導(dǎo)語：如何才能寫好一篇凝聚態(tài)物理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

l. m. sander著

凝聚態(tài)是由大量的原子和分子“粘合”而成的狀態(tài),固體和液體是最典型的實(shí)例。由于集團(tuán)效應(yīng)起決定性的作用,這樣系統(tǒng)的物理與個體或少體的分子或原子物理完全不同。凝聚態(tài)物理涵蓋的領(lǐng)域極為廣泛,它包括傳統(tǒng)的固體物理(如晶體物理)、磁性、流體力學(xué)、彈性理論、材料物理、聚合物物理以及一些生物物理。而實(shí)際上這些領(lǐng)域之間,使用的工具和技巧有不同程度的重疊。

本書是基于作者在美國密歇根大學(xué)物理系多年講授凝聚態(tài)物理研究生課程的經(jīng)驗(yàn)編寫的一部教科書。作者嘗試不采用諸如green函數(shù)等高等方法來引進(jìn)現(xiàn)代凝聚態(tài)物理的盡可能多的概念,認(rèn)為那些復(fù)雜而抽象的形式可能會掩蓋對基本物理特性的理解,本書代之以強(qiáng)調(diào)基本物理推理。這樣做的代價(jià)是不得不舍棄一些現(xiàn)代研究工作中的重要課題。學(xué)習(xí)本書要求學(xué)生們有比較好的統(tǒng)計(jì)物理和非相對論量子理論的基礎(chǔ)知識并學(xué)過kittel水平的大學(xué)凝聚態(tài)物理。

全書內(nèi)容共分成10章,它們分別為: 1. 凝聚態(tài)物質(zhì)的性質(zhì); 2.有序與無序; 3.晶體、散射和關(guān)聯(lián); 4.表面和晶體生長; 5.經(jīng)典和量子波; 6.無相互作用的電子模型; 7.無相互作用電子的動力學(xué); 8.介電和光學(xué)性質(zhì); 9.電子相互作用; 10.超流和超導(dǎo)。

篇2

1凝聚態(tài)物理學(xué)與材料概述

凝聚態(tài)物理學(xué)，是指研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)等之間的關(guān)系。簡而言之，通過對構(gòu)成凝聚態(tài)物質(zhì)電子、離子等運(yùn)行形態(tài)、規(guī)律進(jìn)行探索，充分認(rèn)識物質(zhì)的物理性質(zhì)。隨著研究不斷深入，針對凝聚態(tài)物理學(xué)的研究已經(jīng)由初級層面朝著高級層面發(fā)展。如有固體形態(tài)向外拓展上升至液氮、熔鹽等液態(tài)物質(zhì)，甚至還有氣態(tài)物質(zhì)。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，一些全新的概念體系逐漸滲透，產(chǎn)生了更多新的研究成果，賦予材料新特點(diǎn)，在很大程度上幫助學(xué)者解決疑難問題提供了極大的支持。

就廣義角度來看，材料是幫助人類生產(chǎn)和生活，制造有用器件的物質(zhì)。隨著人類社會發(fā)展，自然資源和能源日益減少，對于材料概念的理解也發(fā)生了變化，因此材料是人類社會能夠接受、且經(jīng)濟(jì)性地創(chuàng)造有用器件的物質(zhì)，更加強(qiáng)調(diào)資源、環(huán)境等因素。從實(shí)用層面來劃分，材料分為金屬、無機(jī)及有機(jī)3種。

2凝聚態(tài)物理學(xué)與材料研究前沿問題分析

2.1表面與界面方面

表面與界面作為物理學(xué)與材料學(xué)交叉的重要領(lǐng)域，很多相互作用都建立在材料表面和界面基礎(chǔ)之上。物體自身狀態(tài)直接決定材料熱力學(xué)效應(yīng)。作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域，界面與表面是當(dāng)今該領(lǐng)域研究的一大難點(diǎn)。凝聚態(tài)物理學(xué)研究成果，在很大程度上為材料界面與表面理論發(fā)展提供了支持，如離子束的提出，使得人們自20世紀(jì)60年代開始運(yùn)用離子束，注入到材料表面，對材料表面特性進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使其在具體實(shí)踐中能夠更好地發(fā)揮積極作用，為人們生產(chǎn)和生活提供便利。

催化和腐蝕是表面控制的2個主要過程。截止到今天，催化和腐蝕機(jī)理尚未得到完善的研究成果。此外，薄膜功能材料的提出，也成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。如光的干涉效應(yīng)能夠引起透射和反射。表面與界面在為電子學(xué)方面也具有非常重要的作用，如半導(dǎo)體和金屬界面等，能夠?qū)ζ骷阅艿陌l(fā)揮產(chǎn)生不同程度的影響。綜合來看，表面和界面的研究處于前沿地位，且每個關(guān)鍵問題的有效解決都能夠給相關(guān)領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.2微結(jié)構(gòu)方面

