量子限域效应

一：量子限域效应的效应介绍

1961 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。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。1986年Halperin对久保( Kubo)理论进行了较全面的归纳，并用这一理论对金属超微粒子的量子尺寸效应进行了深入的分析。研究表明随粒径的减小，能级间隔增大。能带理论表明，金属费米能级附近电子能级一般是连续的，这一点只有在高温或宏观尺寸情况下才成立。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，对于宏观物体包含无限个原子( 即导电电子数N → ∞ )，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，包含的原子数有限，N值很小，这就导致δ有一定的值，能级间距发生分裂

二：量子限域效应的介绍

当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。

三：什么是介电限域效应？ 5分

介电限域效应

随着纳米晶粒粒径的不断减小和比表面积不断增加，其表面状态的改变将会引起微粒性质的显著变化。例如，当在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时，相对裸露于半导体纳米材料周围的其它介质而言，被包覆的纳米材料中电荷载体的电力线更易穿过这层包覆膜，从而导致它比裸露纳米材料的光学性质发生了较大的变化，这就是介电限域效应。当纳米材料与介质的介电常数值相差较大时，便产生明显的介电限域效应，此时，带电粒子间的库仑作用力增强，结果增强了电子-空穴对之间的结合能和振子强度，减弱了产生量子尺寸效应的主要因素——电子-空穴对之间的空间限域能，即此时表面效应引起的能量变化大于空间效应所引起的能量变化，从而使能带间隙减小，反映在光学性质上就是吸收光谱表现出明显的红移现象。纳米材料与介质的介电常数相差越大，介电限域效应就越明显，吸收光谱红移也就越大。近年来，在纳米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均观察到了红外振动吸收。