电子的故事

电子的故事科学世界观系列讲座李志兵话题1.关于电子的猜想和证据2.电子的发现3.量子理论4.真的和假想的实验5.电子场致发射故事1.1899,Thomson2.1911,Rutherford3.1913,Millikan4.1913,Bohr5.1923,deBroglie6.1925,Pauli,Heisenberg,Uhlenbeck,Goudsmit7.1926,Schroedinger,Born,Dirac,Jordan,Fermi8.1927,Davisson,Germer,Thomson9.1928,Dirac,Jordan,Wigner10.1929-1930，赵忠尧；1932，Anderson11.1943-1949，朝永振一郎，Schwinger,Feynman12.1950-,Moellenstedtetal,Akiraetal,Merlietal1.关于电子的猜想和证据•电的现象（汉代）“（王毒）瑁吸（木若）”，《汉书》“矛端生火”•电子的猜想1729-1733，Gray（英）发现导体，duFay（法）发现有两种电。1747，Franklin（美）实验指出电荷守恒。他还发明了避雷针。1867，Priestley（英）提出，1784,Coulomb（法）证实反平方律。电磁理论JamesClerkMaxwell(1831-1879,Scotland)HendrikAntoonLorentz(1853-1928Netherlands)电是一种流体？还是粒子？1858，Pluecker，1876，Goldstein（德），阴极射线，以太波；受Hertz支持（于1887证实电磁波，但没有发现阴极射线的电偏转）。1871，Varley（英）阴极射线在磁场中偏转（带负电），提出微粒说；得到Crookes（英）的支持。1897，LordKelvin(W.Thomson英):“电是一种连续的、均匀的液体”。2.电子的发现SirJosephJohnThomson（1856-1940，英）9.0~4.0/em1897：Gas.ValueofW/Q.I.m/ev.Tube1.Air4.6x1011230.57x10-74x109Air1.8x1012350.34x10-71x1010Air6.1x1011230.43x10-75.4x109Air2.5x1012400.32x10-71.2x1010Air5.5x1011230.48x10-74.8x109Air1x1012285.4x10-77x109Air1x1012285.4x10-77x109Hydrogen6x1012205.35x10-76x109Hydrogen2.1x1012460.5x10-79.2x109Carbonicacid8.4x1011260.4x10-77.5x109Carbonicacid1.47x1012340.4x10-78.5x109Carbonicacid3.0x1012480.39x10-71.3x1010Tube2.Air2.8x1011175.53x10-73.3x109Air4.4x1011195.47x10-74.1x109Air3.5x1011181.47x10-73.8x109Hydrogen2.8x1011175.53x10-73.3x109Air2.5x1011160.51x10-73.1x109Carbonicacid2x1011148.54x10-72.5x109Air1.8x1011151.63x10-72.3x109Hydrogen2.8x1011175.53x10-73.3x109Hydrogen4.4x1011201.46x10-74.4x109Air2.5x1011176.61x10-72.8x109Air4.2x1011200.48x10-74.1x109Tube3.Air2.5x1011220.9x10-72.4x109Air3.5x1011225.7x10-73.2x109Hydrogen3x10112501.0[sic-CJG]x10-72.5x109J.J.Thomson：把原子拆开——带电。1896，P.Zeeman（1865-1943，Lorentz的学生）发现外磁场下钙原子光谱线一分为3。Lorentz用他的电子论作了解释，并得到Zeeman据此得到和Thomson一致的荷质比。mceB4/原子中的电子SirErnestRutherford(1871-1937，英，J.J.Thomson的研究生）1898-1899，发现铀衰变至少辐射两种射线，1899已有多人发现射线在电场和磁场中的偏转（包括Becquerel和居里夫妇，法）。αβ1911电荷的数值RobertAndrewsMillikan(1868-1953美)1906-1917，测量e1913油滴实验测得e=0.4774电荷是量子化的！3.量子理论MaxPlanck(1858-1947)：1901，黑体辐射——能量子AlbertEinstein（1879-1955）：1905,黑体辐射、光电效应、荧光——光子；1906，固体比热原子中的电子行为1901,Perin原子行星模型;1903,长岗半太郎土星模型1911,Rutherford证实行星模型。原子为什么会稳定？1913，NielsBohr(1885-1962)1924,WolfgangErnstPauli(1900-1958)自旋反常Zeeman效应1921，A.Sommerfeld,A.Lande:碱金属原子实1/2角动量。1924，W.Pauli:原子实没有角动量，而价电子有一个2值自由度——不相容原理。自旋的提出：1925年初，R.Kronig，被Pauli、Heisenberg否定。1925，10月G.E.Ulenbeck和S.Goudsmit，得到Bohr、Ehrenfest支持。S=1/2电子波P.deBroglie（1892-1987法）1923-1925mh/mh/1921-1928,C.J.Davisson(1925+H.Germer)1928,G.P.ThomsonM.Born,F.Hund,1925,W.Elsasser1926Oxifordconf.量子力学192519261928ipxBABAPˆ,ˆˆ,ˆ,),(ˆ),(trHtrtimiti什么意思？实在性？概率性？4.真的和假想的实验态迭加杨氏双缝干涉（1801）Tuebingen大学的蜘蛛1950‘sG.Moellenstedt&H.Dueker1961C.Joensson(Moellenstedt的研究生)5slitsClausJoesson单电子双缝衍射5.场致电子发射Dr.Meyyappan:NASAlooksatnewcomputinganddatastoragetechnologies–novel,innovativeones–whichmaypayoffin15or20years.So,forthatcarbonnanotubeisacandidate.Andcarbonnanotubeinthatcasewouldreplacesiliconitself.（April14,2003）Nature，August2003IBM逻辑门(Naturematerials,November2002)2.材料新型冷光源,场发射大屏幕显示器像素管：NEC，中山大学FED彩显:SAMSUMG,NORITAKE，LG，工研院（台湾）直接生长型碳纳米管FED（清华）CVD生长阴极初步显示效果印刷型碳纳米管FED（三星）阴极形貌样机显示效果(5inches)新型原子力显微镜探针哈佛大学中山大学SEMTEMSEMW电子全息杨氏干涉条纹——可望发展出量子图象显微镜Oshimaetal.,Phys.Rev.Lett.88,2002中山大学Phys.Rev.Lett.92,246103,2004,B.Choetal纳微场致发射器件中的MultiscaleA10~1nmSEMDDFabinitio差分，有限元碳纳米管尖端的电子分布I-V曲线