凝聚態(tài)物理研究什么 凝聚態(tài)物理學(xué)中凝聚現(xiàn)象的定義

凝聚態(tài)物理包括哪些研究方向？有哪些分類，材料物理學(xué)與凝聚態(tài)物理有什么區(qū)別？當(dāng)前凝聚態(tài)物理（理論以及實(shí)驗(yàn)）有哪些研究熱點(diǎn)和難題，搞凝聚態(tài)物理實(shí)驗(yàn)需要什么理論知識(shí)？凝聚態(tài)物理有哪些研究熱點(diǎn)和難題，什么是凝聚態(tài)物理？

本文導(dǎo)航

• 凝聚態(tài)物理學(xué)是干嘛的
• 凝聚態(tài)物理的基本方法
• 凝聚態(tài)物理是做什么的
• 凝聚態(tài)物理學(xué)中凝聚現(xiàn)象的定義
• 凝聚態(tài)物理學(xué)什么東西
• 凝聚態(tài)物理是真正的物理嗎

凝聚態(tài)物理學(xué)是干嘛的

研究凝聚態(tài)物質(zhì)的原子之間的結(jié)構(gòu)、電子態(tài)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的各種物理性質(zhì)。研究領(lǐng)域包括固體物理、晶體物理、金屬物理、半導(dǎo)體物理、電介質(zhì)物理、磁學(xué)、固體光學(xué)性質(zhì)、低溫物理與超導(dǎo)電性、高壓物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低維物理（包括薄膜物理、表面與界面物理和高分子物理）、液體物理、微結(jié)構(gòu)物理（包括介觀物理與原子簇）、缺陷與相變物理、納米材料和準(zhǔn)晶等。漢語中“凝聚”一詞是由“凝”字雙音演化而來的。“凝”在東漢許慎的“說文解字”一書中同“冰”，指的是水結(jié)成冰的過程?？梢娢覀兊淖嫦茸畛鯇?duì)凝聚現(xiàn)象的注意可能始于對(duì)水的觀察，特別是水從液態(tài)到固態(tài)的現(xiàn)象。英語的condense來源于法語，后者又來源于拉丁文，指的是密度變大，從氣或蒸汽變液體?？磥砦鞣饺藢?duì)凝聚現(xiàn)象的注意可能始于對(duì)氣體的觀察，特別是水汽從氣態(tài)到液態(tài)的現(xiàn)象。這是很有意思的差別，大概與各自的古代自然生活環(huán)境和生活習(xí)慣有關(guān)。不過東西方二者原始意義的結(jié)合，恰恰就是今天凝聚態(tài)物理主要研究的對(duì)象—液態(tài)和固態(tài)。當(dāng)然從科學(xué)的含義上來說，二者不是截然分開的。所以凝聚態(tài)物理還研究介于這二者之間的態(tài)。例如液晶等。液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)一般都是由量級(jí)為1023的極大數(shù)量微觀粒子組成的非常復(fù)雜的系統(tǒng)。凝聚態(tài)物理正是從微觀角度出發(fā)，研究這些相互作用多粒子系統(tǒng)組成的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)過程及其與宏觀物理性質(zhì)之間關(guān)系的一門學(xué)科。

眾所周知，復(fù)雜多樣的物質(zhì)形態(tài)基本上分成三類：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，在這三種物態(tài)中，凝聚態(tài)物理研究的對(duì)象就占了二個(gè)，這就決定了這門學(xué)科的每一步進(jìn)展都與我們?nèi)祟惖纳钚萜菹嚓P(guān)。從傳統(tǒng)的各種金屬、合金到新型的各種半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料，從玻璃、陶瓷到各種聚合物和復(fù)合材料，從各種光學(xué)晶體到各種液晶材料等等；所有這些材料所涉及到的聲、光、電、磁、熱等特性都是建立在凝聚態(tài)物理研究的基礎(chǔ)上的。凝聚態(tài)物理研究還直接為許多高科學(xué)技術(shù)本身提供了基礎(chǔ)。當(dāng)今正蓬勃發(fā)展著的微電子技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)和光纖通訊技術(shù)等等都密切聯(lián)系著凝聚態(tài)物理的研究和發(fā)展。

