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习题：刘老师请假，收齐后直接给我。1.补充部分的哪些材料的性质在课本中提到过？2.Simion软件的功能？3.材料中电子静止。入射的正电子在材料中逐渐损失能量而趋于静止，同周围的负电子发生湮灭而产生一对γ光子，试计算其能量。4.简述PMT的工作原理。其特点与本课介绍的那种材料性质有关？5.看懂48页右侧两张图，说明为什么HPD的性能优于PMT？6.计算直径为20nm、60nm的金纳米粒子的质量，与测量值对比。1.自由电子准经典近似2.自由电子的量子理论朗道能级3.晶体中电子的有效质量近似

在有效质量近似的框架内，前面我们对自由电子的讨论可以推广到晶体中的电子，只需用电子的有效质量m*代替自由电子的质量m即可。一般半导体材料中，在导带底和价带顶附近常常可以采用有效质量近似。对有些金属材料（如碱金属）有时也可以采用。聚焦1.晶体中电子在磁场中运动时，使用有效质量近似，其哈密顿量为一些金属Hall系数的理论值与实验值LiNaKAlInRH实验

（10－24CGS）-1.89-2.619-4.946+1.136+1.774RH理论

（10－24CGS）-1.48-2.603-4.944-1.135-1.7802.m*<0-em*=e|m*|可解吴杭生院士形容1.某处的m*=马的质量＋腾起的沙土的质量。2.沙土不随马移动，马离开后沙土尘埃落定。3.马－自由电子，沙土－晶体场。4.不同地方腾起的沙土的质量不同－m*不同。成功四、电子回旋共振和DeHaas－VanAlphen效应1.电子回旋共振

将一晶片垂直置于磁场中，若沿磁场方向输入一频率为的交变电场，且EB。Beh讯号当0时，电子回旋与电场同步，电子吸收电场能量达到极大，这种现象称为电子回旋共振。从量子理论的观点，电子吸收了电场的能量，相当于实现了电子在朗道能级间的跃迁。测量回旋共振的频率0

，即可算出电子（或空穴）的有效质量m*。

电子回旋共振不仅可以测量载流子的有效质量m*

，还可以根据出射波的偏振方向来判断电场的能量是被电子还是被空穴吸收的。

电子回旋共振被广泛地用来测定半导体导带底电子或价带顶空穴的有效质量，研究其能带结构。

在半导体的导带底或价带顶附近，其等能面一般为椭球面。当发生电子回旋共振时，这里，m*为电子回旋共振的有效质量，与外加磁场的方向有关。在主轴坐标系中，有其中，、、为磁场在主轴坐标系中的方向余弦。

由于电子在运动过程中会受到声子、晶格缺陷以及杂质的散射，因此，为了能观察到回旋共振现象，必须满足0>>1，其中是电子在相邻两次碰撞间的平均自由时间。

通常，实验都必须在极低温度（液He温度，B-O近似）下，选用高纯的单晶样品，以提高值，同时加强磁场以提高0

。近年来，利用红外激光(波长长，难)为交变讯号源，可以观测到非常清晰的共振线。2.DeHaas－VanAlphen效应

我们将磁化率随磁场的倒数1/B作周期振荡的现象称为DeHaas－VanAlphen效应。

这种现象与金属费米面附近的电子在强磁场中的行为有关，因而与金属的费米面结构有密切关系，这些现象是研究金属费米面结构的有力工具。通过测定DeHaas－VanAlphen效应的振荡周期，确定极值的面积，就可以相当准确地勾画出费米面的形状。

金属的导电率、比热等物理量在低温强磁场中也有类似的振荡现象。铼晶体磁化率随磁场倒数1/B的变化本课件的内容来源与资料的整理，不是本人的研究成果。限于时间和篇幅，课件中不一一列出作者的姓名。谨在此感谢原文的作者，感谢他们对知识传承的贡献。

电子光学即带电粒子物理学，是研究带电粒子在电场和磁场中运动的规律以及如何利用电场、磁场来控制带电粒子的运动，使之会聚成束、聚焦成像、偏转扫描的一门科学。电子光学系统在谱仪中承担着电子的加速、减速、聚焦、输运等作用[1]。