凝聚態(tài)物理學(xué)很多基本理論，如固體能帶理論、元級法理論等都是建立在粒子數(shù)無限大基礎(chǔ)之上。這些理論證明了銅、鋁具有導(dǎo)電性，為實(shí)踐生產(chǎn)奠定了理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今，運(yùn)用能帶理論，能夠?qū)w的參量進(jìn)行計(jì)算，并獲取準(zhǔn)確的結(jié)果。由于該項(xiàng)理論非常成熟，要想進(jìn)一步突破難度非常大。對此要想發(fā)現(xiàn)全新的結(jié)果，需要從不同的道路著手。正如R.Feynman曾指出當(dāng)我們得以對細(xì)微尺度的事物進(jìn)行操控，將會在很大程度上拓展我們獲得的范圍，其所要強(qiáng)調(diào)的是未來新材料的發(fā)展和研究動向，即通過設(shè)計(jì)和控制材料在細(xì)節(jié)上的差異性，從而在現(xiàn)有材料中探索出意想不到的物理性能。

2.3理論與模型方面

理論與模型對材料科學(xué)貢獻(xiàn)較大。計(jì)算物理學(xué)是材料科學(xué)家運(yùn)用的主要工具，定量模型的發(fā)展是物理學(xué)與材料科學(xué)交叉的產(chǎn)物，通過構(gòu)建模型能夠?qū)ξ锲返奈锢硇再|(zhì)等進(jìn)行分析和了解。目前，很多物理學(xué)概念在材料研究中應(yīng)用較廣。如相變、裂變等，與之相對應(yīng)的儀器設(shè)備也層出不窮。如今空間分辨率能夠在特定環(huán)境下觀察到單個原子，因此可以說，沒有這些研究成果，材料科學(xué)就不能夠獲得更大的進(jìn)步。但是微結(jié)構(gòu)的定量描述始終是材料科學(xué)的主要課題，也是物理學(xué)家和材料學(xué)家合作的重點(diǎn)方向。

2.4材料方面

凝聚態(tài)理論日漸完善，使得我們能夠更加明確材料的物理特性，但是隨著人類社會的發(fā)展，仍然面臨著很多疑難問題。如強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的材料寶藏。電子關(guān)聯(lián)，是電子之間形成的庫侖作用。就現(xiàn)有理論研究成果來看，處理固體電子系統(tǒng)時，需要適當(dāng)忽略電子之間的相互作用，在理想條件下進(jìn)行研究。但得出的結(jié)論依舊不能夠掩蓋這一缺陷，且不能夠適用于實(shí)踐當(dāng)中?？梢?，電子之間的庫倫作用關(guān)聯(lián)重要性受到了廣泛關(guān)注。

通常來說，強(qiáng)關(guān)聯(lián)物質(zhì)存在于特定范圍當(dāng)中，如金屬與絕緣體界限附近，即電子處于完全離域化拓展?fàn)顟B(tài)。因此要想實(shí)現(xiàn)對電子具體狀態(tài)的有效判斷，研究人員需要從其他方面入手，分析各個元素之間的關(guān)系，然后對其形態(tài)進(jìn)行排序，最后獲取到相應(yīng)的規(guī)則。值得關(guān)注的是，現(xiàn)階段，我們針對強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的認(rèn)知水平處于初級階段，無論是理論、還是實(shí)踐方面都有待進(jìn)一步深入。而從材料方面來說，多元復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氧化物尚未得到開發(fā)和研究，因此，可以將此作為未來全新的研究課題，并利用強(qiáng)關(guān)聯(lián)理論，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對新材料的勘探和開發(fā)，為人類社會進(jìn)一步發(fā)展提供更多支持和參考。

2.5工藝方面

凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展建立在新技術(shù)及傳統(tǒng)工藝優(yōu)化進(jìn)程當(dāng)中。如上文提到的離子束技術(shù)，能夠?qū)Σ牧媳砻娴南嗷プ饔眠M(jìn)行分析。針對處于溫度較低的條件下，能夠建設(shè)成為不同的材料。因此可以廣泛應(yīng)用于高性能、功能豐富的薄膜當(dāng)中，從而形成全新的材料。另外，激光技術(shù)的提出為科學(xué)研究帶來了諸多發(fā)展契機(jī)。如激光拉曼光譜與XRD技術(shù)的有機(jī)整合，能夠幫助我們重新認(rèn)識晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為半導(dǎo)體的進(jìn)一步探索提供相應(yīng)的技術(shù)支持。外延作為一種制作單晶薄膜的技術(shù)，其之所以能夠發(fā)展起來，究其根本是在凝聚態(tài)物理學(xué)的支持存在密不可分的聯(lián)系。隨著社會進(jìn)步，人們對技術(shù)將會提出更高要求。因此還應(yīng)加大對全新工藝的研究，與此同時，加大對現(xiàn)有工藝不足和缺陷的優(yōu)化和改正，進(jìn)而為實(shí)踐研究做好充分的準(zhǔn)備。

篇3

人類生存的世界，是一個物質(zhì)的世界.過去，人們只知道物質(zhì)有三態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài).20世紀(jì)中期，科學(xué)家確認(rèn)物質(zhì)有第四態(tài)，即等離子體態(tài)（Plasma），另外，科學(xué)巨匠愛因斯坦在70多年前預(yù)言的一種新物態(tài)，后來在l995年，被美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院和美國科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家組成的聯(lián)合研究小組，研究創(chuàng)造出物質(zhì)的第五態(tài)，叫做“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”，2004年1月29日，還是這個研究小組又宣布，他們創(chuàng)造出了物質(zhì)的第六種形態(tài)：費(fèi)米子凝聚態(tài)（Fermionic Condensate），神奇的凝聚態(tài)物質(zhì)如圖1所示.

