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物理代写|固体物理代写Solid Physics代考|PHYS440 Quantum theory of harmonic crystals

如果你也在 怎样代写固体物理Solid Physics PHYS440这个学科遇到相关的难题,请随时右上角联系我们的24/7代写客服。固体物理Solid Physics是通过量子力学、晶体学、电磁学和冶金学等方法研究刚性物质或固体。它是凝聚态物理学的最大分支。固体物理学研究固体材料的大尺度特性是如何产生于其原子尺度特性的。因此,固态物理学构成了材料科学的理论基础。它也有直接的应用,例如在晶体管和半导体的技术中。

固体物理Solid Physics是由密密麻麻的原子形成的,这些原子之间有强烈的相互作用。这些相互作用产生了固体的机械(如硬度和弹性)、热、电、磁和光学特性。根据所涉及的材料及其形成的条件,原子可能以有规律的几何模式排列(晶体固体,包括金属和普通水冰)或不规则地排列(非晶体固体,如普通窗玻璃)。

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物理代写|固体物理代写SOLID PHYSICS代考|Quantum theory of harmonic crystals

Moving to a quantum description, as simple as it may appear, represents a major conceptual step forward in our search for a truly fundamental description of lattice dynamics. To appreciate its relevance, we anticipate a result more extensively discussed in the next chapter. The specific heat of a crystal described as an assembly of classical harmonic oscillators is calculated to be independent of temperature (Dulong-Petit law). Contrary to this prediction, experimental measurements provide evidence that the specific heat becomes vanishingly small as $T \rightarrow 0$, thus proving that it is in fact temperature-dependent. Only a full quantum treatment is able to reconcile theoretical predictions to measurements.

Based on the theory developed in the previous section, we will agree to describe each classical (sq) vibrational mode as a quantum one-dimensional harmonic oscillator [1-3] whose energy is restricted to the values $\left(n_{s \mathbf{q}}+1 / 2\right) \hbar \omega_{s}(\mathbf{q})$ where $n_{s \mathbf{q}}=0,1,2, \ldots$ is the vibrational quantum number and $\omega_{s}(\mathbf{q})$ is obtained by diagonalising the dynamical matrix. Since the vibrational energy levels are equally spaced, we can look at the state with energy $\left(n_{s \mathbf{q}}+1 / 2\right) \hbar \omega_{s}(\mathbf{q})$ as a single $n_{s q}$ th excited state or, equivalently, as the state obtained by adding $n_{s q}$ identical energy quanta $\hbar \omega_{s}(\mathbf{q})$. We will adopt this second approach since it is especially effective in describing the dynamical and thermal characteristics of a crystal lattice through the properties of $a$ gas of pseudo-particles, hereafter named phonons. This choice introduces a corpuscular description of lattice dynamics, where phonons are the energy quanta of the ionic displacement field .

物理代写|固体物理代写SOLID PHYSICS代考|Experimental measurement of phonon dispersion relations

The experimental determination of the $\omega=\omega_{s}(\mathbf{q})$ dispersion relations over the entire $1 \mathrm{BZ}$ needs a probe fulfilling two conditions: (i) its wavelength must be comparable with the typical interatomic distances in the crystal structure and (ii) its energy must be of the same order of typical phonon quanta $\hbar \omega_{s}(\mathbf{q})$, which range mostly in the interval $\left[1,10^{2}\right] \mathrm{meV}$. Optical probes are unsuitable: $x$-rays have the right wavelength, but a too high energy of the order $\mathcal{O}\left(10^{4} \mathrm{eV}\right)$; other kinds of photons, instead, can only explore the $\mathbf{q} \sim 0$ region of the Brillouin zone, i.e. they can only detect (some) zone-centre phonons. A probe consisting in a flux of electrons is also impractical for a twofold reason: (i) their surface scattering is very strong and, therefore, they are unable to probe the bulk region of the crystal; (ii) multiple scattering is likely to occur in the case of electrons and this makes the analysis of the experiment a very challenging task. In contrast, both requirements of suitable wavelength and energy are guaranteed by a flux of thermal neutrons which have typical wavelengths of the order of just a few $\AA$ and energies in between a few and a few tens of meV. Accordingly, neutron spectroscopy is the most powerful technique for measuring the phonon dispersion relations $[16,17]$.