Simion是一种电子离子光学软件，能模拟2D和3D的静电场和静磁场及带电粒子在其中的运行轨迹。在精度1mm3下Simion最大可以模拟8km3的体积。它用交互的界面来模拟各种各样的电子光学问题，即在确定好电极的形状后，可以随时地改变电极的电压值，来改变空间电磁场。利用此程序进行模拟的基本步骤参见文献[2]。

能量为3000eV的电子减速到5eV的模拟

电子光学及SIMION程序简介[1]华中一，顾昌鑫，电子光学，复旦大学出版社，1993[2]范岚岚，硕士论文，中国科学技术大学，2005。静电场用得多，磁场干扰其它光电设备－磁屏蔽。电极电子/离子束六十年代出现的电子探针(Electronmicroprobe)七十年代热离子质谱(TIMS:ThermionMassSpectrometer)八十年代离子探针(SIMSSecondaryIonMassSpectrometry)九十年代高精度离子探针新一代的离子探针(SHRIMPII，CAMECA1270)1.电子/离子探针－微区分析TheSHRIMPII(SensitiveHighResolutionIonMicro-ProbeII)isahighprecisionSecondaryIonMassSpectrometer(SIMS).Ionmicroprobesmakeinsituisotopicandchemical'surface'analysisofsolidtargetsbybombardingthesamplewithanionbeamwithadiameterofseveralmicrons.SIMSisaverysensitivesurfaceandthinfilmanalysistechniqueusedforthecharacterizationoftraceandmajorelementsonsolidsurfaces.Itisusedprimarilyforradiogenicisotopeanalysis,suchasRb,Sr,U,andPbinsmallmineralsamplesandisotopicanalysisofthorium(Th).(a)itprovidesacompletequantitativechemicalanalysisofmicroscopicvolumesofsolidmaterialsthroughx-rayemissionspectralanalysis;(b)itprovideshigh-resolutionscanningelectron,scanningx-ray(concentrationmaps)andscanningcathodoluminescence(CL)images.入射电子轰击样品产生的物理信号扫描电镜构造示意图景深的依赖关系扫描电镜的景深大。景深F

=d0/c。

d0是分辨本领，c是电子束入射半角。扫描电镜和光学显微镜的景深(c=10-3rad)空气中的灰尘据美国《探索》杂志报道，这张人造彩色的居室灰尘图片是在扫描电子显微镜下拍摄的，放大了115倍，从中可以清晰地看到各种过敏原的真实面目，包括猫的毛发、人造纤维、花粉甚至昆虫脱落的皮屑。美国疾病控制中心表示居室灰尘是铅的主要来源，并鼓励人们多清洗地板，用湿抹布擦洗家具等物件的表面，以保障健康生活。美国国家健康学会还发现灰尘中的细菌会引发哮喘。为研究居室灰尘的健康危害，美国政府以475美元的价格向研究人员出售10克灰尘样品。（尼特）(本文来源：网易探索)爱护环境，维护平衡，保持草地、树木原生态。人只是生态链中的一环，肆意膨胀必适得其反。2.TrapExampleThisisfromthe"TRAP"group.prgexampleinSIMION7.0.Thisusesauserprogramtodemonstratemotionsofgroupsofionsinaniontrap.Ionsformpatternsandshellsduetochargerepulsionandgascooling(simulatedbyStoke'slaw).

3-DviewoftrapAdjustingFlyparametersDynamicpotentialenergyviewParticlemotion.Note:heavyionshavethelargestshell3.ICR(IonCyclotronResonance)ExampleThisdemonstratestheICRCELL(IonCyclotronResonance)exampleinSIMION7.0.DescriptionfromtheREADMEfile:ThefilesinthisdirectoryprovideanexampleofhavinguserprogramsmodelanICRCell.Note:Thisisarelativelycomplete3DmodeofanICRCell.RAMrequirementsarearoung20megstotal-intelwillvirtual-runrationalfromwithwindowsforautomaticvirtualifyoucompterhaslessthan24megsofRAM.要熟悉计算机、计算量。

