电子关联与多体物理

屏蔽

在一个挤满人、又起着雾的房间里点一支蜡烛。凑近看它亮堂堂的,可你一退后,雾就把它的光吞掉了,于是从房间另一头你几乎看不见它。雾并没有把火焰熄灭——它只是闷住了火光所能到达的范围。屏蔽就是对电荷玩的同一个把戏:四周那片电荷之海,闷住了一个电荷能被感知到多远。

往金属里丢进一个多余的电子。其他可流动的电子都带负电,会被它推开,于是在这个闯入者周围留下一圈微微带正电的、裸露出来的原子核心晕环。从远处看,这圈正电晕几乎正好把闯入者的负电荷抵消掉。于是,赤裸库仑排斥那种长长的、缓缓消退的「触手」,被换成了一种有效力:它在一段极短的距离内——通常不到一纳米——就跌到几近于零。

它之所以重要,是因为屏蔽正是自由电子模型之所以能成立的原因:它把电子间那难以驾驭的长程排斥,转化成一记温和的、短程的轻推,于是电子便可被当作近乎彼此独立来处理。要诚实地补一句:屏蔽需要可流动的电荷来「闷」。在绝缘体里几乎没有自由电荷,所以屏蔽很弱,排斥仍是长程的,关联效应也就咬得厉害得多。

把食盐溶进水里,溶解的离子会自动排布,使每个带电离子都被一圈带相反电荷的离子裹住。这正是盐水之所以导电、其中的电荷之所以隔得远就感觉不到彼此的原因——生物体里的神经信号和电池,都依赖着同一种屏蔽。

盐水里每个离子都被相反电荷罩住,屏蔽了它的影响范围——和金属里的电子如出一辙。

屏蔽并不会消灭电荷——总电荷永远守恒。它只是重新分布了周围的电荷,使中心电荷从远处看仿佛被中和了。凑近看,在屏蔽长度之内,那完整的、赤裸的排斥依然在那里。

又称
charge screeningelectrostatic screening电荷屏蔽電荷屏蔽