A mezoszkópos fizika a sűrített anyagfizika olyan területe, amely a kvantumfizika és a klasszikus fizika között közepes méretű rendszereket tanulmányozza . A szóban forgó távolságok skálája az atom méretétől a mikrométerig terjed . A mezoszkópos dimenzió közbenső dimenzió a makroszkopikus dimenzió és a mikroszkopikus dimenzió között. Lehetővé teszi a vizsgált rendszer statisztikai tanulmányozását.
Míg a mezoszkópos és a makroszkopikus rendszerek egyaránt több atomot tartalmaznak, a makroszkopikus rendszereket jól leírják a klasszikus mechanika törvényeiből származó átlagtulajdonságok, míg a mezoszkópos rendszereket az átlag körüli ingadozások befolyásolják, és kvantummechanikával kell leírni.
Azt mondják, hogy egy rendszer mezoszkópos méretű, amikor kvantum tulajdonságait kezdi mutatni. Például, míg egy makroszkopikus huzal vezetőképessége folyamatosan csökken az átmérőjével és mezoszkópos lesz, addig a huzal vezetőképessége diszkrét ugrásokban csökken.
Mezoszkópikus fizika is segít megérteni, hogy mi történik, ha a miniatürizálás makroszkopikus objektumok, mint például a tranzisztorok az iparág elektronika a félvezetők . Az anyag fizikai tulajdonságai változnak, amikor a méretei megközelítik a nanoszkálát , ahol a felületi hatások fontossá válnak. A mezoszkópos határokat meghaladó anyagok esetében a térfogati hatások nagyobb jelentőséggel bírnak, mivel a felszínen lévő atomok százalékos aránya jelentéktelen az anyag atomjainak számához képest.
Így a mezoszkópos fizika szorosan kapcsolódik a nanokészítés és a nanotechnológia területéhez . Valójában a nanotechnológiában használt eszközök példák a mezoszkópos rendszerekre. Ezeket az eszközöket gyártják, mérik, majd kísérletileg vagy elméletileg megfigyelik, hogy elősegítsék a szigetelők , félvezetők , fémek és szupravezetők fizikájának megértését .
Bár nincs szigorú meghatározása a mezoszkópos rendszerek dimenzióinak, a vizsgált rendszerek mérete általában 100 és 1000 nm között van, ahol kvantumhatások jelentkeznek.
Lényegében három jellemző hosszúság határozza meg, hogy a rendszert mezoszkóposnak tekintik-e:
Quantum szülés hatások leírására elektronok szempontjából energiaszintet, a potenciális mosogató, és a zenekari elmélet . A 10 nm-nél nagyobb anyagú elektronokat sávokkal vagy energiaszintekkel lehet leírni. Egy nagy anyagban, ahol a térfogati hatások dominálnak, az energiaszinteket folyamatosnak írják le, mivel mindegyik között az energia különbség elhanyagolható. Amikor az elektronok változó energiaszinteken stabilizálódnak, a legtöbb vegyérték sávban rezeg a tiltott sávnak nevezett tiltott energia tartomány alatt . Ebben a régióban nincs elérhető energiaszint. Bizonyos elektronok a tiltott sávnál magasabb energiaszinteken helyezkedhetnek el, ekkor a vezetősávon vannak.
A kvantum bezárási hatások akkor jelentkeznek, amikor a megfigyelt rendszer átmérője azonos nagyságrendű, mint az elektron hullámfüggvény hullámhossza . Amikor az anyagok ilyen kicsiek, az elektronikus és optikai tulajdonságaik lényegesen megváltoznak. Amint az anyag miniatürizálódik a mezoszkópos skála felé, a bezártság természetesen növekszik. Így kvantumhatások és sávrés jelennek meg, amikor az energiaszintek diszkrétekké válnak. Ez azt jelenti, hogy elérik a kvantum bezártságot.
Egy olyan rendszerre példa, ahol a kvantum bezárása fontos, a kvantum kút , egy félvezető hetero-szerkezetek rendszere, ahol két dimenziós, korlátozott elektrongáz képződhet a két réteg közötti határfelületen.
A mezoszkópos rezsimben a hibákra, például szennyeződésekre történő szóródás interferenciahatásokat eredményez, amelyek modulálják az elektron transzportját. Ezeknek a hatásoknak a kísérleti aláírása a rendszer fizikai tulajdonságainak reprodukálható ingadozásainak megjelenése. Például a minta vezetőképessége látszólag véletlenszerűen leng, a kísérleti paraméterektől függően. Ugyanakkor a beolvasás során ugyanaz a minta követhető vissza a kezdeti paraméterekre, mint a kezdeti paraméter-vizsgálat során. Ezek az oszcillációk megismételhetők, és a rendszer mezoszkópos természetéből fakadnak.