光电信息功能材料与量子物理研究

周舟　陈渊　黄轶瞾

摘要：现就光电信息功能材料的重要性作为研究的基础，着重就光电信息功能材料和量子物理进行阐述，根据二者之间的关系，提出相关的理论。

关键词：光电信息；功能材料；量子；物理

随着社会经济的不断发展，信息技术的进步，出现了一种光电信息功能材料，所谓信息功能其实就是指信息的传输、存储、接受显示、控制、产生以及转换的能力，其主要的技术指标包括：大容量传输、多功能、高速度以及低能量的消耗等。近年来，随着光电信息技术的结合，使信息技术的发展水平越来越高，其传输速度已经达到了Gbot，大容量的数码储存已经达到了KT级别，实现了声音、图像和数据三位一体的功能，有效降低能量的损耗，并逐渐向微观物理发展。因此，在研究光电信息功能材料的时候，必须要以量子物理作为其支撑。现就光电信息功能材料的重要性作为其研究的基础，具体阐述量子物理在光电功能材料中的重要性。

1 光电信息功能材料的概述

在科学技术发展过程中，材料研究一直都是技术发展的先导，同时也是发现和完善科学规律等的重要基础。人们在生存和发展的过程中，不断地向物质世界索取财富，而这就是技术和科学发展的最终目标，怎样才能将这些物质转化为我们自己的财富，首先要对物质运动的规律进行探索和总结，以此来找寻转化为物质财富的方法，其前者主要是指科学，后者则是指技术，在这个基础上来进行材料的研究。

随着量子论的发展，给予了人们最为直接的启示就是揭示了原子中电子的运动规律，尤其是原子最外层价的电子运动规律，其中首先开发应用的是一种金属性的材料，主要包括不锈钢、特殊钢材、黑色和有色合金等金属材料，使电磁场能量的应用逐渐进入到了电子层次微观物理的范畴内。同时量子论还提出了固体中的电子能带理论，准确揭示了固体材料中的电子能带结构的分布规律，从电子运动微观物理的机制区别了绝缘体、半导体和金属，开发出了一种新型的半导体材料，使电子学材料逐渐进入到了电子信息功能材料的范畴内。随着半导体材料的开发和研究，在60～70年代，开始出现了一种电子技术，这种电子技术主要是通过固体电子学器件的更新，形成一种电子气类型的电子学器件，并在此基础上发展成为的电子回路集成化技术和电子学器件的小型化，以及目前的超大规模的集成电路以及高速轻巧的电脑，使社会开始向电子技术时代发展，改变了传统的测量检测技术、通信技术以及其他的信息处理技术，奠定了信息技术的基础。

随着半导体的开发和利用，电子材料的科学地位已经变得越来越重要，研究材料不仅是科学发现的先导，同时也是完善科学的实验对象，是开发技术的物资基础，贯穿于科学技术的整个过程。此外，随着光纤技术的兴起，光纤技术和激光技术的结合，为信息技术的发展奠定了一个更为牢固的基础。由于光集成技术和光存储技术的牵引。使光子学信息功能材料的开发和研究进入到了微观物理层次，拓宽了其研究的范围，其覆盖面积包括非金属、无机、金属、有机、静态、非静态等学科和技术，使电子计算机发展成为了信息储存、传输和处理等智能工具，推动了信息技术的发展。

2 光电信息功能材料和量子物理的研究

2.1 电子学信息功能材料和量子物理研究

将电波或者电子作为信息载体的一种信息功能材料被称为电子型的信息功能材料，大多数的电子型功能材料都属于周期性且原子排列的晶体材料，在研究电子学信息功能材料中的量子物理必须要注意以下几个问题：第一，量子的尺寸效应；第二，量子的共振隧道效应；第三，电子运动的波粒二像性的运动规律。

2.2 光子学信息功能材料和量子物理研究

所谓光子学信息功能材料主要是指以光波或者光子作为信息载体的材料，在本文中所讨论的材料主要为传输型材料，这种类型的材料主要是指塑料、玻璃或者石英等一些非晶态的固体材料。随着光集成技术和光纤技术的不断发展，这种类型的材料已经成为目前比较常用的光信息功能材料，是目前应用最广以及发展前景最好的一种材料，就着重对这种类型的材料进行阐述。

2.2.1 光子学信息功能材料的相关物理基础。随着光信息技术和光子技术的快速发展，我们在分析这种非晶态的固体材料的时候，应着重从介质和光子之间互相作用的量子物理问题入手，比如，在介质中光运动所遵循的量子运动规律；介质中的光传输体系是非相对论性还是相对论性；空气中的波粒性二像性和在介质中光传输的波粒性二像性存在的区别；光子是否存在静止质量。

2.2.2 光子技术发展提出的相关量子物理问题主要有以下几点：第一，激光器的转换效率较为低下，要想解决这一问题，我们可以将光运动行为和电子运动的量子理论进行结合，使光子学信息功能材料同样具有共振隧道效应、量子尺寸效应，以此提高激光器的转换效率。第二，光子晶体的问题。在1987的时候，John和Yabdonovitch通过实验提出，如果周期性介质是人工制造的话，其光的传输具有一定的波段选择性，通常被人们称为光子带系结构，而这种周期介质被称为光子晶体，同时还预言光子晶体将会是传输光的一种半导体，实现对光的人工控制，使光子晶体成为了国内外研究光子学信息功能材料的一个热点，而要想解决这一问题，首先要了解在介质中光运动的量子规律等问题。第三，多孔硅发光的问题和光耦合问题等。

2.2.3 根据上述中光子学信息功能材料中量子物理的研究，国内外很多的学者都认识到了研究光电信息功能材料时，必须要结合量子物理来进行研究。现就近年来光学信息功能材料中量子物理的研究，提出相关的建议：第一，光在介质中的传输物理模型是否一定是电磁波；第二，波动光学主要是指光的电磁场理论，即研究在气体中和真空中光的传输，那么在固体介质中光的传播是否会成功；第三，量子力学的使用条件必须要有重物质粒子，那么在实际应用过程中，怎样通过量子物理方程或者其他的定量公式来表示光子等。

3 结束语

综上所述，光电信息功能材料的开发和研究必须要通过量子物理的支撑，目前光电信息功能材料的研究其实就是指以光波、光子、电波、电子作为其信息载体，研究量子物理在光电信息功能材料中的作用。

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作者简介：周舟（1991，3-），男，江苏无锡人，学历本科。

黄轶 （1990，8-），男，江苏宜兴人，学历本科。

陈渊（1991，10-），江苏江阴人，男，学历本科。