Учебник по физике 7 класс автор перышкин: Упражнение 12 №2, Параграф 31

Сопротивление металлов из-за электрон-фононного рассеяния является основной проблемой физики конденсированного состояния. Рассеяние электронов на фононах при конечной температуре — неизбежное явление, и это «собственное удельное сопротивление» обычно является основным источником удельного сопротивления металлов при комнатной температуре.Известный результат состоит в том, что при высокой температуре удельное сопротивление металла ρ пропорционально температуре T. Это отражает бозонную природу фононов, рассеивающих электроны: при температурах, превышающих температуру Дебая θD, характерную температуру, при которой все фононные моды кристалла возбуждены, фононная населенность в любой данной моде пропорциональна T, следовательно, количество рассеивателей и удельное сопротивление пропорциональны T. Ниже температуры Дебая фононные моды начинают «замерзать», и в типичном случае металл сопротивление падает намного быстрее.Ожидается, что для трехмерного металла удельное сопротивление будет падать как ρ (T) ∼T5 (T4 для двумерного металла), так называемый режим Блоха-Грюнайзена [8,9]. Рисунок 1 иллюстрирует этот эффект и факторы, приводящие к зависимостям T5 или T4.

А как насчет графена? Графен — это совершенно другая система конденсированного состояния по сравнению с обычными металлами и полупроводниками: в графене электроны подчиняются уравнению Дирака для безмассовых релятивистских фермионов, причем «псевдоспиновая» степень свободы играет роль релятивистского спина [10].Но графен также концептуально простой материал: он имеет строго двумерные электроны и фононы и, в очень хорошем приближении, дисперсия электронных зон E = ħνF | k | описывается одним параметром — скоростью Ферми νF = 1,1 · 106 м / с. Графен также удивительно настраивается: энергия Ферми в данном куске графена может быть широко настроена с помощью химического легирования [11,12] или электростатически связанного электрода затвора [13], а диэлектрическая проницаемость (и сила электрон-электронного взаимодействия ) можно настроить, изменив диэлектрическую подложку, на которой находится графен [14], при сохранении по существу того же двумерного дисперсионного соотношения.

Сочетание простоты и настраиваемости делает графен идеальным для экспериментов, которые иллюстрируют фундаментальные явления конденсированной материи. Еще в 1980 г. было показано, что простая зонная структура графена приводит к особенно простому результату для электрон-фононного сопротивления в высокотемпературном [ρ (T) ∼T] пределе [15]. Примечательно, что высокотемпературное удельное сопротивление не зависит от энергии Ферми (и, следовательно, от плотности носителей заряда), что объясняет экспериментально наблюдаемое почти постоянное удельное сопротивление в соединениях интеркалированного графита, даже когда плотность носителей изменяется более чем на порядок [16].Совсем недавно удельное сопротивление, линейное по температуре, но не зависящее от плотности носителей, было обнаружено в графеновых устройствах, где плотность носителей могла регулироваться затвором [17]. Удельное сопротивление также чрезвычайно мало; при комнатной температуре собственное двумерное сопротивление составляет всего около 30 Ом [17], что соответствует трехмерному сопротивлению около 1 мкОм см, что ниже, чем у серебра (материала с самым низким известным внутренним сопротивлением при комнатной температуре). В сочетании с высокой прозрачностью графена [18] низкое собственное сопротивление может сделать графен предельно прозрачным проводящим электродным материалом.

