《《低维结构中粒子》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《低维结构中粒子（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低维结构中粒子之间的强关联作用Strong Correlation Function between Particles in the Low Dimensional Structure宋太伟 2015-9-19上海日岳新能源有限公司上海陆亿新能源有限公司上海建冶研发中心内容摘要：本文从最本质的时空结构几何理论和相应的数学逻辑上阐明了低维导体中自由电子存在 相对于高维导体更强的关联作用，阐明了导电电子之间的这种相互关联作用能与导体的几何 维度的内在关系，并导出了相应的数学关系。理论表明，导体系统中导电电子之间关联作用 随维度降低而呈数量级级别的增加，由此引起低维导电结构材料呈现一系列神奇的物理
2、性 能，包括高超导温度、高吸热性能、高光电转换效率、高有序内能等等。本文同时导出了导 体系统内部导电电子的能量构成比例关系和导电电子的能级与波矢分布规律，并证明此前有 关金属导体中的费米面、费米能级等的理论与论述都存在基础性的错误。Abstract:In this paper, it is pointed out that there is a stronger correlation between the free electrons in the low dimensional conductors than the high dimensional conductors from th
3、e most essential timespace structure geometric theory and the corresponding mathematical logic.The intrinsic relationship between the interaction energy of the conducting electrons and the geometrical dimensions of the conductor is clarified, and the corresponding mathematical relations are derived.
4、 It is shown that the interaction between the conducting electrons in the low dimensional conductor system increases geometrically with the decrease of the dimension.This leads to a series of magical physical properties, such as high superconducting temperature, high heat absorption, high photoelect
5、ric conversion efficiency, high order internal energy and so on. In this paper, the proportion of the energy of the conducting electrons in the conductor system and the distribution of the energy level and the wave vector of the conducting electrons are derived. It is proved that there is a fundamen
6、tal error in the traditional theory and the discussion of the Fermi surface and Fermi energy level in the metal conductor.目录1引言2基本概念2-1 空间2-1-1数学空间2-1-2空间坐标系、维度、度量与空间几何结构2-2时空关系2-3微观粒子的统计属性3粒子之间的关联作用与关联方程3.1关联度3.2时空结构形态与K波矢3.2.1时空结构形态3.2.2波矢3.3关联方程3.3.1多粒子系统中粒子之间的关联作用3.3.2电子之间的关联方程4多粒子体系中粒子关联作用方程的求解
7、及关联作用与维度关系4.1多粒子体系导电电子之间的关联方程求解4.1.1均匀晶格结构中大量自由导电电子的波矢分布形态分析4.1.2导电电子关联作用的能级意义及导电电子的能量构成4.2导电电子的关联作用与维度的关系5结论总结6参考文献1.引言像固体物质内部的导电或导热微观粒子、流体物质内部自由运动的微观粒子等，是典型的多粒子系统（或称为大粒子集）。多粒子体系中微观粒子之间的关联是统计关联，可以用关联度来衡量1以量子统计逻辑来表述，多粒子体系中微观粒子之间的关联度即为两个或 多个粒子各自特定量子态同时出现的几率。广义上讲，物体或事物的关联度，即是物体或事 物之间的相互影响或相互作用；在物理学逻辑意
8、义上，物体或粒子之间的相互作用或相互影 响，用“相互作用力”或“相互作用能”表征。大系统自由粒子之间的关联作用，是统计意 义上的相互作用，可以用特定量子态之间的平均相互作用能来表征。本文所讨论的低维多粒子系统,是指相对于三维立方结构而言的二维平面结构或一维线 形结构的多粒子系统，（注：零维点域结构对应的是以核子（非大量原子分子）为粒子单元 的超强关联时空集，作者在时空结构几何中单独分析论述2）,如纳米薄膜结构或有序 叠层的原子分子层结构等二维系统、纳米线结构或有序并列的原子分子线阵结构等一维系 统。对应的材料物体包括：各类导电传热或吸光热纳米薄膜、高温超导体（含原子层导电平 面）、石墨烯（碳原
