關(guān)于凝聚態(tài)物理簡(jiǎn)介_如何提高物理成績(jī)
關(guān)于凝聚態(tài)物理簡(jiǎn)介介紹_如何提高物理成績(jī)
凝聚態(tài)物理一般指凝聚態(tài)物理學(xué)，凝聚態(tài)物理學(xué)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(guān)系。這次小編給大家整理了凝聚態(tài)物理簡(jiǎn)介，供大家閱讀參考。
一方面，凝聚態(tài)物學(xué)是固體物理學(xué)的向外延拓，使研究對(duì)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(ài)因斯坦凝聚的玻色氣體和量子簡(jiǎn)并的費(fèi)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(wèn)題，也便于推廣應(yīng)用到一些比常規(guī)固體更加復(fù)雜的物質(zhì)。從歷史來(lái)看，固體物理學(xué)創(chuàng)建于20世紀(jì)的30—40年代，而凝聚態(tài)物理學(xué)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(xué)作為學(xué)科名稱，或者將固體物理學(xué)理解為凝聚態(tài)物理學(xué)的同義詞。
凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)最大也是最重要的分支學(xué)科之一。其研究層次，從宏觀、介觀到微觀，進(jìn)一步從微觀層次統(tǒng)一認(rèn)識(shí)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?jǐn)?shù)維；結(jié)構(gòu)從周期到非周期和準(zhǔn)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(xué)更深刻更普遍的理論體系。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)多的發(fā)展，凝聚態(tài)物理學(xué)已成為物理學(xué)中最重要、最豐富和最活躍的學(xué)科，在諸如半導(dǎo)體、磁學(xué)、超導(dǎo)體等許多學(xué)科領(lǐng)域中的重大成就已在當(dāng)代高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中起關(guān)鍵性作用，為發(fā)展新材料、新器件和新工藝提供了科學(xué)基礎(chǔ)。前沿研究熱點(diǎn)層出不窮，新興交叉分支學(xué)科不斷出現(xiàn)是凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)重要特點(diǎn)；與生產(chǎn)實(shí)踐密切聯(lián)系是它的另一重要特點(diǎn)，許多研究課題經(jīng)常同時(shí)兼有基礎(chǔ)研究和開發(fā)應(yīng)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(xué)的基本任務(wù)在于闡明微觀結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)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(guān)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(lái)。這也說(shuō)明為何低溫條件對(duì)凝聚態(tài)物理學(xué)的研究十分重要。微觀粒子分為兩類：一類是費(fèi)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(duì)固體中電子行為的研究一直是固體物理學(xué)的核心問(wèn)題。凝聚態(tài)物理學(xué)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(gè)區(qū)域。
①弱關(guān)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(yīng)用于半導(dǎo)體和簡(jiǎn)單金屬已取得非凡的成功，也構(gòu)成半導(dǎo)體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。
②中等關(guān)聯(lián)區(qū)。包括一般金屬和強(qiáng)磁性物質(zhì)。朗道的費(fèi)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(jì)算復(fù)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(dǎo)致了磁有序相（鐵磁體、反鐵磁體及更鐵磁體）的形成。有關(guān)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(jī)，構(gòu)成了鐵磁學(xué)的物理基礎(chǔ)。
③強(qiáng)關(guān)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(shè)想庫(kù)侖斥力使電子定域于維格納晶格上，接著N.莫脫認(rèn)為NiO這類氧化物是因關(guān)聯(lián)導(dǎo)致的絕緣體，即莫脫絕緣體。20世紀(jì)60年代近藤對(duì)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(yīng)。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(dǎo)體、錳氧化物中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)等。另外，還在與近藤效應(yīng)有關(guān)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(duì)上述各類的強(qiáng)關(guān)聯(lián)物質(zhì)中的物性問(wèn)題研究，尚未得到圓滿解決。
宏觀量子態(tài)
低溫物理學(xué)研究的重大成果在于發(fā)現(xiàn)了金屬與合金中的超導(dǎo)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(duì)稱性（波函數(shù)相位可為任意值）破缺的后果。早在1924年愛(ài)因斯坦就根據(jù)玻色-愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)提出了玻色-愛(ài)因斯坦凝聚的設(shè)想，即理想的玻色氣體在低溫下會(huì)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(ài)因斯坦凝聚的結(jié)果。而倫敦所提出的描述超導(dǎo)電動(dòng)力學(xué)的倫敦方程實(shí)際上就蘊(yùn)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(dǎo)理論就明確地引入了類似于宏觀波函數(shù)的復(fù)序參量來(lái)描述超導(dǎo)態(tài)。1957年J.巴丁等提出了正確的超導(dǎo)微觀理論，即BCS理論，其關(guān)鍵在于一對(duì)電子在動(dòng)量空間由于電子–聲子相互作用而形成庫(kù)珀對(duì)，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(fèi)米子，所以這也是費(fèi)米子配對(duì)的結(jié)果。