Графен — чрезвычайно жесткий материал, что приводит к необычно высокой температуре Дебая ∼2800K, что намного выше, чем температура в экспериментах [5] и [17]. Почему вообще наблюдается высокотемпературное поведение удельного сопротивления ρ (T) ∼T? Ответ заключается в том, что в большинстве металлов поверхность Ферми велика, так что все фононы в материале имеют q≤2kF и способны рассеивать электроны. В графене поверхность Ферми очень мала, и лишь небольшая часть фононов имеет q≤2kF и может рассеивать электроны.Этот набор фононов с малым q имеет меньшую характеристическую температуру; все они заселяются выше температуры Блоха-Грюнайзена θBG = ħνskF / kB <θD, что приводит к высокотемпературному поведению ρ (T) ∼T, сохраняющемуся вплоть до T = θBG <θD. В графене энергия электронов и фононов линейна по волновому вектору, поэтому температура Блоха-Грюнайзена имеет особенно простой вид θBG = (2νs / νF) TF, где TF = EF / kB - температура Ферми. Таким образом, температура Блоха-Грюнайзена представляет собой шкалу энергии электронов, просто пропорциональную температуре Ферми, но уменьшенную соответствующим образом на удвоенное отношение скорости звука к скорости электронов, примерно на 2% в случае графена.

Приведенное выше рассуждение приводит к предсказанию, которое никогда раньше не проверялось: температура Блоха-Грюнайзена θBG перестраивается с энергией Ферми. В графене EF можно широко регулировать с помощью химического легирования или стробирования, но при этом он остается строго двумерным — нет задействованных подзон с более высокими энергиями, как это было бы в случае двумерной квантовой ямы в полупроводниковой гетероструктуре. Ефетов и Ким использовали электролитический затвор для настройки энергии Ферми в графене в очень широком диапазоне, превышающем ± 1 эВ.Они тщательно измерили зависящее от температуры удельное сопротивление при различных энергиях Ферми и подтвердили, что они настраивали температуру Блоха-Грюнайзена почти на порядок, от 100 до 900 К, соблюдая пропорциональность θBG∼EF. При высокой температуре они наблюдали ρ (T) ∼T с величиной, не зависящей от энергии Ферми, что подтвердило теоретические ожидания [6]. В низкотемпературном режиме они наблюдали ρ (T) ∼T4, как и ожидалось теоретически для двумерного графена [6].

Эксперимент Ефетова и Кима, несомненно, будет использован как учебная иллюстрация электрон-фононного рассеяния в металлах.Это стало возможным благодаря некоторым недооцененным аспектам графена: простоте его дисперсионного соотношения, строгому двумерному ограничению электронов и способности производить широкие изменения энергии Ферми с помощью затвора. Другие явления, предсказанные давно, ждут, чтобы продемонстрировать их на этом новом материале.

Список литературы

1. К.С. Новоселов et al. , Nature 438 , 197 (2005)
2. Y. Zhang et al. , Природа 438 , 201 (2005)
3. X.Du et al. , Nature 462 , 192 (2009)
4. К. И. Болотин и др. , Nature 462 , 196 (2009)
5. Д. К. Ефетов, П. Ким, Phys. Rev. Lett. 105 , 256805 (2010)
6. Э. Хванг, С. Дас Сарма, Phys. Ред. B 77 , 115449 (2008)
7. H. L. Stormer et al. , Phys. Ред. B 41 , 1278 (1990)
8. F. Bloch, Zeitschrift für Physik 59 , 208 (1930)
9. E.Gruneisen, Ann. Phys. (Лейпциг) 16 , 530 (1933)
10. М. С. Фюрер, К. Н. Лау и А. Х. Макдональд, Бюллетень MRS 35 , 289 (2010)
11. Ф. Щедин et al. , Nature Mater. 6 , 652 (2007)
12. J. H. Chen et al. , Nature Phys. 4 , 377 (2008)
13. Y.-J. Yu et al. , Nano Lett. 9 , 3430 (2009)
14. C. Jang et al. , Phys. Rev. Lett. 101 , 146805 (2008)
15. л.Pietronero et al. , Phys. Rev. B 22 , 904 (1980)
16. M. S. Dresselhaus и G. Dresselhaus, Adv. Phys. 30 , 139 (1981)
17. J.H. Chen et al. , Nature Nanotech. 3 , 206 (2008)
18. R. R. Nair et al. , Science 320 , 1308 (2008)

Об авторе

Майкл С. Фюрер — профессор школы физики и астрономии Университета Монаша, член лауреата Австралийского исследовательского совета и директор Центр атомно-тонких материалов Монаш.Фюрер получил докторскую степень. Он получил степень доктора физики в Калифорнийском университете в Беркли в 1998 году. До своей нынешней должности он работал на факультете Мэрилендского университета, где руководил Центром нанофизики и перспективных материалов. Исследования Фюрера сосредоточены на электронных свойствах низкоразмерных материалов, таких как углеродные нанотрубки, графен, а также на поверхностных и краевых состояниях топологических материалов. Он является членом Американского физического общества и Американской ассоциации развития науки.

