回覆列表
  • 1 # 物理思維

    凝聚態物理學是目前所有物理學研究領域中最大的一個分支。它早期研究的主要物件是金屬和半導體等。從對稱性的角度說,它研究的主要是具有平移對稱性的系統,使用的方法是量子力學,這類研究一般被稱為固體物理。

    固體物理的研究有很重要的應用背景,比如金屬是重要的結構材料,而半導體是重要的功能材料,金屬(最重要的金屬材料是鋼鐵)和半導體都是工業社會的基礎。比如鋼鐵是造船、建築等行業的基礎,而半導體是晶片和資訊社會的基礎等等。

    在金屬物理和半導體物理之後,固體物理本身也逐漸突破原來的界限,“進化”為所謂的凝聚態物理學,在這個過程中朗道和安德森這兩位科學家最為重要,他們都被稱為凝聚態物理學之父。

    安德森(1923-)

    固體物理假設材料具有理想的三維週期結構,在此基礎上我們用量子力學研究其中晶格本身的運動,電子的運動,或磁性等等。而在凝聚態物理學的研究中我們不假設材料有理想的三維週期結構,最典型的例子有準晶,無序,摻雜,超晶格等。最近的一些進展,我們甚至會研究具有拓撲序的一些物質結構等。

    換句話說所謂凝聚態物理專業就是研究以上課題的,從方法上說有的物理學家偏重實驗,有的偏重計算,有的偏重理論。但他們面對的物理問題是一樣的,比如都研究高溫超導問題,或都研究石墨烯等等。

    泛泛而言凝聚態物理專業會有偏理論和偏實驗的兩大方向,凝聚態理論會學很多高階的理論課程,比如要掌握不少量子場論的技巧,從這個角度好的理論凝聚態物理學家也是好的理論物理學家,因為他們使用的基本工具是一樣的。

    勞伏林(1950-)是一位著名的理論凝聚態物理學家。(華人科學家張首晟和文小剛按其研究領域也是理論凝聚態)

    現在從事凝聚態實驗工作的物理學家會比較依賴於實驗儀器,傳統上我們認為凝聚態物理是小科學,但現在凝聚態物理學家也正在使用越來越大,越來越昂貴的科學儀器,比如中國最近正在建設的散裂中子源就是研究凝聚態物理學的大型實驗儀器。

    位於廣東東莞的中國散裂中子源。

    現在計算在凝聚態物理學研究中的地位越來越重要,而且相對來說掌握的門檻不高,因為主要是透過標準的商業化軟體來對材料進行模擬和計算,不論是實驗背景的還是理論背景的凝聚態物理學家都能從中受益,並且不大受條件的限制(理論太難,實驗太貴)。

    VASP是一種常見第一性原理計算軟體。

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 露娜這麼強大,為什麼只賣13888呢?