凝聚態(tài)物理
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凝聚態(tài)物理范文第1篇
1.凝聚態(tài)物理學(xué)的起源
凝聚態(tài)物理學(xué)的前身是固體物理學(xué)，固體物理學(xué)的研究對(duì)象是固體，包括它的物理性質(zhì)、微觀(guān)結(jié)構(gòu)、各種內(nèi)部運(yùn)動(dòng)以及彼此之?g的關(guān)系。固體物理學(xué)的一個(gè)重要的理論基石為建立在單電子近似的基礎(chǔ)上的能帶理論，于1928年由布洛赫研究提出，周期結(jié)構(gòu)中波的傳播是能帶理論的核心概念，基本建立了固體物理學(xué)的理論范式。
2.凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展
凝聚態(tài)物理學(xué)誕生于19世紀(jì)70年代，在19世紀(jì)80至90年代之間逐步發(fā)展，最終取代固體物理學(xué)這個(gè)概念。凝聚態(tài)物理學(xué)的誕生彌補(bǔ)了當(dāng)時(shí)固體物理學(xué)研究存在的不足之處。
凝聚態(tài)物理學(xué)從微觀(guān)的角度研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和各種運(yùn)動(dòng)以及彼此之間的關(guān)系。凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是相互作用多粒子理論，與固體物理學(xué)相比，凝聚態(tài)物理學(xué)的研究除了擴(kuò)大研究對(duì)象范圍，還有一些概念的遷移和發(fā)展。
二、凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)
凝聚態(tài)物理學(xué)以固體物理學(xué)研究為基礎(chǔ)，L?朗道和P?安德森這兩位科學(xué)家對(duì)凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展具有重要的影響。L?朗道提出了凝聚態(tài)物理學(xué)的主要的理論范式即對(duì)稱(chēng)性破缺，并引入序參量和元激發(fā)，使之普遍化。P?安德森在研究著作中強(qiáng)調(diào)了對(duì)稱(chēng)破缺和元激發(fā)的重要性，并補(bǔ)充提出了廣義剛度、重正化群等理論。
三、凝聚態(tài)物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容
凝聚物理學(xué)主要研究物質(zhì)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的相互關(guān)系，研究?jī)?nèi)容較為廣泛。
1.固體電子論
電子在固體中的行為是固體物理學(xué)長(zhǎng)期研究的對(duì)象，也是凝聚態(tài)物理學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容，電子在固體中的運(yùn)動(dòng)相互作用大小不同，主要包括三個(gè)區(qū)域：弱關(guān)聯(lián)區(qū)，形成半導(dǎo)體物理學(xué)的研究理論基礎(chǔ)；中等關(guān)聯(lián)區(qū)，形成鐵磁學(xué)的研究理論基礎(chǔ)；強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)，主要涵蓋對(duì)象是電子濃度非常低的不良金屬，其研究尚未得出圓滿(mǎn)結(jié)論。
2.宏觀(guān)量子態(tài)
低溫物理學(xué)的研究也是凝聚態(tài)物理學(xué)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，金屬和合金中存在超導(dǎo)現(xiàn)象這一成果對(duì)凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展影響巨大。超導(dǎo)現(xiàn)象是規(guī)范對(duì)稱(chēng)性破缺的結(jié)果，宏觀(guān)量子態(tài)的概念、超導(dǎo)微觀(guān)理論等的出現(xiàn)填補(bǔ)了超導(dǎo)研究的空白，玻色-愛(ài)因斯坦凝聚的實(shí)現(xiàn)將極低溫下的稀薄氣體也納入凝聚態(tài)物理學(xué)的研究范圍，但是仍有一些學(xué)科問(wèn)題需要研究佐證，比如非常規(guī)超導(dǎo)體的機(jī)制仍未得到確定的解釋。
