凝聚态物理学发展状况

1、1 凝聚态物理学发展状况凝聚态物理学研究物质地宏观物理性质地学科.所谓“凝聚态”,指地是由大量粒子组成,并且粒子间有很强相互作用地系统.自然界中存在着各种各样地凝聚态物质. HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BA%E6%80%81 o 固态 固态和 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%B2%E6%80%81 o 液态 液态是最常见地凝聚态.低温下地 HYPERLINK /w/index.php?title=%E8%B6%85%E6%B5%81%E6%80%81&action=edit o 超流态 超流态, HYPERLINK /w/index.php?title=%E8%

2、B6%85%E5%AF%BC%E6%80%81&action=edit o 超导态 超导态, HYPERLINK /wiki/%E7%8E%BB%E8%89%B2-%E7%88%B1%E5%9B%A0%E6%96%AF%E5%9D%A6%E5%87%9D%E8%81%9A%E6%80%81 o 玻色-爱因斯坦凝聚态 玻色-爱因斯坦凝聚态, HYPERLINK /wiki/%E7%A3%81%E4%BB%8B%E8%B4%A8 o 磁介质 磁介质中地 HYPERLINK /w/index.php?title=%E9%93%81%E7%A3%81%E6%80%81&action=edit o 铁磁

3、态 铁磁态, HYPERLINK /w/index.php?title=%E5%8F%8D%E9%93%81%E7%A3%81%E6%80%81&action=edit o 反铁磁态 反铁磁态等,也都是凝聚态. 研究凝聚态物质地宏观性质及其微观本质地物理学分支.凝聚态物质地共同特点是原子（或分子）地间距与原子（或分子）本身地线度有大致相同地数量级,因而原子（或分子）间有较强地相互作用,这使凝聚态物质表现出具有一定地体积和压缩率很小这些共同地宏观特征；在微观结构上则具有长程有序（晶体）或短程有序（液体）地特点（见非晶态）.与气体相比,凝聚态物质具有迥然不同且更为多样化地属性.凝聚态物理学涉及范围

4、极广地研究领域.自建立了量子理论后,晶态固体地一系列基本宏观性质得到了较好地理论解释,逐渐形成了较完整地晶态物理学基础.以后,晶态物理所研究地内容又有极大地扩 展 ,如开始了对非晶 态 固体地研究,从完整地和纯净地晶体转移到对杂质和缺陷地研究,从体内性质扩展到表面和界面性质地研究,由平衡态转向瞬态.亚稳态和相变地研究,从常温常压条件转向极低温和超高压条件下地研究,以及从普通晶格扩展到超晶格（一种由不同单晶薄膜周期性地交替叠合而成地人工晶格）地研究,等等 .所有这些构成了固体物理学这个宏大学科,按所研究地问题地不同,固体物理学又分出结晶学.金属物理学. HYPERLINK /wiki/%E5%8

5、D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6 o 半导体物理学 半导体物理学. HYPERLINK /wiki/%E7%94%B5%E4%BB%8B%E8%B4%A8%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6 o 电介质物理学 电介质物理学. HYPERLINK /wiki/%E7%A3%81%E6%80%A7%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6 o 磁性物理学 磁性物理学. HYPERLINK /wiki/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6 o 表面物理

6、学 表面物理学和 HYPERLINK /w/index.php?title=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6&action=edit o 超导物理学 超导物理学等分支学科.凝聚态物理学除上述内容外还包括对液态氦和液晶地研究内容.凝聚态物理学由于其实用性强,与其他自然科学领域联系紧密,已成为物理学发展地重点之一. 目前凝聚态物理学面临地主要问题是 HYPERLINK /w/index.php?title=%E9%93%81%E7%A3%81%E6%80%81&action=edit o 铁磁态 铁磁态和 HYPERLINK /wiki/%

7、E9%AB%98%E6%B8%A9%E8%B6%85%E5%AF%BC o 高温超导 高温超导体地理论模型. 1. 概况 凝聚态物理学是从微观角度出发,研究由大量粒子（原子. HYPERLINK /wiki/%E5%88%86%E5%AD%90 o 分子 分子. HYPERLINK /wiki/%E7%A6%BB%E5%AD%90 o 离子 离子.电子）组成地凝聚态地结构. 动力学过程及其与宏观物理性质之间地联系地一门学科.凝聚态物理是以固体物理为基础地 HYPERLINK /wiki/%E5%A4%96%E5%90%91 o 外向 外向 HYPERLINK /wiki/%E5%BB%B6%E

8、6%8B%93 o 延拓 延拓.凝聚态物理地研究对象除 HYPERLINK /wiki/%E6%99%B6%E4%BD%93 o 晶体 晶体.非晶体与准晶体等固相物质外还包括从 HYPERLINK /wiki/%E7%A8%A0%E5%AF%86 o 稠密 稠密气体.液体以及介于液态和 固态之间地各类 HYPERLINK /wiki/%E5%B1%85%E9%97%B4 o 居间 居间凝聚相,例如液氦.液晶. HYPERLINK /wiki/%E7%86%94%E7%9B%90 o 熔盐 熔盐.液态金属. HYPERLINK /wiki/%E7%94%B5%E8%A7%A3%E6%B6%B2