Thisdemocreates20randomionstotheleftoftheicrcell.Theseionsenterthecellandaredeceleratedbyabunchertypefield.Whentheyarearoundthemiddleofthetraptherfsweepstarts(ionsturnred).AfterTherfsweepfinishedtheionsturngreenandtheencapsaresettotraptheions.ThePESurfaceViewsoftheZ=0planecanbeusedtoviewthevariousvoltageforcingfunctions(PEsurfacesareupdated).Adummy2Dplanarmagneticpotentialarray-mag.paisusedtocreatethemagneticfield.Mag.paprovidesnofielditself.Howeveritsuserprogramfilemag.prghasamfield_adjustprogramsegmentthatdefinesthemagneticfieldfromtheuseradjustablevariableBx_Gauss(30000default).Note:Ionsaregeneratedrandomlyinenergy,coneangle,3Doffset,andtime.Youhaveadjustablevariablestocontroleachaspect.4.SIMIONEinzelLensExampleThisarticledemonstratestheeinzellenssimulationdistributedwithSIMION.Thepurposeofaneinzellensistofocusions.Focusingisachievedwithanelectricalfieldwhosepotentialenergysurfaceresemblesasaddle.Withincertainbounds,asingleeinzellenscanfocusbothpositiveandnegativeionsflyingthroughit.

Shownbelowin3DandXYviews,theeinzellensconsistsofthreeconcentricringelectrodes:twoouterringstypicallyheldatgroundpotentialandcenterringsheldatadissimilarvoltage(positiveornegativewithrespecttotheouterelectrodes).Inthisexample,thecenterelectrodeisat+110V,andtheouterelectrodesareatground.Agroupofpositiveionsareflownintothelensatinitialparalleltrajectories,subsequentlybendingtowardafocalpoint.Thefocusingeffectisdemonstratedinthefollowingpotentialenergymap.Notehowthepotentialvalleyneartheexitcausesionsto"roll"inward--touseaphysicalanalogy.轴对称BelowwedemonstrateoneofSIMION'schargerepulsionestimationmethods.Byenablingbeamrepulsionwithabeamcurrentof1.0E-7A,theionstendtorepeleachotherandavoidfocusing.Ifwefastadjust(i.e.scale)thepotentialonthemiddleelectrodetoahighervalue(+150V),thefocuspointcomesclosertothelens.Bytakingadvantageofsuperposition,scalingofthepotentialonanelectrodeisquickanddoesnotrequirethefieldbeputedfromscratch(viatheLaplaceequationandothermethods).Infact,wecanmakethemiddleelectrodenegative(-210V)andstillachieveafocusingeffect.5.DESIREEADoubleElectrostaticIonStorageRingTheuseofelectrostaticstorageringsinatomic,molecularoropticalphysicswasinitiatedbyS.P.MøllerwiththeELISAstoragering[1].Thisisasmallringwith6.28mcircum-ferencethathasbeeninoperationsince1998.AsimilarringwaslaterbuiltbyT.Tanabeetal.andwasequippedwithanelectroncooler/target[2].Electrostaticstorageringsforlow-energyionshaveseveraladvantagescomparedtomagneticstoragerings.Themostimportantoneisprobablycost.Smallelectrostaticbeam-opticalelementsareconsiderablylessexpensivethanmagnets.Thecostbenefitesevenmorepronouncedwhentheringistobecooledtocryogenictemperatures.Anotheradvantageofanelectrostaticringisthefactthat,ifionsareinjectedfromaplatformataconstantvoltage,thesettingsoftheringremainindependentofionmass.Inamagneticring,veryheavyionswillbeveryslow,whichcanbeadifficultyforexperimentswhenitcomesto,e.g.,detectionofreactionproducts.[1] S.P.Møller,Nucl.Instr.MethA394,281(1997)[2] T.Tanabeetal.,Nucl.Instr.MethA482,595(2002)Drifttube100deflectiondetectorvariabledeflectionfrominjector1600bendquadrupoledoublet6.位置灵敏探测器