除此之外，還有一種物質(zhì)有八態(tài)的說法：第四態(tài)還是等離子態(tài)、物質(zhì)第五態(tài)：超密態(tài)、物質(zhì)第六態(tài)：輻射場態(tài)、物質(zhì)第七態(tài)：反物質(zhì)和有“物質(zhì)第八態(tài)之謎”稱號的：暗物質(zhì).

2物質(zhì)新態(tài)引發(fā)社會變遷

首先，我們來看等離子態(tài)，他是1879年英國物理學(xué)家克魯克斯在研究陰極射線時，發(fā)現(xiàn)了具有獨(dú)特性質(zhì)的等離子體，從而發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的第四態(tài).

現(xiàn)在等離子態(tài)在日常生活中已經(jīng)有了廣泛的認(rèn)識和應(yīng)用：閃電作為一種自然現(xiàn)象，其實(shí)是由于空氣放電形成了等離子體的緣故.在地球上，等離子態(tài)的物質(zhì)并不多見，但在整個宇宙中恰好相反.由于高溫或強(qiáng)烈的輻射，物質(zhì)極易電離，宇宙空間中的許多彌漫星云以及某些恒星大氣，都處于等離子態(tài).作為恒星的太陽，其實(shí)就是一個高溫的等離子火球.太陽的強(qiáng)烈輻射，使高空大氣層呈等離子態(tài).這一層大氣由等離子體組成，稱為電離層.遠(yuǎn)距離無線電通訊就是依靠電離層反射電磁波，傳遞信息.五光十色的霓虹燈就是氖或氬的等離子體在發(fā)光.把各種不同的惰性氣體分別充入不同的燈管，通電時可以發(fā)出各種不同顏色的光.等離子態(tài)的研究，對于人工控制熱核反應(yīng)，磁流體發(fā)電等尖端科學(xué)技術(shù)具有十分重要的意義.

其次，美國的聯(lián)合研究小組1995年研究創(chuàng)造出“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”后，負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究的三位科學(xué)家獲得了2001年度諾貝爾物理學(xué)獎.2004年他們研究創(chuàng)造出物質(zhì)的第六種形態(tài)：費(fèi)米子凝聚態(tài)后，國際物理學(xué)界認(rèn)為，這一成果為人類認(rèn)識物質(zhì)世界打開了又一扇大門，具有重大的理論和實(shí)踐意義，將成為年度重大科技成果之一.

這項(xiàng)成果有助于下一代超導(dǎo)體的誕生.而下一代超導(dǎo)體技術(shù)可在電能輸送、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、地球物理勘探、生物磁學(xué)、高能物理研究等眾多領(lǐng)域和學(xué)科中大顯身手.

再看超密態(tài)物質(zhì)：在通常狀況下，鐵的密度是每立方厘米7.9克，為普通巖石密度的的兩倍多.鉑的密度是每立方厘米21.5克，約為鐵的密度的2.8倍，其密度在地球上可謂大矣.然而，在宇宙中有些天體的密度卻大得驚人.如白矮星，按地球引力計(jì)算，其中心密度為每立方厘米一百噸左右；根據(jù)地球引力計(jì)算，中子星的密度每立方厘米達(dá)十億噸左右，相當(dāng)于，一粒小桃核那么小的中子星物質(zhì)，需要十萬艘萬噸級巨輪才能拖動它.了解了其密度如此之大的原因是電子全部被壓進(jìn)原子內(nèi)層或者被壓進(jìn)原子核，并且認(rèn)識到宇宙中已發(fā)現(xiàn)的中子星就有300多顆，如果航天技術(shù)及其他技術(shù)都發(fā)展到了相當(dāng)?shù)某潭龋軌虬阎凶有巧系某軕B(tài)物質(zhì)取回到地球上來為人類所用，那將是一個什么樣的概念呢？

篇4

玻色子和費(fèi)米子

在介紹費(fèi)米子冷凝態(tài)之前，必須了解兩個問題，第一個是關(guān)于玻色子和費(fèi)米子的區(qū)別，另一個是什么是玻色一愛因斯坦冷凝態(tài)。首先，介紹一下玻色子和費(fèi)米子。一般人對于這兩個概念并不熟悉。當(dāng)談到物質(zhì)的粒子時，人們首先想到的是原子、電子、光子等。其實(shí)任何物質(zhì)的粒子都可以歸為兩類：玻色子或費(fèi)米子。玻色子和費(fèi)米子的區(qū)別體現(xiàn)在“自旋”這個量子力學(xué)的特性上，自旋量子數(shù)為整數(shù)的粒子為玻色子，而自旋量子數(shù)為半整數(shù)的粒子為費(fèi)米子。這種自旋的差異造成費(fèi)米子和玻色子有完全不同的特性。