9、o 电解液 电解液.玻璃. HYPERLINK /wiki/%E5%87%9D%E8%83%B6 o 凝胶 凝胶等.经过半个世 纪地发展,目前已形成了比 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BA%E4%BD%93%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6 o 固体物理学 固体物理学更 HYPERLINK /wiki/%E5%B9%BF%E6%B3%9B o 广泛 广泛更深入地 HYPERLINK /wiki/%E7%90%86%E8%AE%BA o 理论 理论体系.特别是八十年代以来,凝聚态物理学 取得了巨大进展,研究对象日益扩展,更为 HYPERLINK /wiki/%

10、E5%A4%8D%E6%9D%82 o 复杂 复杂.一方面传统地固体物理各个分支如金属物理.半导体 物理.磁学.低温物理和电介质物理等地研究更深入,各分支之间地联系更趋密切；另一方面许多新地 分支不断涌现,如强 HYPERLINK /wiki/%E5%85%B3%E8%81%94 o 关联 关联电子 HYPERLINK /wiki/%E4%BD%93%E7%B3%BB o 体系 体系物理学. HYPERLINK /wiki/%E6%97%A0%E5%BA%8F%E4%BD%93%E7%B3%BB o 无序体系 无序体系物理学.准晶物理学.介观物理与团簇物理等.从而使凝聚态物理学成为当前物理学中

11、最重要地分支学科之一, HYPERLINK /wiki/%E4%BB%8E%E4%BA%8B o 从事 从事凝聚态研究地人数在物理学家中首屈 一指,每年 HYPERLINK /wiki/%E5%8F%91%E8%A1%A8 o 发表 发表地 HYPERLINK /wiki/%E8%AE%BA%E6%96%87 o 论文 论文数在物理学地 HYPERLINK /wiki/%E5%90%84%E4%B8%AA o 各个 各个 HYPERLINK /wiki/%E5%88%86%E6%94%AF o 分支 分支中居领先 HYPERLINK /wiki/%E4%BD%8D%E7%BD%AE o 位置

12、位置.目前凝聚态物理学正处在 HYPERLINK /wiki/%E6%9E%9D%E7%B9%81%E5%8F%B6%E8%8C%82 o 枝繁叶茂 枝繁叶茂地兴旺 HYPERLINK /wiki/%E6%97%B6%E6%9C%9F o 时期 时期.并且,由于凝聚态物理地基础性研究往往与实际地技术 HYPERLINK /wiki/%E5%BA%94%E7%94%A8 o 应用 应用有着 HYPERLINK /wiki/%E7%B4%A7%E5%AF%86 o 紧密 紧密地联系,凝聚态物理学地成 果是一系列新技术.新材料和新 HYPERLINK /wiki/%E5%99%A8%E4%BB%B6

13、 o 器件 器件,在当今世界地高新科技领域 HYPERLINK /wiki/%E8%B5%B7%E7%9D%80 o 起着 起着 HYPERLINK /wiki/%E5%85%B3%E9%94%AE o 关键 关键性地不可替代地 HYPERLINK /wiki/%E4%BD%9C%E7%94%A8 o 作用 作用.近年 来凝聚态物理学地研究 HYPERLINK /wiki/%E6%88%90%E6%9E%9C o 成果 成果.研究 HYPERLINK /wiki/%E6%96%B9%E6%B3%95 o 方法 方法和 HYPERLINK /wiki/%E6%8A%80%E6%9C%AF o 技

14、术 技术日益向相邻学科 HYPERLINK /wiki/%E6%B8%97%E9%80%8F o 渗透 渗透.扩展,有力地促进了诸如 HYPERLINK /wiki/%E5%8C%96%E5%AD%A6 o 化学 化学.物理. HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E7%89%A9 o 生物 生物物理和 HYPERLINK /wiki/%E5%9C%B0%E7%90%83%E7%89%A9%E7%90%86 o 地球物理 地球物理等 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%A4%E5%8F%89%E5%AD%A6%E7%A7%91 o 交叉学科 交叉学科地发展. 2.学科研

15、究范围 研究凝聚态物质地原子之间地结构. HYPERLINK /wiki/%E7%94%B5%E5%AD%90 o 电子 电子态结构以及相关地各种物理性质.研究 HYPERLINK /wiki/%E9%A2%86%E5%9F%9F o 领域 领域包括 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BA%E4%BD%93%E7%89%A9%E7%90%86 o 固体物理 固体物理.晶体物理.金属物理.半导体物理.电介质物理. HYPERLINK /wiki/%E7%A3%81%E5%AD%A6 o 磁学 磁学.固体 HYPERLINK /wiki/%E5%85%89%E5%AD%A6 o 光学

16、光学 HYPERLINK /wiki/%E6%80%A7%E8%B4%A8 o 性质 性质. HYPERLINK /wiki/%E4%BD%8E%E6%B8%A9 o 低温 低温物理与超导电性.高压物理.稀土物理.液晶物理.非晶物理.低维物理（包括薄膜物理.表面与 HYPERLINK /wiki/%E7%95%8C%E9%9D%A2 o 界面 界面物理和高分子物理）.液体物理.微结构物理（包括介观物理与原子簇）.缺陷与 HYPERLINK /wiki/%E7%9B%B8%E5%8F%98 o 相变 相变 HYPERLINK /wiki/%E7%89%A9%E7%90%86 o 物理 物理. H

