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6.728 2002秋季课程:应用量子与统计物理(Applied Quantum and Statistical Physics, Fall 2002)


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翻译:马家骐(简介并寄信)、江名晃(简介并寄信)
编辑:曹福泓(简介并寄信)

A representative radial wave function of two electrons scattered in the collision of an electron with a hydrogen atom.
由于电子与氢原子碰撞所造成的典型双电子散射所造成的放射状波函数(此图形由国家能源研究科学计算中心所提供。)
A representative radial wave function of two electrons scattered in the collision of an electron with a hydrogen atom. (Image courtesy of National Energy Research Scientific Computing Center.)

课程重点

6.728 是属于本系所“元件、电路和系统”的集中选修 课程。此课程的特色是教师会指定一整套的作业以及有用的公式表格。此外,也会在课堂上提供学生需要使用的资料。

6.728 is offered under the department's "Devices, Circuits, and Systems" concentration. This course features a full set of homework assignments, as well as useful formula sheets, in addition to other materials used by students in the course.

课程描述

6.728包括基本量子力学及统计物理的概念。此课程介绍应用量子物理,强调量子力学的实验基础。这些概念包括:应用于自由粒子的薛丁格方程式、穿遂效应、谐振子、氢原子、变分法、费米─狄拉克(译注一)、波司─爱因斯坦(译注二)、波兹曼分布函数(译注三)、简单金属模型、半导体以及包括电子显微镜、穿透式扫瞄电子显微镜、热射极、原子力显微镜等的元件。

6.728 covers concepts in elementary quantum mechanics and statistical physics. The course introduces applied quantum physics and emphasizes an experimental basis for quantum mechanics. Concepts covered include: Schrodinger's equation applied to the free particle, tunneling, the harmonic oscillator, and hydrogen atom, variational methods, Fermi-Dirac, Bose-Einstein, and Boltzmann distribution functions, and simple models for metals, semiconductors, and devices such as electron microscopes, scanning tunneling microscope, thermonic emitters, atomic force microscope, and others.

译注一:
适用于费米粒子(Fermi particles)的分布函数。其中费米粒子指的是粒子全同且不可区分、自旋量子数为半整数、波函数为反对称者。(如电子
费米粒子的分布函数为:

上式表示在绝对温度时,费米粒子处于能态的数目或机率。

译注二:
适用于波司粒子(Boson particles)的分布函数。其中波司粒子指的是粒子全同且不可区分、自旋量子数为零或整数、波函数为对称者。(如光子声子)。
波司粒子的分布函数为:

上式表示在绝对温度时,波司粒子处于能态的数目或机率。

译注三:
适用于古典粒子(Classical particles)的分布函数。其中古典粒子指的是粒子可区分者。(如气体分子)。
古典粒子的分布函数为:

其中 A 为常数, T 为绝对温度,n为粒子数目或分布机率。

对以上三种分布函数作图,我们得到:

当ε << KT时,古典粒子分布介于波司分布与费米分布之间。当ε >> KT时,波司分布与费米分布趋近于波兹曼分布。

师资
讲师:
Vladimir Bulovic 教授

教材提供:
Terry Orlando 教授
上课时数

教师授课:
每周2节
每节1.5小时

复习/实习课:
每周1节
每节1小时

程度
研究所
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