量子力学的应用讲解

XINYU UNIVERSITY成绩批改老师量子力学工作主题量子力学的应用二级学院新能源科学工程学院专业材料物理第13类材料物理取得学位学生名蒲敏胜联系人量子力学的应用摘要：量子力学效应在众多现代技术装备中起着重要作用。 从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置，都依赖于量子力学的原理和效果。 半导体的研究引起了二极管和晶体管的发明，最后给现代电子工业开辟了道路。 在核武器的发明过程中，量子力学的概念也发挥了重要的作用。 其次，量子力学作为材料科学的基础，在材料领域有着广泛的重要作用。 例如半导体、激光、红外线、光电子、液晶、敏感、磁性材料等. 特别是对半导体材料、磁性材料等有决定性的影响，直接导致了这些材料领域的产生。关键词：量子力学材料科学磁性材料的应用量子力学的应用引言：在众多现代技术装备中，量子力学的效应起着重要的作用。 从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置，都依赖于量子力学的原理和效果。 半导体的研究引起了二极管和晶体管的发明，最后给现代电子工业开辟了道路。 在核武器的发明过程中，量子力学的概念也发挥了重要的作用。 其次，量子力学作为材料科学的基础，在材料领域有着广泛的重要作用。 例如半导体、激光、红外线、光电子、液晶、敏感、磁性材料等. 特别是对半导体材料、磁性材料等有决定性的影响，直接导致了这些材料领域的产生。二量子力学的应用(1)量子力学在微观粒子研究中的应用量子力学是研究微观粒子运动规律的物理单位学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质、原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。 量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，还广泛应用于化学等相关学科和许多近代技术。根据量子力学，微观物理不是波也不是粒子，是真正的量子状态。 真实的状态被分解成隐藏的状态和看不见的状态是根据测定的，这里只有看不见的状态符合古典物理学的真正意义。 微观系的真实性也体现在其不可分割性中。 量子力学把研究对象及其所处环境看作一个整体，它不允许世界互相分离，看作是由独立部分构成的。 关于远程粒子相关实验的结论，也支持定量量子态不可分离的观点。(2)量子力学在能量回收中的应用量子力学在能量回收中的应用，是亚利桑那大学研究人员试图利用量子力学中的量子干涉原理来解决这一问题。 量子干扰说明同一量子系统中的一些不同状态是纯粹的。 这听起来完全不知道，研究人员可以利用它来开发分子温差电材料，高效地将热转化为电能。 更重要的是，这种材料的厚度只有百万分之一英尺，在工作时不需要额外安装外部运动部件，也不会产生污染。 研究人员说，用这种材料包括汽车的排气系统，车辆可以得到足以点亮200个100瓦特灯泡的电能，理论上很模糊，但这个数字很清楚。(3)量子力学在材料科学中的应用：3.1半导体材料自然界的物质、材料根据导电能力的大小，可分为导体、半导体、绝缘体三种。 事实上，半导体技术是基于从量子力学衍生出来的带理论。 一般来说，半导体的电导率随着温度的上升而增大。反映半导体内在的基本性质是由光、热、磁、电等各种外部因素作用在半导体上产生的物理效果和现象，能把这些统称为半导体材料的半导体性质。 构成固体电子器件的基材大多是半导体，这些半导体材料的各种半导体性质对各种半导体器件赋予不同的功能和特性。 半导体的基本化学特征是原子间存在饱和共价键。3.2低维半导体材料低维半导体材料，即纳米材料.电子可以在体材料中沿三维方向自由运动. 然而，当材料的特征尺寸一维小于电子的平均自由程时，电子在这一方向上的运动会受到限制，电子能量不是连续的而是量化的，被称为超晶格，量化阱材料。 量子束材料的材料的三维尺寸小于电子的平均自由程，电子不能在三个方向上自由运动，因此量子束材料的能量在三个方向上量化。因此，电子的状态密度函数也发生改变，并且体材料是抛物线，而电子是可以在其上自由运动的量子点材料，则状态密度函数是完全孤立的函数分布，如单个分子、原子等，并且基于这一特征可以制造强量子装置。