纳米尺度下的几种量子效应 纳米尺度效应

1、量子尺寸效应(quantum size effect):

量子尺寸效应是指粒子尺寸下降到极值时,体积缩小,粒子内的原子数减少而造成的效应。日本科学家久保(Kubo) 给量子尺寸下的定义是:当粒子尺寸降到最小值时,出现费米能级附近的电子能级由准连续变为不连续离散分布的现象。这时就会出现明显的量子效应,导致纳米微粒的磁、光、声、热、电等性能与宏观材料的特性有明显的不同。

2、量子限制效应(quantum confinementeffect):

在正常情况下,纳米固体材料界面中的空穴浓度比常规高材料高很多,由于组成纳米材料的颗粒尺寸小,电子运动的平均自由程段,空穴约束电子形成激子的几率比常规材料高得多,结果导致纳米材料含有的激子浓度较高。颗粒尺寸越小,形成激子的几率越大,激子浓度越高,这样在能隙中靠近导带底形成一些激子能级,这些激子能级的存在就会产生激子发光带。纳米材料激子发光很容易出现,这样会出现新的光谱现象。

3、小尺寸效应(little size effect):

由于纳米微粒的尺寸比可见光的波长还小,光在纳米材料中传播的周期性被破坏,其光学性质就会呈现与普通材料不同的情形。例如,金属由于光反射显现各种颜色,而金属纳米微粒都呈黑色,说明它们对光的均匀吸收性、吸收峰的位置和峰的半高宽都与粒子半径的倒数有关。利用这一性质,可以通过控制颗粒尺寸制造出具有一定频宽的微波吸收纳米材料,可用于磁波屏蔽、隐形飞机等。

4、表面效应(surface effect):

表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比。随着粒子直径的减小,粒子的比表面积急剧变大。高的比表面积使处于表面的原子数增多,导致表面能和表面结合能的迅速增加。由于表面原子增多,原子配位不足及高的表面能,使表面原子有很高的化学活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。配位越不足的原子,越不稳定,极易转移到配位数多的位置上,表面原子遇到其他原子很快结合,使其稳定化,这就是活性原因。这种表面原子的活性,不但引起纳米粒子表面输运和构型的变化,同时也会引起表面电子自旋构象和电子能级的变化,例如,化学惰性的金属铂在制成纳米微粒后也变得不稳定,使其成为活性极好的催化剂。

5、量子隧道效应(quantum tunneleffect)与宏观量子隧道效应(macroscopic quantum tunneleffect):

在量子力学中,隧道效应是粒子波动性的直接结果。当一个粒子进入到一个势垒中,而势垒的势能比粒子的动能大时,根据量子力学原理,粒子穿过势垒区而出现在势垒的另一边的几率不为零,而经典力学给出的几率为零。

一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,通常称为宏观量子隧道效应。

6、库伦阻塞(columb blockade effect):

纳米尺度下的几种量子效应 纳米尺度效应

  

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