關于凝聚態(tài)物理簡介_如何提高物理成績
關于凝聚態(tài)物理簡介介紹_如何提高物理成績
凝聚態(tài)物理一般指凝聚態(tài)物理學，凝聚態(tài)物理學是研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間的關系。這次小編給大家整理了凝聚態(tài)物理簡介，供大家閱讀參考。
一方面，凝聚態(tài)物學是固體物理學的向外延拓，使研究對象除固體物質(zhì)以外，還包括許多液態(tài)物質(zhì)，諸如液氦、熔鹽、液態(tài)金屬，以及液晶、乳膠與聚合物等，甚至某些特殊的氣態(tài)物質(zhì)，如經(jīng)玻色-愛因斯坦凝聚的玻色氣體和量子簡并的費米氣體。另一方面，它也引入了新的概念體系，既有利于處理傳統(tǒng)固體物理遺留的許多疑難問題，也便于推廣應用到一些比常規(guī)固體更加復雜的物質(zhì)。從歷史來看，固體物理學創(chuàng)建于20世紀的30—40年代，而凝聚態(tài)物理學這一名稱最早出現(xiàn)于70年代，到了80—90年代，它逐漸取代了固體物理學作為學科名稱，或者將固體物理學理解為凝聚態(tài)物理學的同義詞。
凝聚態(tài)物理學是當今物理學最大也是最重要的分支學科之一。其研究層次，從宏觀、介觀到微觀，進一步從微觀層次統(tǒng)一認識各種凝聚態(tài)物理現(xiàn)象；物質(zhì)維數(shù)從三維到低維和分數(shù)維；結(jié)構(gòu)從周期到非周期和準周期，完整到不完整和近完整；外界環(huán)境從常規(guī)條件到極端條件和多種極端條件交叉作用，等等，形成了比固體物理學更深刻更普遍的理論體系。經(jīng)過半個世紀多的發(fā)展，凝聚態(tài)物理學已成為物理學中最重要、最豐富和最活躍的學科，在諸如半導體、磁學、超導體等許多學科領域中的重大成就已在當代高新科學技術領域中起關鍵性作用，為發(fā)展新材料、新器件和新工藝提供了科學基礎。前沿研究熱點層出不窮，新興交叉分支學科不斷出現(xiàn)是凝聚態(tài)物理學的一個重要特點；與生產(chǎn)實踐密切聯(lián)系是它的另一重要特點，許多研究課題經(jīng)常同時兼有基礎研究和開發(fā)應用研究的性質(zhì)，研究成果可望迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
凝聚態(tài)物理學的基本任務在于闡明微觀結(jié)構(gòu)與物性的關系，因而判斷構(gòu)成凝聚態(tài)物質(zhì)的某些類型微觀粒子的集體是否呈現(xiàn)量子特征（波粒二象性）是至關緊要的。電子質(zhì)量小，常溫下明顯地呈現(xiàn)量子特征；離子或原子則由于質(zhì)量較重，只有低溫下（約4K）的液氦或極低溫下（μK至nK）的堿金屬稀薄氣體，原子的量子特征才突出地表現(xiàn)出來。這也說明為何低溫條件對凝聚態(tài)物理學的研究十分重要。微觀粒子分為兩類：一類是費米子，具有半整數(shù)的自旋，服從泡利不相容原理；另一類是玻色子，具有整數(shù)的自旋，同一能態(tài)容許任意數(shù)的粒子占據(jù)。這兩類粒子的物理行為判然有別。
固體電子論
對固體中電子行為的研究一直是固體物理學的核心問題。凝聚態(tài)物理學中情況依然如此。固體中電子的行為可按電子間相互作用的大小，分為三個區(qū)域。
①弱關聯(lián)區(qū)。基于電子受晶格上離子散射的能帶理論，為固體中電子行為提供了合適的理論框架，應用于半導體和簡單金屬已取得非凡的成功，也構(gòu)成半導體物理學的理論基礎。