凝聚態(tài)物理以萬物皆成于原子為宗旨，以量子力學(xué)為基礎(chǔ)研究各種凝聚態(tài)，這是一個(gè)非常雄心勃勃的舉措。凝聚態(tài)物理這個(gè)學(xué)科名稱的誕生僅僅是最近幾十年的事。如果追尋一下它的淵源。應(yīng)該說出自于對(duì)固態(tài)中晶態(tài)固體的研究和對(duì)液態(tài)中量子液體的研究。在對(duì)這二種特殊態(tài)的長期研究中，人們積累了一些經(jīng)驗(yàn)，也建立起了一些信心，并逐步把一些已有的方法推廣用于非晶態(tài)和液晶乃至液態(tài)的研究，從而大大拓寬了視野，逐步形成了凝聚態(tài)物理。

今天，凝聚態(tài)物理的視野還在繼續(xù)開拓。然而作為淵源的二種凝聚態(tài)即晶態(tài)固體和量子液體，時(shí)至今日仍然是它主要的研究對(duì)象，內(nèi)容當(dāng)然越來越豐富了，考慮的問題也越來越深入了。畢竟我們面臨的是同一個(gè)自然界，許多現(xiàn)象和規(guī)律是普適的。人們正是通過對(duì)一系列特殊態(tài)的深入研究來逐步認(rèn)識(shí)和掌握那些普適的規(guī)律。

凝聚態(tài)物理的基本方法

一、指代不同

1、材料物理學(xué)：主要學(xué)習(xí)物理學(xué)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，受到科學(xué)思維與科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的基本訓(xùn)練，具有運(yùn)用物理學(xué)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行材料研究和技術(shù)開發(fā)的基本能力。

2、凝聚態(tài)物理：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，即通過研究構(gòu)成凝聚態(tài)物質(zhì)的電子、離子、原子及分子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和規(guī)律，從而認(rèn)識(shí)其物理性質(zhì)的學(xué)科。

二、研究方向不同

1、材料物理學(xué)：固體微結(jié)構(gòu)分析與信息功能材料，位移式相變與形狀記憶和超彈性材料，復(fù)合功能材料與智能結(jié)構(gòu)，生物醫(yī)學(xué)材料及應(yīng)用以及界面化學(xué)與功能陶瓷等。例如我們常用的光盤，小體積卻具有那么大的存儲(chǔ)容量，就需要固體微結(jié)構(gòu)分析來保證，同時(shí)其也是信息功能材料。

2、凝聚態(tài)物理：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-愛因斯坦凝聚的玻色氣體和量子簡并的費(fèi)米氣體。

三、培養(yǎng)目標(biāo)不同

1、材料物理學(xué)：培養(yǎng)較系統(tǒng)地掌握物理學(xué)的基本理論與技術(shù)，具備材料物理相關(guān)的基本知識(shí)和基本技能，能在物理學(xué)、材料科學(xué)及與其相關(guān)的領(lǐng)域從事研究、教學(xué)、科技開發(fā)及相關(guān)管理工作的材料物理高級(jí)專門人才。

2、凝聚態(tài)物理：理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，基本上已經(jīng)完備而成熟。但由于這里涉及大量微觀粒子的體系，而且研究對(duì)象進(jìn)一步復(fù)雜化，新結(jié)構(gòu)、新現(xiàn)象和新機(jī)制依然層出不窮，需要從實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算上的探索，仍構(gòu)成對(duì)人類智力的強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。

參考資料來源：百度百科-凝聚態(tài)物理

參考資料來源：百度百科-材料物理專業(yè)