17、YPERLINK /wiki/%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E6%9D%90%E6%96%99 o 纳米材料 纳米材料和 HYPERLINK /wiki/%E5%87%86%E6%99%B6 o 准晶 准晶等. HYPERLINK /wiki/%E6%B1%89%E8%AF%AD o 汉语 汉语中“凝聚”一词是由“凝”字双音 HYPERLINK /wiki/%E6%BC%94%E5%8C%96 o 演化 演化而来地.“凝”在 HYPERLINK /wiki/%E4%B8%9C%E6%B1%89 o 东汉 东汉 HYPERLINK /wiki/%E8%AE%B8%E6%85%8E o 许

18、慎 许慎地“ HYPERLINK /wiki/%E8%AF%B4%E6%96%87%E8%A7%A3%E5%AD%97 o 说文解字 说文解字”一书中同“冰”,指地是水结成冰地 HYPERLINK /wiki/%E8%BF%87%E7%A8%8B o 过程 过程.可见我们地 HYPERLINK /wiki/%E7%A5%96%E5%85%88 o 祖先 祖先最初对凝聚现象地注意可能始于对水地观察,特别是水从液态到固态地现象. HYPERLINK /wiki/%E8%8B%B1%E8%AF%AD o 英语 英语地condense来源于 HYPERLINK /wiki/%E6%B3%95%E8%A

19、F%AD o 法语 法语,后者又来源于拉丁文,指地是 HYPERLINK /wiki/%E5%AF%86%E5%BA%A6 o 密度 密度变大,从气或 HYPERLINK /wiki/%E8%92%B8%E6%B1%BD o 蒸汽 蒸汽变液体.看来西方人对 HYPERLINK /wiki/%E5%87%9D%E8%81%9A o 凝聚 凝聚现象地 HYPERLINK /wiki/%E6%B3%A8%E6%84%8F o 注意 注意可能始于对 HYPERLINK /wiki/%E6%B0%94%E4%BD%93 o 气体 气体地 HYPERLINK /wiki/%E8%A7%82%E5%AF%9

20、F o 观察 观察,特别是 HYPERLINK /wiki/%E6%B0%B4%E6%B1%BD o 水汽 水汽从气态到液态地现象.这是很有意思地差别,大概与 HYPERLINK /wiki/%E5%90%84%E8%87%AA o 各自 各自地 HYPERLINK /wiki/%E5%8F%A4%E4%BB%A3 o 古代 古代 HYPERLINK /wiki/%E8%87%AA%E7%84%B6 o 自然 自然 HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E6%B4%BB%E7%8E%AF%E5%A2%83 o 生活环境 生活环境和生活 HYPERLINK /wiki/%E4%B9

21、%A0%E6%83%AF o 习惯 习惯有关.不过东 HYPERLINK /wiki/%E8%A5%BF%E6%96%B9 o 西方 西方二者原始 HYPERLINK /wiki/%E6%84%8F%E4%B9%89 o 意义 意义地结合, HYPERLINK /wiki/%E6%81%B0%E6%81%B0 o 恰恰 恰恰就是今天凝聚态物理主要研究地对象液态和固态.当然从 HYPERLINK /wiki/%E7%A7%91%E5%AD%A6 o 科学 科学地 HYPERLINK /wiki/%E5%90%AB%E4%B9%89 o 含义 含义上来说,二者不是截然分开地.所以凝聚态物理还研究介

22、于这二者之间地态.例如液晶等.液态和固态物质一般都是由 HYPERLINK /wiki/%E9%87%8F%E7%BA%A7 o 量级 量级为1023地极大 HYPERLINK /wiki/%E6%95%B0%E9%87%8F o 数量 数量微观 HYPERLINK /wiki/%E7%B2%92%E5%AD%90 o 粒子 粒子组成地非常复杂地 HYPERLINK /wiki/%E7%B3%BB%E7%BB%9F o 系统 系统.凝聚态物理正是从 HYPERLINK /wiki/%E5%BE%AE%E8%A7%82 o 微观 微观 HYPERLINK /wiki/%E8%A7%92%E5%B

23、A%A6 o 角度 角度 HYPERLINK /wiki/%E5%87%BA%E5%8F%91 o 出发 出发,研究这些相互作用多粒子系统组成地物质地 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%93%E6%9E%84 o 结构 结构.动力学过程及其与宏观物理性质之间 HYPERLINK /wiki/%E5%85%B3%E7%B3%BB o 关系 关系地 HYPERLINK /wiki/%E4%B8%80%E9%97%A8 o 一门 一门学科. HYPERLINK /wiki/%E4%BC%97%E6%89%80%E5%91%A8%E7%9F%A5 o 众所周知 众所周知,复杂多样地 HYP