②中等關聯(lián)區(qū)。包括一般金屬和強磁性物質(zhì)。朗道的費米液體理論成功地描述了一般金屬以及低溫下3He液體中的元激發(fā)及物理行為。W.科恩等發(fā)展的密度泛函理論則提供了高效計算復雜結(jié)構(gòu)材料中電子結(jié)構(gòu)的理論框架。電子之間的交換相互作用（包括直接、間接、超交換、雙交換及巡游交換）導致了磁有序相（鐵磁體、反鐵磁體及更鐵磁體）的形成。有關磁有序相的激發(fā)態(tài)（磁振子與磁疇）又提供了理解其物理參數(shù)和磁化曲線的契機，構(gòu)成了鐵磁學的物理基礎。
③強關聯(lián)區(qū)。涉及電子濃度甚低的不良金屬。能帶理論建立不久，E.維格納就設想庫侖斥力使電子定域于維格納晶格上，接著N.莫脫認為NiO這類氧化物是因關聯(lián)導致的絕緣體，即莫脫絕緣體。20世紀60年代近藤對于稀磁合金中電阻極小現(xiàn)象作了理論解釋，稱為近藤效應。80—90年代在一系列摻雜莫脫絕緣體中發(fā)現(xiàn)了奇異的物性，如銅氧化物中發(fā)現(xiàn)高溫超導體、錳氧化物中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應等。另外，還在與近藤效應有關的鑭系和錒系重電子合金中發(fā)現(xiàn)了多種有序相和反常的物性。對上述各類的強關聯(lián)物質(zhì)中的物性問題研究，尚未得到圓滿解決。
宏觀量子態(tài)
低溫物理學研究的重大成果在于發(fā)現(xiàn)了金屬與合金中的超導現(xiàn)象（電阻在Tc以下突降為零，磁通全部被斥，成為完全抗磁體）和液氦中的超流現(xiàn)象（黏滯系數(shù)在Tc以下突降為零）。這些宏觀量子態(tài)現(xiàn)象的出現(xiàn)是規(guī)范對稱性（波函數(shù)相位可為任意值）破缺的后果。早在1924年愛因斯坦就根據(jù)玻色-愛因斯坦統(tǒng)計提出了玻色-愛因斯坦凝聚的設想，即理想的玻色氣體在低溫下會出現(xiàn)基態(tài)為宏觀的粒子數(shù)所占。4He原子是玻色子，因而在4He超流發(fā)現(xiàn)之后，F(xiàn).倫敦就提出超流態(tài)是玻色–愛因斯坦凝聚的結(jié)果。而倫敦所提出的描述超導電動力學的倫敦方程實際上就蘊含了宏觀量子態(tài)的概念。1952年V.京茨堡與L.朗道提出的唯象超導理論就明確地引入了類似于宏觀波函數(shù)的復序參量來描述超導態(tài)。1957年J.巴丁等提出了正確的超導微觀理論，即BCS理論，其關鍵在于一對電子在動量空間由于電子–聲子相互作用而形成庫珀對，從而使電子系統(tǒng)也具有某些類似于玻色子系統(tǒng)的特征。1972年在2.7mK以下發(fā)現(xiàn)了3He超流態(tài)，3He原子也是費米子，所以這也是費米子配對的結(jié)果。從序參量的對稱性可以判斷配對態(tài)的特性：常規(guī)超導體是s波配對的自旋單態(tài)，高溫超導體是d波配對的自旋單態(tài)，3He超流體是p波配對的自旋三態(tài)，具有磁性。還有一些疑似p波配對的非常規(guī)超導體，正在研究之中。非常規(guī)超導體的機制也尚待澄清。1995年E.科納爾等在將稀薄87Rb氣體冷卻到極低溫（<μK）實現(xiàn)了玻色–愛因斯坦凝聚，這就將凝聚態(tài)物理學的研究領域擴充到極低溫下的稀薄氣體。
納米結(jié)構(gòu)與介觀物理
由于對于一些簡單材料的物性已經(jīng)比較清楚，從20世紀中葉開始就致力于將不同的材料按特定的結(jié)構(gòu)尺度（關聯(lián)于物性的某一特征長度）來組織成材料與器件的復合體，從而獲得優(yōu)異的物理性能。如果所選的結(jié)構(gòu)尺度在納米范圍（1—100納米）之內(nèi)，即為納米結(jié)構(gòu)。20世紀末這一領域引起學術界和社會上的廣泛重視。
量子力學認為粒子可穿過納米尺度的勢壘而呈現(xiàn)隧道效應。利用這一效應可制備隧道結(jié)這類夾層結(jié)構(gòu)，諸如半導體隧道二極管、單電子超導隧道結(jié)、庫珀對超導隧道結(jié)。后者體現(xiàn)了約瑟夫森效應已成為超導電子學的核心器件。利用與自旋相關的隧道效應，則已制出具有隧道磁電阻的磁存儲器。
