„Mezoszkopikus fizika” változatai közötti eltérés

[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
a ISBN/PMID link(ek) sablonba burkolása MediaWiki RfC alapján
Nincs szerkesztési összefoglaló
1. sor:
{{Nanotechnológia navoszlop|kép=ZnO_nanowires.tiff}}A '''mezoszkopikus fizika''' a [[kondenzált anyagok fizikája]], azon belül a [[szilárdtestfizika]] egy ága, mely a mikrovilág (~10 nm) és a makrovilág (~1 μm) mérettartományai közé eső méretű agyagok, fizikai összefüggések és jelenségek vizsgálatával foglalkozik. Tárgyai az atomi méretnél nagyobb, de makroszkopikus méretet el nem érő anyagi szerkezetek, például a [[Molekula#Makromolekula|makromolekulák]] és a [[nanoszerkezet]]ek, illetve ezek elektromos és optikai jellemzői.
 
A mezoszkopikus anyagok a tömbi anyagokhoz hasonlóan sok atomból épülnek fel, így leírásukra gyakran nem, vagy nehezen alkalmazhatók a mikroszkopikus összefüggések (pl. a [[Schrödinger-egyenlet]]), viszont bizonyos jellemzőik mégis [[Kvantummechanika|kvantummechanikai]] tárgyalásmóddal értelmezhetők.
 
Gyakori jellemzőjük például a [[kvantumbezárás]], mely olyan esetekben lép fel, ha a vizsgált rendszernek valamely kiterjedése összemérhető a rendszerben fellépő valamely fizikai jelenség egy karakterisztikus méretével.
21. sor:
A kvantumbezárás jelensége a nanorészecskék igen jellemző tulajdonsága, mely akkor lép fel, ha a vizsgált rendszer valamely mérete összemérhető a benne levő valamely részecske de Broglie-hullámhosszával. A kvantumbezárás hatására az anyag egyes fizikai jellemzői nagymértékben módosulnak, a tömbi viselkedéstől eltérnek. Ez a [[nanotechnológia]] egyik fontos kiindulópontja, részben ez okozza, hogy a nanoszerkezetek különleges tulajdonságokkal bírnak.{{H|Kittel|1981|o=494–503, 515–565}}
 
Ha egy fizikai rendszer valamelyik kiterjedése igen kicsi, és már összemérhető a benne található valamely elektronok állapotfüggvényének hullámhosszával, akkor érdekes új jelenségek jelennek meg. A kvázi-egydimenziós szerkezetek (például [[Szén nanocső|szén nanocsövek]]) jellemzője a [[van Hove-szingularitás]], mely a sávszerkezetben található sávélek körüli szinguláris állapotsűrűséget jelenti. Egyes ilyen rendszerekben mágneses tár hatására megfigyelhető a kvantált Hall-effektus, a törtszámú Hall-effektus, illetve kvantumoszcillációs jelenségek, például a [[Shubnikov–de Haas-hatás]], illetve a [[de Haas–van Alphen-hatás]].
 
Egyes rendszerekben a bezárás hatására a vezetőképesség kvantálttá válik, csak diszkrét lépésekben változhat. Bizonyos feltételek mellett szóródásmentesen végbemenő, úgynevezett [[ballisztikus vezetés]] is kialakulhat. Ilyen rendszerek viselkedését nem a [[Drude-modell]], illetve az abból származtatható [[Ohm törvénye|Ohm-törvény]] írja le, hanem a [[Landauer-formalizmus]]. Utóbbi figyelembe veszi azt, hogy a vizsgált vezeték hossza összemérhető, vagy rövidebb, mint a terjedő elektron momentumrelaxációs [[Szabad úthossz|szabad úthossza]].{{H|Fizipédia (Transzport nanovezetékekben)|2009}}
 
Mezoszkopikus rendszerekben [[kétdimenziós elektrongáz]] is kialakítható. Ez azt jelenti, hogy a rendszer egy kétdimenziós tartománya, jellemzően egy sík határfelület mentén az elektronok szabadon mozoghatnak, azonban a harmadik irány felé (például a felület által határolt anyagi tartományok belseje felé) kvantumbezárás érvényesül. Ekkor emiatt diszkrét energiaszintek alakulnak ki az elektronok számra.
 
=== Mezoszkopikus interferenciajelenségek ===
[[Fájl:Weak localization scattering.svg|bélyegkép|A mezoszkopikus rendszerek egy jellemző jelensége a [[gyenge lokalizáció]]. Hatására a klasszikus fizika által jósolt [[Fajlagos ellenállás|fajlagos ellenálláshoz]] egy pozitív korrekciós tag járul]]
A modern fizika fontos kísérletei a [[Kétrés-kísérlet|kétrés-kísérletek]], melyekben interferenciajelenségeken keresztül megmutatkozhat az anyag és az elektromágneses sugárzás [[Hullám-részecske kettősség|kettős természete]]. Ezen kísérletekben azért lépnek fel [[Interferencia|interferenciajelenségek]], mert a két résen át érkező részecskéket reprezentáló hullámok [[Koherencia|koherens]] módon és meghatározott fáziskülönbséggel érkeznek az ernyő különböző pontjaira. A koherencia egy fontos feltétele, hogy a vizsgált fotonok szabad úthossza nagyobb legyen, mint a rendszer: ha a rendszerben rugalmatlan szóródás történhetne, a koherencia elveszne, az interferencia jelensége pedig nem lépne fel.
 
Ehhez hasonló interferenciajelenségek figyelhetők meg egy mezoszkopikus rendszer transzportjellemzőiben. Ugyanis ezen rendszerek méretei egy nagyságrendbe eshetnek a terjedő elektronok fáziskoherencia-hosszával. Ez azt jelenti, hogy az elektron a rendszerben való mozgása során nem szenved olyan szóródást melyben a fázisa véletlenszerűen változna meg, így az elektronokra fáziskoherencia lesz érvényes. Ennek hatására az elektronok transzportja fázisfüggő jelenségeket, interferenciajelenségeket fog mutatni.
 
A jelenség például megfigyelhető nanoáramkörökben, ahol egyes elektródákon feszültséget adva a keltett áramban jelentkeznek az interferenciajelenségek. A legegyszerűbb eszköz, melyben ezen jelenségek megfigyelhetők, az Aharonov–Bohm-gyűrű, mely mindössze egy kétutas áramkörből áll. Egy ilyen eszközben megfigyelhető például az [[Aharonov–Bohm-jelenség]], a [[vezetőképesség-fluktuáció]], a [[vezeőképességvezetőképesség-kvantum]] illetve a [[gyenge lokalizáció]] jelensége.
 
A fentiek alapján a mezoszkopikus rendszerekben az elektronok fáziskoherenciája figyelhető meg, hiszen a rendszer nem elég nagy ahhoz, hogy rajta áthaladva az elektron olyan szóródást végezzen, melyben a fázisa véletlenszerű változást szenved. Így ha a koherencia egy mezoszkopikus rendszerben mégis elvész, az lehetővé teszi a koherenciavesztéshez vezető folyamatok vizsgálatát, mint például az elektron-fonon kölcsönhatás miatt fellépő, azaz a hőmérséklet miatti fáziskoherencia-vesztést.{{H|Fizipédia (Interferencia és dekoherencia nanoszerkezetekben)|2009}}
 
== Források ==