玻色子是一些性格“溫順”的粒予，它們可以共處于同一量子狀態(tài)。玻色子的分布與溫度有關(guān)，溫度高時，玻色子的原子“各自為政”：當(dāng)溫度很低，低于臨界溫度時，會出現(xiàn)大量玻色子原子在最低能級集聚的情況，普通的鈉原子就是玻色子。而費(fèi)米子卻是一些具有很強(qiáng)獨(dú)立性的“不合群”粒子，它們之間互相排斥，互不相讓。如果一個費(fèi)米子占據(jù)了一個能量級位置，其它的費(fèi)米子就不得不跑到能量較高的量子級上。費(fèi)米子，包括電子、夸克及半數(shù)元素周期表中的原子不會自己集聚在一起，必須借助外力改變它們的特性后才能聚在一起。

玻色－愛因斯坦冷凝態(tài)

如果我們讓一些玻色子的原子不斷冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷，例如，接近絕對零度(－273.15℃)，這時奇跡出現(xiàn)了――所有的原子不再各自為政，再也分不出你我他了，它們似乎都變成了一個超大原子!這就是物質(zhì)第五態(tài)――玻色－愛因斯坦冷凝態(tài)。

為什么將它稱為玻色－愛因斯坦冷凝態(tài)，里面還有個故事。1924年，年輕的印度物理學(xué)家玻色提出了一種關(guān)于原子的新理論，他認(rèn)為在原子尺度上我們根本不可能區(qū)分兩個同類原子(如兩個氧原子)的不同。由于這個理論與傳統(tǒng)的、認(rèn)為可以辨別同類原子中每個原子“面孔”的理論不同，被剝奪了發(fā)表權(quán)。玻色于是將他的文章寄給愛因斯坦。愛因斯坦對玻色的文章十分重視，他將玻色的理論用于原子氣體中，進(jìn)而推測，在正常溫度下，原子可以處于任何一個能級上，但在非常低的溫度下，原子會突然跌落到最低的能級上，處于這種狀態(tài)的大量原子的行為像一個大超級原子，具有完全相同的物理性質(zhì)。后來物理界將物質(zhì)的這種狀態(tài)稱為玻色一愛因斯坦冷凝態(tài)。

理論有了，但要證明這個理論卻十分困難，必須能夠創(chuàng)造出這種冷凝物才能令人信服。要生成玻色－愛因斯坦冷凝物可不是一件容易的事。一方面需要創(chuàng)造使原子可以凝聚在一起的極低溫度，另一方面還需要這時的原子處于氣態(tài)。極低溫下的物質(zhì)如何能保持氣態(tài)呢?這實(shí)在令無數(shù)科學(xué)家頭疼不已。后來，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些堿金屬，還有氦原子和鈣等的原子氣體不會因制冷出現(xiàn)液態(tài)，更不會高度聚集形成常規(guī)的固體。實(shí)驗(yàn)對象有了，創(chuàng)造出可以冷卻到足夠低溫度的條件卻不具備。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光冷卻技術(shù)和電磁操縱的磁阱技術(shù)產(chǎn)生了，終于在玻色一愛因斯坦凝聚理論提出71年之后的1995年6月，兩名美國科學(xué)家康奈爾、維曼以及德國科學(xué)家克特勒分別在銣原子蒸氣中第一次直接觀測到了玻色一愛因斯坦冷凝態(tài)。這三位科學(xué)家也因此而榮膺2001年度諾貝爾物理學(xué)獎。此后，這個領(lǐng)域經(jīng)歷著爆發(fā)性的發(fā)展，目前世界上已有幾十個研究組在稀薄原子氣中實(shí)現(xiàn)了玻色一愛因斯坦冷凝態(tài)。

費(fèi)米子冷凝物

費(fèi)米子冷凝態(tài)是怎樣創(chuàng)造出來的呢?由于沒有任何兩個費(fèi)米子能擁有相同的量子態(tài)，費(fèi)米子的凝聚一直被很多人認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)。但是，從事費(fèi)米子冷凝態(tài)研究的科學(xué)家們秉承著“大膽假設(shè)，小心求證”的科學(xué)精神，慎重地向這塊未知的科學(xué)領(lǐng)域推進(jìn)。終于在2003年12月，美-國物理學(xué)家黛博拉?金負(fù)責(zé)的研究組創(chuàng)造出了世界上第一個費(fèi)米子冷凝物。

