凝聚态物理学[教育类别]

1、凝聚凝聚态在物理学中的格局态在物理学中的格局 参考：冯端，凝聚态物理学，高等教育出版社1培训类 物质世界的层次化物质世界的层次化 1 1】 20 20世纪的物理学世纪的物理学 相对论 经典物理的压轴戏 量子论 拉开微观物理学的帷幕 修正时空观、天文学 原子分子学、集体相干和量子涨落 初期到初期到 中期：中期： 1) 从原子物理向下，核物理，基本粒子 2) 对宇宙的探索，引力波、黑洞、暗物质等 建立两大基本模型：用于粒子物理和宇宙论 3) 量子论向上，微观世界和宏观凝聚态物质的汇合 固体物理学+量子+统计凝聚态物理另一前沿 2 培训类 3 培训类 凝聚态物理学 4 培训类 2 2】 简单性与复杂

2、性简单性与复杂性 研究方法：还原论-先从复杂到简单，再从简单重建复杂 还原与统一相伴（弱力与电磁力统一，量子+相对论？） 物理学家的无上考验在于达到那些普 适性基本规律后，再从它演绎出宇宙 Einstein 问题！能统一的范围极限，还原的真实性和可行性？ 因为物质世界的诸层次之间，除存在耦合，还存在脱耦！ 成果 5 培训类 3 3】 还原论的局限还原论的局限-层展现象层展现象 还原论-先从复杂到简单，再从简单重建复杂 因为物质世界的诸层次之间，除存在耦合，还存在脱耦！ 不同物质结构的不同层次间耦合与脱耦微妙平衡 层展的世界层展的世界 6 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 空间尺度：

3、1m 0.1nm 时间跨度：1year 1fs 能量范围：1000K 1nK 粒子数量：1027 1021 ，103 101 7 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 如何区分两者应用范围？ 通常研究对象：全同粒子构成的多体体系 分界：当粒子的相干性或波动性不能忽视 区分经典和量子 粒子系统体现波动性：相干波长Lc 粒子间距a 相干波长de Broglie波长 1 1】 理论方法理论方法量子量子+ +经典经典 另外，利用热平衡体系 区分的模糊边界：量子简并温度 8 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 粒子系统体现波动性：相干波长Lc 粒子间距a 1 1】 理论方法理论方法量子

4、量子+ +经典经典 区分的模糊边界：量子简并温度 分析：m, a, T 常温下固体材料中的电子 气体中的分子 原子气体 光束 9 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 （1）实空间中的凝聚： 气体：没有明确的表面，密度最低 液体：流动性弹性模量为0(宏观) 原子可离域 (微观) 固体：凝聚紧密形态，密度高，不易形变 2 2】 凝聚现象凝聚现象 从统计物理理解： 空间存在分厢化，即出现自由表面并存在势垒， 从而保持热平衡下两侧的密度差 （2）相空间中的凝聚： 超低温下Bose子的BEC K=0时Fermi子的液滴 金属超导体中的库珀对 3He原子液体的超流 10 培训类 凝聚态物理学的范

5、围凝聚态物理学的范围 热力学平衡态：自由能U-TS或Gibbs能取极小 3 3】 有序化有序化 内能与熵的博弈，有序与无序的调和稳定 位置序-粒子间位置存在关联 凝聚过程不同平衡态间的相变 对称破缺，新次序的建立 有序化的体现： 固体：长程序 液体：短程序 气体：无序 量子状态下：电荷密度波，自旋密度波，Wigner晶体 11 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 热力学平衡态：自由能U-TS或Gibbs能取极小 3 3】 有序化有序化 内能与熵的博弈，有序与无序的调和稳定 动量-能态序-粒子在能态结构中分布存在关联 凝聚过程不同平衡态间的相变 对称破缺，新次序的建立 有序化的体现：

6、BEC，BCS，SC ， FL量子状态下： 有序相稳定的原因：粒子间波包的重叠造成整体关联， Bose受激天性使得粒子集群到共同的波动状态。 12 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 热力学平衡态：自由能U-TS或Gibbs能取极小 3 3】 有序化有序化 内能与熵的博弈，有序与无序的调和稳定 自旋序-自旋在位行或动量空间中排布关联 凝聚过程不同平衡态间的相变 对称破缺，新次序的建立 有序化的体现： 顺磁体(无序) 铁/反铁磁体(通过自旋交换相互作为建立次序) 自旋玻璃相变(自旋端程序) 自旋序的出现一般伴随自旋极化或局域磁畴 13 培训类 凝聚态物理学的范围凝聚态物理学的范围 3 3】 有序化有序化 动量-能态序-粒子在能态结构中分布存在关联 经典体系和量子体系有序化的对比： 有序相稳定的原因：粒子间波包的重叠造成整体关联， Bose受激天性使得粒子集群到共同的波动状态。 经典体系的位置序 有序相稳定的原因：粒子互作用或跟周期外场作用， 相对于量子体系，属于强制约导致的有序化。 动量-位置测不准关系：动量序和位置序不相容。 提高有序度方法：增加作用强度/粒子浓度。 提高有序度方法：减少外界作用/粒子互作用/浓度。 所属密度区间：相对于量子体系，属于密度小的情况。 14