关于准粒子与粒子的一个困惑

来自: Confused&Lost(我思故我在)
2015-09-06 07:26:04

有机(自旋)电子学里面，在解释输运性质的时候，除了用到空穴(holes)，还经常用到双极化子(bipolaron)，极化子(polaron)，电子空穴对(electron-hole pairs)，激子(excitons)等准粒子。那么用这些准粒子做出的解释和描述是不是都可以归根结底(转换)到用电子做出的解释和描述上面去？之所以有这个疑问，是本人有强烈的强迫症，每次遇到空穴都把它想成电子跑掉之后留下的一个可以容纳一个电子的轨道(能级)。当一个人解释说某某半导体是空穴导电时，我都无法满足，总是想成电子在跑，只不过跑得很慢，所以看上去像是一个空穴在跑。所以当接触到那么多形形色色的准粒子时，尤其是描述他们的运动时，用他们来解释材料的输运机理以及与外界的相互作用时，总是强迫自己往电子的运动上面去想。而且一直以为准粒子只不过是数学上面才存在的东西，或者说很多粒子的某种集体行为。而物理上面的本质，还是电子、离子、原子核、晶格等这些实际的物理图像。最近跟别人讨论，原来人家都没区分粒子准粒子，电子也是准粒子。当说到某个准粒子(比如极化子，电子空穴对)时，哪怕是再复杂的存在形式，都把他们看成类似于电子的物理图像，一个点，有质量，电荷，自旋，动量……

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Everett (╮(╯▽╰)╭~(=￣ U ￣=)~) 组长 2015-09-06 07:30:57

“电子在跑，只不过跑得很慢，所以看上去像是一个空穴在跑。” 为什么是跑得很慢？为什么空穴必须很慢？为什么要限制速度？

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Confused&Lost (我思故我在) 楼主 2015-09-06 09:22:58

“电子在跑，只不过跑得很慢，所以看上去像是一个空穴在跑。” 为什么是跑得很慢？为什么空穴必 “电子在跑，只不过跑得很慢，所以看上去像是一个空穴在跑。” 为什么是跑得很慢？为什么空穴必须很慢？为什么要限制速度？ ... Everett

我不知道我们讲固体中空穴导电的时候，空穴是不是也会像金属中电子导电那种情况中的电子那样能够移动相当自由。自己在理解空穴导电时一直理解成因为电子移动不是很自由，一个电子想要移动到下一个位置，必须等之前占据了那个空间的电子走了之后留下一个空穴。也就是像一群人一点点往前挪动位置一样。所以我感觉整体上来讲，电子移动得慢。

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Everett (╮(╯▽╰)╭~(=￣ U ￣=)~) 组长 2015-09-06 09:32:44

我不知道我们讲固体中空穴导电的时候，空穴是不是也会像金属中电子导电那种情况中的电子那样能够我不知道我们讲固体中空穴导电的时候，空穴是不是也会像金属中电子导电那种情况中的电子那样能够移动相当自由。自己在理解空穴导电时一直理解成因为电子移动不是很自由，一个电子想要移动到下一个位置，必须等之前占据了那个空间的电子走了之后留下一个空穴。也就是像一群人一点点往前挪动位置一样。所以我感觉整体上来讲，电子移动得慢。 ... Confused&Lost

“一个电子想要移动到下一个位置，必须等之前占据了那个空间的电子走了之后留下一个空穴” 这时错误图像。为什么要等待？不是明明已经有一个空穴存在了吗？

空穴移动的机制是离空穴最近的那个电子上来填补这个空穴，空穴就移动到那个电子的位置上，所以空穴移动的速率和电子完全一样。

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Confused&Lost (我思故我在) 楼主 2015-09-10 17:48:06

“一个电子想要移动到下一个位置，必须等之前占据了那个空间的电子走了之后留下一个空穴” 这时 “一个电子想要移动到下一个位置，必须等之前占据了那个空间的电子走了之后留下一个空穴” 这时错误图像。为什么要等待？不是明明已经有一个空穴存在了吗？空穴移动的机制是离空穴最近的那个电子上来填补这个空穴，空穴就移动到那个电子的位置上，所以空穴移动的速率和电子完全一样。 ... Everett

那么准粒子的运动都可以归因于电子原子离子的运动上面去吗？是不是准粒子只是数学上的概念，是用来描述很多电子原子离子这些粒子的集体运动模式，而要真正区分每个电子每个原子每个离子的运动以及他们之间的相互作用太复杂也没有意义？

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Everett (╮(╯▽╰)╭~(=￣ U ￣=)~) 组长 2015-09-11 01:01:57

当然可以，固体中所有的准粒子只能来源于电子和离子的运动。

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留空物理学探索者 2015-09-12 21:59:29

这就像你和一个人打交道时，是不是非要把他想象成神经信号驱动肌肉、肌肉带动骨头运动的复杂机械呢？你可以这么看，这么看有时候也有好处，但你并不“一定”要这么看。

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smallandred (Let the Stars Decide) 2015-09-13 10:32:23

那么准粒子的运动都可以归因于电子原子离子的运动上面去吗？是不是准粒子只是数学上的概念，是用那么准粒子的运动都可以归因于电子原子离子的运动上面去吗？是不是准粒子只是数学上的概念，是用来描述很多电子原子离子这些粒子的集体运动模式，而要真正区分每个电子每个原子每个离子的运动以及他们之间的相互作用太复杂也没有意义？ ... Confused&Lost

我觉得“准粒子”是一套封装好的数学模型，接口预先流出来，这样不管你研究谁都可以用类似的数学手段去处理。这套封装之所以成立，就是因为你自己去算这些电子的运动模式的话，出来的结果和和按照准粒子处理没有太大的区别。如果有的话，这套封装就不能够成立，人们就会把这套方案扔了再换一套。

空穴跑得慢是因为价带经常比导带重，不是因为“人群一点一点挪动”之类的。实际上人群一点一点挪动的时候，空位的移动速率可以比人的挪动速率快很多

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豆友48865269 2015-09-21 11:45:12

[内容不可见]

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撼树的蚍蜉 (也无风雨也无晴) 物理学探索者 2015-09-24 14:04:44

Field theory is just an effective description of the physical system, if a human lives on the fermi surface, he (or she) would think both electrons and holes are fundamental particles, in some sense, the current universe is exactly like that, all so called particle are just fluctuations around the vacuum.

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