凝聚態(tài)物理學(xué)

1、.,1,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,.,2,物質(zhì)世界的層次化,1】 20世紀(jì)的物理學(xué),相對論 經(jīng)典物理的壓軸戲,量子論 拉開微觀物理學(xué)的帷幕,修正時空觀、天文學(xué),原子分子學(xué)、集體相干和量子漲落,初期到中期：,1) 從原子物理向下，核物理，基本粒子,2) 對宇宙的探索，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)計凝聚態(tài)物理另一前沿,.,3,.,4,凝聚態(tài)物理學(xué),.,2】 簡單性與復(fù)雜性,研究方法：還原論-先從復(fù)雜到簡單，再從簡單重建復(fù)雜,還原與統(tǒng)一相伴（弱力與電磁力統(tǒng)

2、一，量子+相對論？）,物理學(xué)家的無上考驗在于達(dá)到那些普適性基本規(guī)律后，再從它演繹出宇宙 einstein,問題！能統(tǒng)一的范圍極限，還原的真實性和可行性？,因為物質(zhì)世界的諸層次之間，除存在耦合，還存在脫耦！,成果,.,3】 還原論的局限-層展現(xiàn)象,還原論-先從復(fù)雜到簡單，再從簡單重建復(fù)雜,因為物質(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,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,空間尺度：1m 0.1nm,時間跨度：1year 1fs,能量范圍：1000k 1nk,粒子數(shù)量：1027 1021 ，103 101,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,如何區(qū)分兩者應(yīng)用范圍

3、？,通常研究對象：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性不能忽視 區(qū)分經(jīng)典和量子,粒子系統(tǒng)體現(xiàn)波動性：相干波長lc 粒子間距a,相干波長de broglie波長,1】 理論方法量子+經(jīng)典,另外，利用熱平衡體系,區(qū)分的模糊邊界：量子簡并溫度,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,粒子系統(tǒng)體現(xiàn)波動性：相干波長lc 粒子間距a,1】 理論方法量子+經(jīng)典,區(qū)分的模糊邊界：量子簡并溫度,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,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,（1）實空間中的凝聚： 氣體：沒有明確的表面，密度最低 液體：流動性彈性模量為0(宏觀) 原子可離域 (微觀) 固體：凝

4、聚緊密形態(tài)，密度高，不易形變,2】 凝聚現(xiàn)象,從統(tǒng)計物理理解： 空間存在分廂化，即出現(xiàn)自由表面并存在勢壘， 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fermi子的液滴,金屬超導(dǎo)體中的庫珀對,3he原子液體的超流,.,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】 有序化,內(nèi)能與熵的博弈，有序與無序的調(diào)和穩(wěn)定,位置序-粒子間位置存在關(guān)聯(lián),凝聚過程不同平衡態(tài)間的相變 對稱破缺，新次序的建立,有序化的體現(xiàn)：,固體：長程序 液體：短程序 氣體：無序,量子狀態(tài)下：,電荷密度波，自旋密度波，wigner晶體,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范

5、圍,熱力學(xué)平衡態(tài)：自由能u-ts或gibbs能取極小,3】 有序化,內(nèi)能與熵的博弈，有序與無序的調(diào)和穩(wěn)定,動量-能態(tài)序-粒子在能態(tài)結(jié)構(gòu)中分布存在關(guān)聯(lián),凝聚過程不同平衡態(tài)間的相變 對稱破缺，新次序的建立,有序化的體現(xiàn)：,bec，bcs，sc ， fl,量子狀態(tài)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狀態(tài)。,.,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】 有序化,內(nèi)能與熵的博弈，有序與無序的調(diào)和穩(wěn)定,自旋序-自旋在位行或動量空間中排布關(guān)聯(lián),凝聚過程不同平衡態(tài)間的相變 對稱破缺，新次序的建立,有序化的體現(xiàn)：,順磁體

6、(無序) 鐵/反鐵磁體(通過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,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,3】 有序化,動量-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作用， 相對于量子體系，屬于強(qiáng)制約導(dǎo)致的有序化。,動量-位置測不準(zhǔn)關(guān)系：動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：相對于量子體系