由于費(fèi)米子的“不合群”特性，不能凝聚在一起。科學(xué)家們認(rèn)為如果采用一些方法改變費(fèi)米子的特性，將它們改變成像玻色子一樣，就可能實(shí)現(xiàn)凝聚。后來，他們發(fā)現(xiàn)了一種對付這些不合群贊米子的方法。他們小心翼翼地，就像愛神“丘比特”那樣利用磁場作為金箭，射到費(fèi)米子身上，促使費(fèi)密子配對。這樣，兩個半整數(shù)自旋的費(fèi)米子就組成一個整數(shù)自旋的費(fèi)米子對。科學(xué)家們還可以通過調(diào)整磁場來控制配對的力量。配對后費(fèi)米子保留了它們自己的一些特性，但去掉了“不合群”的壞習(xí)慣，能夠像玻色子一樣，在極低溫度下，一對費(fèi)米子和另一對融合，不停地融合，結(jié)果所有氣體原子突然冷凝到像玻色～愛因斯坦冷凝物一樣的凝聚態(tài)，最終形成一個費(fèi)密子冷凝物。不同的研究小組采用促使費(fèi)米子配對的具體對象和方法不同。奧地利英斯布瑞克大學(xué)的科學(xué)家將鋰－6原子冷卻，同時施加穩(wěn)定磁場，促使費(fèi)米子結(jié)合在一起；美國科羅拉多“實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)聯(lián)合研究所”采用的技術(shù)略有不同，他們將鉀40原子冷卻后施加磁場，通過磁場變化讓每個原子強(qiáng)烈吸引附近的原子，誘發(fā)它們形成成對原子，然后凝聚成玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)。

在進(jìn)行費(fèi)米子冷凝態(tài)的研究中，為什么選用鉀和鋰作為實(shí)驗(yàn)對象呢?這種選擇不是任意的，而是與采用的冷凝技術(shù)有關(guān)。將一個氣體冷卻到極端低溫要通過幾個步驟。第一步是采用“激光制冷”技術(shù)，將氣體冷卻到接近絕對零度。然后，將這種原子放到一個磁場陷阱中，在這種情況下允許其中最高能量的原子“逃脫”，就像人皮膚汗液蒸發(fā)一樣。制冷后剩下的原子，使它們處于lOOnK的溫度里。最后一步是將原子轉(zhuǎn)移到一個“光學(xué)”陷阱中，繼續(xù)蒸發(fā)冷卻，最后達(dá)到臨界溫度，在那里氣體將被濃縮到一種超液體狀態(tài)，這時的溫度大約是50nK。

在進(jìn)行激光冷卻這步操作時，最好使用化學(xué)元素周期表第一列的元素，在第1列的7個元素中，只有鋰－6和鉀－40是穩(wěn)定的，是一種“長命的”費(fèi)米子。所以，進(jìn)行費(fèi)米子研究的所有研究組使用的是這兩個元素中的一個。對于玻色一愛因斯坦冷凝物來說，用的是化學(xué)元素周期表第一列中的鈉和銣。

篇5

在認(rèn)識量子反常霍爾效應(yīng)之前，讓我們先來了解一下量子霍爾效應(yīng)。

量子霍爾效應(yīng)，于1980年被德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，是整個凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中重要、最基本的量子效應(yīng)之一。它的應(yīng)用前景非常廣泛，比如，我們使用計(jì)算機(jī)的時候，會遇到計(jì)算機(jī)發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因?yàn)槌B(tài)下芯片中的電子運(yùn)動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。實(shí)際上，量子霍爾效應(yīng)就是粒子在低溫條件下所發(fā)生的一種奇特現(xiàn)象。普通狀態(tài)的電子是雜亂無章的，它們無序運(yùn)動，不斷發(fā)生碰撞。而處于量子霍爾態(tài)的電子則好像置身在一條“高速公路”上，中間有隔離帶，將兩個方向的“車流”隔開。

也就是說，量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問題，因而在未來的量子計(jì)算、量子信息存儲方面具有巨大的應(yīng)用潛力，據(jù)此設(shè)計(jì)新一代大規(guī)模集成電路和元器件，將會具有極低的能耗。

量子霍爾效應(yīng)可以對電子的運(yùn)動制定一個規(guī)則，讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進(jìn)。這就好比一輛高級跑車，常態(tài)下是在擁擠的市區(qū)街道前進(jìn)，而在量子霍爾效應(yīng)下，則可以在“各行其道、互不干擾”的高速路上前進(jìn)。

然而，量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場，相當(dāng)于外加10個計(jì)算機(jī)大的磁鐵，這不但體積龐大，而且價(jià)格昂貴，不適合個人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。而量子反常霍爾效應(yīng)的美妙之處就是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實(shí)現(xiàn)量子霍爾態(tài)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷小?/p>

在當(dāng)今信息社會，半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展，但電腦運(yùn)行中熱量如何散發(fā)成為困擾半導(dǎo)體和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個瓶頸問題。而量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)將有望解決這一難題?？茖W(xué)家可使電子在不需要強(qiáng)磁場的情況下，按照固定軌跡運(yùn)動，減少電子無規(guī)則碰撞導(dǎo)致的發(fā)熱和能量損耗。也許不久的將來，量子反?；魻栃?yīng)能夠得到廣泛應(yīng)用，通過密度集成，計(jì)算機(jī)的體積也將大大縮小，千億次的超級計(jì)算機(jī)有望做成現(xiàn)在的IPAD那么大，未來電腦也可能不再需要散熱器。

