谈点个人拙见。由于物理公理集的缺位,固体物理学对所谓元激发现象的处置方法,显得很经验化与碎片化。我与题主一样,希望追究元激发的物理学原理。
元激发,或准粒子。主流固体物理认为,能量靠近基态虚粒子的低激发态,可以将其看成一些独立的激发单元集合,具有确定的能量和波矢。
我认为元激发的物理本质,可理解为谐振子震荡,推涌基态虚粒子(basal virtual particle)所形成的高能虚粒子簇,根据Casimir效应与麦克斯韦方程,可以认为就是真空涟漪量子簇,简称涟漪簇(rippons)。
可以抽象:元激发、激元、准粒子、虚粒子、波量子、场量子、玻色子,都是异名同指的不同能态的真空涟漪子(簇)。以下就典型玻色子,作为元激发的集合量子,逐一简析。
一,引力子(graviton),来自电子与核子自旋所激发的真空场,是一个基态真空涟漪子,也是微波背景辐射的一个量子。质量m0≈1.26e-39kg,波长λ0=7.35cm。
二,光子(photon),来自电子绕旋所激发的真空场,是6.4e8个涟子的簇,光子质量从略。
三,声子(phonon),来自离子&离子相互作用引起晶格振动所激发的真空场。声子质量从略。
三,磁振子(magnon)。来自磁性材料中的自旋&自旋相互作用引起的自旋波的元激发。 每激发一个磁振子,相当于一个自旋的翻转。其能量E与相应自旋波频率ω满足E=(n+1/2)ω,n为对应频率为ω的自旋波的平均磁振子数。
四,等离子激元(plasaron),来自金属中电子气相互作用引起的等离子体集体振荡。等离子激元的质量从略。
五,极化激元(polariton)——耦合波的涟子簇。光照射离子晶体时将激发横向的电磁场,对离子晶体中光频支横波振动产生影响,特别是当光子频率w=kc与横波光学模声子的频率wt相近时,两者的耦合或共振很强。
六,极化子(polaron)——极化场的涟子簇。来自离子晶体中的慢电子与光学模纵声子相互作用而形成的。一个在离子晶体中缓慢移动的电子与正、负电荷离子之间的Coulomb作用,将使其周围晶格极化,形成围绕电子的极化场。
七,激子(exciton)——束缚场的涟子簇。 由于吸收光子在固体中产生的可移动的束缚的电子空子对。在光跃迁过程中,被激发到导带中的电子和在价带中的空穴由于库仑相互作用,将形成一个束缚态,称为激子。 激子质量从略。
通常有Wannier激子和Frenkel激子,前者电子和空穴分布在外空间,库仑束缚较弱,主要在半导体中;后者电子和空穴束缚在体元胞范围内,库仑作用较强,主要在绝缘体中。
八,胶子(gluon),来自核子自旋波激发的真空场。其它介子如π,μ,W,Z涉及高能电子自旋与绕旋激发的真空场。介子质量从略。
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