Тематические области

Статьи по теме

Максимальное использование рок-н-ролла

Итерационный алгоритм, который может учитывать неконтролируемое движение наночастиц, позволяет визуализировать эту крошечную систему с помощью когерентной дифракции Брэгга. Подробнее »

Учебник по физике для старших классов Список бесплатных учебников

Похоже, что от этой работы можно немного отказаться — последнее обновление было в 2005 году.Но эта попытка модернизировать исторический школьный учебник физики по-прежнему может многое предложить студентам. Это было частью проекта по выпуску бесплатных школьных учебников естественных наук. Частично это спонсировалось проектом SchoolNet. Авторы определили это как школьный учебник по физике, который также подходит для студентов начального уровня. Исчисление не является обязательным условием.

В школьный текст по физике включены некоторые заметки и комментарии текущих редакторов.Но он действительно выглядит как отличный учебник по физике для самостоятельного изучения и отличный источник для дополнения назначенного учебника.

Содержание

1 шт.

1.1 Комментарии PGCE

1.2 СПИСОК TODO

1.3 Введение

1.4 Системы единиц

1.4.1 Единицы СИ (Международная система единиц)

1.4.2 Другие системы единиц

1.5 Важность единиц

1.6 Выбор единиц

1.7 Как изменить единицы измерения — метод «умножения на 1»

1.8 Чем могут помочь единицы

1.8.1 Что такое «проверка на вменяемость»?

1,9 Температура

1.10 Научная запись, значащие числа и округление

1.11 Заключение

2 волны и волнообразное движение

2.1 Что такое волны?

2.1.1 Характеристики волн: амплитуда

2.1.2 Характеристики волн: длина волны

2.1.3 Характеристики волн: период

2.1.4 Характеристики волн: частота

2.1.5 Характеристики волн: скорость

2.2 Два типа волн

2.3 Свойства волн

2.3.1 Свойства волн: отражение

2.3.2 Свойства волн: преломление

2.3.3 Свойства волн: интерференция

2.3.4 Свойства волн: стоячие волны

2.3.5 ударов

2.3.6 Свойства волн: дифракция

2.3.7 Свойства волн: дисперсия

2.4 Практическое применение волн: звуковые волны

2.4.1 Доплеровский сдвиг

2.4.2 Конус Маха

2.4.3 Ультразвук

2.5 Важные уравнения и величины

3 Геометрическая оптика

3.1 Пересмотр рефракции

3.1.1 Видимая и реальная глубина

3.1.2 Разделение белого света

3.1.3 Полное внутреннее отражение

3.2 Линзы

3.2.1 Выпуклые линзы

3.2.2 Вогнутые линзы

3.2.3 Увеличение

3.2.4 Составной микроскоп

3.2.5 Человеческий глаз

3.3 Введение

3,4 Отражение

3.4.1 Диффузное отражение

3.4.2 Регулярное отражение

3.4.3 Законы отражения

3.4.4 Боковое переворота

3,5 изогнутые зеркала

3.5.1 вогнутые зеркала (сходящиеся зеркала)

3.5.2 Выпуклые зеркала

3.5.3 Преломление

3.5.4 Законы преломления

3.5.5 Полное внутреннее отражение

3.5.6 Мираж

3.6 Электромагнитный спектр

3.7 Важные уравнения и величины

4 вектора

4.1 Комментарии PGCE

4.2 СПИСОК TODO

4.3 Введение

4.3.1 Математическое представление

4.3.2 Графическое представление

4.4 Некоторые примеры векторов

4.4.1 Рабочий объем

4.4.2 Скорость

4.4.3 Разгон

4.5 Математические свойства векторов

4.5.1 Добавление векторов

4.5.2 Вычитание векторов

4.5.3 Скалярное умножение

4.6 Методы сложения векторов

4.6.1 Графические методы

4.6.2 Алгебраическое сложение и вычитание векторов

4.7 Компоненты векторов

4.7.1 Уклон Блоконана

4.7.2 Сложение векторов с использованием компонентов

4.8 Мне действительно нужно знать о векторах? Действительно ли они полезны?

