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量子尺寸效应计算方法-量子尺寸效应计算方法有哪些

量子计算 4周前 (11-25) 25

本篇文章给大家分享量子尺寸效应计算方法，以及量子尺寸效应计算方法有哪些对应的知识点，希望对各位有所帮助。

文章信息一览：

日本科学家久保提出过能级间距和金属颗粒直径的关系，并给出了著名Kubo公式：δ =EF/3N 式中：δ为能级间距；EF为费米能级；N为总电子数。

量子尺寸效应的基本理论包括久保理论、居里温度和磁化率，久保理论是针对金属超微颗粒费米面附近电子能级状态分布而提出的，对小颗粒的大***体的电子能态做了两点假设，居里温度是材料磁性的重要参数，磁化率是材料磁化难易程度的标志，这三个方面对进一步理解量子尺寸效应的概念有很好的帮助。

（图片来源网络，侵删）

年，日本的久保（Kubo）及其合作者在研究金属纳米粒子时提出了著名的久保理论，提出了纳米粒子所具有的独特的量子限域效应。

年，Halperin基于久保（Kubo）理论，对金属超微粒子的量子尺寸效应进行了深入剖析，指出随粒子尺寸减小，能级间隔逐渐增大。传统上，金属费米能级附近的电子能级被认为是连续的，但在微观尺度或低温情况下，情况有所不同。超微粒子，由于其有限的导电电子，低温下能级变得离散。

量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级也就是能级劈裂或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。英文名称：The quantum size effect。

（图片来源网络，侵删）

量子尺寸效应是指当粒子尺寸减小到一定程度时，其费米能级附近的电子能级由连续变为离散，即能级发生劈裂的现象。这种现象通常只在纳米尺度的粒子中出现。

当粒子尺寸减小到特定范围，一些独特的现象，如金属费米能级附近的电子能级从连续状态转变为离散能级，以及纳米半导体微粒中出现的不连续最高被占据和最低未被占据的分子轨道能级，都被称为量子尺寸效应。20世纪60年代，久保（Kubo）通过一电子模型推导出金属纳米晶粒的能级间距δ的公式：δ=4Ef/3N。

量子尺寸效应，一个被赋予英文名称The quantum size effect的现象，其核心概念涉及到粒子尺寸的微妙变化。当粒子的尺度缩小到一个特定的界限，一个关键转折点发生：费米能级附近的电子能级的特性发生了转变，从原本的准连续状态转变为离散的能级分布，或者能隙的宽度明显增加。

这种再构会改变表面及近表面区的对称性，并影响所有对结构敏感的性质。同时随着尺寸的减小，颗粒比表面积和表面能增加，使得颗粒表面的活性大大提高，由此产生所谓超细粉体的表面效应。后者指：当颗粒尺寸减小到某一值时，金属费米能级附近，相邻的电子能级由准连续态变为离散态的现象。

1、当粒子尺寸减小到特定范围，一些独特的现象，如金属费米能级附近的电子能级从连续状态转变为离散能级，以及纳米半导体微粒中出现的不连续最高被占据和最低未被占据的分子轨道能级，都被称为量子尺寸效应。20世纪60年代，久保（Kubo）通过一电子模型推导出金属纳米晶粒的能级间距δ的公式：δ=4Ef/3N。

2、δ=4Er/3N 对于只有有限个导电电子的超微粒子来说，低温下能级是离散的，对于宏观物质包含无限个原子（即导电电子数N→∞），由上式可得能级间距δ→0，即对大粒子或宏观物体能级间距几乎为零；而对纳米粒子，所包含原子数有限，N值很小，这就导致δ有一定的值，即能级间距发生分裂。

3、当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

纳米材料的四大效应：表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。

纳米材料的四大特性包括：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。小尺寸效应：当纳米材料的尺寸减小到一定程度时，其物理属性会发生显著的变化。这是因为纳米材料表面的原子数与总体原子数的比例显著增加，从而导致了材料性质的改变。

表面效应（关键词：表面能增大，表面原子配位数减少）定义：微粒的表面积增大和所包含的表面原子数增多现象，称为表面效应。——纳米微粒由于尺寸小，比表面积较大，位于表面的原子占相当大的比例，产生很高的表面能和原子配位不足，使这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。

纳米材料具有四大效应：体积效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应。这些效应源于纳米材料独特的尺寸和结构。纳米材料是指至少有一维尺寸在纳米级别（0.1-100纳米）的材料，或者是由纳米级别的基本单元构成的材料。这种尺寸大约是10至100个原子紧密排列在一起的距离。

纳米材料有五大效应：体积效应；表面效应；量子尺寸；量子隧道；介电限域。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

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