电场屏蔽

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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=q1q24πε|r|2r^,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...

电场屏蔽

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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。

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。

描述

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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

理论与模型

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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。 电场屏蔽

筛选的库仑相互作用

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)。

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  1. 电场屏蔽
  2. 描述
  3. 理论与模型
  4. 筛选的库仑相互作用

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