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  • 1 # 諸艾文

    首先,不是凝固態物理,而是凝聚態物理。

    要搞懂凝聚態物理是什麼,首先就是要搞懂凝聚態是什麼。凝聚態,指的是由大量粒子組成,並且粒子間有很強相互作用的系統。這裡的關鍵詞就包括,大量粒子,相互作用。

    不同於傳統意義上的,研究運動本身的物理,如牛頓力學體系,相對論與量子力學,以及現代的高能物理,凝聚態物理本身並不過多專注於諸如“XX本質”之類的概念,而是專注於如何將已有的物理理論引入多體系統。

    俗話說得好,more is different,多了就不一樣了。研究兩個小球之間的作用力,很簡單,但是如果有1000000000個小球呢?如果再強行使用原始的力學體系,雖然可以精細描述,但成本非常高。而在微觀世界,量子力學成為主導,對每個微粒進行單獨而完整的量子力學建模甚至已經不可能。這時,就需要一定的技巧,基於量子力學,建立新的簡化模型,使得計算變得可能。

    大多數時候,凝聚態物理專注於新型材料的結構與性質。一些很前沿的課題,諸如高溫超導體,石墨烯等體系的理論研究,都歸屬於凝聚態物理。而談到現實應用,最明顯的例子,就是半導體的發現與應用。從最早的聚乙炔,到矽鍺半導體,PN接面從理論到實踐的一點一點完善,三極體的發明與成功的理論解釋,在過去的幾十年裡,凝聚態物理在半導體上的巨大成功成就了整個半導體工業:今天所有電腦,智慧手機,甚至偉大的網際網路的基礎所在。之外,還會有巨磁電阻效應與硬碟儲存,液晶相變理論與顯示器等一系列偉大的貢獻。

  • 2 # 一克拉蘿蔔乾

    需要指出的是:應該是凝聚態物理,而不是凝固態物理

    在此做簡要介紹,不夠翔實或是有失偏頗之處,萬望相關領域大牛批評指正。

    首先簡要介紹一下什麼是凝聚態物理:凝聚態物理學專門研究物質凝聚相的物理性質,該領域的研究者力圖透過物理學定律來解釋凝聚相物質的行為。其中,量子力學、電磁學以及統計力學的相關定律對於該領域尤為重要。凝聚態物理(condensed matter physics)是從微觀角度出發,研究由大量粒子(原子、分子、離子、電子)組成的凝聚態的結構、動力學過程及其與宏觀物理性質之間的聯絡的一門學科。

    二級量子相變的相圖

    在高溫超導體上懸浮的磁鐵

    凝聚態物理學目前的研究焦點包括強相關材料,量子相變以及量子場論在凝聚態系統中的應用。目前所要解決的問題包括高溫超導性、拓撲有序以及石墨烯與碳奈米管這樣的新型材料的理論描述。

    量子霍爾效應:霍爾電阻率在不同方向上的分量各自作為外磁場的函式

    其次簡要介紹一下凝聚態物理學的研究範疇:研究的範疇主要分為理論研究和實驗研究。

    凝聚態物理學的理論研究理論旨在透過建立理論模型來使人們理解物質狀態特性。這包括建立固體的電子模型,例如德魯德模型、能帶結構模型以及密度泛函理論。

    凝聚態物理學實驗研究的主要內容是:旨在使用實驗探針來去發現物質的新特性。實驗中使用到的探針包括電磁學現象,測量系統的響應函式、輸運特性以及溫度等等。目前運用的比較廣泛的實驗手段主要有X射線,紅外線以及中子束等,利用這些手段作為探針獲取圖譜,來研究物質的熱響應以及系統的熱傳導情況等。

    一種蛋白質晶體的X射線衍射圖樣

    最後簡單介紹一下凝聚態物理學的現實應用:凝聚態物理其實與我們的生活息息相關,現實生活中很多器件正是基於凝聚態物理學基礎,諸如:鐳射器,半導體電晶體等等,目前比較火的奈米技術,也涉及到一些凝聚態物理學的範疇,譬如說掃描隧道顯微鏡(STM)這樣的裝置被用來控制奈米光刻過程。同時,凝聚態物理在量子計算中也有較為廣闊的應用前景,具體涉及學術的問題就不在此班門弄斧了。生物學領域的話,醫院裡用到的核磁共振成像診療手段也是基於凝聚態物理學研究成果的體現。

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