APositionSensitiveChargedParticleDetector(PSCPD)isthetimingandpositionDetectorfortheDaresburyRecoilSeparator(DRS):amajorresearchapparatus,separatestherecoilsofmassdifferenceof3%-5%.APSCPDisanindispensabledetectorattheendoftheDRSfocalplane.DetectorIntegrationintheSystemDetectorChamberDRSBeamAnillustrationofhowitworks7.光电倍增管

(PhotomultiplierTube,PMT)复旦大学，清华大学，北京大学合编，原子核物理实验方法(第三版)，北京:原子能出版社，1997(1).光电探测简介光辐射探测器分类光辐射探测器光电探测器真空光电器件光电管光电倍增管(PMT,GDB)真空摄像管变像管像增强器固体光电器件光敏电阻光电池(光伏器件)光电二极管光电三极管光电耦合器位置传感器（PSD）电荷耦合器件（CCD）热探测器热电偶和热电堆测热辐射计热释电探测器

(2).光电倍增管的结构和工作原理光电倍增管工作原理图K－光阴极F－聚焦极D1－D10倍增极(也称打拿极dynatron)A－阳极RL－光电倍增管负载电阻Cs－电压放大器输入电容入射光光阴极第二倍增极光电子二次电子阳极第一倍增极电子收集a.结构(b)eee入射窗D1D2(c)光电倍增管的电压分压器结构PMT1pe*光电倍增管光阴极的光谱响应b.原理光电倍增管是探测紫外辐射、可见光和近红外辐射的一种电真空器件。它将接收到的光辐射变成电子流，然后经倍增放大，输出一个较大的电信号。执行光电变换的部分是光电阴极，简称光阴极。进行倍增放大的部分是倍增系统。倍增系统通常由几个到十几个倍增极和一个阳极组成。倍增极有时也称为打拿极，或二次发射极。当光辐射入射到光阴极上时，光阴极吸收光子以后发射出一些光电子。这些电子打到第一倍增极上，从那里激发出几倍于入射电子数目的二次电子，完成一次倍增。这些二次电子进一步打到第二倍增极上，产生更多的二次电子，完成二次倍增。这样，经过多次倍增以后，电子数目可增加108倍。最后，倍增后的电子流由阳极收集，从阳极输出的电信号由后续仪器观察或记录。基于这种倍增作用，光电倍增管在微光探测领域占有极其重要的地位。即使在阴暗的朔日夜晚，四周一片漆黑，伸手不见五指，但是在光电倍增管“看”来，仍然是“亮”得很。这时，每秒钟大约有106个光子落到一个直径为5lmm管子的光阴极上。如果把亮度再减弱到几百万分之一，光电倍增管仍然能探测到。光电倍增管是一种灵敏度极高的光探测器。*窗材料：光阴极的短波截止特性取决于窗材料的透过率。光电倍增管常用的窗材料透过率如图所示。

*光阴极：光阴极按其工作方式可以分为不透明的和半透明的两种。不透明阴极通常较厚，光照射到阴极上，光电子从同一面发射出来。不透明阴极又称为反射式阴扳。半透明阴极通常制作在透明介质(即窗玻璃)上。光通过窗玻璃，入射到光阴极上，光电子从阴极的另一边发射出来。半透明阴极又称为透射式阴极。由于光电子的逸出深度是有限的，因此，所有半透明光阴极都有一个最佳厚度。如果阴极大厚，很多光子被吸收在离真空界面太远的地方，不能产生光电发射；如果阴极太薄，大部分入射光透射损失掉，量子效率也很低。最佳厚度与阴极类型和入射光波长有关。下表给出了一些常用的光阴极化学组成、及“S”制命名、代号。*打拿极：

当足够能量的电子轰击电极表面时，就有一定数目的电子从电极表面发射出来。我们称入射的电子为一次电子，发射电子为二次电子。相应地，该电极和电极表面材料分别称为二次发射极和二次发射体，二者构成打拿极。二次发射系数定义为发射的二次电子数Ns和入射的一次电子数Nc之比，

δ=Ns/Nc

常用碱锑化合物(Cs，Sb、K：CsSb、NanKSb：Cs和Rb—Cs一5b)作为二次发射体。右图表示了一些常用的二次发射体的二次发射特性。一次电子能量/eV一些常用的二次发射体的二次发射特性二次电子发射系数*阳极:

