Zitterbewegung (trembling motion)是相對論量子力學中滿足狄拉克方程的自由電子在沒有外場情況下隨時間演化的一種振蕩現(xiàn)象，最早由著名物理學家薛定諤1930年從理論上預言。人們猜想類似的現(xiàn)象在一些固體系統(tǒng)中對于非相對論電子也應該存在。但由于電子-電子相互作用的影響，在固體中觀察到這一現(xiàn)象也是非常不容易的事情。到目前為止，這一現(xiàn)象在固體系統(tǒng)中也一直沒有被觀察到。
最近，北京師范大學物理系張向東教授在此方面取得了重要進展。通過嚴格的數(shù)值模擬，研究證明了光在一些周期介電結構(光子晶體)中傳播會出現(xiàn)一些反常特性。這些反�，F(xiàn)象與狄拉克方程的解相對應。這說明光子在光子晶體中某些頻率區(qū)域傳播時也可以用狄拉克方程來描述。問題是相對論量子力學中的一些基本現(xiàn)象如Zitterbewegung能否在光子晶體中觀察到？由于介電光子晶體具有標度不變性，如果Zitterbewegung效應能夠在光子晶體中觀察到，則可以控制光子晶體的結構使其振蕩頻率在實驗上可測量的范圍內，這可能會使實驗觀察這一現(xiàn)象變?yōu)榭赡�。張向東教授首先通過嚴格數(shù)值計算從理論上證明這樣的現(xiàn)象能夠在光子晶體中觀察到。接著他又發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象在聲子晶體中對聲波也同樣存在。進而他和武漢大學物理系的劉正猷教授合作在實驗上觀察到了Zitterbewegung的聲對應（arXiv:0804.1978）。
上述研究工作不僅證明了相對論量子力學中保持長達70多年的理論預言，而且開辟了利用經典波實驗上研究相對論量子力學基本現(xiàn)象的新的研究方向。相關論文發(fā)表在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. ）上。
2008年4月23日，Nature China的研究亮點（Research Highlight）上撰文《Photonics: Seeing trembles》（作者：Tim Reid）報道了張向東教授近期的工作，見http://www.nature.com/nchina/2008/080423/full/nchina.2008.90.html。（來源：北京師范大學）
（《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. ），100, 113903 (2008)，Xiangdong Zhang）
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光子和聲子晶體中顫振現(xiàn)象研究發(fā)布: 2012-11-06 07:55 | 作者: | 來源: MSCBSC 移動通信網 | 字體: 小 中 大
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