3.納米結(jié)構(gòu)與介觀(guān)物理
納米技術(shù)研究的是在0.1～100納米的尺度里電子、原子和分子內(nèi)的特性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。納米科技將人類(lèi)的研究視角轉(zhuǎn)向微觀(guān)世界，納米技術(shù)的研究和應(yīng)用對(duì)于人類(lèi)社會(huì)生活具有開(kāi)創(chuàng)性的意義，現(xiàn)在也是物理學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。
4.軟物質(zhì)物理學(xué)
軟物質(zhì)是介于液態(tài)與固態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)，被稱(chēng)為復(fù)雜液體。軟物質(zhì)是凝聚態(tài)物理學(xué)的延伸研究學(xué)科，軟物質(zhì)只要受到極小的外界刺激就會(huì)產(chǎn)生明顯反應(yīng)，從而具有顯著的實(shí)用效果。
凝聚態(tài)物理范文第2篇
近20年以來(lái)，基于圖形處理器（GPU，Graphics Processing Units）的計(jì)算模擬技術(shù)快速發(fā)展，研究?jī)?nèi)容幾乎涵蓋了各個(gè)學(xué)科。本書(shū)通過(guò)梳理GPU技術(shù)的發(fā)展歷史，突出了GPU的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并重點(diǎn)介紹了圖形處理器在電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的應(yīng)用及進(jìn)展。
全書(shū)分為兩個(gè)部分。第一部分 主要是計(jì)算科學(xué)的發(fā)展歷史和常用的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，包含第1-3章：1.介紹并行計(jì)算的歷史背景和GPU技術(shù)的出現(xiàn)，突出GPU相對(duì)于CPU在海量數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)；2.介紹目前最流行的CUDA通用并行計(jì)算架構(gòu)，并分析了GPU技術(shù)對(duì)硬件和軟件的要求；3.總覽電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，包括哈特利-?？朔椒ā⒚芏确汉碚?、半經(jīng)驗(yàn)理論等，并分析了不同的基組函數(shù)選擇對(duì)計(jì)算效率的影響。第二部分 主要是對(duì)各種不同基組函數(shù)和不同計(jì)算方法的細(xì)致分析，含第4-14章：4.基于GPU的高斯型基組的哈特利-?？朔椒ê兔芏确汉碚摰挠?jì)算，進(jìn)行了烯烴和水分子相互作用計(jì)算的實(shí)例，其主要應(yīng)用于原子與分子的尺度；5.結(jié)合ADF軟件，分析了GPU對(duì)Slater型基組密度泛函理論的計(jì)算效率的提高；6.基于小波變換的大規(guī)模并行混合架構(gòu)密度泛函理論計(jì)算；7.基于平面波的密度泛函理論電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，并對(duì)幾何結(jié)構(gòu)弛豫、能帶結(jié)構(gòu)與電子密度計(jì)算進(jìn)行了分析。相比于CPU，GPU的計(jì)算速度更快，同時(shí)也對(duì)計(jì)算軟件的優(yōu)化提出了更高的要求；8.GPU對(duì)線(xiàn)性標(biāo)度算法中的稀疏矩陣乘法的加速；9.基于格點(diǎn)的投影綴加波方法，GPU在提升該方法計(jì)算速度方面還有很大的空間；10.GPU在實(shí)空間密度泛函和含時(shí)密度泛函理論方面的應(yīng)用；11.GPU對(duì)半經(jīng)驗(yàn)的量子化學(xué)計(jì)算方法的優(yōu)化；12.GPU對(duì)MollerPlesset二級(jí)微擾理論計(jì)算方法的改進(jìn)；13.基于GPU的迭代耦合簇方法，此方法主要解決多體問(wèn)題，并主要應(yīng)用于費(fèi)米子體系；14.基于GPU的微擾耦合簇方法，并從單參考態(tài)耦合簇方法和多參考態(tài)耦合簇方法兩個(gè)方面進(jìn)行了分析。