篇6

本書對固體物理前沿的許多重要課題給出了簡明的介紹，以清晰的教學(xué)方式提供了該領(lǐng)域已經(jīng)得到很好確立的基礎(chǔ)的背景材料。把導(dǎo)論性的介紹與不斷更新的高等論題成功地整合在一起，相關(guān)領(lǐng)域的研究生與高水平的研究人員將會從中受益并引起廣泛的興趣。而對于希望對當(dāng)代固體物理巨大的知識挑戰(zhàn)得到一些概覽的其他領(lǐng)域的學(xué)者也很有價(jià)值。

本書詳細(xì)闡述了固體物理中的標(biāo)準(zhǔn)論題，可以滿足剛剛進(jìn)入物理領(lǐng)域?qū)W習(xí)的研究生希望對該領(lǐng)域進(jìn)行追蹤研究的需求，并盡可能使學(xué)生能容易地與當(dāng)前的前沿研究銜接。作者重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了物理理論而不是技術(shù)。同時給出詳細(xì)推導(dǎo)，使學(xué)生讀過這本書后，能立即領(lǐng)會相關(guān)課題的研究文章。

本書的第1版由Westview Press于2003年出版。這里介紹的是2012年由Cambridge University Press出版的第2版。這一版除保留了原書的寫作風(fēng)格，訂正了第1版中的所有印刷錯誤之外，還包括了本應(yīng)該納入第1版但成書時放棄的一些材料。此外也增加了一些反映快速發(fā)展而又對于學(xué)生最有用的新內(nèi)容。對于現(xiàn)代高等固體物理的概念提供了一個最新的和清晰的介紹。第2版利用最小的數(shù)學(xué)知識給學(xué)生們介紹重點(diǎn)研究課題，涵蓋了許多尖端的主題，包括電子輸運(yùn)和固體磁性。該書第一次以明確和詳細(xì)的方式闡釋了拓?fù)浣^緣體和強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)。書中還收入了50多個習(xí)題，讓學(xué)生們檢驗(yàn)他們的知識。習(xí)題的解答都可以在網(wǎng)上在線找到，網(wǎng)址為/solidstate。

本書作者Philip Phillips 是Illinois大學(xué)物理系教授。作為一位理論凝聚態(tài)物理學(xué)家，他因無序和強(qiáng)關(guān)聯(lián)低維系統(tǒng)的出色研究工作而在國際上享有盛譽(yù)。本書的絕大部分內(nèi)容是以作者在Illinois 大學(xué)講授的高等固體物理課程講義為基礎(chǔ)的。

篇7

1、北京師范大學(xué)物理學(xué)系具有百年歷史，它可追溯到1904年在京師大學(xué)堂優(yōu)級師范館開設(shè)的物理學(xué)課程。1911年創(chuàng)建數(shù)學(xué)物理部，1923年正式成立物理系，是全國最早單獨(dú)設(shè)立物理系的高校之一。1952年院系調(diào)整，原輔仁大學(xué)物理系并入北京師范大學(xué)物理系。

2、北師大物理學(xué)系在全國具有很高聲譽(yù)。其理論物理為國家級重點(diǎn)學(xué)科；凝聚態(tài)物理為北京市重點(diǎn)學(xué)科。是“國家理科基礎(chǔ)學(xué)科研究人才培養(yǎng)基地”；“物理學(xué)一級學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)單位”；“物理學(xué)一級學(xué)科博士后科研流動站”；是“首批國家級特色專業(yè)”；“985”工程和“211”工程重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科。

3、在2016年QS世界大學(xué)學(xué)科排名中，“物理學(xué)與天文學(xué)”世界排名201-250名，位居內(nèi)地高校第8位。是我國物理學(xué)教學(xué)與科研的重要力量之一。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇8

關(guān)鍵詞 拓?fù)浣^緣體；含時點(diǎn)接觸； 拉廷格液體；量子輸運(yùn)

中圖分類號 O413.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-2537（2016）05-0061-04

Abstract The novel topological insulator material has provided the physical foundation for the dissipationless spin transport， possibly constructed the brand-new spintronic devices. The edge state of the topological insulator shows unusual helical feature due to the electron spin-momentum locking. Using the Luttinger liquid theory and nonequilibium Green function， the quantum transport in a quantum spin Hall bar with three quantum point contacts （QPCs） was studied. The currents display very different pump frequency dependence for weak and strong e-e interaction. These unique properties were induced by the helical feature of the edge states， and therefore can be used to detect and control edge state transport.