阳极的基本功能是收集来自最后一个倍增极(即打拿极)的二次电子。最简单而又最常用的阳极是栅状阳极。栅状阳极平行地放置在最后一个倍增极(简称末极)前。来自最后第二个倍增极(简称末前极)的电子打到平板形末极上。末极产生的二次电子为阳极所接收。栅状阳极一次电子轨迹二次电子末极末前极(3).性能指标光阴极的量子效率－光电转换效率ε，一定波长下，ελ=发射光电子数/入射光子数。b.光阴极的灵敏度Sk＝ik/F，ik光阴极产生的光电流（微安），F入射光通量（流明）。c.倍增系数M，M是光电倍增管阳极输出电流与阴极光电流之比，是表征倍增系统特性的一个量，一般在104～108，与每个倍增极的倍增系数δ和倍增极的级数n有关。设δ是倍增极的平均倍增系数，近似有M=δn。1个光子可产生106～108个电子.d.阳极光照灵敏度SA＝iA/F，iA阳极电流（安）。e.暗电流和本底脉冲—当光电倍增管无光照时，阳极产生的电流是暗电流，相应的脉冲即本底脉冲，它造成多道分析器的虚假计数。f.电子渡越时间-光电子由光阴极渡越到阳极的时间越短，时间特性越好。g.光谱响应—灵敏度与波长之间的关系.PMT1pePMT的应用例子－滨松生产的高通量(high-throughput)PET系统PET系统外观PET扫描图像显示了许多疾病的早期征兆作为一种全身检查工具，PET正逐渐用于癌症、心脏病，甚至痴呆的早期普查和诊断。滨松把它掌握的光子学技术，和达到最新技术发展水平的PMT应用在PET上，极大推进了PET的发展，使它灵敏度更高，响应速度更快。滨松已经开始用自己生产的PET为公司员工做定期的健康检查，取得了显著效果。产品示威正电子发射断层扫描装置PositeonEmissionTomograph【注册号】国食药监械(进)字2003第3330024号

【生产地】日本435-8558，日本静冈县滨松市市野1126番地-1

【生产商】滨松光子学株式会社HAMAMATSUPHOTONICSK.K

【适用范围】将生物体中正电子发射核素标识的示踪剂之分布状态以二维或三维立体方式进行图像化，用于对人体器官以及全身的核医学成像和疾病诊断。

【性能及组成】结构：产品由扫描装置、患者诊断床、信号处理装置、数据采集控制装置和数据处理装置。性能：空间分辨率（FWHM）≦4.0mm；探测器灵敏度（ks^-1/(kBq/ml)）≧：a).47型二维方式为4.0，三维立体方式为33.0；b).63型二维方式为5.5，三维立体方式为51.0；计数损失20%的计数率≧160ks^-1。

【规格型号】SHR-22000系列-47、-63型

【产品标准】进口产品注册标准YZB/JAP0571《SHR-22000系列正电子发射断层扫描装置》

【售后服务机构】北京滨松光子技术有限公司

【注册代理】北京滨松光子技术有限公司

【备注】刘华锋,叶华俊,鲍超，用于正电子发射断层成像的闪烁晶体，原子能科学技术，35(5),476(2001)PET：正电子发射断层扫描（PositronEmissionTomography）是目前最先进的医疗诊断设备。当人体内含有发射正电子的核素时，正电子在人体中很短的路程内（小于几mm）即可和周围的负电子发生湮灭而产生一对γ光子，这两个γ光子的运动方向相反，能量均为0.511MeV，因此，用两个位置相对的探测器分别探测这两个γ光子，可得到生物体内的这种核素分布的信息，利用现代计算机完成图像重建的三维成像技术。由于构成生命的基本元素C、O、N等均有发射正电子的同位素,因此,PET在理论上可对生命体的许多部位的生理功能进行成像。可见,PET是生命科学研究、医疗诊断颇有特色的工具。闪烁晶体PMTγ光子打到闪烁晶体上，晶体发光，这些光被PMT探测，从而记录了从人体某处发射的γ光子。8.微通道板MCP串式微通道板(切维隆型，两块MCP串联)的电子倍增原理和电子脉冲输出的情况电子e电子倍增原理