從序參量的對(duì)稱性可以判斷配對(duì)態(tài)的特性：常規(guī)超導(dǎo)體是s波配對(duì)的自旋單態(tài)，高溫超導(dǎo)體是d波配對(duì)的自旋單態(tài)，3He超流體是p波配對(duì)的自旋三態(tài)，具有磁性。還有一些疑似p波配對(duì)的非常規(guī)超導(dǎo)體，正在研究之中。非常規(guī)超導(dǎo)體的機(jī)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(shí)現(xiàn)了玻色–愛(ài)因斯坦凝聚，這就將凝聚態(tài)物理學(xué)的研究領(lǐng)域擴(kuò)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(duì)于一些簡(jiǎn)單材料的物性已經(jīng)比較清楚，從20世紀(jì)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(guān)聯(lián)于物性的某一特征長(zhǎng)度）來(lái)組織成材料與器件的復(fù)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(jì)末這一領(lǐng)域引起學(xué)術(shù)界和社會(huì)上的廣泛重視。
量子力學(xué)認(rèn)為粒子可穿過(guò)納米尺度的勢(shì)壘而呈現(xiàn)隧道效應(yīng)。利用這一效應(yīng)可制備隧道結(jié)這類夾層結(jié)構(gòu)，諸如半導(dǎo)體隧道二極管、單電子超導(dǎo)隧道結(jié)、庫(kù)珀對(duì)超導(dǎo)隧道結(jié)。后者體現(xiàn)了約瑟夫森效應(yīng)已成為超導(dǎo)電子學(xué)的核心器件。利用與自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)，則已制出具有隧道磁電阻的磁存儲(chǔ)器。
復(fù)合結(jié)構(gòu)若進(jìn)入電子費(fèi)米波長(zhǎng)的范圍，就呈現(xiàn)量子限制效應(yīng)，導(dǎo)致了量子阱、量子線與量子點(diǎn)。半導(dǎo)體量子阱已用來(lái)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(diǎn)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(yīng)，可用作存儲(chǔ)器的讀出磁頭。這些事例說(shuō)明了納米電子學(xué)（包括自旋電子學(xué)）將成為固體電子學(xué)和光子學(xué)的發(fā)展主流。
納米結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)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?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)以及維格納晶格，在一維導(dǎo)體中驗(yàn)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(yùn)現(xiàn)象。
軟物質(zhì)物理學(xué)
軟物質(zhì)又稱為復(fù)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(jī)物質(zhì)，雖然在原子尺度上是無(wú)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(zhǎng)鏈分子所構(gòu)成，由于長(zhǎng)程無(wú)序的關(guān)聯(lián)性，因而遵循了類似于臨界現(xiàn)象的標(biāo)度律。20世紀(jì)70—80年代液晶物理學(xué)和聚合物物理學(xué)的建立，使凝聚態(tài)物理學(xué)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(chǎng)或外力）下有顯著的響應(yīng)是其物性的特征，從而產(chǎn)生明顯的實(shí)用效果。一顆紐扣電池可驅(qū)動(dòng)液晶手表數(shù)年之久，就是證明。軟物質(zhì)變化過(guò)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(lái)驅(qū)動(dòng)，和內(nèi)能驅(qū)動(dòng)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(chǔ)。
有機(jī)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(jī)發(fā)光器件和電子器件正在研制開發(fā)之中。
1、想學(xué)好物理一定要養(yǎng)成提前預(yù)習(xí)的習(xí)慣，每次在上課之前一定要認(rèn)認(rèn)真真的預(yù)習(xí)，這樣才可以知道哪里是自己不懂的知識(shí)點(diǎn)，等到課堂中老師上課的時(shí)候重點(diǎn)聽這一部分。
2、課堂中一定要聚精會(huì)神的聽課，可能你的稍微不留神就會(huì)錯(cuò)過(guò)一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，物理知識(shí)點(diǎn)是一個(gè)套著一個(gè)的，所以每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都要認(rèn)真聽講。
3、課后的復(fù)習(xí)是很重要的，在課堂上聽懂是一回事，如果不及時(shí)復(fù)習(xí)會(huì)很快遺忘，最好把老師上課教的例題自己給做一遍，這樣才是掌握了上課老師所教的知識(shí)點(diǎn)。
4、大量的習(xí)題是快速提高物理的一個(gè)必要的途徑，可以買一兩本有用的習(xí)題講解，平時(shí)多做這些題，如果有不懂的可以參考講解，然后自己再做一便。大量的做題會(huì)使我們碰到各種各樣的知識(shí)點(diǎn)，認(rèn)真掌握他們吧。
5、要養(yǎng)成記錄錯(cuò)題的習(xí)慣，這是學(xué)好每門課都必須要做的，物理也不例外。錯(cuò)題肯定是我們沒(méi)有學(xué)好的地方，常把錯(cuò)題拿出來(lái)看看，在錯(cuò)題中多總結(jié)思考，這有助于我們快速提高物理成績(jī)。
物理想要學(xué)好，首先是把教材上的知識(shí)仔細(xì)的看一下，一定要掌握公式是怎么推導(dǎo)出來(lái)的，能夠?qū)W會(huì)自己推導(dǎo)物理公式，主公式就是你所學(xué)的內(nèi)容的本質(zhì)，一定要抓住，進(jìn)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(guān)鍵是知道怎么推導(dǎo)，有什么用處。
在這之后就是做例題，例題都是最簡(jiǎn)單易懂的題目，通過(guò)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(duì)公式的理解程度，也能提高自己對(duì)公式使用的熟練度。然后就是處理錯(cuò)題，把自己做錯(cuò)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(xué)習(xí)比較有靈活性，但是都離不開對(duì)公式的推導(dǎo)和大量的做題。