Key words topological insulator； time dependent quantum point contacts； Luttinger liquid； quantum transport

全電操縱的自旋電子學(xué)器件的制備和性能研究是當(dāng)今凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的前沿研究課題[1-2].拓?fù)浣^緣體是現(xiàn)代凝聚態(tài)物理中的一個重要研究主題.拓?fù)浣^緣體不是常規(guī)的超導(dǎo)體，它只能攜帶很小的電流，不能用于超高效電源線，但它為微芯片開發(fā)的范式轉(zhuǎn)移鋪平了道路，這將導(dǎo)致自旋電子學(xué)的新應(yīng)用，即利用電子自旋來攜帶信息.從電子能帶結(jié)構(gòu)上來說，拓?fù)浣^緣態(tài)不能用傳統(tǒng)的金屬、絕緣體來描述，而是一種全新的物質(zhì)態(tài).它的體電子態(tài)是有能隙的絕緣態(tài)，但它的表面（對三維體系）或者邊緣（對二維體系）電子態(tài)則是零能隙有手性的金屬態(tài)[3-7].螺旋的表面電子態(tài)具有線性色散關(guān)系并且自旋與動量滿足特定的手性關(guān)系.由于其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)和手征特性，電子的輸運(yùn)、磁學(xué)和光學(xué)性質(zhì)將明顯不同于普通體系[8-13]. 這個快速成長的領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題之一是如何檢測和控制的拓?fù)溥吘墤B(tài).到目前為止，量子自旋霍爾壩的邊緣態(tài)已經(jīng)通過直流偏壓下測量源極和漏極之間電導(dǎo)檢測到.最近，文獻(xiàn)[14-17]提出使用量子點(diǎn)接觸，即帶間耦合， 來控制邊緣態(tài)的輸運(yùn).量子霍爾效應(yīng)不是唯一的拓?fù)浣^緣體，最近物理學(xué)家陸續(xù)預(yù)言并實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一系列二維材料由于其自身的自旋軌道耦合導(dǎo)致新的拓?fù)浣^緣態(tài).在該類材料中，自旋軌道耦合會在體能帶打開一個帶隙分開完全占據(jù)的價(jià)帶和空的導(dǎo)帶，并在帶隙里面建立起邊緣態(tài).量子自旋霍爾邊界狀態(tài)有重要的自旋過濾性質(zhì)，它可以使自旋向上的電子向一個方向傳播，而使自旋向下的電子向另一個方向傳播.類比于一種螺旋型粒子的自旋和動量間的關(guān)系，后來把這種邊界狀態(tài)稱作“螺旋形狀態(tài)”.

1 螺旋Luttinger 液體的哈密頓量

螺旋Luttinger 液體的自旋與動量方向鎖定的，只有準(zhǔn)一維系統(tǒng)一半的自由度.考慮一個由右移自旋向上，左移自旋向下的螺旋Luttinger 液體[18].由于時間反演對稱性，單粒子的背散射過程被禁止.自由電子的哈密頓量

3 結(jié)論

采用玻色化、重整化群及格林函數(shù)的方法從理論上研究了3個含時點(diǎn)接觸存在對拓?fù)溥吘墤B(tài)輸運(yùn)性質(zhì)的影響.得到泵浦電流隨偏壓和溫度變化的解析表達(dá)式，以及依賴于電子間相互作用冪指數(shù)變化規(guī)律.研究結(jié)果提供了一種調(diào)控納米結(jié)構(gòu)中輸運(yùn)性質(zhì)的手段.

參考文獻(xiàn)：

[1]WOLF S A， AWSCHALOM D D， BUHRMAN R A， et al. Spintronics： a spin-based electronics vision for the future [J]. Science， 2001，294（16）：1488-1495.

[2]UTIC' I， FABIAN J， SARMA S D. Spintronics： funda-mentals and applications [J]. Rev Mod Phys， 2004，76（2）：323.

[3]QI X L， ZHANG S C. The quantum spin Hall effect and topological insulators [J]. Phys Today， 2010，63（1）：33.

[4]HASAN M Z， KANE C L. Topological insulators [J]. Rev Mod Phys， 2010，82（4）：3045C3067.

[5]MOORE J E. Perspective article the birth of topological insulators [J]. Nature， 2010，464（6）：194-198.

[6]SHI L， ZHANG S C， CHANG K. Anomalous electron trajectory in topological insulators [J]. Phys Rev B， 2013，87（5）：161115.

[7]CHEN M N， SHENG L， SHEN R， et al. Spin Chern pumping from the bulk of two-dimensional topological insulators [J]. Phys Rev B， 2015，91（12）：125117.

[8]SHENG D N， WENG Z Y， SHENG L， et al. Quantum spin-hall effect and topologically invariant chern numbers [J]. Phys Rev Lett， 2006，97（3）：036808.

[9]FU L， KANE C L， MELE E J. Topological insulators in three dimensions [J]. Phys Rev Lett， 2007，98（11）：106803.

[10]BERNEVIG B A， HUGHES T L， ZHANG S C. Quantum spin hall effect and topological phase transition in HgTe quantum wells [J]. Science， 2006，314（6）：1757.