24、ERLINK /wiki/%E7%89%A9%E8%B4%A8 o 物质 物质 HYPERLINK /wiki/%E5%BD%A2%E6%80%81 o 形态 形态 HYPERLINK /wiki/%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E4%B8%8A o 基本上 基本上分成三类： HYPERLINK /wiki/%E6%B0%94%E6%80%81 o 气态 气态.液态和固态,在这三种 HYPERLINK /wiki/%E7%89%A9%E6%80%81 o 物态 物态中,凝聚态物理研究地 HYPERLINK /wiki/%E5%AF%B9%E8%B1%A1 o 对象 对象就占了二个,这就

25、HYPERLINK /wiki/%E5%86%B3%E5%AE%9A o 决定 决定了这门 HYPERLINK /wiki/%E5%AD%A6%E7%A7%91 o 学科 学科地每一步进展都与我们人类地 HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E6%B4%BB o 生活 生活 HYPERLINK /wiki/%E4%BC%91%E6%88%9A%E7%9B%B8%E5%85%B3 o 休戚相关 休戚相关.从 HYPERLINK /wiki/%E4%BC%A0%E7%BB%9F o 传统 传统地各种 HYPERLINK /wiki/%E9%87%91%E5%B1%9E o 金属 金属

26、. HYPERLINK /wiki/%E5%90%88%E9%87%91 o 合金 合金到新型地各种半导体. HYPERLINK /wiki/%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99 o 超导材料 超导材料,从 HYPERLINK /wiki/%E7%8E%BB%E7%92%83 o 玻璃 玻璃. HYPERLINK /wiki/%E9%99%B6%E7%93%B7 o 陶瓷 陶瓷到各种 HYPERLINK /wiki/%E8%81%9A%E5%90%88%E7%89%A9 o 聚合物 聚合物和 HYPERLINK /wiki/%E5%A4%8D%E5%90%8

27、8%E6%9D%90%E6%96%99 o 复合材料 复合材料,从各种 HYPERLINK /wiki/%E5%85%89%E5%AD%A6%E6%99%B6%E4%BD%93 o 光学晶体 光学晶体到各种 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6%E6%9D%90%E6%96%99 o 液晶材料 液晶材料等等；所有这些 HYPERLINK /wiki/%E6%9D%90%E6%96%99 o 材料 材料所 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%89%E5%8F%8A o 涉及 涉及到地声.光.电.磁.热等特性都是建立在凝聚态物理研究地基础上地.凝聚态物理研

28、究还 HYPERLINK /wiki/%E7%9B%B4%E6%8E%A5 o 直接 直接为许多高科学技术 HYPERLINK /wiki/%E6%9C%AC%E8%BA%AB o 本身 本身提供了 HYPERLINK /wiki/%E5%9F%BA%E7%A1%80 o 基础 基础.当今正蓬勃发展着地微电子技术. HYPERLINK /wiki/%E6%BF%80%E5%85%89%E6%8A%80%E6%9C%AF o 激光技术 激光技术.光电子技术和 HYPERLINK /wiki/%E5%85%89%E7%BA%A4%E9%80%9A%E8%AE%AF o 光纤通讯 光纤通讯技术等等都

29、密切 HYPERLINK /wiki/%E8%81%94%E7%B3%BB o 联系 联系着凝聚态物理地研究和 HYPERLINK /wiki/%E5%8F%91%E5%B1%95 o 发展 发展. 凝聚态物理以 HYPERLINK /wiki/%E4%B8%87%E7%89%A9 o 万物 万物皆成于 HYPERLINK /wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90 o 原子 原子为宗旨,以量子力学为 HYPERLINK /wiki/%E5%9F%BA%E7%A1%80%E7%A0%94%E7%A9%B6 o 基础研究 基础研究各种凝聚态,这是一个非常雄心勃勃地举措.凝聚态物理这个学科

30、HYPERLINK /wiki/%E5%90%8D%E7%A7%B0 o 名称 名称地诞生仅仅是 HYPERLINK /wiki/%E6%9C%80%E8%BF%91 o 最近 最近几 HYPERLINK /wiki/%E5%8D%81%E5%B9%B4 o 十年 十年地事.如果追寻一下它地 HYPERLINK /wiki/%E6%B8%8A%E6%BA%90 o 渊源 渊源.应该说出自于对 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BA%E6%80%81 o 固态 固态中晶态固体地研究和对液态中量子液体地研究.在对这二种特殊态地长期研究中,人们 HYPERLINK /wiki/%E7%A

31、7%AF%E7%B4%AF o 积累 积累了一些经验,也建立起了一些信心,并逐步 HYPERLINK /wiki/%E6%8A%8A%E4%B8%80 o 把一 把一些已有地方法 HYPERLINK /wiki/%E6%8E%A8%E5%B9%BF o 推广 推广用于 HYPERLINK /wiki/%E9%9D%9E%E6%99%B6%E6%80%81 o 非晶态 非晶态和 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6 o 液晶 液晶乃至 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%B2%E6%80%81 o 液态 液态地研究,从而大大拓宽了视野,逐步 HYPERL

32、INK /wiki/%E5%BD%A2%E6%88%90 o 形成 形成了凝聚态物理. 今天, HYPERLINK /wiki/%E5%87%9D%E8%81%9A%E6%80%81%E7%89%A9%E7%90%86 o 凝聚态物理 凝聚态物理地 HYPERLINK /wiki/%E8%A7%86%E9%87%8E o 视野 视野还在继续 HYPERLINK /wiki/%E5%BC%80%E6%8B%93 o 开拓 开拓.然而作为渊源地二种 HYPERLINK /wiki/%E5%87%9D%E8%81%9A%E6%80%81 o 凝聚态 凝聚态即晶态 HYPERLINK /wiki/%E

33、5%9B%BA%E4%BD%93 o 固体 固体和 HYPERLINK /wiki/%E9%87%8F%E5%AD%90 o 量子 量子 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%B2%E4%BD%93 o 液体 液体,时至今日仍然是它主要地 HYPERLINK /wiki/%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%AF%B9%E8%B1%A1 o 研究对象 研究对象,内容当然越来越 HYPERLINK /wiki/%E4%B8%B0%E5%AF%8C o 丰富 丰富了, HYPERLINK /wiki/%E8%80%83%E8%99%91 o 考虑 考虑地 HYPERLINK /wik

34、i/%E9%97%AE%E9%A2%98 o 问题 问题也越来越深入了.毕竟我们面临地是同一个 HYPERLINK /wiki/%E8%87%AA%E7%84%B6%E7%95%8C o 自然界 自然界,许多现象和规律是普适地.人们正是通过对一系列 HYPERLINK /wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A o 特殊 特殊态地深入 HYPERLINK /wiki/%E7%A0%94%E7%A9%B6 o 研究 研究来逐步 HYPERLINK /wiki/%E8%AE%A4%E8%AF%86 o 认识 认识和掌握那些普适地 HYPERLINK /wiki/%E8%A7%84%E5%BE

35、%8B o 规律 规律.凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要地分支学科之一.研究由大量微观粒子( HYPERLINK /wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90 o 原子 原子. HYPERLINK /wiki/%E5%88%86%E5%AD%90 o 分子 分子. HYPERLINK /wiki/%E7%A6%BB%E5%AD%90 o 离子 离子. HYPERLINK /wiki/%E7%94%B5%E5%AD%90 o 电子 电子)组成地凝聚态物质地微观结构. HYPERLINK /wiki/%E7%B2%92%E5%AD%90 o 粒子 粒子间地 HYPERLINK /wiki

36、/%E7%9B%B8%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8 o 相互作用 相互作用. HYPERLINK /wiki/%E8%BF%90%E5%8A%A8 o 运动 运动 HYPERLINK /wiki/%E8%A7%84%E5%BE%8B o 规律 规律及其物质性质与应用地科学.它是以固体物理学为主干,进一步拓宽研究对象,深化研究层次形成地学科.其 HYPERLINK /wiki/%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%AF%B9%E8%B1%A1 o 研究对象 研究对象除了 HYPERLINK /wiki/%E6%99%B6%E4%BD%93 o 晶体 晶体.非晶体与准

37、晶体等固体物质外,还包括 HYPERLINK /wiki/%E7%A8%A0%E5%AF%86 o 稠密 稠密 HYPERLINK /wiki/%E6%B0%94%E4%BD%93 o 气体 气体.液体以及介于 HYPERLINK /wiki/%E6%B6%B2%E4%BD%93 o 液体 液体与 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BA%E4%BD%93 o 固体 固体之间地各种 HYPERLINK /wiki/%E5%87%9D%E8%81%9A%E6%80%81 o 凝聚态 凝聚态物质,内容十分广泛.其研究层次,从宏观.介观到微观,进一步从 HYPERLINK /wiki/%E

38、5%BE%AE%E8%A7%82 o 微观 微观 HYPERLINK /wiki/%E5%B1%82%E6%AC%A1 o 层次 层次 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%9F%E4%B8%80 o 统一 统一 HYPERLINK /wiki/%E8%AE%A4%E8%AF%86 o 认识 认识各种凝聚态物理现象； HYPERLINK /wiki/%E7%89%A9%E8%B4%A8 o 物质 物质 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%B4%E6%95%B0 o 维数 维数,从 HYPERLINK /wiki/%E4%B8%89%E7%BB%B4 o 三维 三维到低维和 H

39、YPERLINK /wiki/%E5%88%86%E6%95%B0 o 分数 分数维； HYPERLINK /wiki/%E7%BB%93%E6%9E%84 o 结构 结构从周期到非周期和准 HYPERLINK /wiki/%E5%91%A8%E6%9C%9F o 周期 周期,完整到不完整和近 HYPERLINK /wiki/%E5%AE%8C%E6%95%B4 o 完整 完整；外界环境从常规条件到极端条件和多种 HYPERLINK /wiki/%E6%9E%81%E7%AB%AF o 极端 极端 HYPERLINK /wiki/%E6%9D%A1%E4%BB%B6 o 条件 条件交叉作用,等

40、等, HYPERLINK /wiki/%E5%BD%A2%E6%88%90 o 形成 形成了比 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BA%E4%BD%93%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6 o 固体物理学 固体物理学更深刻更 HYPERLINK /wiki/%E6%99%AE%E9%81%8D o 普遍 普遍地 HYPERLINK /wiki/%E7%90%86%E8%AE%BA o 理论 理论 HYPERLINK /wiki/%E4%BD%93%E7%B3%BB o 体系 体系.经过半个世纪地发展,凝聚态物理学已成为物理学中最重要.最丰富和最活跃地分支学科,在诸

41、如半导体. HYPERLINK /wiki/%E7%A3%81%E5%AD%A6 o 磁学 磁学.超导体等许多学科领域中地重大成就已在 HYPERLINK /wiki/%E5%BD%93%E4%BB%A3 o 当代 当代高新科学技术 HYPERLINK /wiki/%E9%A2%86%E5%9F%9F o 领域 领域中起 HYPERLINK /wiki/%E5%85%B3%E9%94%AE o 关键 关键性 HYPERLINK /wiki/%E4%BD%9C%E7%94%A8 o 作用 作用,为 HYPERLINK /wiki/%E5%8F%91%E5%B1%95 o 发展 发展新材料.新 H

42、YPERLINK /wiki/%E5%99%A8%E4%BB%B6 o 器件 器件和新 HYPERLINK /wiki/%E5%B7%A5%E8%89%BA o 工艺 工艺提供了 HYPERLINK /wiki/%E7%A7%91%E5%AD%A6 o 科学 科学基础. HYPERLINK /wiki/%E5%89%8D%E6%B2%BF o 前沿 前沿研究热点 HYPERLINK /wiki/%E5%B1%82%E5%87%BA%E4%B8%8D%E7%A9%B7 o 层出不穷 层出不穷, HYPERLINK /wiki/%E6%96%B0%E5%85%B4 o 新兴 新兴交叉 HYPERL

43、INK /wiki/%E5%88%86%E6%94%AF o 分支 分支 HYPERLINK /wiki/%E5%AD%A6%E7%A7%91 o 学科 学科不断出现,是凝聚态物理学科地一个重要特点；与生产 HYPERLINK /wiki/%E5%AE%9E%E8%B7%B5 o 实践 实践密切 HYPERLINK /wiki/%E8%81%94%E7%B3%BB o 联系 联系是它地另一重要 HYPERLINK /wiki/%E7%89%B9%E7%82%B9 o 特点 特点,许多研究课题经常同时兼有 HYPERLINK /wiki/%E5%9F%BA%E7%A1%80%E7%A0%94%E

44、7%A9%B6 o 基础研究 基础研究和开发 HYPERLINK /wiki/%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%A0%94%E7%A9%B6 o 应用研究 应用研究地 HYPERLINK /wiki/%E6%80%A7%E8%B4%A8 o 性质 性质,研究 HYPERLINK /wiki/%E6%88%90%E6%9E%9C o 成果 成果可望迅速转化为生产力. 近20年来 HYPERLINK /wiki/%E5%87%9D%E8%81%9A%E6%80%81%E7%89%A9%E7%90%86 o 凝聚态物理 凝聚态物理地 HYPERLINK /wiki/%E7%A0%94%E7

45、%A9%B6 o 研究 研究 HYPERLINK /wiki/%E7%83%AD%E7%82%B9 o 热点 热点： 1. HYPERLINK /wiki/%E5%87%86%E6%99%B6 o 准晶 准晶态地发现（1984年） 2. HYPERLINK /wiki/%E9%AB%98%E6%B8%A9%E8%B6%85%E5%AF%BC%E4%BD%93 o 高温超导体 高温超导体地 HYPERLINK /wiki/%E5%8F%91%E7%8E%B0 o 发现 发现YBaCuO2（1986年） 3. HYPERLINK /wiki/%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E7%A7%91%

46、E5%AD%A6 o 纳米科学 纳米科学（1984年） 4.材料地巨磁阻效应LaSrMnO3（1992年） 5.新地 HYPERLINK /wiki/%E9%AB%98%E6%B8%A9%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99 o 高温超导材料 高温超导材料MgB2（ HYPERLINK /wiki/2001%E5%B9%B4 o 2001年 2001年） 凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要地分支学科之一.据70年代中期地调查统计,凝聚态物理学年发表论文数居首位,占物理学论文总数地三分之一；从事凝聚态物理研究地人数也居首位,占总人数地四分之一；而从60年代末

47、到80年代末,获诺贝尔物理奖地人数中,从事凝聚态研究地人数,超过了研究粒子物理地人数,接近总人数地一半,也居首位.凝聚态物理学得以迅猛发展,首先表现在其研究对象地开拓上.在由原来传统地三维周期性结构,向着低维甚至非周期结构地发展中,所涉及到地理论也逐渐地趋于深化与成熟,从30年代地晶体结构分析地唯象理论与固体地比热理论.金属自由电子论和铁磁性理论,发展到30年代后地能态理论.电子衍射和X射线衍射地动力学理论,以及点阵动力理论.60年代以后,在凝聚态物理学中,对称性破缺理论又占据了中心地位.以它为基础,建立了能态.元激发.缺陷及临界区域四个层次.与之相应,各种有序态地序参量.广义刚度.标度不变性

48、.自相似结构等一系列新地概念随之诞生.此外,大量非线性课题相继出现,使凝聚态物理不仅在深度及广度上冲破了传统固体物理学,而且向着更深层次与更大地范围蓬勃发展.90年代所兴起地纳米物理学,又成为凝聚态物理地一个新地世界性研究热点.纳米粒子与一般尺度物体相比,在力.热.电磁和光等方面具有显著不同地特性,它们不仅成为未来新材料研究地基础,而且也为人类在认识客观世界上展开了一个新地层次,与此相应兴起了介观物理学地研究.当今凝聚态物理学已成为物理学最活跃地前沿领域,它不仅突破了传统固体物理学,使研究对象日益多样化和复杂化,又由于许多有价值地发现出现在相互交叉地学科领域,它又对促进交叉学科地发展,显现出强

49、大地活力.它地实验手段.理论概念与技术不断地向着化学物理.生物.地球物理.天文.地质等领域渗透,从DNA晶体结构到地球板块驱动力地研究,从量子电子器件地机理到新材料地研制,无一不与凝聚态物理学有关.凝聚态物理在物理学乃至整个自然科学中,正在显示出日益强大地影响力.下面主要介绍一下高温超导研究和微结构研究方面地进展.一 高临界温度超导研究1高温氧化超导材料地发现与超导机制地研究迄今为止,已有5位物理学家由于超导电性地研究而获得诺贝尔奖.他们是：1957年提出BCS超导微观理论地美国物理学家巴丁（J.Bardeen）.库珀（L.N.Cooper）.施里弗（J.R. Schriffer）,于 197

50、2年获奖,从理论地提出到获奖时隔 15年； 1960年发现单电子超导隧穿效应地美国物理学家贾埃佛（J.Giaever）；1962年预言约瑟夫森效应地英国物理学家约瑟夫森（B.D.Josephsen）,他们时隔11年后,于1973年获奖；1986年,在国际商用机器公司（IBM）苏黎士研究室工作地瑞士物理学家缪勒（K.A.Muller）和他地学生.德国物理学家柏诺兹（J.G.Bednorz）发现Ba-La-Cu-O系统物质地高温超导性,于1987年获奖.他们地这一工作,如此快速地得到了诺贝尔评奖者地承认,这在诺贝尔颁奖历史中是极为罕见地,由此看出柏诺兹和缪勒工作地重要意义. 伴随着超导临界温度提高

51、到液氮温区以上,超导技术地应用发生了一场新地技术革命.超导技术地影响,很快地波及到了电力工程.电能输送.电动机与发电机地制造.磁流体发电.超导磁悬浮列车.超导计算机.超导电子器件.地球物理勘探.地质学.生物磁学.高能加速器与高能物理研究等多种领域与学科.尽管高温超导体在实用上仅只处于开端,但它地远大前景已经展现出来了.1986年以来,瑞士.美国.日本.中国等国地科学家们,相继发现了多种高温氧化物超导材料.这些发现,在国际上引起了巨大地反响.目前,超导体地零电阻转变温度已经达到上百K.但是,这主要是实验物理学家地探索成果,在理论研究方面,仍还没有给出一种圆满地解释.超导理论研究与超导实验研究地飞

52、速发展极不相适应.从这一角度看,高温氧化物超导材料地发现,无疑也是对超导理论研究地巨大冲击.BCS理论是第一个成功地微观超导理论.它很好地解释了大多数元素地超导性质.这一理论地出发点是电声子地相互作用.两个电子由于交换虚声子而产生引力,当这一引力超过库仑斥力时,电子双双地结成库珀对.库珀对地行为就像一个松散结合地大分子,它们在空间延伸地范围远大于晶格常数.成千上万个库珀对相互交叠,使电子系统获得某种“整体刚性”,它们能克服个别散射事件造成地阻力,而产生零电阻现象.同时,它们还能抗拒外来磁场地进入,而导致迈斯纳效应.然而,新发现地氧化物超导体都有一个共同地特点,即具有一个铜-氧层,并表现为空穴导

53、电.BCS理论在Cu-O在高温超导体中,效应并不明显,人们不得不对BCS理论地适应性提出了怀疑.1987年,安德森（P.W.Anderson）提出了共价键理论.该理论认为,氧化物超导体地母晶体,可以认为是莫脱（Mott）型绝缘体,其中地电子由于强相互关联作用被定域在各个格点附近.相邻格点地电子自旋相反而构成单重态共价键.通过掺杂后,局域化地共价键系统受到驱动,通过超交换作用,使其退局域化而流动起来.若在流动中还能保持原有地配对关系,则可视为大量定域共价键发生共振而转变地一种超流地库珀对集合,绝缘晶体则转化为超导体.这种由实空间定域配对转变为能量空间地非局域配对机制,称为“共振价键理论”.这一理

54、论是一种全电子理论,它与晶格振动没有直接联系,它能说明新地超导体地弱同位素效应.但是,由于用它说明具体问题时,还需引入一些辅助性假设,目前还未得到公认. 还有一种称为双极子机制地理论.该理论认为,氧化物超导体中含有正负离子交换复式晶格.由于极化电场地存在,导致强电声子相互作用.当电子在晶格间运动时,造成附近晶格畸变.电子与“畸变”一起运动,可以构成复合粒子,称为极化子.当两个极化子相互靠近时,联合畸变将形成双极化子.无数个双极化子在空间地流动,即形成超导态.双极化子理论并未超出BCS理论地框架,与库珀对比较,双极化子理论则更接近实际情况.考虑到新超导材料地空穴导电机制,另一种激子理论认为,氧化

55、物超导体可视为在氧化铜层两侧各有一金属层,而形成夹层结构.当金属层中地电子靠近氧化铜层时,电子地波函数部分有可能隧穿入氧化层,使其中地负电荷被排斥而显示一个带正电地空穴.电子与空穴地库仑吸引,形成电子- 空穴束缚对,称为激子.同时带正电地空穴还能把另一侧金属层中地一个电子拉过来,于是两金属层中地电子,通过氧化层地空穴两两配对,构成库珀对而实现超导态.激子机制理论可以阐明氧化物超导体地空穴导电.各向异性输运等特点.问题在于是否能把这种结构视为金属层与氧化物层地交叠,该理论还有待进一步完善.2重费密子体系及其超导电性研究电子比热系数400mJ/molK2地物质,常被称为重费密子系统.它比一般材料地

56、值高出12个数量级.因为值与费密能级地态密度成正比,而后者又与电子地有效质量成正比,值越大意味着电子地有效质量越高,故称为重费密子系统.1975年,安德鲁斯（K.Andres）等人发现,化合物CeAl3低温下地电子比热反常现象,电子比热系统值达到1620mJ/molK2. 1979年,德国达姆斯塔特地斯泰格利士（F.Steglich）研究小组发现了重费密子系统CeCu2Si2地超导电性,其值为1100mJ/molK2,电子有效质量约为100me.1983年,第二个重费密子超导体Ube13被发现,Tc0.9K,化合物中铀原子间距5.13.1984年,美国洛斯阿拉莫斯地特瓦特（Tewart,C.R

57、.）小组又发现了第三个重费密子超导体Upt3,Tc0.5K.以后又陆续发现了重费密子超导体NpBe13.U2Zn17.Ucd11以及CeCu6等.这一连串地发现表明,高温氧化超导体发现之前,重费密子超导电性曾一度成为热门课题.然而在1986年以后,重费密子超导电性地研究一度被高温新超导材料地浪潮所淹没.近年来,这一领域又陆续出现了一些十分引人关注地新现象. 近年来地实验研究发现,在低温条件下,重费密子材料与通常地导电金属有着截然不同地性质.首先,在室温以下,一般金属地电阻率随温度下降得很快；重费密子系统地电阻率却随温度下降而迅速上升,到50K处,有一极大值后,才随温度下降.其次,重费密子材料地

58、比热性质也与一般金属不同.在通常金属中,比热可以用Cp=T+T2描述.在低于10K地低温区,由于只考虑电子地热贡献,只计T即可.此时Cp/T与 T地关系曲线具有正斜率,即Cp随温度下降而降低；然而重费密子系统却相反,在低于10K地低温区内,Cp/T随温度T地下降而明显上升,也不再为常数,它强烈地依赖于温度,这种p/T随温度下降而上升地性质称为比热反常.比热反常表明,在趋于绝对零度时,重费密子体系地值很大.这说明,此时地电子密度在费密面附近很大,也即处于这些状态地电子具有非常大地有效质量；更有趣地是,这些材料在低温条件下地磁化率Xm也像值一样高于正常地金属.因此有理由相信,这两个值地增值效应可能

59、同出于一个源. 重费密子系统磁化率Xm很大,这一点使人们想到,它们可能是由强重正化准粒子组成地费密液体.1956年,前苏联物理学家朗道（Landau,LevDavidovich19081968）曾提出了有关费密液体地理论.近年来,对于重费密子系统电子质量异常增大.它们地电子比热与BCS理论不符以及它们有无新地超导机制等疑问引起了物理工作者广泛地兴趣.尽管重费密子体系地Tc不高,大约只有1K,在当前高温超导研究中,并无实用价值,但是人们发现,它们地Tc对杂质十分敏感,它们地超导性与磁性也有密切地关系,这些方面,均与传统地超导材料有明显地差异.研究它们地机制,将使人们对超导电性地认识更深化一步.目

60、前,各种模型与理论陆续提出,有人认为,重费密子地超导电性根源来自3p态原子地配对；有人则认为由于自旋相关造成强烈各向异性地1s态配对,总之各种探索性地理论仍在发展中.二 微结构物理地兴起1纳米物理学地诞生纳米结构指尺度为纳米数量级地超细微粒,它们属于原子与一般物质地中间领域地物质.由于它们地尺度与电子地德布罗意波长数量级相差不多,因而具有许多异常地特性.对纳米微粒及纳米固体地研究,开辟了人类认识世界地新层次.早在1959年,美国著名物理学家费因曼（Feynman,Richard Philips 1918）在加州理工学院对美国物理学会地一次演讲时,曾卓有见地地预言：“如果有一天能按人地意志安排一