復合結(jié)構(gòu)若進入電子費米波長的范圍，就呈現(xiàn)量子限制效應，導致了量子阱、量子線與量子點。半導體量子阱已用來制備快速晶體管和高效激光器。量子線的研究也卓有成效，納米碳管所揭示的豐富多彩的物性就是明證。量子點則可用以制備微腔激光器和單電子晶體管。利用鐵磁金屬與非磁金屬可制成磁量子阱，呈現(xiàn)巨磁電阻效應，可用作存儲器的讀出磁頭。這些事例說明了納米電子學（包括自旋電子學）將成為固體電子學和光子學的發(fā)展主流。
納米結(jié)構(gòu)在基礎研究中也發(fā)揮了十分重要的作用：在兩維電子氣中發(fā)現(xiàn)了整數(shù)和分數(shù)量子霍耳效應以及維格納晶格，在一維導體中驗證了盧廷格液體的理論，在一些人工納米結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了介觀量子輸運現(xiàn)象。
軟物質(zhì)物理學
軟物質(zhì)又稱為復雜液體，是介于固體與液體之間的物相，液晶、乳膠、聚合物等均屬此類。軟物質(zhì)大都是有機物質(zhì)，雖然在原子尺度上是無序的，但在介觀尺度上則可能出現(xiàn)某種規(guī)則而有序的結(jié)構(gòu)。如液晶分子是桿狀的，盡管其質(zhì)心不具有位置序，但桿的取向卻可能是有序的。又如聚合物是由柔軟的長鏈分子所構(gòu)成，由于長程無序的關聯(lián)性，因而遵循了類似于臨界現(xiàn)象的標度律。20世紀70—80年代液晶物理學和聚合物物理學的建立，使凝聚態(tài)物理學從傳統(tǒng)的硬物質(zhì)成功地延拓到軟物質(zhì)。軟物質(zhì)在微小的外界刺激（溫度、外場或外力）下有顯著的響應是其物性的特征，從而產(chǎn)生明顯的實用效果。一顆紐扣電池可驅(qū)動液晶手表數(shù)年之久，就是證明。軟物質(zhì)變化過程中內(nèi)能變化甚微，熵的變化十分顯著，因而其組織結(jié)構(gòu)的變化主要由熵來驅(qū)動，和內(nèi)能驅(qū)動的硬物質(zhì)迥然有別。熵致有序和熵致形變乃是軟物質(zhì)自組裝的物理基礎。
有機物質(zhì)（小分子和聚合物）的電子結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)也受到廣泛的重視。有機發(fā)光器件和電子器件正在研制開發(fā)之中。
1、想學好物理一定要養(yǎng)成提前預習的習慣，每次在上課之前一定要認認真真的預習，這樣才可以知道哪里是自己不懂的知識點，等到課堂中老師上課的時候重點聽這一部分。
2、課堂中一定要聚精會神的聽課，可能你的稍微不留神就會錯過一個重要的知識點，物理知識點是一個套著一個的，所以每個知識點都要認真聽講。
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5、要養(yǎng)成記錄錯題的習慣，這是學好每門課都必須要做的，物理也不例外。錯題肯定是我們沒有學好的地方，常把錯題拿出來看看，在錯題中多總結(jié)思考，這有助于我們快速提高物理成績。
物理想要學好，首先是把教材上的知識仔細的看一下，一定要掌握公式是怎么推導出來的，能夠?qū)W會自己推導物理公式，主公式就是你所學的內(nèi)容的本質(zhì)，一定要抓住，進而將公式變形，或者與其他公式聯(lián)立得到別的公式或者推論，將他們了解步驟即可，關鍵是知道怎么推導，有什么用處。
在這之后就是做例題，例題都是最簡單易懂的題目，通過例題初步掌握公式的使用方法，然后就開始刷題，多做題可以提高對公式的理解程度，也能提高自己對公式使用的熟練度。然后就是處理錯題，把自己做錯的題多看幾遍，加深印象。最后就是總結(jié)做題思路，解題思想，也就是一類題目的套路。物理的學習比較有靈活性，但是都離不開對公式的推導和大量的做題。