9、子层）、含PN结准2维结构的半导体器件或光伏电池、微纳米薄层流体 等二维系统，及各类单根微纳米线体（包括神经线元、大生物分子链条）、纳米碳管、各类 含并列纳米线或原子线阵结构的金属或半导体材料、渗入特定流体介质的纳米孔线结构材料 等一维系统。与三维系统相比，低维系统的光、电、热等物理性能，表现出非常神奇的一面。比如： 具有二维薄膜结构的光电池（如硅基薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池等）及具有准一维纳米线 阵结构的钙钛矿光电池等更容易出现更高的光电转换效率，拥有铜氧原子导电平面结构的多 种类钡镧铜氧化物和拥有铁基原子导电平面的多种类不同掺杂的铁基层材料（铁砷化物和铁 硒化物）等二维层状导电结构材料更容
10、易产生高温超导现象，纳米碳管内拥有足够多载流子 的一维结构材料具有奇高的热传导率和电导率，等等。针对微观结构中原子电子等具有明显 低维特征的不同材料所表现出的种种神奇物理特性，理论解释一直以来是套用相应材料的三 维系统理论或逻辑模型进行的，一般是在具体的3维系统理论模型基础上取某种近似。逻辑 上讲，这是一种简单可行的理论近似分析方法。拥有同类一维或二维低维度微观物理结构特 点的不同材料，具有明显类似的神奇物理性能特征，足以说明一维或二维等低维度的微观物 理结构特性，是产生对应神奇物理性能特征的决定因素；也就是说，肯定存在某种具有普遍 意义的数理逻辑关系，可以更为本质明了地揭示低维系统粒子的相互
11、作用特点，即可以用简 单的普遍的数理逻辑关系统一解释低维系统容易出现神奇物理现象的原因。这正是本文的目 的。当然，解决这一具有普遍意义的重大理论问题的价值是不言而喻的。低维系统中的导电导热粒子如电子，对光、热、电等的作用更为敏感，同时又具有比周 边体环境结构（或介质）更高的平均约束势垒（否则线或面结构中的自由电子会游离扩散到 邻近体结构中，多粒子系统由此失去低维结构特征），低维结构中的粒子单元（原子电子等） 呈现更强的相互关联，也意味着低维结构中大量的随机运动电子更容易出现宏观量子效应， 这是低维系统的光电等物理性能表现奇异的本质所在。本文从全新的也是更广普的时空结构 几何逻辑出发，建立基本的
12、粒子关联概念与逻辑关系，导出普遍的多粒子体系中粒子之间的 关联作用方程，进而阐明维度与粒子关联的内在逻辑，揭示低维物质结构的时空本质。2. 基本概念2.1 空间211数学空间数学空间一般是指拓扑空间。A为一个集合，A.、A.表示A的任意子集合，0为空集，显然：1 j（1）A，0 匸 A ；（2）尬 A， n为任意自然数；ii=1（3）山 A ，n为任意自然数；ii=1集合A的子集的子集同样存在以上（1）、（2）、（3）关系。集合要成为“空间”必须 界定集合的内部的基本结构关系，或者说集合作为空间的“内部子空间”的划分组合意义, 集合中各子集的关系与边界问题要有定位，这也引出了数学中的所谓“拓扑
13、”的概念。定义1拓扑空间假设A是由A的开子集A.作为元素组成的子集簇（注意：A也是一个集合，只是 1集合的元素也是集合，现实意义上开子集Ai相当于是A内部的各种不同分解、组合形式的 单元构造，分解、组合划分可以是任意的，结构单元之间存在各种关联关系，“边界”是不 清晰的，分解和合成都是自然的，这正是开集的现实意义。），如果A满足下列条件：（1）A，0 A；（2） 若 A.、A.，贝9 A. nA A ；1 J1 j（3）若A. A, lWiWn , n为任意自然数，则山A A ;1ii=1则称 A为A上的一个拓扑，A与A 一起，称为一个拓扑空间，记作（A, A ）。也就是说，包含一个拓扑A关系
14、的集合A,形成一个特定的拓扑空间。显然，单一集 合A因为不同的拓扑构造，可能形成不同的拓扑空间；同一拓扑空间的A, A）, A的子 集和相应的A的子集簇，可以形成拓扑空间的（A, A）的子拓扑空间，这样，就有了空 间分割组合的意义。在物理意义上，具体物体的空间结构变化，是物体构造对应拓扑空间的结构单元之间的 转换，所以称之为物态的拓扑变换。不同结构单元（即拓扑空间的各子集元素）的开集属 性，表示物质世界内部的可分解性、离散性并存在种种相互关联的特征。广义上的拓扑空间，只是界定了子集分割组合关系的集合，空间布局、维度、距离，及 空间几何的点、线、面、体概念和对应大小等具体几何形态构造，是没有涉及
15、的、没有具体 化的。2.1.2 空间坐标系、维度、度量与空间几何结构拓扑空间是任意集合的一种内部组成（即元素和子集）的分解、组合与构造关系，有 现实意义的只是其中很少的一部分。数学与物理意义上，最基础的拓扑空间，是定义了任意 点开集与邻域的实数集R所对应的实数点集空间，这里直接用R表示，点集的实数元素x 的值域为（-8, +8）, x只是一个符号或变量，可以对应任一个实数。实数空间R内，存 在任意值域的子开集及相应的子空间，也就是说，实数空间R包括无穷尽的拓扑构造，也即 包含无穷尽的子拓扑空间。空间结构分析的实质是，空间集合子集的有序排列组合与分解，以图形表示，即成为 空间几何结构与形态。实数
16、集R是个有序集，实数元素x由小到大依次排列，几何意义上对 应前后依次线形（注意：不一定是直线）排列。由于实数R集元素的对等性，线形排列为均 匀有序排列，直线坐标表示法为其中一种简单的空间几何结构形态，坐标轴上每个点x都i是R的元素，不同元素对应不同点，坐标点与实数集一一对应，任意两点x、x之间的间隔jX. = x x ，其几何空间大小取决于约定的单位尺度。这样，即构造了实数集R对应的J i j一维完整有序的空间几何结构形态。数学意义上，按此方法，由实数集R,可以构造出无穷 多的有序几何空间。简单假设，空间是由点组成的，几何空间的结构形态是点的空间排列组合或分布，每 个点可以用一个实数x或一组实数（X , X , X , X