本書(shū)對(duì)于圖形處理器的電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法做了細(xì)致的介紹，并在每一章都列舉了計(jì)算實(shí)例，輔助讀者理解GPU在數(shù)據(jù)計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)。由于基于平面波的密度泛函理論是目前材料科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域最常用的方法，因此作者在第7章花費(fèi)了較多篇幅介紹了該方法的理論背景，并對(duì)CPU和GPU計(jì)算實(shí)例進(jìn)行了比較，凸顯了GPU的計(jì)算優(yōu)勢(shì)。因此本書(shū)對(duì)于從事計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)和材料計(jì)算科學(xué)的研究人員有重要的參考意義。
梁飛，博士研究生
凝聚態(tài)物理范文第3篇
這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人奧倫•拉海夫(Oren Lahav)和他來(lái)自以色列理工大學(xué)的同事們?cè)谧钚碌囊黄凇段锢碓u(píng)論快報(bào)》上刊登了他們的成果。
科學(xué)家們借助一種特殊的物質(zhì)態(tài)――玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)實(shí)現(xiàn)了這一結(jié)果。借助磁阱，科學(xué)家們將10萬(wàn)個(gè)減速至最低量子態(tài)的銣原子組成了這一特殊的凝 聚態(tài)。這種低溫原子堆的表現(xiàn)就像是一個(gè)單獨(dú)的大型量子機(jī)械體。而為了將這一凝聚體變成一個(gè)聲音黑洞，科學(xué)家們需要加速凝聚體的一部分，使之達(dá)到超音速。這 樣一來(lái)，凝聚體的某些部分以超音速流動(dòng)，而其他部分的流速則是亞音速。
借助大直徑激光，科學(xué)家們能夠構(gòu)建電勢(shì)，并將部分凝聚態(tài)物質(zhì)加速至超音速。技術(shù)人員已經(jīng)證明，采用這種技術(shù)，能使這種凝聚態(tài)物質(zhì)的速度達(dá)到音速的一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
“我們這項(xiàng)工作最有意義的地方在于我們成功克服了朗道臨界速度，這一定律認(rèn)為流體速度不能超越音速?！蓖瑯觼?lái)自以色列理工大學(xué)的研究組成員杰夫•斯特恩豪爾(Jeff Steinhauer)說(shuō)。“我們的實(shí)驗(yàn)在有限的時(shí)間尺度上突破了這一限制?！?/p>
在這個(gè)試驗(yàn)中，凝聚態(tài)物質(zhì)被分成兩部分，一部分的流速大于音速，而其余部分小于音速，中間的區(qū)域流速恰好等于音速，從而構(gòu)成類(lèi)似黑洞的“視界”的作 用。在超音速流一側(cè)，凝聚態(tài)的物質(zhì)密度遠(yuǎn)小于亞音速流一側(cè)?？茖W(xué)家解釋這一現(xiàn)象是由于質(zhì)量守恒：較低的密度必須由較高的速度來(lái)補(bǔ)償。在此次實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家 們至少能讓這一“視界”在崩潰前維持20毫秒。
就和黑洞能拴住光子一樣，聲音黑洞能拴住聲子和其他波長(zhǎng)介于1..6~18微米的波戈留夫激發(fā)。波長(zhǎng)非常短的激發(fā)將可以逃逸，而波長(zhǎng)長(zhǎng)于這一數(shù)值范圍的激發(fā)本身就無(wú)法存在于這一超音速流部分。
凝聚態(tài)物理范文第4篇
