凝聚态物理学发展状况.pdf

§1 凝聚态物理学发展状况 凝聚态物理学研究物质的宏观物理性质的学科。 所谓 “凝聚态 ”，指的是由大量粒子组成， 并且粒子间有很强相互作用的系统。 自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。 固态和液态是 最常见的凝聚态。低温下的超流态，超导态，玻色 - 爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态， 反铁磁态等，也都是凝聚态。 研究凝聚态物质的宏观性质及其微观本质的物理学分支。 凝聚态物质的共同特点是原子 （或分子）的间距和原子（或分子）本身的线度有大致相同的数量级，因而原子（或分子） 间有较强的相互作用， 这使凝聚态物质表现出具有一定的体积和压缩率很小这些共同的宏观 特征；在微观结构上则具有长程有序（晶体）或短程有序（液体）的特点（见非晶态）。和 气体相比， 凝聚态物质具有迥然不同且更为多样化的属性。 凝聚态物理学涉及范围极广的研 究领域。 自建立了量子理论后， 晶态固体的一系列基本宏观性质得到了较好的理论解释， 逐 渐形成了较完整的晶态物理学基础。 以后， 晶态物理所研究的内容又有极大的扩 展 ，如开 始了对非晶 态 固体的研究， 从完整的和纯净的晶体转移到对杂质和缺陷的研究， 从体内性 质扩展到表面和界面性质的研究， 由平衡态转向瞬态、 亚稳态和相变的研究， 从常温常压条 件转向极低温和超高压条件下的研究， 以及从普通晶格扩展到超晶格 （一种由不同单晶薄膜 周期性地交替叠合而成的人工晶格）的研究，等等 。所有这些构成了固体物理学这个宏大 学科，按所研究的问题的不同，固体物理学又分出结晶学、金属物理学、半导体物理学、电 介质物理学、 磁性物理学、 表面物理学和超导物理学等分支学科。 凝聚态物理学除上述内容 外还包括对液态氦和液晶的研究内容。 凝聚态物理学由于其实用性强， 和其他自然科学领域 联系紧密，已成为物理学发展的重点之一。 目前凝聚态物理学面临的主要问题是铁磁态和高温超导体的理论模型。 1. 概况 凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的 凝聚态的结构、 动力学过程及其和宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以 固体物理为基础的外向延拓。 凝聚态物理的研究对象除晶体、 非晶体和准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、 液体 以及介于液态和 固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、 玻璃、凝胶等。经过半个世 纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体 系。特别是八十年代以来，凝聚态物理学 取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。 一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体 物理、磁学、低温物理和电介质物理 等的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的 分支不断涌现，如强关 联电子体系物理学、 无序体系物理学、准晶物理学、介观物理和团簇物理等。从而使凝聚态 物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一， 从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈 一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。 目前凝聚态物理学正处在枝繁 叶茂的兴旺 时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往和实际的技术使用有着紧密的 联系，凝聚态物理学的成 果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领 域起着关键性的不可替代的作用。近年