龚昌德 玻色子和费米子

龚昌德
百科名片
龚昌德龚昌德 物理学家。南京大学教授。现任南京大学理学院院长。2005年当选为中国科学院院士。 1932年生于江苏省南京市。1953年毕业于复旦大学物理系。 长期从事固体物理的理论研究。早期与合作者利用反演技术求解Eliashberg方程，获得较精确的强耦合超导临界温度的公式。

目录

中科院院士、物理学家基本资料
个人简历
人物贡献
个人讲座
研究领域
研究方向
学术论文
个人荣誉中科院院士、物理学家 基本资料
个人简历
人物贡献
个人讲座
研究领域
研究方向
学术论文
个人荣誉
展开 编辑本段中科院院士、物理学家
　　
基本资料
　　姓名：龚昌德 　　性别：男 　　出生：1932年 　　职业：教授 　　籍贯：江苏南京人 　　毕业：复旦大学物理系 　　历任：南京大学副教授
个人简历
　　1953年毕业于复旦大学物理系。历任南京大学副教授、教授，国务院学位委员会第二届学科评议组成员，江苏省物理学会第四届理事长。 　　多年致力于量子多体理论、凝聚态理论、低维系统的理论研究，在超导理论的研究方面获得成果。著有《热力学与统计物理》，合著《量子统计的格林函数理论》。 　　1953.9-1955.1在华东水利学院任教师 　　1955.2-1961在南京大学物理系任助教 　　1961-1978在南京大学物理系当讲师 　　1978-1981在南京大学物理系任副教授 　　1981-现在在南京大学物理系任教授 　　1981-现在在南京大学物理系任博士生导师 　　1987-1992在意大利国际理论物理中心协联任教授 　　1986-1987在中国高科技中心任特别成员 　　1993-1996在国际J.Low.Temp.Phys.杂志任编委 　　1984-1992在中国《低温物理学报》任副主编 　　1986-现在在《中国物理快报》、《物理学报》、《Commun.Theor. Phys.》任编委 　　

编辑本段人物贡献
　　较早提出二维层状结构引起的范霍夫奇异性对高温超导电性会有重要影响，与合作者分析了氧化物超导体的同位素效应，说明仅靠电－声子机制和范霍夫奇异性不能解释高温超导电性，否定了当时国际上这一观点。 　　合作研究了由于准二维结构和反铁磁背景，范霍夫奇异性对高温超导体载流子色散规律、压力效应和输运性质的影响。改进了关于高温超导电性的t-j模型的Green函数方法，考虑了有限关联长度的反铁磁背景，证明了t-j模型可以导出某些非费米液体特性，还证明了t-j模型不能满意地解释光电子能谱和中子散射的实验。 　　与合作者较系统地研究了锰氧化合物的电－声子耦合和空穴－轨道子耦合，以及静态和动态Jahn-Teller效应。 　　

编辑本段个人讲座
　　龚昌德从牛顿的第二定律及万有定律(万有引力常量G)说起，详细地谈了它们的适用范围，从这出发，漫谈物理。 　　从简单的机械运动说起了稍微复杂的电磁运动，以一个电荷静止，匀速运动，加速运动产生的现象(场)为例，引入基本电荷单位e，还讨论了对对称性的看法，“该对称时就对称,不对称时就不对称！”。 　　从单体运动-->少体-->多体运动，单自由度-->多自由度,聊起了热,∑1/2mv^2~kT看好:k--玻尔兹曼常量；从低速运动到高速运动，自然会提到相对论,引出光速c，从宏观到微观，普朗克常量。 　　还讲了惯性，但没仅限m，说了电磁中的“惯性”愣次定律。也举了热力学中的例子，对气缸加砝码。还引导人们想原子物理中的惯性。 　　龚昌德建议多观注点天体物理--天然的实验室，当然了这是一个引子。 　　

