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第3章：原子中的电子
第3章：原子中的电子3.1亚壳和原子轨道3.2电子构造3.3电离能量学习结果：（a）描述主量子数量为1、2和3的S，P和D轨道的数量和相对能量，以及4S和4P Orbitals的S，P和D轨道。（b）描述S和P轨道的形状。（c）使用第1S²2S²2P⁶等质子数（和电荷）陈述原子和离子的电子配置等。（d）（i）解释并使用一词电离能。（ii）解释影响元素电离能的因素。（iii）解释了整个周期表的电离能量的趋势。（e）从连续的电离能量数据中推导元素的电子配置。（f）根据该元素在周期表中的位置来解释元素的连续电离能量数据。
半导体中的电子和空穴
本章的标题和许多思想都来自一本开创性的著作，即威廉·肖克利的《半导体中的电子和空穴》[1]，该书出版于 1950 年，即晶体管发明两年后。1956 年，肖克利与布拉顿和巴丁共同因发明晶体管而获得诺贝尔物理学奖（图 1-1）。多年来，人们发现本章和下一章中介绍的材料对于深入了解各种半导体器件非常有用且必不可少。掌握这里介绍的术语、概念和模型将使您不仅能够理解当今存在的许多半导体器件，而且还能理解未来将发明的更多半导体器件。它还将使您能够与半导体器件领域的其他人进行知识交流。
是否有金属中的自由电子？
关于广泛接受的BCS超导理论的挑战可能是由于对自由移动电子和金属键的海洋的误解。根据这些概念，电阻大概是由电子振动和碰撞引起的。隐含地假设该模型，BCS理论表明，库珀对耦合电子可以最大程度地减少振动和电阻。但是，这提出了一个问题：如果离域电子负责将金属分子固定在一起，那么当电子在电流中移动时，金属结构如何保持稳定？放弃了这些传统模型，一种替代理论介绍了导体内等电气隧道的概念。在离间分子紧密的分子之间形成，这些隧道使电子能够以相同的能级跨分子移动，从而导致电流。代替导体中的自由电子，通常局限于各自分子内的轨道，低于访问这些导电隧道所需的能级。将电子抬高到隧道中需要能量，这表现为电阻。可以通过压缩分子间距来降低导体的电阻，从而最大程度地减少隧道和价轨道之间的间隙。随着额外的压力，该间隙可以进一步降低至零，从而导致隧道与价轨道相交。因此，电子可以自然进入隧道而无需额外的能量，从而导致零电阻（耐心）。该理论提供了超导现象的全面解释，包括Messner效应，临界电流密度，临界磁场，电阻率与压力之间的反比关系，以及为什么在高压下实现许多高温超导体。使用该理论，合成室温超导体的关键在于压缩分子距离。最佳方法可能涉及工程分子结构以利用特定分子之间的吸引力，从而最大程度地减少间隙。
是否有金属中的自由电子？
关于广泛接受的BCS超导理论的挑战可能是由于对自由移动电子和金属键的海洋的误解。基于这些概念，假定电阻是由导体中的电子振动和碰撞引起的。隐含地授予了该模型，BCS理论表明，库珀对耦合电子可以最大程度地减少其振动和抗性，从而导致超导性。但是，如果将电子电子负责将分子固定在金属键中，那么当电子在电流中移动时，金属结构如何保持稳定？这些模型的主要挑战是压力对电阻率和超导率的负面影响。放弃了这些模型，替代理论介绍了导体内等电式隧道的概念。在离间分子紧密的分子之间形成，这些隧道使电子能够以相同的能级跨分子移动，从而导致电流。电子，而不是自由移动，通常局限于其各自分子内的轨道，低于这些导电隧道的能级。将电子升入隧道需要能量，这表现为电阻。可以通过压缩分子间距来降低导体的电阻，从而最大程度地减少隧道和价轨道之间的间隙。随着额外的压力，该间隙可以进一步降低至零，从而导致隧道与价轨道重叠。因此，电子自然地驻留在隧道中，而无需向隧道提升能量，从而导致零电阻（零电导率）。该理论全面地解释了观察到的超导现象，包括Meissner效应，临界电流密度，临界磁场，电阻率与压力之间的逆关系以及为什么在高压下实现许多高温超导体。根据该理论，压缩分子距离是合成室温超导体的关键。最佳方法涉及工程分子结构以利用特定分子之间的吸引力，从而最大程度地减少了间隙。
相互作用的电子几乎紧密的TROTTERTION
我们考虑在数字量子计算机上模拟量子系统。我们表明，通过同时利用目标汉密尔顿的交换性，相互作用的稀疏以及初始状态的先验知识，可以通过利用量子模拟的性能来提高量子模拟的性能。我们实现了涵盖各种物理系统的一类相互作用的电子（包括平面波 - 巴西电子结构和费米 - 哈伯德模型）的动力化。我们通过在η-电子歧管中嵌套术语的嵌套换向器来估计模拟误差。我们开发了多种技术来界定一般费米子操作员的转移幅度和期望，这可能是独立的。我们表明，它可以使用N 5/3η2 / 3 + N 4/3η2 / 3 N O（1）< / div>
在超快时标的分子中控制电子
为了克服这一挑战，研究人员使用了Terahertz Light脉冲，这种光脉冲频率远低于可见光。这些脉冲会导致电子在分子和可以操纵单个分子的专用显微镜的金属尖端之间移动，从而使团队可以去除或添加电子。这种新方法提供了一种不仅以可控方式控制激子的方法，既快速又精确，而且还可以控制其他重要的分子状态，这些状态对于化学反应，能量传递和许多其他过程至关重要。该团队还证明了人眼看不见的Terahertz Light可以在分子中转化为可见光，从而揭示了一种新颖的方式，可以通过分子能量变化将一种类型的光转化为另一种光。
低能电子与...
自由电子和光场之间的相互作用构成了一个独特的平台，用于研究物质的超快过程并探索基本的量子现象。具体而言，超快电子显微镜中的光学调制电子作为无创探针，将时空 - 时间 - 能源分辨率推向涂料表 - attosecond-microelectronvolt范围。电子能量远高于所涉及的光子能量，通常使用低电子 - 光线耦合，因此，仅提供有限的量子非线性非线性现象的访问权限，这是纳米结构动态响应的基础。在这里，我们从理论上研究了光子和可比较能量的电子之间的电子光相互作用，揭示了量子和后坐力效应，包括将表面散射电子到光平面波的非散布耦合，无弹性电子反向散射的无弹性电子从受约束的光场进行了散射，并通过强烈的电气 - 光线 - 光线 - 光线 - 光线偶联不足的电子差异不足。我们对电子 - 光 - 物质相互作用的探索有可能在超快电子显微镜中进行应用。