понятие

эффективная масса

Массоподобный параметр, описывающий реакцию частицы на силы; здесь он сделан сверхлёгким для усиления сигнала Унру.
7 статей · 3 формулы

Описание

Эффективная масса — это понятие в физике твёрдого тела, описывающее, как частица, обычно электрон или дырка, реагирует на внешние силы внутри кристаллической решётки. Это не фактическая масса частицы, а параметр, который учитывает влияние периодического потенциала решётки на её движение. Во многих случаях электрон в кристалле ведёт себя так, как если бы он имел другую массу, иногда гораздо меньшую или большую, чем его значение в свободном пространстве, а в некоторых материалах она может быть даже отрицательной.

История

Концепция эффективной массы была разработана в 1930-х годах такими физиками, как Рудольф Пайерлс и Леонид Ландау, в рамках ранней теории электронов в кристаллах.

Как это работает

Когда к электрону в кристалле прикладывается внешняя сила, его ускорение определяется кривизной энергетической зоны, в которой он находится. Эффективная масса обратно пропорциональна этой кривизне: сильно изогнутая зона даёт малую эффективную массу, что облегчает ускорение электрона, а плоская зона — большую эффективную массу. В контексте эффекта Унру исследователи предлагают использовать электроны со сверхлёгкой эффективной массой для усиления крошечного сигнала, ожидаемого от ускорения детектора через квантовый вакуум.

Где применяется

Эффективная масса имеет решающее значение в физике полупроводников, где она определяет подвижность носителей заряда в транзисторах, солнечных элементах и светодиодах. Она также играет роль в разработке материалов для квантовых вычислений и в предложениях по обнаружению эффекта Унру.

Любопытный факт

В графене электроны имеют нулевую эффективную массу, ведя себя как релятивистские частицы и двигаясь с постоянной скоростью независимо от приложенной силы.

Граф понятий →

Формулы

$$m_{\mathrm{eff}}^2 = \text{(expression depending on theory)}$$
Квадрат эффективной массы тензорных возмущений в твёрдом теле.
Что в формуле
m_effпеременнаяэффективная масса тензорного возмущения — эффективная масса кг
^2операторквадрат величины — squaring
$$m^* = m - g_\sigma \sigma$$
Масса нуклона уменьшается за счёт связи со скалярным мезонным полем.
Что в формуле
m^*переменнаяЭффективная масса нуклона в среде — эффективная масса кг
mпеременнаяГолая масса нуклона (в вакууме) — масса кг
\sigmaпеременнаяВакуумное среднее скалярного мезонного поля — скалярное поле
g_\sigmaконстантаКонстанта связи между нуклонами и скалярным сигма-мезоном — константа связи = varies (model-dependent)
$$m_{\mathrm{eff}} = \sqrt{m^2 + \rho^2}$$
Эффективная масса, обусловленная смешиванием с другим полем.
Что в формуле
m_effпеременнаяэффективная масса смешанного поля — эффективная масса кг
mпеременнаяголая масса поля — масса кг
rhoпеременнаяпараметр смешивания или сила связи — mixing parameter кг

Статьи по теме · 7

Механическая память, которую читают волной
Книга с защёлками на страницах: перелистнуть можно, только если знать, как щёлкнуть по краю. Примерно так устроен механический метаматериал, о котором пойдёт речь. Каждая ячейка в нём — это маленькая масса внутри большей, соединённая с ней упругой фермой. Ферма может находиться в двух устойчивых положениях, как выключатель.
Магнитный резонанс без микроскопа: новая теория для живой ткани
Скульптор смотрит на глыбу мрамора и видит в ней фигуру, которую нужно освободить от лишнего. Вместо того чтобы добавлять глину, он убирает всё, что не относится к форме. Похожим путём пошли авторы новой работы по магнитному резонансу: они не стали усложнять модель ткани, добавляя в неё всё новые детали, а наоборот, отбросили лишнее, чтобы выявить самую суть.
Свидание двух чёрных дыр: как точнее рассчитать их гравитационный танец
Две чёрные дыры, закружившись в гравитационном танце, сближаются всё быстрее и в конце концов сливаются в одну. Этот танец не бесшумен: он сотрясает само пространство-время, и по Вселенной расходятся гравитационные волны — рябь кривизны, предсказанная общей теорией относительности.
Вторичное гравитационное излучение колеблющейся пластины
Гравитационные волны — не колебания вещества, а дрожь самой ткани пространства-времени, предсказанная Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. Они распространяются со скоростью света и, проходя сквозь тела, вызывают их попеременное растяжение и сжатие.
Отталкивание, которое притворяется притяжением
Горсть риса, брошенная в стакан с водой, рассыпается — крупинки разбегаются в стороны. А теперь вообразите, что каждая крупинка сама несётся вперёд с упрямым постоянством и при столкновении мягко отскакивает. Такие частицы называют активными: они тратят собственную энергию на движение, как бактерии или микроскопические роботы.
Космология2026-03-051 минarXiv:2603.04841экспресс
Лунный детектор услышит, как звучит тёмная энергия
До сих пор тёмную энергию — таинственную субстанцию, вызывающую ускоренное расширение космоса — изучали как двигатель автомобиля: только по набранной скорости расширения Вселенной.
Тепло из пустоты: как зарегистрировать эффект Унру
Пустота обманчива. Уильям Унру показал, что для ускоряющегося наблюдателя вакуум перестаёт быть холодным — он ощущается как тепловая ванна.