4.9 Сводка важных величин, уравнений и концепций

5 Сил

5.1 СПИСОК TODO

5.2 Что такое сила?

5.3 Диаграммы сил

5.4 Равновесие сил

5.5 Законы движения Ньютона

5.5.1 Первый закон

5.5.2 Второй закон

5.5.3 Третий закон

5.6 Примеры сил, изученные позже

5.6.1 Ньютоновская гравитация

5.6.2 Электромагнитные силы

5.7 Сводка важных величин, уравнений и концепций

6 Прямолинейное движение

6.1 Что такое прямолинейное движение?

6.2 Скорость и скорость

6.3 Графики

6.3.1 Графики смещения-времени

6.3.2 График скорости-времени

6.3.3 Графики времени разгона

6.3.4 Рабочие примеры

6.4 Уравнения движения

6.5 Важные уравнения и величины

7 Momentum

7.1 Что такое моментум?

7.2 Импульс системы

7.3 Изменение импульса

7.4 Какими свойствами обладает импульс?

7,5 Импульс

7.6 Краткое изложение важных величин, уравнений и концепций

8 Работа и энергия

8.1 Что такое работа и энергия?

8,2 Работа

8,3 Энергия

8.3.1 Типы энергии

8.4 Механическая энергия и энергосбережение

8.5 Обзор важных величин, уравнений и концепций

Эссе 1: Энергия

Эссе 2: Крошечные жестокие столкновения

9 Столкновения и взрывы

9.1 Типы столкновений

9.1.1 Упругие столкновения

9.1.2 Неупругие столкновения

9.2 Взрывы

9.3 Взрывы: энергия и тепло

9.4 Важные уравнения и величины

10 Ньютоновская гравитация

10.1 Недвижимость

10.2 Масса и вес

10.2.1 Примеры

10,3 Нормальные силы

10.4 Сравнительные задачи

10.4.1 Принципы

10,5 Падающие тела

10.6 Конечная скорость

10,7 Сила сопротивления

10.8 Важные уравнения и величины

11 Давление

11.1 Важные уравнения и величины

Очерк 3: Давление и силы

12 Тепло и свойства вещества

12.1 Фазы вещества

12.1.1 Плотность

12.2 Фазы вещества

12.2.1 Твердые вещества, жидкости, газы

12.2.2 Давление в жидкости

12.2.3 Изменение фазы

12.3 Деформация твердых тел

12.3.1 Деформация, напряжение

12.3.2 Упругие и пластические свойства

12,4 Идеальные газы

12.4.1 Уравнение состояния

12.4.2 Кинетическая теория газов

12.4.3 Давление газа

12.4.4 Кинетическая энергия молекул

12,5 Температура

12.5.1 Тепловое равновесие

12.5.2 Температурные шкалы

12.5.3 Термометры практические

12.5.4 Удельная теплоемкость

12.5.5 Удельная скрытая теплоемкость

12.5.6 Внутренняя энергия

12.5.7 Первый закон термодинамики

12.6 Важные уравнения и величины

13 Электростатика

13.1 Что такое электростатика?

13,2 Заряд

13,3 Электростатическая сила

13.3.1 Закон Кулона

13,4 Электрические поля

13.4.1 Пробный заряд

13.4.2 Как выглядят полевые карты?

13.4.3 Комбинированное распределение затрат

13.4.4 Параллельные пластины

13.4.5 А как насчет силы электрического поля?

