无序、玻璃与局域化

安德森局域化

/ AN-der-suhn loh-kuh-lih-ZAY-shuhn /

想象你要在一个满是镜子、又随意立着柱子的房间里走直线。每一步你都撞上点什么,影子朝四面八方散开;你非但没能穿过房间,反而在一小块地方没完没了地来回交错。安德森局域化就是电子波在一种足够凌乱的材料里遭遇的情形:被无序一次又一次散射,它们被困在一小块区域里,再也铺展不开。

安德森局域化是无序对一种波——通常是电子,但对光和声也成立——的困住,而做这困住的并不是什么墙或势垒。因为电子是波,它会在无序材料的每一处不规则上弹回。当无序足够强时,所有散射出的小波彼此干涉,偏偏以错误的方式相消——抵消掉一切会把电子带远的路径,只增强那些把它带回原地的路径。电子的波被钉在一小块区域上,并随距离衰减,于是再也无法承载电流。这材料按简单的计数本该导电,却变成了绝缘体。

安德森局域化之所以重要,是因为它表明:单凭无序——不靠能隙,不靠电子不足——就能让一种材料停止导电,把一个本应是金属的东西变成绝缘体。这个思想深刻到足以分得 1977 年诺贝尔奖的一份。微妙之处在于它纯粹是一种波的现象:它依赖量子干涉,所以在低维度里最强,而任何打乱这份脆弱的波相干性的因素——比如给材料加热——都能削弱它。

研究者已经用光、甚至用物质波直接观察到了安德森局域化。在一个实验里,射进一种无序、被打得极细乱的介质的激光束并不像预期那样铺开;它反而冻成一幅斑点图案,一个个亮点停在原处,每个都是一小团被困住的波。同样的困住也在被释放进随机光学景观的超冷原子身上看到过——它们就是停止了铺展。

随机介质中的光或原子会冻结成被困住的斑点,而不是铺展开——这就是安德森局域化在起作用。

安德森局域化不同于电子被单个深势阱或能隙困住。这里没有任何东西从物理上挡住电子;做这困住的,是波在整片随机景观上与自身干涉。去掉波动性——比如让电子表现得更像经典的小球——这效应就消失了。

又称
strong localization安德森局域