10月4日北京時(shí)間17時(shí)45分（瑞典當(dāng)?shù)貢r(shí)間11時(shí)45分），諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)宣布，將2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半獎(jiǎng)金頒給美國(guó)華盛頓大學(xué)的大衛(wèi)?索利斯（David J. Thouless），另一半由美國(guó)普林斯頓大學(xué)的鄧肯?霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）與布朗大學(xué)的邁克爾?科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz）共享，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)拓?fù)湎嘁约霸谕負(fù)湎嘧兎矫孀鞒龅睦碚撠暙I(xiàn)。
簡(jiǎn)單說(shuō)，2016年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)了以下幾個(gè)工作：（1）大衛(wèi)?索利斯和邁克爾?科斯特利茨用渦旋（拓?fù)涓拍睿┙忉屃吮游镔|(zhì)特殊形式的超導(dǎo)超流相變。（2）大衛(wèi)?索利斯等人用陳數(shù)（Chern numbers）等拓?fù)洳蛔兞拷忉屃藢?shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)到的按整數(shù)倍變化的霍爾電導(dǎo)率。（3）鄧肯?霍爾丹系統(tǒng)地研究了一維線(xiàn)性材料的“量子自旋鏈”，找到了這種物理現(xiàn)象背后的拓?fù)湓?，并提供了一維磁性原子鏈的拓?fù)淠Ｐ??？偟膩?lái)說(shuō)，他們的理論開(kāi)創(chuàng)了把拓?fù)涓拍顟?yīng)用到凝聚態(tài)物理研究的領(lǐng)域，打開(kāi)了通往豐富的拓?fù)湮飸B(tài)世界的大門(mén)。
物質(zhì)的千姿百“相”
初中物理課本就告訴我們，物質(zhì)有三態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。后來(lái)的說(shuō)法再擴(kuò)大到等離子態(tài)、液晶態(tài)和波色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)等。除了“態(tài)”之外，現(xiàn)代物理學(xué)中用得更多的是物質(zhì)的“相”。當(dāng)物質(zhì)的這三態(tài)互相轉(zhuǎn)變時(shí)，也相應(yīng)地伴隨著體積的變化和熱量的吸收或釋放。物理學(xué)家們將這一類(lèi)轉(zhuǎn)換叫做一級(jí)相變，將除了一級(jí)相變之外的更高級(jí)相變，統(tǒng)稱(chēng)為連續(xù)相變。
物質(zhì)“相”的種類(lèi)比“態(tài)”的種類(lèi)要多得多，也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)“態(tài)”，還可以有許多不同的“相”。比如，水的固態(tài)是冰，但冰有很多種不同的結(jié)晶方式，它們便對(duì)應(yīng)于不同的相。此外，昂貴的鉆石和鉛筆中的石墨，同為碳的同素異形體，但因其晶體結(jié)構(gòu)不同，也形成了特性迥異的物質(zhì)相。
所有物質(zhì)本質(zhì)上都遵從量子物理學(xué)定律。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，物質(zhì)的常見(jiàn)相態(tài)會(huì)從一個(gè)變到另一個(gè)，比如排列整齊的晶體冰受熱后會(huì)變成排列混亂的液態(tài)水。氣體、液體和固體是物質(zhì)的常見(jiàn)相，它們的量子效應(yīng)過(guò)于微弱，往往被原子劇烈的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所掩蓋。比如，在低溫條件下，所有運(yùn)動(dòng)粒子本應(yīng)遭遇的阻抗突然消失了。20世紀(jì)30年代，俄羅斯人彼得?卡皮察（Pyotr Kapitsa）首先對(duì)超流體進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他將空氣中的氦-4冷卻到-271℃，使其爬上了容器的側(cè)壁，這些氦表現(xiàn)出了超流體的奇異行為?？ㄆげ煲惨虼双@得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