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固体物理代写

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转向量子描述,尽管看起来很简单,但它代表了我们在寻找晶格动力学真正基本描述的过程中迈出了重要的概念一步。为了理解它的相关性,我们预计下一章会更广泛地讨论一个结果。被描述为经典谐振子组件的晶体的比热被计算为与温度无关(Dulong-Petit 定律)。与这个预测相反,实验测量提供了证据,表明比热变得非常小,因为吨→0,从而证明它实际上与温度有关。只有完整的量子处理才能使理论预测与测量结果相一致。

基于上一节中发展的理论,我们同意将每个经典 (sq) 振动模式描述为一个量子一维谐振子 [1-3],其能量被限制为(nsq+1/2)ℏ哦s(q)在哪里nsq=0,1,2,…是振动量子数和哦s(q)是通过对动态矩阵进行对角化获得的。由于振动能级是等距分布的,我们可以用能量来观察状态(nsq+1/2)ℏ哦s(q)作为一个单nsq激发态,或者等效地,通过添加获得的状态nsq相同的能量子ℏ哦s(q). 我们将采用第二种方法,因为它在通过以下特性描述晶格的动力学和热特性方面特别有效一个赝粒子气体,以下称为声子。这种选择引入了晶格动力学的微粒描述,其中声子是离子位移场的能量子。

物理代写|固体物理代写SOLID PHYSICS代考|Experimental measurement of phonon dispersion relations

的实验测定哦=哦s(q)整体上的色散关系1BZ需要一个满足两个条件的探针:(i)它的波长必须与晶体结构中典型的原子间距离相当;(ii)它的能量必须与典型的声子量子的数量级相同ℏ哦s(q),其范围大多在区间[1,102]毫伏特. 光学探头不适合:X- 射线具有正确的波长,但能量级太高○(104电子伏特); 相反,其他种类的光子只能探索q∼0布里渊区的区域,即它们只能检测(一些)区域中心声子。由电子流组成的探针也是不切实际的,原因有二:(i)它们的表面散射非常强,因此,它们无法探测晶体的主体区域;(ii) 在电子的情况下可能会发生多重散射,这使得实验分析成为一项非常具有挑战性的任务。相比之下,对合适波长和能量的要求都是由热中子通量保证的,这些热中子的典型波长只有几个数量级\AA和在几到几十 meV 之间的能量。因此,中子能谱是测量声子色散关系最有力的技术[16,17].

物理代写|固体物理代写Solid Physics代考

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微观经济学代写

微观经济学是主流经济学的一个分支,研究个人和企业在做出有关稀缺资源分配的决策时的行为以及这些个人和企业之间的相互作用。my-assignmentexpert™ 为您的留学生涯保驾护航 在数学Mathematics作业代写方面已经树立了自己的口碑, 保证靠谱, 高质且原创的数学Mathematics代写服务。我们的专家在图论代写Graph Theory代写方面经验极为丰富,各种图论代写Graph Theory相关的作业也就用不着 说。

线性代数代写

线性代数是数学的一个分支,涉及线性方程,如:线性图,如:以及它们在向量空间和通过矩阵的表示。线性代数是几乎所有数学领域的核心。

博弈论代写

现代博弈论始于约翰-冯-诺伊曼(John von Neumann)提出的两人零和博弈中的混合策略均衡的观点及其证明。冯-诺依曼的原始证明使用了关于连续映射到紧凑凸集的布劳威尔定点定理,这成为博弈论和数学经济学的标准方法。在他的论文之后,1944年,他与奥斯卡-莫根斯特恩(Oskar Morgenstern)共同撰写了《游戏和经济行为理论》一书,该书考虑了几个参与者的合作游戏。这本书的第二版提供了预期效用的公理理论,使数理统计学家和经济学家能够处理不确定性下的决策。

微积分代写

微积分,最初被称为无穷小微积分或 “无穷小的微积分”,是对连续变化的数学研究,就像几何学是对形状的研究,而代数是对算术运算的概括研究一样。

它有两个主要分支,微分和积分;微分涉及瞬时变化率和曲线的斜率,而积分涉及数量的累积,以及曲线下或曲线之间的面积。这两个分支通过微积分的基本定理相互联系,它们利用了无限序列和无限级数收敛到一个明确定义的极限的基本概念 。

计量经济学代写

什么是计量经济学?
计量经济学是统计学和数学模型的定量应用,使用数据来发展理论或测试经济学中的现有假设,并根据历史数据预测未来趋势。它对现实世界的数据进行统计试验,然后将结果与被测试的理论进行比较和对比。

根据你是对测试现有理论感兴趣,还是对利用现有数据在这些观察的基础上提出新的假设感兴趣,计量经济学可以细分为两大类:理论和应用。那些经常从事这种实践的人通常被称为计量经济学家。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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