电场屏蔽

在物理学中，屏蔽是由移动电荷载体的存在引起的电场衰减。 它是带电流体行为的重要组成部分，例如电离气体（经典等离子体）、电解质和电子导体（半导体、金属）中的电荷载体。在具有给定介电常数 ε 的流体中，由电组成 带电组成粒子，每对粒子（带电荷 q1 和 q2）通过库仑力相互作用 F = q 1 q 2 4 π ε | r | 2 r ^ ,其中向量 r 是电荷之间的相对位置。 这种相互作用使流体的理论处理复杂化。 例如，基态能量密度的朴素量子力学计算得出无穷大，这是不合理的。 困难在于即使库仑力随着距离以 1/r2 递减，假设流体相当各向同性，每个距离 r 处的平均粒子数与 r2 成正比。 因此，任何一点的电荷波动对远距离的影响都不可忽略。

实际上，这些远程效应会被响应于电场的粒子流所抑制。 这种流动将粒子之间的有效相互作用降低为短程屏蔽库仑相互作用。 该系统对应于重规范化交互的最简单示例。

在固态物理学中，特别是对于金属和半导体，屏蔽效应描述了固体内部离子的静电场和库仑势。 就像原子核或离子内部的电场由于屏蔽效应而减弱一样，导电固体中的离子电场也因传导电子云而进一步减弱。

考虑一种由在均匀的正电荷背景中移动的电子组成的流体（单组分等离子体）。 每个电子都带有负电荷。 根据库仑相互作用，负电荷相互排斥。 因此，该电子将排斥其他电子，从而在其周围形成一个电子较少的小区域。 该区域可以视为带正电的屏蔽孔。 从远处看，这个屏蔽孔具有叠加正电荷的作用，可以抵消电子产生的电场。 只有在空穴区域内的短距离处，才能检测到电子场。 对于等离子体，这种效应可以通过 N。 如果背景由正离子组成，则它们被感兴趣的电子吸引会加强上述筛选机制。 在原子物理学中，具有多个电子层的原子存在一种密切相关的效应：屏蔽效应。 在等离子体物理学中，电场屏蔽也称为德拜屏蔽或屏蔽。 它通过与等离子体接触的材料旁边的鞘层（德拜鞘层）在宏观尺度上表现出来。

屏蔽电势决定了金属中的原子间力和声子色散关系。 屏蔽电位用于计算多种材料的电子能带结构，通常与赝势模型结合使用。 屏蔽效应导致独立电子近似，这解释了 Drude 模型、自由电子模型和近自由电子模型等固体介绍模型的预测能力。

Peter Debye 和 Erich Hückel 对静电屏蔽的xxx个理论处理是处理嵌入流体中的固定点电荷。

考虑在带正电的重离子背景中的电子流体。 为简单起见，我们忽略了离子的运动和空间分布，将它们近似为均匀的背景电荷。 这种简化是允许的，因为电子比离子更轻且更易移动，前提是我们考虑的距离远大于离子分离。

设 ρ 表示电子数密度，φ 表示电势。 起初，电子是均匀分布的，因此每一点的净电荷为零。 因此，φ 最初也是一个常数。

我们现在在原点引入固定点电荷 Q。 相关的电荷密度为 Qδ(r)，其中 δ(r) 是 Dirac delta 函数。 系统恢复平衡后，设电子密度和电势的变化分别为 Δρ(r) 和 Δφ(r)。