介觀體系

介於微觀體系與宏觀體系之間的體系成為介觀體系(mesoscopic system)。

介觀體系中物質粒子大小約在之間。納米粒子、膠團、微乳液、囊泡等都屬於介觀體系。

介觀體系中大的粒子可用光學顯微鏡觀測，小的粒子需用電子顯微鏡觀測。

現在對宏觀體系和微觀體系都已經有了較多的研究, 理論上也各有比較成熟的處理方法; 但是對於介觀體系卻了解較少, 處理方法更是不夠完善, 還需要加強理論和實驗兩方面的研究。介觀體系具有以下一些特點：

a）介觀體系喪失了自平均性。所謂自平均性就是指物理量相對漲落的大小隨著體系尺度的增大而趨於0的性質。介觀體系呈現明顯的波動性, 波長不同的電子波之間具有相位相干性, 導致能量發生較大變化, 即存在有較大的相關能（L是樣品長度, 是電子的Fermi速度）；這時體系中各個區域之間由於能量擴展很小, 相關性大, 則就導致介觀體系失去了自平均性, 或者說自平均性不充分。據此可估算出介觀體系的最大尺寸為 。而宏觀體系的尺寸比波函數的相干長度大, 則不呈現波動性, 各個子單元 (大小與相干長度相當) 之間將產生平均化, 因此可以說, 宏觀體系是充分平均化的體系。溫度較高時，電子能量的擴展將增大, 使相關性降低。因此, 大尺寸和高溫度是導致產生平均化的因素。

b）介觀體系可劃分為擴散的和彈道的兩個區域。在介觀體系中，按照載流子輸運過程中遭受散射的特點可以分為如下兩個區域：擴散區 : 相干長度 > 樣品尺寸 > 平均自由程，這時存在有彈性散射, 而無非彈性散射, 電子波相位有一定的變化, 但是不大, 則電子波仍能很好乾涉；彈道區 : 樣品尺寸 < 平均自由程 < 相干長度，這時無任何散射, 電子波與光波相似, 能完全產生干涉; 但表面散射較重要 (即所謂樣品尺寸效應)。對於彈道區，按照體系與Fermi (電子) 波長的相對大小, 又可區分為處理方法不同的兩種範圍：樣品尺寸波長時, 電子的運動可近似為經典軌道運動；樣品尺寸波長時, 電子的運動必須按波動概念、用方程來處理。

介觀體系將呈現出許多特殊的現象，如所謂AB效應。

20世紀80年代初中期開始興起的介觀物理是凝聚態物理中人們十分關注的研究領域，“介觀”一詞大家已聽得很多了。一段時間以來，常讀到介觀尺度是由電子非彈性散射平均自由程決定的說法，覺得不太確切。想到這一說法可能和我早先發表在《物理》雜誌的文章，以及我們主編的《介觀物理》一書第一版的前言有關，特寫此短文說明。這裡的說明也許仍有不妥之處，請讀者指正. 1 介觀尺度 介觀體系的大小是由介觀尺度來刻劃的。介觀尺度是載流子保持相位記憶的長度，一般記為Lφ，稱為退相位長度。相位記憶的丟失源於載流子的非彈性散射，因此Lφ必定是與非彈性散射有關的尺寸。電子和聲子的散射，電子吸收或放出一個聲子，能量發生改變，是電子最常碰到的非彈性散射。如果把介觀尺度理解為非彈性散射的平均自由程，又把後者理解為，其中vF是電子的費米速度，τφ是非彈性散射(例如電子和聲子散射)的弛豫時間，那麼當溫度下降，體系中聲子數越來越少，τφ越來越長時，介觀尺度就變得很大了。對於普通金屬，如果τφ取為，因為，介觀尺度可以達到0.1cm左右，顯然這個尺寸過大了. 實際上，在液體氦的溫度下，如果普通金屬的剩餘電阻率，則彈性散射的弛豫時間，電子在兩次非彈性散射之間會經受上萬次彈性散射，走無規行走的路徑，以擴散的方式運動，Lφ是相繼兩次非彈性散射間電子擴散運動的距離。由於擴散係數，其中l為彈性散射的平均自由程，在τφ時間內的擴散距離為，約，遠小於上述的“平均自由程”長度。這一簡單的對擴散距離的估算，給出了介觀體系大小正確的數量級.