上图显示了微通道板的剖视图。从图可见在一片玻璃上有无数小孔道。每个小孔道直径仅12μm，孔道内壁涂有电子倍增物质。当一个电子射进一个小孔道后，则电子将在小孔道内壁反复散射前进。每次散射都会打出许多次级电子，这些电子以倍增方式愈来愈多，最后从小孔道出口射出的电子将会比入射电子增加104倍左右。微通道板同光电倍增管组合，构成像增强器。出射电子eeSinglephotoncountingandimagingwithmicrochannelplate*ThefrontendNINOreadoutapixelatedmicrochannelplate*SignalfromNINOare“timestamped”bytheHPTDC*FollowingsignalprocessingisperformedinFPGAbyuse电子倍增器的应用例子－对电子能量进行记录、分析

将电子管真空技术与半导体技术，微细加工技术，电子轨道技术和周边电路技术相结合。就是一种结合了电子管真空技术与半导体技术等的复合器件。光电转换后的电子经过电场加速,直接照射在CCD或APD上,引起“电子入射倍增效应”。X*-HPDR&D(*ScintillatorCrystal+smallPM)则利用了闪烁体进行光放大。9.HPD-HybridPhotoDetector玻璃窗光阴极

CFflangewithØ6cmglasstube:Carrierforwindow+ball/cube/cylinderofscintillatorReadoutPM:singleormulti(4max?)anodeforscintillateur+lightguideBall/cube/cylinderofscintillator:maybesegmentedGlasstubeØ6cm:extensionswithdifferentsscintillatorscanbewelded:internaldiametersufficientfor38x38mm4anodePhotonisPM

needtousefastscintillator,e.g.cubeorcylinder.RequirehighlightyieldhighgainshortdecaytimeLowZpreferablelowbackscatteringcoefficientEmissionaroundl=400nmLY(g/keV)t(ns)ZeffeBSlemission(nm)YAP:Ce182732~0.35370LYSO:Ce25~4064~0.45420LaBr3:Ce633047~0.4360LaBr3isquitehygroscopiceeCanbefurtherimprovedbyoptimizingbulbgeometry.Electrostatics(SIMION3D)ExpectedperformanceViewingangle120°X-talhitprobability~100%flighttimespread~0.4ns(RMS)electricalfeedthroughAlcoatedENF~1.15Calibration:1p.e.=0.0514·109VsPMTPhotonisXP3102(25mmØ)hasverygoodsignalpropertiesPMTHPD*HybridPhoto-detector(HPD)<Products>R7110U-40(TO-8Type)R9503U-04(ProximityType)LargeFormatType(Development)<Features>GoodPHDandCEGoodUniformityImmunitytoMagneticField8keVAvalancheGainX50Photocathode(-8kV)PhotoelectronOutputLightAPDElectronBombardmentX1200CombinationofEBandavalanchegainPhotocathodeAPD雪崩光电二极管Sketchof5inchHPD180mmAPDTarget(3mmindia.)EffectiveArea(80mmindia.)5inchHPDwasmadeasfeasibilitystudyforlargersize.Glassbulbof5inchhemisphericalPMTwasused.sealingtapeforprotection

*Photondetector:Quartzwindow,S20photocathodeTypicalQEdE>0.7eVCross-focussingoptics(tetrodestructure):De-magnificationby~5Activediameter75mm484tubesforoverallRICHsystem20kVoperatingvoltage(~5000e–[eq.Si])*Anode:25632pixelSi-sensorarray smallpixelslownoisebump-bondedtobinaryreadoutchipassemblyencapsulatedinvacuumtubeLHCbreadoutmode:8-foldbinaryOR