凝聚態(tài)物理是做什么的

從事凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)方面的研究，主要是鐵電和多鐵材料方面的研究，但是這已經(jīng)不是熱點(diǎn)了，我來簡單列下我認(rèn)為實(shí)驗(yàn)方面現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)吧。1. 最近及其火熱的trihalide perovskite. 不管是理論方面還是實(shí)驗(yàn)方面研究的論文發(fā)表數(shù)目都是指數(shù)級(jí)別的增長。最新一期的science上面，居然有兩篇是實(shí)驗(yàn)方面的Halide perovskite, 即將發(fā)表的一期science上面也有一篇（從science express可以看到）。Perovsikite來源于最原始的氧化物 ABO3 結(jié)構(gòu)，而在新的trihalide perovskite中，人們用Cl, I, F, 代替了氧位。A位和B位也可以做很多替換，甚至A位可以加入具有極化性質(zhì)的化學(xué)分子. 這一系列的材料最新的特征是可以作為solar cell的新體系的材料，很多科研都是著重于他們的光伏性質(zhì)。但是他也是perovskite的一種，所以很多perovskite具有的性質(zhì)都還沒有研究清楚（相信很快會(huì)有成果出來）。2. Graphene 就不用多說了吧超級(jí)大熱點(diǎn)基本每一個(gè)有凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)的物理系都會(huì)有專門的組在做這個(gè)。當(dāng)然具體的問題是什么我也不是很了解啦，可以參考Graphene3. Topological insulator （拓?fù)浣^緣體），這也是超級(jí)大熱點(diǎn)，由這個(gè)引出的各種新現(xiàn)象比如說上了新聞聯(lián)播的量子反?；魻栃?yīng)，由清華大學(xué)薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的小組做出來的science級(jí)別的文章。當(dāng)然這個(gè)拓?fù)浣^緣體養(yǎng)活的不光是拓?fù)浣^緣體本身，還有很多基于拓?fù)浣^緣體的heterostructure，比如說Bi2Se3/NbSe2，以及各種interface的新現(xiàn)象。同樣，有凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)的物理系，都會(huì)有專門負(fù)責(zé)用MBE生長topological insulator的組?？梢钥吹?014年這個(gè)熱點(diǎn)有多熱，屬于瞬間爆發(fā)的類型，而且2015年這才剛開始，就已經(jīng)快趕上2014年之前任意一年最高的發(fā)表或者引用數(shù)量了。這個(gè)是我博士期間研究的課題，比較了解，可以多寫一點(diǎn)東西，我自己感覺還是比較熱門的，但是可能只是因?yàn)槲已芯克杂X得他熱門。關(guān)于拓?fù)淙毕?，最近非常熱的就是Skyrmion, 尤其是Takura組同個(gè)Lorentz TEM 成功image skyrmion lattice之后，這方面理論和實(shí)驗(yàn)方面的研究就開始鋪天蓋地了。關(guān)于skyrmion，理論方面有很多嘗試去manipulate 這種topological defects的建議，比如說thermal gradient 引起的dynamic（ Phys. Rev. Lett. 111, 067203 (2013) ），還有其creation 和annilation的整個(gè)過程，據(jù)我了解暫時(shí)還沒有任何的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，但是我知道很多組在嘗試用不同的手段去manipulate skyrmion了。（貌似有一篇Nature 子刊系列，說創(chuàng)造了磁單極子，也與skyrmion有關(guān)，具體細(xì)節(jié)不太清楚了，貌似知乎上之前有人詳細(xì)分析過的，有機(jī)會(huì)可以來貼個(gè)鏈接）另外一種不是很火的拓?fù)淙毕?，就是我研究的六角錳氧化物中的ferroelectric vortex，這個(gè)體系里面，已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電場不能移動(dòng)vortex，但是strain和strain gradient可以，而且已經(jīng)有很成熟的理論支持。很有意思的connection是在skyrmion（magnetic）里需要thermal gradient，在ferroelectric vortex（electric）里需要strain gradient，這里面是不是有很深的物理在里面還不清楚，我也很想知道里面的答案。