编辑本段研究领域
　　
固体中某种振动或波的能量量子。固体物理中的元激发或准粒子的概念和粒子物理中的“物理”粒子或重正化了的粒子的概念相似。在固体这样一种有复杂相互作用的多体系统中，常常有一些激发态的性状可以近似地类比于一些自由粒子，虽然这些激发态是有相当复杂内在结构的集体状态。 　　元激发与准粒子:声子也许是一个最为人们熟知的例子。固体的原子之间有强的相互作用，每个原子都只能在阵点附近作微小振动，每个原子的运动都要牵动周围的原子，以点阵波的形式在晶体中传播。 　　在简谐近似下，点阵振动可以看作是一系列相互独立的简谐振动的叠加，每种简谐振动对应于一种点阵波，有自己的频率和波矢，它的能量变化是量子化的，能量量子叫做声子（见点阵动力学）声子具有能量（是普朗克常数除以2,是相应点阵波频率），和准动量k（k是相应点阵波的波矢）。 　　但波矢空间只定义在第一布里渊区内，准动量守恒也只准确到可以相差一个倒易点阵矢量。声子是一种玻色子，遵从玻色统计。由于每种简振模式可以处于任意激发态，所以声子的数目是不确定的。只要非谐作用不很强，也可以把非谐作用用引入声子之间的相互作用来描写（见非谐相互作用）。 　　
这样一来，通过引入简正坐标──点阵波模式，相互作用的原子系统的小振动，即这个系统的低激发态，可以近似看作是一个没有相互作用(或只有弱的相互作用)的准粒子──声子──的系统。这个相互作用的原子系统的热力学性质和近于平衡的某些非平衡过程都可以用声子系统的热力学和输运过程来讨论。金属中的电子气也是一个有很强的相互作用的多粒子系统。一个运动着的单电子，由于泡利不相容原理和静电库仑作用，要排斥周围的负电荷──电子，因而其周围就好像裹上一层正电荷的“云”。 　　正电荷云屏蔽了该电子和其他电子间的库仑作用，使电子-电子间的作用从长程的库仑作用变成短程的屏蔽库仑作用。同时，这团裹在外面的正电荷云修正了单电子的有效质量。这种由电子和相随的正电荷云组成的复合体称为准电子。如果考虑屏蔽库仑作用引起的散射,准电子有一定寿命;对动量离费密面较远的准电子，寿命太短，使准电子的概念失去意义。因此，对相互作用的电子气，近于基态的激发态中，有一种可以近似看作是近独立的单粒子型的激发──准电子，它遵守费密统计。
编辑本段研究方向
　　
在相互作用的电子气中还会有另一类型的集体激发：考虑一个进入电子气中的电子，它排斥的负电荷──电子──会被剩下的正电荷吸引，这会导致正负电荷的往返振荡。这种振荡波矢为零称等离子体振荡，类似于前述的点阵振动，它的能量也是量子化的,这个振荡量子叫做等离激元；它也是一种玻色子。如果进入电子气的电子有足够的能量，就可以激发出这种准粒子。 　　准粒子的相互作用和固体的性质：各类准粒子之间也会有相互作用金属中的电子不仅排斥其他电子，还会吸引周围的正离子，正离子的位移可以表示为点阵简正坐标的叠加,这便是电子和声子的耦合这种耦合也要改变运动电子的有效质量。这样考虑的电子就不仅是电子和周围正电荷的复合体，而是它们和伴随的点阵的极化的复合体，但在电子能量不太高时,它还可看作是一个准电子。 　　考虑电子-声子的耦合，不仅会改变准电子的内容与参量，而且还会改变准电子之间的相互作用一对电子之间可通过交换声子而进行能量和动量的传递，已经证明，对金属来说,在费密面附近一薄层内的电子,这种作用是吸引作用如果这种交换声子而固体中的元激发。产生的吸引作用，超过电子间的屏蔽库仑作用，则费密面附近的电子之间便是互相吸引的。在这种情况下多粒子系统的单粒子激发谱会发生本质的变化。 　　因为在费密面附近一对吸引的粒子会形成束缚态，或更确切一些说，吸引作用会导致粒子系统的负的相关能，结果这部分在费密面附近一薄层内的电子的能量要比正常态的低，我们称这部分电子为凝聚相。如果激发的电子的动量是费密动量，激发能量也不是零。 　　
这样单粒子激发的能谱就和前述准电子的能谱有本质不同：在基态与单粒子激发态之间出现能隙。在这个情况下，系统成为超导相(见超导电性、超导微观理论)超导态的单粒子激发谱是温度的函数，温度升高就有更多的凝聚相里的粒子激发为准粒子，凝聚相相关能随之减小，到某个临界温度时,能隙减小到零，单粒子激发谱又变回到通常的准电子能谱显然，超导态的准粒子数目并不守恒以上一些例子告诉我们，作为多体系统的集体运动的一种模式的准粒子，不仅其能量动量关系可能与平常的粒子不同，而且有时也可以没有粒子数守恒的要求。 　　金属中电子气体的各类元激发的概念是在朗道提出的正常费密液体基础上发展起来的。朗道理论普遍说明了低温下一个相互作用费密粒子系统的性状，可以用一些只有弱相互作用的准粒子系统的性状来表达。这不仅为理解金属性质提供了理论基础；而且对研究He的量子流体性质，甚至对研究重原子核的特性和认识某些天体的特性都起了重要影响。 　　元激发的概念对理解半导体和绝缘体的性质也很重要。在有离子性的半导体中，载流子对正负离子的作用是相反的，结果形成围绕它的点阵的电极化场，这实质上是电子和光频支声子的耦合。这种耦合形成新的复合体，称作极化子。它其实是在这种情况下的准电子。 　　如果这个晶体是立方点阵，库仑作用耦合的是纵向光频支声子。不仅对认识电子的运动，就从认识光波与晶体的相互作用来说，准粒子的概念也很重要。如果点阵振动能产生伴随的电偶极矩，光波与这个电偶极矩的作用实质上便是光子与某几支声子的耦合，这引起点阵对光的吸收与色散现象。 　　假如某一支光频声子能和光耦合，那么,对于满足方程(k)=k的波矢k附近的点阵波来说，它和光波的耦合由于两者的频率与波矢都近于相等，而变得很强；这时就形成一种新的激发模式，它其实是点阵波与光波的耦合波，对应的元激发称极化激元。 　　这是黄昆在1950年首先提出的。假如光波的频率近于或大于禁带宽度，在晶体中它就会产生电子和空穴。但带负电荷的电子与带正电荷的空穴之间有库仑吸引作用,它们会组成电子-空穴对的束缚态,就好像一个氢原子一样。这种束缚态称作激子,它是电中性的，在晶体中传输时将不能运载电流，但可以运载能量。激子有自己的质心动量和质心动能，相当于一个质量为+的粒子（是电子有效质量，是空穴有效质量）。 　　束缚态能量是一些分立的值，激子对光的吸收表现为在带间吸收边下面的一些吸收峰。