电场屏蔽

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屏蔽(Electric-field screening)是由于带电粒子运动而导致其电场衰减,或者是由于外部的电磁场干扰而导致其电场衰减的物理现象。这种现象是带电流体中的一种非常重要的性质,比如电离(气体)和半导体或金属中的导电电子都会存在这一现象。在由带电粒子构成的流体中,每一对粒子之间都是通过库伦力而发生相互作用的:

F=\frac{q_1 q_2}{4 \pi \varepsilon_0 |r|^2} \hat{r}

这种相互作用的引入使得从理论上处理这种流体变得困难。例如,对基态能量密度的初步量子力学计算将会得到无穷大,而这是不合理的。出现这个问题的原因是,尽管库伦力是随着距离做\frac{1}{r^2}衰减,在r处的粒子平均数密度是正比于r^2的,假定流体是各向同性的。作为其结果,在远处的任意一个点处电荷涨落都会有不可忽略的贡献。

实际上,这些长程效应将会部分的被流体粒子的电荷所压制,从而形成一个短程的屏蔽的库伦相互作用。

例如,考虑一个有电子组成的流体。每个电子都有电场,都会排斥其他的电子。作为其结果,该电子所处的区域其电子密度是小于一般情况的。 这个区域实际上可以被看做是一个正电荷屏蔽空穴来处理。从远处来看,这个屏蔽的空穴有一个抵消由其他电子产生电场的正电荷的效果。只有在短程的时候,也就是在空穴区域以内,电子的电场才可以被探测到。

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