准粒子元激发和准粒子元激发和准粒子的概念

准粒子元激发和准粒子元激发和准粒子的概念,是Landau在他的流体量子理论中首先引入的,这是固体量子理论的重要概念,已逐渐发展为元激发物理

固体是由大数量(数量级1029/m3)有较强相互作用的微观质粒(分子、原子或离子,电子等)组成,它们的运动是互相关联和互相制约的集体运动

按照量子力学的描述,这样的集体运动在固体内形成一种波动和相应的波场

在处于接近基态的低激发态时,在简谐近似下,这种激发的波动可看作一系列频率不同的平面波,这些平面波相应于具有一定能量和动量,并且满足某种色散律的准粒子

从场的观点来看,弱的激发波场可分解为一系列Fourier分量,即元激发波,波场的能量子就是元激发准粒子

这样的处理,将有较强相互作用的多粒子系统,变成为许多独立准粒子的集合,故可用统一的方式描述固体的性质,而且使问题的处理大为简化

值得注意的是,元激发和准粒子是用量子力学处理多粒子系统时人为引入的概念,并不是真实的微观粒子,它们不能脱离固体而单独存在;而且,随着温度升高或强的外部激发,系统将处于高的激发态,准粒子数随之增大,因此准粒子系统的粒子数是不守恒的,元激发之间的相互作用就渐显重要,从而对固体性质有重要影响

元激发和准粒子一般有二种类型

一种是Bose型元激发,相应的准粒子是玻色子,如声子、转子、磁振子(自旋波量子),等离激元、激子等;另一种是Fermi型元激发,相应的准粒子是费米子,如准电子、空穴、极化子等

实际上极化子是电子和声子耦合的复式元激发,复式元激发最为重要是光子-TO声子的极化激元和激子-TO声子的极化激元等

随着固体非线性行为研究的深入,非线性的元激发-孤子正在步入各个研究领域

元激发和准粒子的概念,是固态量子理论发展的里程碑,应用的范围涉及表面物理、非晶态物理,以及材料科学、信息科学,能源科学等许多研究领域,非线性元激发已引起物理学家的广泛重视 

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