纳米材料分类：天然纳米材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米传感器、纳米半导体材料、纳米催化剂材料等。3.3磁性材料实验表明，任何物质在外磁场中多少会被磁化，但磁化程度不同。 根据物质出现在外磁场的特性，物质可分为五类：顺磁性物质、反磁性物质、强磁性物质、亚磁性物质、反磁性物质。根据分子电流假设，物质应该在磁场中显示出几乎相似的特性，但这里显示出物质在外磁场中的特性差异很大。 这反映了分子电流假说的界限。 实际上，各种物质的微观结构存在差异，这种物质结构的差异是物质磁性差异的原因。顺磁性物质和反磁性物质称为弱磁性物质，强磁性物质称为强磁性物质。 通常，磁性材料是指铁磁性物质。 磁性材料根据磁化后减磁的容易程度分为软磁性材料和硬磁性材料。 磁化后容易取磁性的物质称为软磁性材料，难以退磁的物质称为硬磁性材料。 一般来说，软磁性材料的剩馀磁通小，硬磁性材料的剩馀磁通大。磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义上还包括可应用其磁和磁效应的弱磁性和反强磁性物质，磁性是物质的基本属性。 物质根据其内部结构及其在外磁场中的性状分为反磁性、顺磁性、强磁性、反强磁性和亚铁磁性物质。 强磁性和亚铁磁性物质是强磁性物质，反磁性和顺磁性物质是弱磁性物质。 磁性材料根据性质分为金属和非金属两种，前者主要为电磁钢、镍基合金和稀土类合金等，后者主要为铁氧体材料，根据使用分为软磁性材料、永磁体材料和功能磁性材料。 功能磁性材料主要为磁致伸缩材料、磁记录材料、磁阻材料、磁泡材料、磁光材料、自旋磁性材料和磁性薄膜材料等，包括反映磁性材料基本磁特性的磁化曲线、磁滞环和磁损耗等。随着全球变暖和能源危机的发展，磁性材料在节能电视、液晶电视、3G、风力发电和新能源汽车等新兴领域的应用迅速增加。3.4液晶液晶是高分子材料，由于其特殊的物理、化学和光学特性，从20世纪中叶开始广泛应用于薄型显示技术。 人们熟悉的物质状态是气、液、固，比较疏远的是等离子体和液晶。 液晶相产生了具有特殊形状的分子组合，它们流动，具有晶体的光学性质。 液晶的构成物质是有机化合物，即以碳为中心构成的化合物。 同时具有两种物质的液晶由分子间力组合而成，其特殊的光学性质对电磁场敏感。3.5新功能材料新型功能材料是合成、强化、磁化等技术生产的理想材料，能节约能量，提高效率。 例如超导体的通信，在计算机和控制系统中的应用，高分子分离膜使海水变薄，使光子和电子与光电子材料相结合。(4)量子力学的未来应用于远距离运输远距离传输是看不见量子状态的传输，是在非常奇怪的量子世界出现量子的“纠缠”运动状态。 这种状态下的光子可以使传输的量子状态“超时空横断面”在某个地方神秘地消失，如“心灵感应响应”，不需要载波的携带，也可以在其他地方瞬间出现。 在“超时空横断面”中传输的不是经典的信息，而是量化状态所携带的量化信息，这些量化信息是未来量化通信网络的构成要素。(5)量子力学在晶体管中的应用晶体管的优点在于，能够同时发挥电子信号放大器和转换器的作用。 这几乎是所有现代电子设备最基本的功能需求。 但晶体管的出现，首先要感谢的是量子力学。 在量子力学基础研究领域的突破中，斯坦福大学的研究者尤金瓦格纳及其学生弗里德里希茨在1930年发现半导体性质作为导体和绝缘体存在。 向晶体管施加电压实现栅极功能，控制管道电流的导通或截止，利用该原理实现信息代码，编制和操作1和0的语言。 在那之后的10年间，贝尔研究所的科学家制作了世界上第一个晶体管进行了改良。 截止到1954年，美军成功制造出世界上第一台晶体管计算机TRIDAC。 与以前像大楼一样鼓起的不可靠的真空管计算机前辈相比，TRIDAC只有3立方英尺大，耗电量只有100瓦。 今天，英特尔和AMD最先进的芯片配备了数十亿个微处理器。 这应该归功于量子力学。3 .结论：在众多现代技术装备中，量子力学的效应起着重要的作用。 从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置，都依赖于量子力学的原理和效果。 半导体的研究引起了二极管和晶体管的发明，最后给现代电子工业开辟了道路。 在核武器的发明过程中，量子力学的概念也发挥了重要的作用。 其次，量子力学作为材料科学的基础，在材料领域有着广泛的重要作用。 例如半导体、激光、红外线、光电子、液晶、敏感及磁性材料等. 特别是对半导体材料、磁性材料等有决定性的影响，直接导致