在超導(dǎo)體中的電流不受阻礙就是因?yàn)檫@種情況，超流體中的渦旋之所以能不減速地一直轉(zhuǎn)動(dòng)也是如此。在極端低溫的條件下，接近絕對(duì)零度（-273℃）的物質(zhì)會(huì)展現(xiàn)出奇異的新相態(tài)，并展現(xiàn)出出乎意料的行為。只在微觀(guān)世界中生效的量子物理學(xué)，在這種條件下突然變得可見(jiàn)了。
什么是拓?fù)?/p>
在本屆諾貝爾獎(jiǎng)的揭曉典禮上，組委會(huì)用沒(méi)有洞的肉桂卷、一個(gè)洞的面包圈和兩個(gè)洞的“8字形”椒鹽卷餅來(lái)解釋拓?fù)涫鞘裁础耐負(fù)涞慕嵌瓤矗m然都是面粉制作的面包，但這幾種結(jié)構(gòu)是完全不一樣的：因?yàn)槎吹臄?shù)量不同。
拓?fù)鋵W(xué)（Topology）是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，主要研究幾何圖形或空間在連續(xù)變化（比如拉伸和彎曲，但是不撕裂和粘合）的情況下維持不變的性質(zhì)。拓?fù)涿枋龅氖菐缀慰臻g的整體性質(zhì)，對(duì)“點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離”之類(lèi)的數(shù)值不感興趣，只對(duì)點(diǎn)之間的連接方式感興趣，即研究“連沒(méi)連”、“怎樣連”的問(wèn)題。
最著名的例子就是一團(tuán)橡皮泥可以捏成一個(gè)球或者一個(gè)碗，或者捏成諾獎(jiǎng)會(huì)上主持人手里的實(shí)心肉桂面包，不管怎樣做連續(xù)變化，這些形狀都是一回事：它們都沒(méi)有洞。而被打穿一個(gè)洞的橡皮泥、有一個(gè)把手的茶杯、主持人手里的面包圈或者一個(gè)筒裙，在拓?fù)鋵W(xué)上它們都是一回事，擁有同樣的不變性：一個(gè)洞。而穿了兩個(gè)洞的橡皮泥、諾獎(jiǎng)會(huì)上的椒鹽卷餅，還有你的長(zhǎng)褲和短褲，都具有相同的拓?fù)洳蛔冃裕簝蓚€(gè)洞（如圖所示）。除了洞的個(gè)數(shù)，還有別的特征用來(lái)描述不同的拓?fù)涮匦浴?/p>
拓?fù)湫允擒S變的，不是漸變的。在拓?fù)涿枋隼铮梢杂?個(gè)、1個(gè)、2個(gè)或N個(gè)洞，但是不會(huì)有中間態(tài)的0.5個(gè)或1.5個(gè)洞，拓?fù)湫员仨毧次镔|(zhì)的整體而不是局部才能知曉。通常的空間是三維（有長(zhǎng)、寬、高）。當(dāng)組成系統(tǒng)的微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng)受到局限時(shí)，可以變成低維系統(tǒng)，即二維（只有長(zhǎng)、寬）或一維（只有長(zhǎng)度）。索利斯和科斯特利茨的獲獎(jiǎng)工作都是有關(guān)二維系統(tǒng)，霍爾丹的獲獎(jiǎng)工作涉及二維和一維系統(tǒng)，而拓?fù)鋵W(xué)是三位得獎(jiǎng)?wù)吣茏龀鲞@一成就的關(guān)鍵。
當(dāng)拓?fù)溆龅轿锢韺W(xué)
三位科學(xué)家采用拓?fù)鋵W(xué)作為研究工具，這一舉動(dòng)在當(dāng)時(shí)讓同行感到吃驚。他們證明了超導(dǎo)現(xiàn)象能夠在低溫下產(chǎn)生，并闡釋了超導(dǎo)現(xiàn)象在較高溫度下也能產(chǎn)生的機(jī)制――相變。后來(lái)到了20世紀(jì)80年代，索利斯成功證明了這些整數(shù)在自然屬性中處于拓?fù)錉顟B(tài)。同時(shí)，霍爾丹發(fā)現(xiàn)，可以用拓?fù)鋵W(xué)來(lái)理解某些材料中的小磁體鏈的性質(zhì)。
