凝聚態(tài)物理學(xué)

1、2021/6/161凝聚態(tài)在物理學(xué)中的格局凝聚態(tài)在物理學(xué)中的格局參考：馮端，凝聚態(tài)物理學(xué)，高等教育出版社2021/6/162物質(zhì)世界的層次化物質(zhì)世界的層次化 1 1】 20 20世紀(jì)的物理學(xué)世紀(jì)的物理學(xué)相對(duì)論 經(jīng)典物理的壓軸戲量子論 拉開(kāi)微觀物理學(xué)的帷幕修正時(shí)空觀、天文學(xué)原子分子學(xué)、集體相干和量子漲落初期到初期到中期：中期：1) 從原子物理向下，核物理，基本粒子2) 對(duì)宇宙的探索，引力波、黑洞、暗物質(zhì)等建立兩大基本模型：用于粒子物理和宇宙論3) 量子論向上，微觀世界和宏觀凝聚態(tài)物質(zhì)的匯合固體物理學(xué)+量子+統(tǒng)計(jì)凝聚態(tài)物理另一前沿2021/6/1632021/6/164凝聚態(tài)物理學(xué)2021/6/1

2、6 2 2】 簡(jiǎn)單性與復(fù)雜性簡(jiǎn)單性與復(fù)雜性研究方法：還原論-先從復(fù)雜到簡(jiǎn)單，再?gòu)暮?jiǎn)單重建復(fù)雜還原與統(tǒng)一相伴（弱力與電磁力統(tǒng)一，量子+相對(duì)論？）物理學(xué)家的無(wú)上考驗(yàn)在于達(dá)到那些普適性基本規(guī)律后，再?gòu)乃堇[出宇宙Einstein問(wèn)題！能統(tǒng)一的范圍極限，還原的真實(shí)性和可行性？因?yàn)槲镔|(zhì)世界的諸層次之間，除存在耦合，還存在脫耦！成果2021/6/16 3 3】 還原論的局限還原論的局限-層展現(xiàn)象層展現(xiàn)象還原論-先從復(fù)雜到簡(jiǎn)單，再?gòu)暮?jiǎn)單重建復(fù)雜因?yàn)槲镔|(zhì)世界的諸層次之間，除存在耦合，還存在脫耦！不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同層次間耦合與脫耦微妙平衡層展的世界層展的世界2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍

3、空間尺度：1m 0.1nm時(shí)間跨度：1year 1fs能量范圍：1000K 1nK粒子數(shù)量：1027 1021 ，103 101 2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍如何區(qū)分兩者應(yīng)用范圍？通常研究對(duì)象：全同粒子構(gòu)成的多體體系分界：當(dāng)粒子的相干性或波動(dòng)性不能忽視 區(qū)分經(jīng)典和量子粒子系統(tǒng)體現(xiàn)波動(dòng)性：相干波長(zhǎng)Lc 粒子間距a相干波長(zhǎng)de Broglie波長(zhǎng) 1 1】 理論方法理論方法量子量子+ +經(jīng)典經(jīng)典 另外，利用熱平衡體系區(qū)分的模糊邊界：量子簡(jiǎn)并溫度 2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍粒子系統(tǒng)體現(xiàn)波動(dòng)性：相干波長(zhǎng)Lc 粒子間距a 1 1】 理論方法理論方法量

4、子量子+ +經(jīng)典經(jīng)典區(qū)分的模糊邊界：量子簡(jiǎn)并溫度 分析：m, a, T常溫下固體材料中的電子 氣體中的分子 原子氣體 光束2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍（1）實(shí)空間中的凝聚： 氣體：沒(méi)有明確的表面，密度最低 液體：流動(dòng)性彈性模量為0(宏觀) 原子可離域 (微觀) 固體：凝聚緊密形態(tài)，密度高，不易形變 2 2】 凝聚現(xiàn)象凝聚現(xiàn)象從統(tǒng)計(jì)物理理解：空間存在分廂化，即出現(xiàn)自由表面并存在勢(shì)壘，從而保持熱平衡下兩側(cè)的密度差（2）相空間中的凝聚： 超低溫下Bose子的BEC K=0時(shí)Fermi子的液滴金屬超導(dǎo)體中的庫(kù)珀對(duì)3He原子液體的超流2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物

5、理學(xué)的范圍熱力學(xué)平衡態(tài)：自由能U-TS或Gibbs能取極小 3 3】 有序化有序化內(nèi)能與熵的博弈，有序與無(wú)序的調(diào)和穩(wěn)定位置序-粒子間位置存在關(guān)聯(lián)凝聚過(guò)程不同平衡態(tài)間的相變 對(duì)稱破缺，新次序的建立有序化的體現(xiàn)：固體：長(zhǎng)程序液體：短程序氣體：無(wú)序量子狀態(tài)下：電荷密度波，自旋密度波，Wigner晶體2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍熱力學(xué)平衡態(tài)：自由能U-TS或Gibbs能取極小 3 3】 有序化有序化內(nèi)能與熵的博弈，有序與無(wú)序的調(diào)和穩(wěn)定動(dòng)量-能態(tài)序-粒子在能態(tài)結(jié)構(gòu)中分布存在關(guān)聯(lián)凝聚過(guò)程不同平衡態(tài)間的相變 對(duì)稱破缺，新次序的建立有序化的體現(xiàn)：BEC，BCS，SC ， FL量子狀態(tài)

6、下：有序相穩(wěn)定的原因：粒子間波包的重疊造成整體關(guān)聯(lián)，Bose受激天性使得粒子集群到共同的波動(dòng)狀態(tài)。2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍熱力學(xué)平衡態(tài)：自由能U-TS或Gibbs能取極小 3 3】 有序化有序化內(nèi)能與熵的博弈，有序與無(wú)序的調(diào)和穩(wěn)定自旋序-自旋在位行或動(dòng)量空間中排布關(guān)聯(lián)凝聚過(guò)程不同平衡態(tài)間的相變 對(duì)稱破缺，新次序的建立有序化的體現(xiàn)：順磁體(無(wú)序)鐵/反鐵磁體(通過(guò)自旋交換相互作為建立次序)自旋玻璃相變(自旋端程序) 自旋序的出現(xiàn)一般伴隨自旋極化或局域磁疇2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍 3 3】 有序化有序化動(dòng)量-能態(tài)序-粒子在能態(tài)結(jié)構(gòu)中分布存在關(guān)聯(lián)經(jīng)典體系和量子體系有序化的對(duì)比：有序相穩(wěn)定的原因：粒子間波包的重疊造成整體關(guān)聯(lián)，Bose受激天性使得粒子集群到共同的波動(dòng)狀態(tài)。經(jīng)典體系的位置序有序相穩(wěn)定的原因：粒子互作用或跟周期外場(chǎng)作用，相對(duì)于量子體系，屬于強(qiáng)制約導(dǎo)致的有序化。動(dòng)量-位置測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系：動(dòng)量序和位置序不相容。提高有序度方法：增加作用強(qiáng)度/粒子濃度。提高有序度方法：減少外界作用/粒子互作用/濃度。所屬密度區(qū)間：相對(duì)于量子體系，屬于密度小的情況。2021/6/16凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍凝