凝聚态物理基础+

当今凝聚态物理研究的主要几个分支及研究进展

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/391532414.html, 当今凝聚态物理研究的主要几个分支及研究进展 作者：张翠萍 来源：《中国新技术新产品》2016年第16期 摘要：本文通过对凝聚态物理固体电子论中的关联区、宏观量子态、介观物理与纳米结 构和软物质物理学这几个分支研究的一些内容还有对当今凝聚态物理研究的一些现象及其理论方法和已经取得的一些成就连同它们在器件和材料方面产生的作用和对未来影响的阐述，给出了这一基础学科对科学技术的影响和贡献，表明了凝聚态物理对现代科技的作用。 关键词：凝聚态物理；关联区；量子态；理论方法 中图分类号：O469 文献标识码：A 凝聚态物理学是当今物理学中最大也是最重要的分支学科之一，它是从微观角度出发，研究凝聚态物质的物理性质、微观结构以及它们之间的关系，因此建立起既深刻又普遍的理论体系，是当前物理学中最重要、最丰富和最活跃的学科，在许多学科领域中的重大成就已在当今高新科学技术领域中起了关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。凝聚态物理一方面与粒子物理学在概念上的发展相互渗透，对一些最基本的问题给出启示；另一方面为新型材料的研发和制备提供理论上和实验上的支持，与工科的技术学科衔接构成科学上最有实用性的拓新领域。那么，当今凝聚态物理主要研究哪些分支内容？使用什么样的理论方法？这些研究在哪些方面有所成就？ 一、凝聚态物理当今主要研究的一些分支内容 凝聚态指的是由大量粒子组成且粒子间有很强相互作用的系统。固态和液态是最常见的凝聚态，低温下的超流态、超导态、玻色-爱因斯坦凝聚态、磁介质中的铁磁态、反铁磁态等，也都是凝聚态。凝聚态物理是属于偏应用的交叉学科，研究方向和分支很多，基本任务是阐明微观结构与物理性质的关系。传统的凝聚态物理主要研究半导体、磁学、超导体等，现今凝聚态物理学研究的理论内容十分广泛，以下是其中较活跃的几个分支： 1.固体电子论中的关联区 研究固体中的电子行为，是凝聚态物理的前身固体物理学的核心问题。按电子间相互作用的大小，固体中电子的行为分成3个区域，它们分别是弱关联区、中等关联区和强关联区。弱关联区的研究基于电子受晶格上离子散射的能带理论，应用于半导体和简单金属，构成了半导体物理学的理论基础；中等关联区的研究包括一般金属和强磁性物质，是构成铁磁学的物理基

凝聚态物理

2004年论文目录 凝聚态物理 1．周俊，石勤伟，吴明卫 Spin-dependent transport in lateral periodic magnetic modulations: a scheme for spin filters Appl. Phys. Lett.，84 (2004) 365. 2．吴明卫，周俊，石勤伟 Spin-dependent quantum transport in periodic magnetic modulations: Aharonov-Bohm ring structure as a spin filter Appl. Phys. Lett.，85 (2004) 1012. 3．石勤伟，周俊，吴明卫 Spin filtering through a double-bend structure Appl. Phys. Lett.，85 (2004) 2547. 4．翁明琪，吴明卫，姜磊 Hot-electron effect in spin dephasing in n-type GaAs quantum Wells Phys. Rev. B, 69 (2004) 245320. 5．翁明琪，吴明卫 Multi-subband effect in spin dephasing in semiconductor quantum Wells Phys. Rev. B, 70 (2004) 195318. 6．翁明琪，吴明卫，石勤伟 Spin oscillations in transient diffusion of a spin pulse in n-type semiconductor quantum wells Phys. Rev. B, 69 (2004) 125310. 7．程晋罗，吴明卫，吕川 Spin relaxation in semiconductor quantum dots Phys. Rev. B, 69 (2004) 115318. 8．丁泽军、李会民、后藤敬一、蒋永忠、志水隆一 Energy Spectra of Backscattered Electrons in Auger Electron Spectroscopy: Comparison of Monte Carlo Simulation with Experiment J. Appl. Phys. 96 (2004) 4598-4606 9．丁泽军、李会民、唐旭东、志水隆一 Monte Carlo Simulation of Absolute Secondary Electron Yield of Cu Appl. Phys. A 78 (2004) 585-587 10．曾庆光、丁泽军 Photoluminescence and Raman Spectra Study of Para-Phenylenevinylene at Low Temperatures J. Phys.: Condens. Matter 16 (2004) 5171-517 11．孙霞，丁泽军

凝聚态物理学

凝聚态物理学 本书是为一年级研究生的凝聚态物理课程撰写的教 科书。其1版出版于2000年，本书是2010年出版的第2版。它统一地处理所有的凝聚态物质，既包括了对于传统的、经典的课题的阐述，也给出了作者认为对于未来的发展将会起重要作用的一些领域的介绍。本书不仅讲述能带理论、输运现象、半导体物理，而且也介绍了准晶、相变动力学、纳米尺度电子的干涉、量子霍耳效应和超导等。在这个第2版中，包括了一些最新的进展，特别是关于软物质物理学，包括液晶、聚合物物理以及流体动力学等的材料。 本书有如下几个特点：1.强调理论与实验的对照，作者明确地指出了理论并非都与实验完全相符，目前仍然存在许多不确定的理论问题有待解决。2.书中给出了许多直接取自实验的新的图和数据表。3.每一章末尾的习题，大部分与课文紧密相关，而且分步骤给出了求解的指导。有些题目要求用计算机数值求解，特别是一些简单的能带计算，需要用计算机画出图来。4.全书末尾给出了一个长达40页的索引，这在一般的书上很少见。给读者查找相关内容带来了很大的方便。5.对于一些现象的解释尽可能做到简单，但对于一些计算和充分肯定的实验数据的解释尽量详细。6.本书列出了

1000多篇最近发表的以及历史上起过重要作用的参考文献，便于读者进一步深入研习。 全书共分27章，分别归属于六个部分。各部分与各章内容分别为：第一部分原子结构，含第1―5章：1.晶体概念； 2.三维晶格； 3.散射与结构； 4.表面和界面； 5.除晶体之外。第二部分电子结构，含第6―10章： 6.自由费米气体和单电子模型； 7.周期势中的无相互作用电子； 8.近自由与紧束缚； 9.电子一电子相互作用；10.固体中的一些实际计算。第三部分力学，含第11―15章：11.固体的内聚力；12.弹性；13. 声子；14.位错和缺陷；15.流体力学。第四部分电子输运，含第16―19章：16.Bloch电子动力学；17.输运现象和费米液体理论；18.传导的微观理论：19.电子学。第五部分光学性质，含第20-23章：20.唯象理论；21.半导体的光学性质； 22.绝缘体的光学性质；23.金属的光学性质与非弹性散射。第六部分磁性，含第24―27章：24.磁性和有序化的经典理论；25.离子与电子的磁性；26.相互作用磁矩的量子力学； 27.超导电性。 本书内容丰富，叙述清晰、透彻、易于理解，是一本适合于凝聚态物理、电子工程、材料科学、应用数学及化学学科高年级大学生和研究生学习凝聚态物理的很好的教材。对于相关领域的研究人员也具有重要的参考价值。 丁亦兵，教授

浅谈凝聚态物理学

浅谈凝聚态物理学 09物本—0911*******—郑默超 凝聚态物理学（condensed matter physics）是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。 凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。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，更为复杂。一方面传统的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的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、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最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。近

年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理学和地球物理等交叉学科的发展。 众所周知，复杂多样的物质形态基本上分成三类：气态、液态和固态，在这三种物态中，凝聚态物理研究的对象就占了二个，这就决定了这门学科的每一步进展都与我们人类的生活休戚相关。从传统的各种金属、合金到新型的各种半导体、超导材料，从玻璃、陶瓷到各种聚合物和复合材料，从各种光学晶体到各种液晶材料等等；所有这些材料所涉及到的声、光、电、磁、热等特性都是建立在凝聚态物理研究的基础上的。凝聚态物理研究还直接为许多高科学技术本身提供了基础。当今正蓬勃发展着的微电子技术、激光技术、光电子技术和光纤通讯技术等等都密切联系着凝聚态物理的研究和发展。凝聚态物理以万物皆成于原子为宗旨，以量子力学为基础研究各种凝聚态，这是一个非常雄心勃勃的举措。凝聚态物理这个学科名称的诞生仅仅是最近几十年的事。如果追寻一下它的渊源。应该说出自于对固态中晶态固体的研究和对液态中量子液体的研究。在对这二种特殊态的长期研究中，人们积累了一些经验，也建立起了一些信心，并逐步把一些已有的方法推广用于非晶态和液晶乃至液态的研究，从而大大拓宽了视野，逐步形成了凝聚态物理。今天，凝聚态物理的视野还在继续开拓。然而作为渊源的二种凝聚态即晶态固体和量子液体，时至今日仍然是它主要的研究对象，内容当然越来越丰富了，考

凝聚态物理领域的著名人物

https://www.wendangku.net/doc/391532414.html,/u/4ae56600010005oo MIT MIT的凝聚态理论组里面做高温超导的教授有Patrick Lee, 文小刚(Xiao-Gang Wen )，和刚刚加盟的Todadri Senthil，前两位在本版介绍过无数次了，这里就不说了 。Senthil是Sachdev的PhD，他在Santa Barbara做Postdoc的时候跟Matthew Fishe r (UCSB)合作的一系列关于Z2规范场论、电荷分数化和拓扑序的工作使他很快成名 ，他现在的研究重点是寻找各种强关联体系中的分数化和拓扑序。除这三位教授之 外，MIT凝聚态组里还有两个postdoc从事高温超导的研究，Motrunich和Vishwanat h，都是Senthil小组的，后者是MIT的Pappalardo Fellow。 Stanford Stanford只有张守晟(Shou-Cheng Zhang)和Rob Laughlin从事高温超导的研究，前 者的SO(5)模型名气很大，后者的任意子超导名气很大，但基本上已经被实验排除了 。SO(5)倒是还在坚挺，因为张守晟会不断修改他的理论，以适应实验。Laughlin在 三年前跟别人合作提出来所谓的DDW模型，去年又独自抛出了一个Gossamer超导体的概念，不过没有引起太多注意。Laughlin一直关注高温超 导，也有不少想法，但写paper很少。 90年代超导实验的引用次数最多的文章可能是丁洪、Norman、Randeria发现赝能隙 的那篇, 是发表在1996年的Nature上的，我去年查的时候这篇文章已经被引了600多次了。沈志勋(Stanford)的发现赝能隙的那篇，也就473次而已。 沈志勋在高温超导国际会议上获得了昂纳斯奖，以表彰他在用photoemission研究高 温超导电性质方面的工作，其实丁洪也不差。可能是因为这个，据说俩人关系不睦 ，很可惜。 Princeton 一提起Princeton大家就会想到Anderson，不过我不想说他。我想说的是年轻的Shi vaji Sondhi，这个印度人和法国人Moessner合作在寻找Anderson提出的RVB和spin liquid方面做出了很值得重视的工作，最近三年里很多研究小组在各种Heisenber g模型上寻找spin liquid和分数化，其中Sondhi贡献很大。 单纯地通过看他们的paper来了解他们的工作，是不现实的，因为你目前并无研究经验，无法判断某篇paper是否重要以及对错。 paper多不代表牛，因为可能都是无价值的；paper被引用多也不代表牛，因为可能 这篇paper是在一个错误的方向上的；曾经做出了不错的工作也不代表牛，因为他可 能是在该项研究中处于次要地位，等他自己做了professor，反而表现不出强的独立 科研能力。

凝聚态物理学发展状况

§1 凝聚态物理学发展状况 凝聚态物理学研究物质的宏观物理性质的学科。所谓“凝聚态”，指的是由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态，超导态，玻色-爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态等，也都是凝聚态。 研究凝聚态物质的宏观性质及其微观本质的物理学分支。凝聚态物质的共同特点是原子（或分子）的间距和原子（或分子）本身的线度有大致相同的数量级，因而原子（或分子）间有较强的相互作用，这使凝聚态物质表现出具有一定的体积和压缩率很小这些共同的宏观特征；在微观结构上则具有长程有序（晶体）或短程有序（液体）的特点（见非晶态）。和气体相比，凝聚态物质具有迥然不同且更为多样化的属性。凝聚态物理学涉及范围极广的研究领域。自建立了量子理论后，晶态固体的一系列基本宏观性质得到了较好的理论解释，逐渐形成了较完整的晶态物理学基础。以后，晶态物理所研究的内容又有极大的扩展，如开始了对非晶态固体的研究，从完整的和纯净的晶体转移到对杂质和缺陷的研究，从体内性质扩展到表面和界面性质的研究，由平衡态转向瞬态、亚稳态和相变的研究，从常温常压条件转向极低温和超高压条件下的研究，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的人工晶格）的研究，等等。所有这些构成了固体物理学这个宏大学科，按所研究的问题的不同，固体物理学又分出结晶学、金属物理学、半导体物理学、电介质物理学、磁性物理学、表面物理学和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的研究内容。凝聚态物理学由于其实用性强，和其他自然科学领域联系紧密，已成为物理学发展的重点之一。 目前凝聚态物理学面临的主要问题是铁磁态和高温超导体的理论模型。 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、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其和宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。 凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体和准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。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，更为复杂。一方面传统的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的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理和团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往和实际的技术使用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。 2.学科研究范围 研究凝聚态物质的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质。研究领域包括固体物理、晶体物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学、固体光学性质、低温物理和超导电性、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、

浅谈凝聚态物理学的历史发展与研究

浅谈凝聚态物理学的历史发展与研究 摘要：所谓“凝聚态”，指的是由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态，超导态，玻色- 爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态等，也都是凝聚态。当代物理学把固态物质和液态物质统称为凝聚态物质。本文就凝聚态物理的内容和发展进行综合性的概述。 关键词：凝聚态凝聚态物理固体物理超导物理 引言: 凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。研究由大 量微观粒子(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚态物质的微观结构、粒子间的相互作用、运动规律及其物质性质与应用的科学。它是以固体物理学为主干，进一步拓宽研究对象，深化研究层次形成的学科。其研究对象除了晶体、非晶体与准晶体等固体物质外，还包括稠密气体、液体以及介于液体与固体之间的各种凝聚态物质，内容十分广泛。其研究层次，从宏观、介观到微观，进一步从微观层次统一认识各种凝聚态物理现象；物质维数，从三维到低维和分数维；结构从周期到非周期和准周期，完整到不完整和近完整；外界环境从常规条件到极端条件和多种极端条件交叉作用等,形成了比固体物理学更深刻更普遍的理论体系。经过半个世纪的发展，凝聚态物理学已成为物理学中最重要、最丰富和最活跃的分支学科，在诸如半导体、磁学、超导体等许多学科领域中的重大成就已在当代高新科学技术领域中起关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。前沿研究热点层出不穷，新兴交叉分支学科不断出现，是凝聚态物理学科的一个重要特点；与生产实践密切联系是它的另一重要特点，许多研究课题经常同时兼有基础研究和开发应用研究的性质，研究成果可望迅速转化为生产力. 一、凝聚态物理学的历史和发展 凝聚态物理学起源于19世纪固体物理学和低温物理学的发展。70年代特别是80年代之后, 由于固体物理学和研究范围在不断扩大，其涉及的概念体系也开始变迁的转移，固体物理学这一名词常被“凝聚态物理学”所取代。随着液体物理，半导体物理，超导物理，纳米材料等科学的发展，凝聚态物理学逐渐成为物理学科内一门不可或缺的分支。 1.1. 凝聚态物理学的萌芽时期——固体物理学的建立 固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。 19世纪，人们对晶体的认识逐渐深入。1840年法国物理学家奥古斯特·布拉维导出了三维晶体的所有14种排列方式，即布拉维点阵。1912年，德国物理学家冯·劳厄发现了X射线在晶体上的衍射，开创了固体物理学的新时代，从此，人们可以通过X射线的衍射条纹研究晶体的微观结构。 1984年发现准周期结构以及分形结构中波的传播都存在一些新现象。在低温下考虑波的相干性,电输运现象会出现一些新结果,在介观物理领域中观测到一系列反映量子相干性的效应。由此看来,固体物理学范式扩大,由周期结构到非周期结构,可以容纳许多物理学研究的新领域。能带理论是建立在单电子近似的基础上的,也就是说忽略了电子间的相互作用。但实际上这种相互作用总是存在,

凝聚态物理相关诺贝尔奖

凝聚态物理相关诺贝尔化学奖1970- 凝聚态物理相关诺贝尔物理学奖1970- 约翰·巴丁 美 国 “他们联合创立了 的 "for superconductivity, usually called the BCS-theory" 美 国 约翰·罗伯特·施里弗 美 国 日 本“发现 "for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors, respectively" 伊瓦尔·贾埃弗 挪威

布赖 恩·戴维·约瑟夫森 英 国 “他理论上预测出通过隧道势垒的超电流的 性质，特别是那些通常被称为 的现象” "for his theoretical predictions of the properties of a supercurrent through a tunnel barrier, in particular those phenomena which are generally known as the Josephson effect" 菲利 普·沃伦·安德森 美 国 “对磁性和无序体系电子结构的基础性理 论研究” "for their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systems" 英 国 美 国 年彼得·列昂尼 多维奇·卡皮 查 苏 联 “低温物理领域的基本发明和发现” "for his basic inventions and discoveries in the area of low-temperature physics" 美 国 “对与相转变有关的临界现象理论的贡献” "for his theory for critical phenomena in connection with phase transitions" 克劳斯·冯·克 利青 德 国 “发现 "for the discovery of the quantized Hall effect"

凝聚态物理学中的基本概念

凝聚态物理学中的基本概念 文章分析了凝聚态物理学这一学科的历史沿革和它在当代的发展现状，介绍了凝聚态物理学的理论基础，集中分析了凝聚态物理学的研究内容，提出凝聚态物理学在当代以及未来的发展方向，旨在解释清楚凝聚态物理学的概念，帮助学生学习、理解相关内容。 标签：凝聚态物理学；固体物理学；基本概念 一、凝聚态物理学的起源和发展 1.凝聚态物理学的起源 凝聚态物理学的前身是固体物理学，固体物理学的研究对象是固体，包括它的物理性质、微观结构、各种内部运动以及彼此之間的关系。固体物理学的一个重要的理论基石为建立在单电子近似的基础上的能带理论，于1928年由布洛赫研究提出，周期结构中波的传播是能带理论的核心概念，基本建立了固体物理学的理论范式。 2.凝聚态物理学的发展 凝聚态物理学诞生于19世纪70年代，在19世纪80至90年代之间逐步发展，最终取代固体物理学这个概念。凝聚态物理学的诞生弥补了当时固体物理学研究存在的不足之处。 凝聚态物理学从微观的角度研究凝聚态物质的物理性质、结构和各种运动以及彼此之间的关系。凝聚态物理学的理论基础是相互作用多粒子理论，与固体物理学相比，凝聚态物理学的研究除了扩大研究对象范围，还有一些概念的迁移和发展。 二、凝聚态物理学的理论基础 凝聚态物理学以固体物理学研究为基础，L·朗道和P·安德森这两位科学家对凝聚态物理学的发展具有重要的影响。L·朗道提出了凝聚态物理学的主要的理论范式即对称性破缺，并引入序参量和元激发，使之普遍化。P·安德森在研究著作中强调了对称破缺和元激发的重要性，并补充提出了广义刚度、重正化群等理论。 三、凝聚态物理学的研究内容 凝聚物理学主要研究物质的微观结构与物理性质的相互关系，研究内容较为广泛。 1.固体电子论

凝聚态物理习题

凝聚态物理习题 1、极化分哪几类？各类极化机制？ 答：极化是指在电场作用下，虽然正负电荷因为电场发生运动，但是并不能离开介质而形成电流，只能产生微观尺度的相对位移，即偶极矩，这就是极化。其分类包括1、电子位移极化；2、离子位移极化；3、自发极化；4、偶极矩转向极化；5、热离子极化；6、夹层式极化。 电子位移极化，是指在外电场作用下，电子云相对原子核的位移是弹性联系，其振动频率在光频范围，所以电子极化又称为光极化，极化建立和消除时间极短。约10-15~10-16s。 离子位移极化是指离子晶体中正、负离子发生相对位移而形成的极化。 自发极化是指在没有外电场的作用时，晶体内部某些区域的正负电荷中心不重合而呈现出的电磁极矩。 偶极子转向极矩指的是当极性分子受外电场作用时，偶极子就会产生转矩，由于偶极子与电场方向相同时具有最小位能。于是，就电介质整体来看，偶极矩就不再等于零。从而出现的沿电场方向的宏观偶极矩。 热离子极化是指在高温等离子体中的正负电荷发生相对位移而形成的极化。 夹层式极化是多层电解质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。 2、半导体的能带结构与金属导体、绝缘体的能带结构有何区别？ 答：金属导体的费米能级εF在一个能带的中央，该能带被部分填充。由于能带的亚结构之间的能量相差很小，因此这时只需很少的能量（如一外加电场），就能把电子激发到空的能级上，形成定向移动的电流。这正是具有这种能带结构的物质被称为金属导体的原因。 如果某一能带刚好被填满，它与上面的空带间隔着一个禁带。此时大于带隙间隔的能量才能把电子激发到空带上去。一般带隙较大（大于10eV数量级）的物质，被称为绝缘体。 而带隙较小（小于1eV数量级）的物质，被称为半导体。半导体的费米能级位于满带与空带之间的禁带内，此时紧邻着禁带的满带称为价带，而上面的空带称为导带。如果由于某种原因将价带顶部的一些电子激发到导带底部，在价带顶部就相应地留下一些空穴，从而使导带和价带都变得可以导电。所以半导体的载流子有电子和空穴两种。可见，半导体介于导体与绝缘体之间的特殊的导电性是由它的能带结构决定的。 3、选取催化剂材料为什么受材料禁带宽度的制约？ 答：催化剂材料能带构型决定着它的光吸收能力、光激电子空穴对的产生、载流子的迁移以及跃迁态的电子和空穴的氧化还原能力。若从光吸收角度考虑，直接带隙（禁带宽度）和窄带半导体显然更可取，可惜一般情况下，这种半导体的光激电子—空穴对的复合几率也比价高。例如：金属硫化物带隙能较小，相应波长较大，对可见光敏感，但是却不稳定，易氧化。反而是一些常见的半导体如TiO2虽然是间接禁带宽度半导体，却能展现出不错的光吸收特征。但是由于禁带宽度较宽，只在紫外线区域显示其光化学活性，因而对光能的吸收利用率不高，只能利用不到5%的太阳能。 4、超导体应用时必须满足那些条件？这些条件之间的关系是什么？ 答：超导体应用时必须是符合现实应用的高温超导材料，超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。所以超导体的应用范围非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、超导输电和超导储能；

凝聚态物理学

《凝聚态物理学》教学大纲 课程英文名称：Condensed matter physics 课程编号：0322203002 课程计划学时：48 学分：3 课程简介：本课程为专业基础课。凝聚态物理学是由固体物理学逐渐演变而来的, 为了对凝聚物质的前沿问题的了解及掌握非常必要开设“填补传统固体物理学领域与凝聚态物理学前沿研究课题之间的沟鸿”的凝聚态物理学。通过该课程的学习，学生可以掌握凝聚态物理的基本理论与基本方法，能提高本科生分析和解决实际物理问题的能力，为磁性材料物理本科生后续的材料物理专业实验课程学习和毕业论文阶段的理论基础，并掌握初步的解决问题方法。 让学生掌握凝聚物质的结构，各种物质结构中的波的行为，键、能带，相变与有序相等内容。为后续毕业论文（计算材料学方向）打好坚实的理论基础及提高实验现象的理论分析能力。 一、课程教学内容及教学基本要求 0绪论综览 本编重点： 1)了解物质世界的层次化，凝聚态物理学的研究范围，凝聚态物理学的历史透视与概念框架。 2) 理解量子力学与经典物理的采用方法上的界限（即量子简并温度）。 难点：量子简并温度，凝聚现象。 本章学时:2学时 教学形式:讲授 教具:投影仪，黑板，粉笔 第一节0.1物质世界的层次化；0.2凝聚态物理学的范围；0.3 凝聚态物理学的历史透视与概念框架 本节要求：了解：物质世界的层次化（20世纪的物理学，简单性与复杂性，层展现象）；凝聚态物理学的范围（理论方法：量子力学与经典物理，经典现象，有序化）；凝聚态物理学的历史透视与概念框架（固体物理学的范式，键与能带—从单电子近似走向关联电子态，合作现象及其他，凝聚态物理学范式） 1物质世界的层次化（了解）；凝聚态物理学的范围（了解）； 2凝聚态物理学的历史透视与概念框架（了解）。 第一编凝聚物质的结构 本编重点：

研究生面试(凝聚态物理)

1.什么是能带？ 在形成分子时，原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。晶体是由大量的原子有序堆积而成的。由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。 2.什么是位移电流？是由谁引入的？其物理实质是什么？ 在电磁学里，位移电流（displacement current）定义为电位移通量对于时间的变率。 位移电流的单位与电流的单位相同。如同真实的电流，位移电流也有一个伴随的磁场。 但是，位移电流并不是移动的电荷所形成的电流；而是电位移通量对于时间的偏导数。 于 1861 年，詹姆斯·麦克斯韦发表了一篇论文《论物理力线》，提出位移电流的概念。 在这篇论文内，他将位移电流项目加入了安培定律[1]。修改后的定律，现今称为麦克斯韦-安培方程。 3.简述原胞和单胞的区别。 原胞（Primitive cell）是晶体中最小的周期性重复单元。 有时，为了更加直观地反映出晶体的宏观对称性，取一个包含若干个原胞的平行六面体作为重复单元，该重复单元被称为结晶学原胞，简称晶胞或单胞 4.什么是宏观对称素和微观对称素？ 八种晶体的宏观基本对称要素i,m,1,2,3,4,6, 进行组合，一共能够得到32种组合方式，也叫32个点群。 所谓晶体的微观对称性就是晶体微观结构中的对称性除八种基本对称要素之外，空间动作要素：点阵、滑移面、螺旋轴在晶体结构中也能出现，它们统称微观对称要素，类似于宏观对称要素组合成32个点群的情况一样，所有的微观对称要素在符合点阵结构(14种布喇菲格子)基本特征的原则下，能够得到230种组合方式。简述热力学四大定律。 5.晶体可能有的独立的点对称元素有几种？ 6.康普顿散射证明了什么？ 在原子物理学中，康普顿散射，或称康普顿效应（英语：compton effect），是指当X 射线或伽马射线的光子跟物质相互作用，因失去能量而导致波长变长的现象。相应的还存在逆康普顿效应——光子获得能量引起波长变短。这一波长变化的幅度被称为康普顿偏移。这个效应反映出光不仅仅具有波动性。此前汤姆孙散射的经典波动理论并不能解释此处波长偏移的成因，必须引入光的粒子性。这一实验说服了当时很多物理学家相信，光在某种情况下表现出粒子性，光束类似一串粒子流，而该粒子流的能量与光频率成正比。 7.比热反映了什么，它的微观本质是什么？ 8.简述量子力学的发展。 量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃，量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步做出重要贡献。 19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。

物理所凝聚态面试题目及答案

物理所 固体中的能带是怎样形成的？ 孤立原子的外层电子可能取的能量状态（能级）完全相同，但当原子彼此靠近时，外层电子就不再仅受原来所属原子的作用，还要受到其他原子的作用，这使电子的能量发生微小变化。原子结合成晶体时，原子最外层的价电子受束缚最弱，它同时受到原来所属原子和其他原子的共同作用，已很难区分究竟属于哪个原子，实际上是被晶体中所有原子所共有，称为共有化。原子间距减小时，孤立原子的每个能级将演化成由密集能级组成的准连续能带。共有化程度越高的电子，其相应能带也越宽。孤立原子的每个能级都有一个能带与之相应，所有这些能带称为允许带。相邻两允许带间的空隙代表晶体所不能占有的能量状态，称为禁带。若晶体由N个原子（或原胞）组成，则每个能带包括N个能级，其中每个能级可被两个自旋相反的电子所占有，故每个能带最多可容纳2N个电子（见泡利不相容原理）。价电子所填充的能带称为价带。比价带中所有量子态均被电子占满，则称为满带。满带中的电子不能参与宏观导电过程。无任何电子占据的能带称为空带。未被电子占满的能带称为未满带。例如一价金属有一个价电子，N个原子构成晶体时，价带中的2N个量子态只有一半被占据，另一半空着。未满带中的电子能参与导电过程，故称为导带。 比热反映了什么，它的微观本质是什么？ 比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量 在不同的温度下，物质的比热容都会有所不同，主要是因为分子的压力有所不同。根据分子运动论，当温度增加，分子震动得较快；当温度减少，分子则震动得较慢。此原理亦可指，在不同的压力和相态下，物质的比热容亦有不同。 以温差为例，假如在夏天较热的天气下煮水，会比冬天较冷的天气下更快沸腾，因为温度较高。 以压强为例，在地球水平线上，大气压强为101.325千帕斯卡，假如在这里煮水，水将于100摄氏度沸腾。但在海拔约8.8公里的珠穆朗玛峰上，大气压强只有若3.2千帕斯卡，假如在这里煮水，水将于69摄氏度沸腾。 以相态为例，液态水的比热容是4200，而冰（水的固态）的比热容则是2060。 固体的比热容随温度升高而增加,在低温时增加较快,在高温时增加较慢。 固体物理中的三种量子统计？ 描述古典系统用：麦克斯韦-玻尔兹曼统计 ?描述含费米子的量子系统用：费米-狄拉克统计 ?描述含玻色子的量子系统用：玻色-爱因斯坦统计

凝聚态物理学的产生发展和未来

凝聚态物理学的产生，发展和未来 凝聚态物理学的产生：凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。 凝聚态物理学的发展：凝聚态物理以万物皆成于原子为宗旨，以量子力学为基础研究各种凝聚态，这是一个非常雄心勃勃的举措。凝聚态物理这个学科名称的诞生仅仅是最近几十年的事。如果追寻一下它的渊源。应该说出自于对固态中晶态固体的研究和对液态中量子液体的研究。在对这二种特殊态的长期研究中，人们积累了一些经验，也建立起了一些信心，并逐步把一些已有的方法推广用于非晶态和液晶乃至液态的研究，从而大大拓宽了视野，逐步形成了凝聚态物理。今天，凝聚态物理的视野还在继续开拓。然而作为渊源的二种凝聚态即晶态固体和量子液体，时至今日仍然是它主要的研究对象，内容当然越来越丰富了，考虑的问题也越来越深入了。毕竟我们面临的是同一个自然界，许多现象和规律是普适的。人们正是通过对一系列特殊态的深入研究来逐步认识和掌握那些普适的规律。 凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。研究由大量微观粒子(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚态物质的微观结构、粒子间的相互作用、运动规律及其物质性质与应用的科学。它是以固体物理学为主干，进一步拓宽研究对象，深化研究层次形成的学科。其研究对象除了晶体、非晶体与准晶体等固体物质外，还包括稠密气体、液体以及介于液体与固体之间的各种凝聚态物质，内容十分广泛。其研究层次，从宏观、介观到微观，进一步从微观层次统一认识各种凝聚态物理现象；物质维数，从三维到低维和分数维；结构从周期到非周期和准周期，完整到不完整和近完整；外界环境从常规条件到极端条件和多种极端条件交叉作用，等等，形成了比固体物理学更深刻更普遍的理论体系。经过半个世纪的发展，凝聚态物理学已成为物理学中最重要、最丰富和最活跃的分支学科，在诸如半导体、磁学、超导体等许多学科领域中的重大成就已在当代高新科学技术领域中起关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。前沿研究热点层出不穷，新兴交叉分支学科不断出现，是凝聚态物理学科的一个重要特点；与生产实践密切联系是它的另一重要特点，许多研究课题经常同时兼有基础研究和开发应用研究的性质，研究成果可望迅速转化为生产力。1.准晶态的发现（1984年）2.高温超导体的发现YBaCuO2（1986年）3.纳米科学（1984年）4.材料的巨磁阻效应LaSrMnO3（1992年）5.新的高温超导材料MgB2（2001年）90年代所兴起的纳米物理学，又成为凝聚态物理的一个新的世界性研究热点。当今凝聚态物理学已成为物理学最活跃的前沿领域，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，又由于许多有价值的发现出现在相互交叉的学科领域，它又对促进交叉学科的发展，显现出强大的活力。它的实验手段、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的研究，从量子电子器件的机理到新材料的研制，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的影响力。凝聚态物理有许多方面的研究：1．高温氧化超导材料的发现与超导机制的研究2．重费密子体系及其超导电性研究3．纳米物理学的诞生4.AB与AC 效应研究5.超微结构的量子效应研究6．纳米科学技术进展 凝聚态物理学的未来：当今凝聚态物理学已成为物理学最活跃的前沿领域，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，又由于许多有价值的发现出现在相互交叉的学科领域，它又对促进交叉学科的发展，显现出强大的活力。它的实验手段、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的研究，从量子电子器件的机理到新材料的研制，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的影响力。凝聚态物理将会有更加大的发展的。

对凝聚态物理的认识

对凝聚态物理的认识 在物理学导论这门课上，各位老师就自己擅长的领域向我们介绍了当今物理学科众多的分支，他们各有各的侧重点，相互独立又相互交叉，共同探索着这丰富多彩的世界，也为社会的飞速发展做出了非常巨大的贡献。其中，我最感兴趣的便是凝聚态物理。为了更深入地了解了这个领域，我特地上网查找了这方面的资料： 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、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。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，更为复杂。一方面传统的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的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、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最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。 2.学科研究范围 研究凝聚态物质的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质。研究领域包括固体物理、晶体物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学、固体光学性质、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）、缺陷与相变物理、纳米材料和准晶等。 凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。据70年代中期的调查统计，凝聚态物理学年发表论文数居首位，占物理学论文总数的三分之一；从事凝聚态物理研究的人数也居首位，占总人数的四分之一；而从60年代末到80年代末，获诺贝尔物理奖的人数中，从事凝聚态研究的人数，超过了研究粒子物理的人数，接近总人数的一半，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的开拓上。在由原来传统的三维周期性结构，向着低维甚至非周期结构的发展中，所涉及到的理论也逐渐地趋于深化与成熟，从30年代的晶体结构分析的唯象理论与固体的比热理论、金属自由电子论和铁磁性理论，发展到30年代后的能态理论、电子衍射和X射线衍射的动力学理论，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，各种有序态的序参量、广义刚度、

西南交通大学2017年硕士凝聚态物理专业介绍

西南交通大学2017年硕士凝聚态物理专业介绍 一、学科概况 “凝聚态物理”是物理学中的一个重要领域，是研究物质在原子分子间相互作用不可忽略时的状态（包括固体、液体、玻璃、凝胶、稠密气体、等离子体等）的基础学科，是当代物理学发展的主流。该学科与材料科学、电子科学与技术、光学、地球科学、天体物理学、化学、以及生命科学等领域都有着非常密切的关系。 本学科的特色是：主要研究高温高压凝聚态物理，即在极端物理条件（高压、高温、高密度）下物质的结构、状态、性质及其变化规律；同时研究新材料的高压合成，等等。 本学科在动高压和静高压实验手段相结合方面，以及在超导材料的制备和性能测试等方面在国内高校中独具特色，在国际同行中也有较大的影响。目前，正承担国家自然科学基金重大项目等多项重要的科研项目。现有院士1名，博士生导师3名，硕士生导师8名，其中具有博士学位者6名。 本学科具有硕士学位授予权。 二、主要研究方向 1.高压物性与物态方程 ①研究在高温高压作用下物质结构（包括晶格结构和电子态）、物质相态（包括固、液、汽、等离子体等相）、物态方程、以及物质的光学、电学、磁学、热学等物理性质的变化规律；②研究高温高压及高应变速率条件下材料的力学性质（包括本构方程、强度、损伤特性、断裂特性、流变特性等）；③基于量子力学和统计物理原理，在原子分子微观层次开展凝聚态物理理论研究和从头计算数值模拟研究。 2.地球深部物质的物理性质 本方向属于凝聚态物理与地球科学的交叉。主要研究在高温高压下地球内部（岩石圈、上地幔、过渡带、下地幔、核-幔边界和地核）候选物质（矿物、岩石及其集合，铁等）的物理性质（状态方程、弹性、流变性、电性、磁性、导热性、熔化特性等）、相态及其变化；通过与地震学和地球物理数据的对比，限定地球内部各层圈可能的物质组成和结构，揭示地球内部物质和能量交换的动力学过程。近期研究重点是：①下地幔底部候选物质的状态方程、高压声速和高压熔化特性研究；②外核中候选轻元素成分的限定性研究和外核物质的高压熔化特性研究；③铁的高压熔化规律的理论和实验研究，试图限定核-幔边界区可能的物质组成和外地核中可能的轻元素的份额；确定核-幔边界的热结构。 3.新材料的高压合成 本方向属于凝聚态物理与材料科学的交叉，主要研究金刚石及其相关超硬材料的高压合成、超导材料的高压合成、高压下晶体生长问题、纳米块体材料的高压合成、高分子材料的高压行为、生物材料的高压