凝聚態(tài)物理學(xué)中凝聚現(xiàn)象的定義

凝聚態(tài)物理（condensed matter physics）是從微觀角度出發(fā)，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)過程及其與宏觀物理性質(zhì)之間的聯(lián)系的一門學(xué)科。凝聚態(tài)物理以萬物皆成于原子為宗旨，以量子力學(xué)為基礎(chǔ)研究各種凝聚態(tài)，這是一個(gè)雄心勃勃的舉措。凝聚態(tài)物理是以固體物理為基礎(chǔ)的外向延拓。

凝聚態(tài)物理的研究對(duì)象除晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體等固相物質(zhì)外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態(tài)和固態(tài)之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態(tài)金屬、電解液、玻璃、凝膠等。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，凝聚態(tài)物理學(xué)取得了巨大進(jìn)展，研究對(duì)象日益擴(kuò)展，更為復(fù)雜。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的固體物理各個(gè)分支如金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理和電介質(zhì)物理等的研究更深入，各分支之間的聯(lián)系更趨密切；另一方面許多新的分支不斷涌現(xiàn)，如強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系物理學(xué)、無序體系物理學(xué)、準(zhǔn)晶物理學(xué)、介觀物理與團(tuán)簇物理等。從而使凝聚態(tài)物理學(xué)成為當(dāng)前物理學(xué)中最重要的分支學(xué)科之一，從事凝聚態(tài)研究的人數(shù)在物理學(xué)家中首屈一指，每年發(fā)表的論文數(shù)在物理學(xué)的各個(gè)分支中居領(lǐng)先位置。有力的促進(jìn)了諸如化學(xué)、物理、生物物理學(xué)和地球物理等交叉學(xué)科的發(fā)展。

凝聚態(tài)物理學(xué)什么東西

從事凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)方面的研究，主要是鐵電和多鐵材料方面的研究，但是這已經(jīng)不是熱點(diǎn)了，我來簡單列下我認(rèn)為實(shí)驗(yàn)方面現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)吧。

1. 最近及其火熱的trihalide perovskite. 不管是理論方面還是實(shí)驗(yàn)方面研究的論文發(fā)表數(shù)目都是指數(shù)級(jí)別的增長。最新一期的science上面，居然有兩篇是實(shí)驗(yàn)方面的Halide perovskite, 即將發(fā)表的一期science上面也有一篇（從science express可以看到）。

Perovsikite來源于最原始的氧化物 ABO3 結(jié)構(gòu)，而在新的trihalide perovskite中，人們用Cl, I, F, 代替了氧位。A位和B位也可以做很多替換，甚至A位可以加入具有極化性質(zhì)的化學(xué)分子. 這一系列的材料最新的特征是可以作為solar cell的新體系的材料，很多科研都是著重于他們的光伏性質(zhì)。但是他也是perovskite的一種，所以很多perovskite具有的性質(zhì)都還沒有研究清楚（相信很快會(huì)有成果出來）。

2. Graphene 就不用多說了吧超級(jí)大熱點(diǎn)基本每一個(gè)有凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)的物理系都會(huì)有專門的組在做這個(gè)。當(dāng)然具體的問題是什么我也不是很了解啦，可以參考wiki

Graphene

3. Topological insulator （拓?fù)浣^緣體），這也是超級(jí)大熱點(diǎn)，由這個(gè)引出的各種新現(xiàn)象比如說上了新聞聯(lián)播的量子反常霍爾效應(yīng)，由清華大學(xué)薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的小組做出來的science級(jí)別的文章。當(dāng)然這個(gè)拓?fù)浣^緣體養(yǎng)活的不光是拓?fù)浣^緣體本身，還有很多基于拓?fù)浣^緣體的heterostructure，比如說Bi2Se3/NbSe2，以及各種interface的新現(xiàn)象。同樣，有凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)的物理系，都會(huì)有專門負(fù)責(zé)用MBE生長topological insulator的組。

凝聚態(tài)物理是真正的物理嗎