关于一维和二维固体介绍

[拼音]：yiwei he erwei guti

[外文]：one-and two-dimensional solids

某些固体材料具有很强的各向异性，表现出明显的一维或二维特征，统称为低维固体。其中包括：具有链状结构(例如聚合物TaS3、TTF-TCNQ等)或层状结构（例如石墨夹层、NbS2等）的三维固体;表面或界面层(例如半导体表面的反型层);表面上的吸附层（例如液氦表面上吸附的单电子层，石墨表面上吸附的惰性气体层）;薄膜和金属细丝等。按其物理性质这些材料可分为低维导体(例如一维导体TTF-TCNQ，二维导体AsF5的石墨夹层)，低维半导体（例如一维的聚乙炔），低维超导体（例如一维的BEDT-TTF、二维的碱金属石墨夹层），低维磁体（例如一维的CsNiF3、二维的CoCl2石墨夹层）等。

当然，由于在链之间或层之间仍存在着一些耦合，这些体系是准一维或准二维的。

近年来低维固体的研究取得了较快的发展，一个原因是许多有应用前景的新材料（例如聚合物、石墨夹层化合物、MOS电路等）具有一、二维的结构，另一个原因是一、二维体系具有三维体系所没有的一些物理特性。

一维导体对于电子—点阵相互作用是不稳定的，在低温下要变为半导体或绝缘体，这称为佩尔斯相变。由此还会形成一种新的元激发──孤子。在相变前能带半满的情形，带电孤子没有自旋，中性孤子有自旋。理论上还预言，在某些情况下孤子的电荷可以是电子电荷的分数倍。

二维电荷系统（半导体表面的反型层或异质结）处于强外磁场中时，随着磁场的变化，霍耳电阻阶跃地变化:n是整数(1980年发现)或有理分数(1982年发现)，h是普朗克常数，RH是霍耳系数，e是电子电荷。这称为量子化霍耳效应，其物理原因还正在研究中。三维体系的霍耳电阻随磁场连续变化。

对于短程相互作用的二维体系，在热力学极限下，温度高于绝对零度时不存在长程序，从而也没有与该长程序相对应的相变（例如铁磁—顺磁相变、正常态—超导态相变等）。但是，某些二维体系可发生另一种相变，是由涡旋状的元激发（例如液氦薄膜中的涡旋流线，二维点阵中的位错等）引起的，在低温下正负涡旋相互吸引而形成束缚对，当温度超过某临界温度后，束缚对被热运动所拆散而出现独立运动的涡旋，与此对应的相变过程称为科斯特利兹－索利斯(Kosterlitz－Thouless)相变，简称K-T相变。

1979年在液氦表面所吸附的单电子层中，观察到低密度电子气所形成的六角形电子点阵，证实了E.P.维格纳在30年代的理论预言，它是目前最理想的二维固体。

二维等离子体和三维的也很不一样。对于长波的振荡频率，前者趋向于零，后者趋向于（这里n是电荷密度，m是粒子质量）；对于屏蔽后的电势，前者是四极矩势，后者是指数衰减。