研究人員長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為，在一個(gè)平坦的二維世界里，熱波動(dòng)會(huì)摧毀物質(zhì)的一切秩序，即使在絕對(duì)零度附近的時(shí)候也一樣。如果沒(méi)有“有序的相”，就不會(huì)產(chǎn)生任何的相變。但在20世紀(jì)70年代初，索利斯和科斯特利茨在英國(guó)伯明翰相識(shí)，他們挑戰(zhàn)了當(dāng)時(shí)的這一理論，共同攻克二維面上的相變問(wèn)題（他們自己聲稱(chēng)，索利斯是出于“好奇”，而科斯特利茨則是出于“無(wú)知”）。使用拓?fù)洌扑固乩暮退骼姑枋隽艘粋€(gè)超低溫下的、薄薄的一層物質(zhì)上發(fā)生的拓?fù)湎嘧儭Ｔ诘蜏叵拢⒂^(guān)粒子體現(xiàn)出量子力學(xué)的效應(yīng)。在薄層物質(zhì)里，想象一下那些“運(yùn)載”電流的電荷（或流體的分子），像螞蟻一樣被限制在桌面薄薄一層空間，只能做二維運(yùn)動(dòng)。在這種極端的寒冷下，渦旋對(duì)形成，然后在達(dá)到相變溫度時(shí)，突然分開(kāi)。這一發(fā)現(xiàn)革新了人們對(duì)相變的認(rèn)識(shí)，是20世紀(jì)凝聚態(tài)物理理論最重要的發(fā)現(xiàn)之一。
大衛(wèi)?索利斯利用拓?fù)鋵W(xué)在理論上描述的那種神秘現(xiàn)象，就是量子霍爾效應(yīng)。這種現(xiàn)象在1980年被德國(guó)物理學(xué)家克勞斯?馮?克利青（Klaus von Klitzing）發(fā)現(xiàn)，他在1985年因此被授予諾貝爾獎(jiǎng)。然而，量子霍爾效應(yīng)更難以理解。在特定條件下，單層物質(zhì)中的電導(dǎo)率似乎只能取特定的數(shù)值，而且極為精確，這在物理學(xué)中并不常見(jiàn)。就算溫度、磁場(chǎng)或者半導(dǎo)體中雜質(zhì)的含量發(fā)生變化，測(cè)量也會(huì)精確地給出同樣的結(jié)果。當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生足夠大的變化時(shí)，單層物質(zhì)的電導(dǎo)率也會(huì)改變，但只會(huì)一步一步跳變：減弱磁場(chǎng)導(dǎo)致電導(dǎo)率會(huì)依次精確地變成原先的2倍、3倍、4倍……這用當(dāng)時(shí)已知的物理學(xué)無(wú)法解釋?zhuān)骼拱l(fā)現(xiàn)利用拓?fù)鋵W(xué)可以破解這一難題。
拓?fù)湟殉蔀橐粋€(gè)有用的工具，不僅在凝聚態(tài)的物理世界，而且在物理學(xué)的其他領(lǐng)域，如原子物理和統(tǒng)計(jì)力學(xué)中也有應(yīng)用。三位獲獎(jiǎng)?wù)呤侨峦負(fù)湮飸B(tài)研究領(lǐng)域的理論先驅(qū)，在他們之后眾多的數(shù)學(xué)家、理論物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，都為這一領(lǐng)域的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。
這又有什么用呢
首先，這個(gè)理論的精彩之處在于，它可應(yīng)用于低維度不同類(lèi)型的材料。把非常抽象的拓?fù)鋵W(xué)應(yīng)用到凝聚態(tài)物理研究中，形成全套嶄新的理論，用以成功解釋物質(zhì)的奇異性質(zhì)和相變，并預(yù)言前所未有的拓?fù)湎嗪托挛飸B(tài)。就像拿三角函數(shù)來(lái)描述帶有方向的物理量（力和速度等矢量），拿微積分來(lái)描述漸進(jìn)的物理過(guò)程，拿黎曼幾何來(lái)描述引力的本質(zhì)是時(shí)空的扭曲從而創(chuàng)立廣義相對(duì)論一樣，這些“異想天開(kāi)”的開(kāi)創(chuàng)性理論研究打開(kāi)了一扇扇新學(xué)科的大門(mén)，具有劃時(shí)代的意義。
比如1990年左右，華裔物理學(xué)家牛謙、文小剛等人的工作使我們理解了量子霍爾效應(yīng)邊界的奇特拓?fù)湫再|(zhì)。近10年來(lái)，包括傅亮、張首晟在內(nèi)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和預(yù)言了多種三維拓?fù)浣^緣體。近8年來(lái)，顧正澄、文小剛，還有陳諧、劉正鑫揭示了反鐵磁性鏈（Haldane）對(duì)稱(chēng)保護(hù)的拓?fù)鋬?nèi)涵。這些工作使拓?fù)湮飸B(tài)吸引了更多的關(guān)注。
特別是量子霍爾態(tài)，其中和陳數(shù)相關(guān)的拓?fù)湫再|(zhì)，使邊界電阻為零的理想導(dǎo)體成為可能。電子在一個(gè)邊界上都有相同的運(yùn)動(dòng)方向，好似行駛在暢通無(wú)阻的高速公路，不再遭遇普通導(dǎo)體內(nèi)的電阻。這樣特別的材料有望被用來(lái)解決電子產(chǎn)品發(fā)熱電能浪費(fèi)的問(wèn)題。