[11]CHANG K， LOU W K. Helical quantum states in HgTe quantum dots with inverted band structures [J]. Phys Rev Lett， 2011，106（2）：206802.

[12]MIAO M S， YAN Q， WALLE C G， et al. Polarization-driven topological insulator transition in a GaN/InN/GaN quantum well [J]. Phys Rev Lett， 2012，109（8）：186803.

[13]ZHANG D， LOU W K， MIAO M， et al. Interface-induced topological insulator transition in GaAs/Ge/GaAs quantum wells [J]. Phys Rev Lett， 2013，111（7）：156402.

[14]STRM A， JOHANNESSON H. Tunneling between edge states in a quantum spin hall system [J]. Phys Rev Lett， 2009，102（9）：096806.

[15]SCHMIDT T L. Current correlations in quantum spin hall insulators [J]. Phys Rev Lett， 2011，107（9）：096602.

[16]TEO J C Y， KANE C L. Critical behavior of a point contact in a quantum spin Hall insulator [J]. Phys Rev B， 2009，79（23）：235321.

篇9

哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生院專業(yè)有計(jì)算數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)與控制論、物理學(xué)、理論物理、粒子物理與原子核物理、原子與分子物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理、聲學(xué)、光學(xué)、無線電物理、無機(jī)化學(xué)等專業(yè)。

哈工大研究生院國家重點(diǎn)培育學(xué)科2個；博士學(xué)位授權(quán)一級學(xué)科27個，碩士學(xué)位授權(quán)一級學(xué)科41個，博士專業(yè)學(xué)位授權(quán)點(diǎn)1個，碩士專業(yè)學(xué)位授權(quán)點(diǎn)10個，博士后科研流動站24個。

在教育部第三輪學(xué)科評估中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生院有10個一級學(xué)科排名位居全國前五位，其中力學(xué)學(xué)科排名全國第一。材料科學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、環(huán)境與生態(tài)學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)與生物化學(xué)等8個學(xué)科進(jìn)入ESI全球前百分之1的研究機(jī)構(gòu)行列，其中材料科學(xué)、工程學(xué)已進(jìn)入全球前千分之1的研究機(jī)構(gòu)行列。

篇10

【關(guān)鍵詞】　N8分子 雙質(zhì)子化 勢能曲面 穩(wěn)定性

（1）通過對雙五原子環(huán)N8進(jìn)行雙質(zhì)子化得到四種異構(gòu)體，其幾何參數(shù)及相對能如圖1，總能量以及相對能量列于表1。

雙五原子環(huán)N8H22+有四種異構(gòu)體（如圖1），N-N鍵的鍵長介于1.27-1.36之間。說明N-N鍵都介于單鍵和雙鍵之間，具有較大的能量。其中A結(jié)構(gòu)為能量最低態(tài)，其他異構(gòu)體的能量分別比他高10.2、20.6和26.8kcal/mol。由此可知，四種異構(gòu)體中熱力學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系為A>B>C>D。

（2）N8H22+的異構(gòu)體的動力學(xué)穩(wěn)定性。

對四種異構(gòu)體分別進(jìn)行勢能曲面的研究找到其分解路徑，所涉及的各物質(zhì)的對稱性、總能量及相對能分別列于表2。

N8H22+-A有兩種分解路徑，分別對應(yīng)兩個過渡態(tài)A-TS1和A-TS2。分解勢壘分別為40.9和58.6kcal/mol。由此可知，A結(jié)構(gòu)的動力學(xué)穩(wěn)定性很高，在實(shí)驗(yàn)室中合成后不易分解，較為穩(wěn)定。N8H22+-B有三種分解路徑，分別對應(yīng)三個過渡態(tài)B-TS1、B-TS2和B-TS3。分解勢壘分別為22.1、1.4和35.0kcal/mol。由此可知，B結(jié)構(gòu)的動力學(xué)穩(wěn)定性很低（最低分解勢壘僅為1.4kcal/mol），在實(shí)驗(yàn)室中合成后易分解，不穩(wěn)定。N8H22+-C有兩種分解路徑，分別對應(yīng)兩個過渡態(tài)C-TS1和C-TS2。分解勢壘分別為1.0和21.1kcal/mol。由此可知，C結(jié)構(gòu)的動力學(xué)穩(wěn)定性更低（最低分解勢壘僅為1.0kcal/mol），在實(shí)驗(yàn)室中合成后極易分解，非常不穩(wěn)定。N8H22+-D有三種分解路徑，分別對應(yīng)三個過渡態(tài)D-TS1、D-TS2和D-TS3。分解勢壘分別為14.5、5.4和11.8kcal/mol。由此可知，D結(jié)構(gòu)的動力學(xué)穩(wěn)定性也很低（最低分解勢壘僅為5.4kcal/mol），在實(shí)驗(yàn)室中合成后易分解，不穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]王廣厚.物理學(xué)的新進(jìn)展（I）.物理學(xué)進(jìn)展，1994，14（2）：121-172.

[2]王廣厚.團(tuán)簇物理學(xué).上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.