effective3232pixelarraypixelsize500mm500mmsufficientAnodeVacuumphotondetectorPulseHeightDistributionPMT1pe1pe2pe3pe4pe5peK-APD=12KVHPDI.SIMIONsimulationsshowthatshapeofexisitingBAIKALPMTcanbeimprovedtoprovideone-onecorrespondenceandtimingimprovementIII.CouplingtoalightguidesystemalsoprovidesinformationonthedetectedlightdirectionRxII.Couplingtoapositionsensitivedetectorprovidesinformationonthephotoelectronemissionpoint*一种位置灵敏光电倍增管探测器10.SIMIONSIMULATIONOurSIMIONsimulationhasbeenexpandedtoincludethefollowingfeatures.Newmoderatorholderandgridgeometry.DescriptionofbeampipeandSOAshroud.Monte-CarlomodelofpositronsfrommoderatorDescriptionofbeamdumpwasalsomodeled(notshown).3-DSIMIONSimulationsProvidesbettervisualizationoffieldlinesandpositrontransportExperimentalshieldwallsconstructed.Load-lockalignedwithSOAguncolumn.Load-Lockvacuumsystemtested(~10-8torr).PneumaticgatevalvecontrollerinstalledandtestedTIPSBeamPortOneArea正电子应用举例－植物生长的光子分析技术15O水被西红柿植株吸收的过程想要准确了解在植物体中到底发生了什么是非常困难的，但是滨松的“平板正电子发射成像（PlanarPositronEmissionImaging）”技术使实时观察植物新陈代谢和化学物质的移动成为可能。这项技术在农业科学方面有非常广泛的应用前景。15OHalflife124sDecay+60nm实验测量值:58.81.8nm20nm20.30.5nm40nm39.51.5nm11.我国台湾学者张焕政、武汉大学博士聂宗秀利用离子阱，首次获得了单颗金属纳米金粒子的质量测量值Da（一个原子单位）§7.5金属－绝缘体转变在一定条件下，金属和绝缘体可以相互转变。一、纳米金属的量子尺寸效应

对于宏观大小的晶体，电子的能级是准连续的。根据自由电子论，在费米面附近电子的能态密度为费米能：参考书，自己看看。

当粒子的大小从宏观尺度减小到纳米尺度时，金属费米面附近的电子能级将从准连续变为离散能级，半导体纳米颗粒存在最高被占据能级和最低未被占据能级，能隙变宽的现象，称为量子尺寸效应。在费米能附近，电子的能级密度为费米能附近的能级间距为

当能级间距与热振动能、静磁能、静电能、光子能量或超导凝聚能相当时，就必须考虑量子尺寸效应，从而导致纳米微粒的电、磁、光、声、热和超导电性与宏观晶体的特性明显不同。例：Ag的电子密度n=61022cm－3，可估算出在1K时出

现量子尺寸效应的临界晶粒尺寸dc。

这意味着在很低温度下，d<14nm的Ag纳米粒子将出现量子尺寸效应。

实验上也发现，当Ag纳米粒子的尺寸d<10nm时，在液氮温区，纳米Ag块体的电阻率比常规Ag高几个数量级，并且其温度系数也由正变为负值，表现出非金属的导电特性。120℃6h130℃6h150℃6h

在纳米块体材料中，存在大量的晶粒间界。而在晶粒间界，原子的排列偏离周期性排列，晶粒尺寸越小，在晶粒间界的原子数就越多，对电子运动的散射就越强。粒间界的散射是造成纳米金属高电阻的主要原因。纳米金属块体的电阻可以看成是由两部分组成：

晶粒电阻

界面电阻

当晶粒尺寸大于电子的平均自由程时，晶粒内对电

子的散射起主要作用，晶粒越大，电阻及电阻温度

系数就越接近常规粗晶材料，这时因为常规粗晶材

料的电阻主要以晶粒内的散射为主。

当晶粒尺寸小于电子的平均自由程时，晶粒间界对

电子的散射起主要作用。这时材料的电阻以及电阻温

度系数明显偏离粗晶材料，甚至会出现负电阻温度

系数。二、Wilson转变

在紧束缚近似情况下，能带的宽度取决于近邻原子间电子波函数的重叠积分，原子间距越小，电子波函数的重叠就越多，所形成的能带就越宽。

在高压下，原子间距变小，就有可能出现能带的重叠，从而实现绝缘体向金属的转变。

实验发现，在足够高的压强下，许多非导体材料可以实现价带与导带的重叠，而表现出金属导