13,5 Электрический потенциал

13.5.1 Выполненная работа и передача энергии в поле

13.5.2 Разница электрических потенциалов

13.5.3 Эксперимент Милликена с каплей масла

13.6 Важные уравнения и величины

14 Электричество

14.1 Расход заряда

14.2 Цепи

14.3 Напряжение и ток

14,4 Сопротивление

14.5 Напряжение и ток в практической схеме

14.6 Направление протекания тока в цепи

14.7 Как связаны напряжение, ток и сопротивление

14,8 Вольтметры, амперметры и омметры

14.9 Аналогия с законом Ома

14.10 Мощность в электрических цепях

14.11 Расчет электроэнергии

14.12 Резисторы

14,13 Нелинейная проводимость

14.14 Схема подключения

14.15 Полярность падений напряжения

14.16 Что такое «последовательные» и «параллельные» схемы?

14.17 Простые последовательные схемы

14.18 Простые параллельные цепи

14.19 Расчет мощности

14.20 Правильное применение закона Ома

14.21 Размер провода

14.22 Предохранители

14.23 Важные уравнения и количества

15 Магниты и электромагнетизм

15.1 Электромагнетизм

15.2 Магнитные единицы измерения

15.3 Электромагнитная индукция

15.4 AC

15,5 Измерения величины переменного тока

16 Электроника

16.1 емкостные и индуктивные цепи

16,1,1 А конденсатор

16.1.2 Катушка индуктивности

16.2 фильтры и настройка сигнала

16,3 активные элементы схемы, диод, светодиод и полевой транзистор, операционный усилитель

16.3.1 Диод

16.3.2 Светодиод

16.3.3 Транзистор

16.3.4 Транзистор как переключатель

16.4 принципа логических вентилей цифровой электроники, счетные схемы

16.4.1 Электронные логические вентили

16.5 Счетные контуры

16.5.1 Полусумматор

16.5.2 Сумматор полный

17 Атом

17.1 Модели атома

17.2 Структура атома

17,3 Изотопы

17.4 Квантование энергии и электронная конфигурация

17,5 Периодичность энергии ионизации для поддержки расположения атомов в Периодической таблице

17.6 Последовательные энергии ионизации для подтверждения расположения электронов в ядре
и валентности

17,7 Бора Бора

17.8 Принцип неопределенности Гейзенберга

17.9 Принцип исключения Паули

17.10 Энергия ионизации

17.11 Электронная конфигурация

17,12 Валентность

18 Современная физика

18.1 Введение в идею кванта

18.2 Дуальность волна-частица

18.3 Практическое применение волн: электромагнитные волны

19 Внутри атомного ядра

19.1 Из чего состоит атом

19,2 Ядро

19.2.1 Протон

19.2.2 Нейтрон

19.2.3 Изотопы

19,3 Ядерная сила

19,4 Энергия связи и ядерные массы

19.4.1 Энергия связи

19.4.2 Агрегаты атомной энергетики

19.4.3 Дефект массы

19.4.4 Ядерные массы

19,5 Радиоактивность

19.5.1 Обнаружение радиоактивности

19.5.2 Ядерные α, β и γ-лучи

19.5.3 Опасность ионизирующего излучения

19.5.4 Закон распада

19.5.5 Радиоактивное датирование

19,6 Ядерные реакции

19,7 Детекторы

19.7.1 Счетчик Гейгера

19.7.2 Флуоресцентный экран

19.7.3 Фотоэмульсия

19.7.4 Камера Вильсона

19.7.5 Пузырьковая камера

19.7.6 Искровая камера

19,8 Атомная энергия

19.8.1 Реакторы ядерные

19.8.2 Энергия термоядерного синтеза

19.9 Элементарные частицы

19.9.1 β-распад

19.9.2 Физика элементарных частиц

19.9.3 Кварки и лептоны

19.9.4 Силы природы

19.10 Происхождение Вселенной

Просмотрите этот бесплатный онлайн-материал у источника:

Учебник для старшеклассников физики

Powered By Smf Учебник естествознания для 7-го класса

5000 найдено результатов, страница 1 из 200 для ‘ powered by smf 7-й класс Учебник физики естествознания ‘