차이가 무시할 수 있기 때문에 연속적인 것으로 설명된다. 전자가 다양한 에너지 수준에서 안정화됨에 따라, 대부분의 발란스 밴드에서 금지된 에너지 레벨 이하의 진동으로 밴드 갭이라는 이름이 붙었다. 이 지역은 전자 상태가 존재하지 않는 에너지 범위다. 더 적은 양은 금지된 간격보다 높은 에너지 레벨을 가지며, 이것이 전도 대역이다.
양자 구속 효과는 입자의 직경이 전자파 함수의 파장과 크기가 같아야 관측할 수 있다.[4] 재료가 이렇게 작을 때, 전자적 및 광학적 특성은 벌크 재료의 특성과 크게 다르다.[5] 물질이 나노 스케일을 향해 소형화됨에 따라 구속 치수는 자연스럽게 감소한다. 특성은 더 이상 대량으로 평균화되지 않으며, 따라서 연속성이지만, 퀀텀 수준이고 따라서 이산적이다. 즉, 에너지 스펙트럼은 벌크 물질처럼 연속성이 아니라 퀀텀으로 측정하여 분리된다. 그 결과, 밴드갭은 에너지 수준 사이에 작고 유한한 분리가 존재한다고 스스로 주장한다. 이 이산 에너지 수준의 상황을 양자 구속이라고 한다.
또한 양자 구속 효과는 두 개의 서로 다른 반도체 물질 사이의 패턴 있는 인터페이스에서 형성될 수 있는 고립된 전자 섬으로 구성된다. 전자는 일반적으로 양자점이라고 불리는 원반 모양의 영역에 국한된다. 이러한 시스템에서 전자의 구속은 위에서 언급한 바와 같이 전자기 방사선과 상호작용을 상당히 변화시킨다.[6][7]
양자점의 전자 에너지 수준은 연속성이 아니라 이산적이기 때문에 양자점에 몇 개의 원자만 더하거나 빼면 대역격차의 경계를 바꾸는 효과가 있다. 퀀텀닷 표면의 기하학적 구조를 바꾸는 것은 또한 작은 점의 크기와 양자 구속의 효과 때문에 밴드갭 에너지를 변화시킨다.[6]
간섭효과
중경계에서는 불순물과 같은 결함으로 인한 산란이 전자의 흐름을 조절하는 간섭 효과를 유발한다. 중경 간섭 효과의 실험적 서명은 물리적인 양의 재현 가능한 변동의 외관이다. 예를 들어, 주어진 표본의 전도성은 실험 매개변수의 변동의 함수로서 명백하게 랜덤하게 진동한다. 그러나 실험 매개변수를 원래 값으로 다시 순환할 경우 동일한 패턴을 재측정할 수 있다. 실제로 관찰된 패턴은 며칠 동안 재현할 수 있다. 이것들은 보편적인 전도성 변동으로 알려져 있다.
시간 분해된 중시경 역학
중경역학에서의 시간해결 실험: 고체에서의 균열 형성, 위상 분리, 액체 상태 또는 생물학적으로 관련되는 환경의 급격한 변동과 같은 응축 위상 역학의 관찰 및 연구, 나노스칼레스에서의 비결정성 m의 초고속 역학의 관찰 및 연구테리알즈[8][9]
관련
- 아하로노프-봄 나노 고리
- 분기유량
- 탄도 전도 – 산란이 거의 없는 전하 캐리어의 이동
- 쿨롱 봉쇄
- 나노 물질 – 미세한 크기가 1 ~ 100nm인 물질
- 나노물리학
- 나노기술 – 원자 및 분자 척도 상의 물질 제어를 다루는 응용 과학 분야
- 지속 전류 – 영구 전류, 외부 전원 필요 없음
- 양자 혼돈 – 혼란스러운 동적 시스템을 양자 이론 관점에서 설명하려는 물리학의 분과
- 양자 홀 효과 – 홀 효과의 양자 기계식 버전
- 양자선
- 랜덤 행렬 – 행렬 값 랜덤 변수
- 반전설물리학 – 고전물리학에 의해 양자역학 등의 관점에서 일부 측면을 다루는 물리 모델
- 스핀-오빗 상호작용
- 국산화 약세
참조
- ^ MULLER, M; KATSOV, K; SCHICK, M (November 2006). "Biological and synthetic membranes: What can be learned from a coarse-grained description?". Physics Reports. 434 (5–6): 113–176. arXiv:cond-mat/0609295. doi:10.1016/j.physrep.2006.08.003. ISSN 0370-1573.
- ^ a b c Sci-Tech Dictionary. McGraw-Hill 과학 및 기술 용어 사전. 2003. 맥그라우힐 컴퍼니, 주식회사
- ^ a b c "메소스코픽 물리학." 맥그로힐 과학기술 백과사전 맥그로힐 컴퍼니, 2005. Answers.com 2010년 1월 25일. http://www.answers.com/topic/mesoscopic-physics-1
- ^ Cahay, M (2001). Quantum confinement VI : nanostructured materials and devices : proceedings of the international symposium. Cahay, M., Electrochemical Society. Pennington, N.J.: Electrochemical Society. ISBN 978-1566773522. OCLC 49051457.
- ^ Hartmut, Haug; Koch, Stephan W. (1994). Quantum theory of the optical and electronic properties of semiconductors (3rd ed.). Singapore: World Scientific. ISBN 978-9810220020. OCLC 32264947.
- ^ a b Quantum dots Wayback Machine에 2010-02-01 보관. 2008년 퍼펙트 테크놀로지스 주식회사
- ^ Sánchez D, Büttiker M (2004). "Magnetic-field asymmetry of nonlinear mesoscopic transport". Phys. Rev. Lett. 93 (10): 106802. arXiv:cond-mat/0404387. Bibcode:2004PhRvL..93j6802S. doi:10.1103/PhysRevLett.93.106802. PMID 15447435.
- ^ Barty, Anton; et al. (2008-06-22). "Ultrafast single-shot diffraction imaging of nanoscale dynamics". Nature Photonics. 2 (7): 415–419 (2008). CiteSeerX 10.1.1.712.8451. doi:10.1038/nphoton.2008.128.
- ^ "Study gains images at ultra-fast timescale" (The research appears in the online edition of the journal Nature Photonics). Science Online. Facts On File, Inc. United Press International. 2008-06-25. p. 01. Retrieved 2010-01-25.
외부 링크
- Beenakker, Carlo (1995). "Chaos in Quantum Billiards" (PDF). Universiteit Leiden. Retrieved 14 June 2018.
- Harmans, C. (2003). "Mesoscopic physics: an introduction" (PDF). OpenCourseWare TU Delft. Retrieved 14 June 2018.
- Jalabert, Rodolfo A. (2016). "Mesoscopic transport and quantum chaos". Scholarpedia. 11 (1): 30946. arXiv:1601.02237. Bibcode:2016SchpJ..1130946J. doi:10.4249/scholarpedia.30946.