還有一種新型拓?fù)湮飸B(tài)――“非阿貝爾任意子”的拓?fù)湫?，可以被用以?shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。這些新型的拓?fù)洳牧虾推娈愋阅?，可能?duì)下一代電子元件和量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展有重要的潛在應(yīng)用。
凝聚態(tài)物理范文第5篇
本書(shū)匯集了2003年6月在墨西哥城舉行的“物理學(xué)中當(dāng)前所研究的問(wèn)題”專(zhuān)題討論會(huì)上所做的特邀演講。這次會(huì)議是為了慶祝R?J埃利奧特教授75歲生日而舉辦的。R?J?埃利奧特爵士曾長(zhǎng)期擔(dān)任牛津大學(xué)理論物理系主任。作為一位科學(xué)家，他對(duì)理論物理學(xué)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。在數(shù)十年的時(shí)間內(nèi)，他發(fā)表了許多被引頻次很高的科學(xué)論文。本書(shū)中的演講都是由R?J埃利奧特爵士的研究助理、以前的學(xué)生、博士以及同事撰寫(xiě)的。他們之中的許多人象R?J埃利奧特爵士本人一樣已經(jīng)是第一流的科學(xué)家。
本書(shū)對(duì)現(xiàn)代凝聚態(tài)物理學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域提供了一個(gè)非常及時(shí)與全面的綜述。書(shū)中19篇原創(chuàng)性質(zhì)的論文被分成了三個(gè)主要的領(lǐng)域，即無(wú)序與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)與玻璃；電性質(zhì)與磁性質(zhì)。這些論文的作者中間就包括了像M?E?Fish-er，A?A?Maradudin，M?F?Thorpe，M?Balkansk，T?Fujiwara這樣著名的科學(xué)家。因此本書(shū)非常值得一讀。
本書(shū)的卷首是R?J埃利奧特教授的開(kāi)幕式演講“物理學(xué)中的有序與無(wú)序”。其余的文章被分成了三個(gè)部分，共19章。第一部分無(wú)序與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，包含第1-5章。1 對(duì)有趣但與愿望相違球面模型的反思；2 向量自旋玻璃的相位轉(zhuǎn)換；3 轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)特性與無(wú)序從平衡到不平衡系統(tǒng)；4 3分量2維生長(zhǎng)與競(jìng)爭(zhēng)交互作用的混合；5 混沌邊緣玻璃狀的動(dòng)態(tài)特性。第二部分結(jié)構(gòu)與玻璃，包含第6-12章。6 生命分子中的柔性；7 碳納米管的點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)特性；8 由于運(yùn)動(dòng)約束的玻璃狀特性，從拓?fù)鋵W(xué)泡沫到巴加門(mén)；9 玻璃轉(zhuǎn)變與急驟冷卻效應(yīng)；10 介質(zhì)損耗作用及為玻璃形成中的馳豫尋求簡(jiǎn)單的模型；11 圖靈模式構(gòu)成理論；12 雙八面癸基胺單分子層：非平衡相疇。第三部分電性質(zhì)與磁性質(zhì)，包括第13-19章。13 隨機(jī)粗糙金屬表面光反射二次諧波產(chǎn)生的多散射效應(yīng)；14 大規(guī)模電子結(jié)構(gòu)計(jì)算理論；15 對(duì)稱(chēng)磁團(tuán)簇；16 維半導(dǎo)體量子線(xiàn)中的光學(xué)與費(fèi)米界異常；17 利用疇壁激發(fā)探測(cè)多分子層中的磁耦合；18 量子滲透問(wèn)題中的電子狀態(tài)密度；19 熔化描述動(dòng)力學(xué)作用構(gòu)建中的功率項(xiàng)。
本書(shū)可供從事凝聚態(tài)物理及統(tǒng)計(jì)物理的物理學(xué)家及研究生閱讀借鑒。
胡光華，高級(jí)軟件工程師
