1、研究帶電粒子與表面/界面電子氣相互作用過程是固體物理、表面物理以及材料科學(xué)中的重要課題。這些研究在表面分析技術(shù)、固體材料表面改性技術(shù)、微電子器件加工技術(shù)等領(lǐng)域具有重要意義。載能帶電粒子可以作為一種粒子束探針，通過其與材料表面發(fā)生相互作用，可以獲得有關(guān)材料表面的成分、結(jié)構(gòu)以及光電性的信息。如通過測量電子束在材料表面或內(nèi)部的能量損失譜，可以確定材料的電激發(fā)特性及電子氣的密度；利用離子束背散射或離子束溝道分析技術(shù)，可以確定材料的成分及結(jié)構(gòu)。此

2、外，在微/納米結(jié)構(gòu)制備工藝中，通過控制聚焦離子束與材料表面的相互作用過程，可以得到所需要的微/納米結(jié)構(gòu)圖形(如光子晶體，MEMS等)。
　　 本文主要采用線性量子流體動力學(xué)理論來研究帶電粒子與不同的表面/界面(單層二維電子氣、雙層平行的二維電子氣、鍍有金屬膜的納米介質(zhì)球、有限厚度/金屬膜/絕緣基底等)相互作用過程，重點(diǎn)探索材料的量子效應(yīng)、尺度效應(yīng)對表面/界面的電激發(fā)過程產(chǎn)生感應(yīng)電勢、電子氣的擾動密度以及入射粒子能量損失的影響。<

3、br>　　 在緒論部分，首先介紹了帶電粒子與表面/界面電子氣相互作用的研究及應(yīng)用背景：其次，回顧了有關(guān)帶電粒子在物質(zhì)中能量損失的研究進(jìn)展以及相關(guān)的理論模型：最后，針對目前研究中存在的問題，介紹了本文的研究計劃和結(jié)構(gòu)安排。
　　 在第二章中，首先介紹了自洽的量子流體動力學(xué)模型，該模型通過我們熟知的宏觀量(如：密度、能量、動量、速度等)反映了微觀粒子之間的相互作用。把量子流體動力學(xué)模型與泊松方程相結(jié)合，在線性化基礎(chǔ)上得到了帶電粒子

4、平行于二維電子氣平面運(yùn)動時的感應(yīng)勢、感應(yīng)電子氣密度、電子流體的速度場、阻止本領(lǐng)、側(cè)向力和自能的表達(dá)式。計算結(jié)果表明，量子統(tǒng)計和量子衍射效應(yīng)使感應(yīng)勢的振蕩強(qiáng)度明顯減弱，說明量子效應(yīng)作用的結(jié)果是使電子氣恢復(fù)平衡。在考慮量子效應(yīng)的前提下，分析了入射粒子速度對感應(yīng)勢和感應(yīng)電子氣密度空間分布的影響。結(jié)果表明，當(dāng)入射粒子的速度相對較高時，在其所在位置的后方感應(yīng)勢和感應(yīng)電子氣密度均出現(xiàn)了V型振蕩的尾流效應(yīng)，并且粒子的速度越高，錐角越小，振蕩的范圍越大

5、，波長越長。此外，還計算了電子氣流體速度場的分布，結(jié)果表明，電子的振蕩以縱波的形式向入射粒子運(yùn)動的反方向傳播。最后，計算了粒子的位置、阻尼系數(shù)、密度參數(shù)對阻止本領(lǐng)、側(cè)向力和自能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粒子距離電子氣平面越近或者電子氣的密度參數(shù)越小時，粒子損失的能量越多。而當(dāng)阻尼系數(shù)趨于零時，電子氣內(nèi)出現(xiàn)了共振激發(fā)，此時在高速區(qū)能量損失達(dá)到最大。
　　 在第三章中，研究了帶電粒子平行于雙層二維電子氣平面運(yùn)動時的電激發(fā)過程，得到了兩個電

6、子氣平面相互耦合的感應(yīng)勢、感應(yīng)電子氣密度、阻止本領(lǐng)、側(cè)向力和自能的表達(dá)式。計算結(jié)果表明，當(dāng)帶電粒子平行于兩個電子氣平面運(yùn)動時，除了在粒子的后方出現(xiàn)了振蕩的尾勢外，還在兩個平面所在位置出現(xiàn)了明顯的尖峰。此外，當(dāng)兩個電子氣平面間的距離較近時，相互耦合的結(jié)果是使阻止本領(lǐng)、側(cè)向力和自能隨速度變化曲線出現(xiàn)了明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，隨著粒子與兩個電子氣平面距離的加大這種雙峰結(jié)構(gòu)消失。當(dāng)兩個電子氣平面間的距離較小時，電子氣密度參數(shù)也會對阻止本領(lǐng)、側(cè)向力和自能

7、隨速度變化產(chǎn)生影響，使之出現(xiàn)明顯雙峰結(jié)構(gòu)。
　　 在第四章中，采用球坐標(biāo)系下的線性量子流體動力學(xué)模型與恰當(dāng)?shù)倪吔鐥l件相結(jié)合，研究了帶電粒子與鍍有金屬膜的納米介質(zhì)球之間的相互作用。計算結(jié)果表明，當(dāng)帶電粒子在球表面附近運(yùn)動時，球表面金屬膜內(nèi)的電子由于極化和激發(fā)而產(chǎn)生振蕩的尾流效應(yīng)。當(dāng)粒子逐漸遠(yuǎn)離介質(zhì)球時，感應(yīng)勢和感應(yīng)電子氣密度振蕩的幅值變小，最大峰值所在位置也隨粒子前移。此外，當(dāng)入射粒子的速度小于某一臨界速度時，感應(yīng)勢振蕩的最大幅值

8、隨速度的增大而變大，反之，則隨速度的增大而變小。最后，計算結(jié)果還顯示，由于球形結(jié)構(gòu)的特殊性，使粒子在接近而后遠(yuǎn)離小球過程中阻止本領(lǐng)的值先負(fù)后正，(即，小球始終對粒子吸引，其電場力對粒子先加速后減速)：隨著小球介電常數(shù)的增大，阻止本領(lǐng)的峰值變小并向低速區(qū)移動，說明由于介質(zhì)球的存在，使得其極化電場和表面電子氣擾動產(chǎn)生的感應(yīng)電場對入射粒子的整體作用效應(yīng)變?nèi)趿恕?br>　　 在第五章中，研究了帶電粒子平行于半無限大絕緣基底表面上有限厚度金屬膜

9、運(yùn)動時產(chǎn)生的電激發(fā)過程，得到了感應(yīng)勢、擾動電子氣密度、阻止本領(lǐng)、側(cè)向力以及自能的表達(dá)式。計算結(jié)果表明，當(dāng)金屬膜很薄時，在它的兩個表面處均出現(xiàn)了振蕩的電激發(fā)現(xiàn)象，而且，隨著金屬膜厚度的增大，在金屬膜與絕緣基底交界面處的振蕩逐漸減弱直到消失。另外，金屬膜對入射粒子的庫侖勢有明顯的屏蔽作用。本章還詳細(xì)分析了膜的厚度、粒子位置、密度參數(shù)和基底介電常數(shù)對粒子的能量損失和受力情況的影響。最后，把通過量子流體動力學(xué)模型和局域介電函數(shù)模型計算的感應(yīng)勢和