凝聚态物理
材料物理学第1章-凝聚态材料
从结构上看，准晶至少是由几种基本結构的組合 后，以填滿整個空間 。
准晶內的原子振動，可使得這幾種基本結构之間 來回变換，而不會破坏准晶 的存在。
迄今为止，发现的准晶已有100多种。
2019/10/6
材料物理学第1章
7
2 .准晶的力学性质
材料物理学 第1章 凝聚态材料
本章讨论凝聚态材料基本结构与性质。
§1.1 晶体、非晶体、准晶体与液晶 §1.2 纳米材料 §1.3 超晶格材料与低维材料 §1.4 复合材料与梯度功能材料
2019/10/6
材料物理学第1章
1
什么是凝聚态？
通过分子原子间的相互作用而结合在一起，有固 定的体积的物质称凝聚体（Condensed System）。
（1） 高强度、高硬度
Al-Cu-Fe二十面体准晶和其类似相合金（包括添加少量 其它元素的合金）压缩强度可达700Mpa以上，硬度为Hv600900。
（2）脆性大，室温下变形难。
准晶压缩率小于1％，但在高温时则呈超塑性。这是因 准晶中的位错是固定，位错不易发生滑移而对形变作出贡献。
（3） 表面能低
准晶的低表面能与它的低表面电子态密度有关，所以它 有极低的磨擦系数；其次，有损伤自恢复功能，由于磨擦引 起的裂纹，会在随后的磨擦过程中消失，因而显示出一定的 韧性；准晶与食品的不粘性也很好。
虽然局部來看，准晶的结构也有一定的規則与 某些規律，但是准晶却不存在可以填滿整个空 间的最小单位“单胞”(unit cell) 。此外准 晶还具有一般晶体沒有的如五边形的对称性等 等。
准晶是短程有序，长程取向有序 ，具有准周期性。
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凝聚态物理简介
可以预见，随着团簇研究的深入发展，新现象 和新规律不断揭示，必然出现更加广阔的应用前景。 通过几十年对团簇的研究，人们对团簇已经有了基 本的认识，积累了大量的实验和理论知识。但是， 由于团簇自身的多样性和复杂性，团簇还有许多值 研究探索的内容，团簇研究正不断取得新的进展 。
2 .团簇物理学研究内容 团簇物理学是研究团簇的原子组态、电子结构、 物理和化学性质向大块物质演变过程中呈现出来的特 征和规律 。首先，团簇的基态构型一直扮演着很重 要的角色。团簇正确基态结构的寻找一直是团簇研究 的基础，一般对团簇相关性质的研究一直建立在理论 方面正确预测的几何结构的基础之上。
鉴于国际上团簇研究仍处于发展初期，这个领 域还有待于我们去积极而严谨的探索：一方面向小 尺寸发展，深入到团簇内部原子和电子的结构和性 质，弄清物质由单个原子、分子向大块材料过渡的 基本规律和转变关节点；另一方面向大尺度发展， 研究由团簇构成各种材料包括超激粒子的结构和性 质，同时促进团簇基础研究成果向应用方面转化。
团簇研究的基本问题是弄清团簇如何由原子、 分子一步步发展而成，以及随着这种发展，团簇的结 构和性质如何变化，当尺寸多大时，发展成为宏观物 体 。尽管团簇结构对其独特的性质起着关键作用， 但决定团簇结构是非常困难的，仍没有能够确定自由 团簇几何构型的直接的实验方法。因为纳米团簇使用 衍射技术探测显得太小，而用光谱技术探测又显得过 大,从而该尺度的团簇结构只能用间接的实验方法或 理论计算决定。
密度泛函理论描述所有基态性质都是电荷密度 的 函数，由Hohenberg-Kohn定理，根据薛定愕方程，能 量的泛函包括三部分：动能、外势场的作用及电子间 的相互作用。这里所处理的基态是非简并的，不计自 旋的全同费米子（这里指电子）系统的哈密顿量为: H=T+U+V （4） 其中T为动能项；U为库仑排斥项；为对所有粒子 都相同的局域势，V表示外场的影响。
凝聚态物理专题
1900年，特鲁特发表金属电子论。 1905年，郎之万发表顺磁性的经典理论。 1906年，爱因斯坦发表固体比热的量子理论。 1907年，外斯发表铁磁性的分子场理论，提出磁畴假 设。1919年，巴克豪森发现了磁畴。
1948年，奈耳建立和发展了亚铁磁性 的分子场理论。
1970年，奈耳与磁流体动力学的创始
人阿尔文分享诺贝尔物理学奖。
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1947年12月23日，巴丁、肖克莱、布拉坦研制成功第 一个晶体管。
晶体管的诞生是凝聚态物理的一个 里程碑，它改变了历史进程，具有划 时代意义。自此，人类社会进入了 “硅器时代”。
凝聚态物理专题
绪论 高Tc氧化物超导体 半导体低维结构 巨磁电阻与磁电子学 介观和纳米固体
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1
ห้องสมุดไป่ตู้论
凝聚态物理 凝聚态 凝聚态物理
凝聚态物理的发展 凝聚态物理的发展史 当代凝聚态物理的发展趋势
凝聚态物理专题
有机半导体光电池
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一、凝聚态物理
1. 凝聚态 (Condensed Matter State)
凝聚态物理学的核心内容是研究凝聚态物质的微观结 构、各种相互作用、电子组态以及力学、电学、磁学、 热学、光学、输运等宏观性质。
核子物理学、天体物理学和凝聚态物理学是现代物理
学研究的三大前沿，它们的研究对象分别对应着最小、
最大和最复杂的物质体系。
其中，以研究复杂多体系统为主的凝聚态物理学，是
内容最丰富、应用最广泛、涉及的研究人员最多，且最
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关于凝聚态物理简介_如何提高物理成绩
关于凝聚态物理简介_如何提高物理成绩凝聚态物理一般指凝聚态物理学，凝聚态物理学是研究凝聚态物质的物理性质与微观结构以及它们之间的关系。
这次小编给大家整理了凝聚态物理简介，供大家阅读参考。
凝聚态物理资料一方面，凝聚态物学是固体物理学的向外延拓，使研究对象除固体物质以外，还包括许多液态物质，诸如液氦、熔盐、液态金属，以及液晶、乳胶与聚合物等，甚至某些特殊的气态物质，如经玻色-爱因斯坦凝聚的玻色气体和量子简并的费米气体。
另一方面，它也引入了新的概念体系，既有利于处理传统固体物理遗留的许多疑难问题，也便于推广应用到一些比常规固体更加复杂的物质。
从历史来看，固体物理学创建于20世纪的30—40年代，而凝聚态物理学这一名称最早出现于70年代，到了80—90年代，它逐渐取代了固体物理学作为学科名称，或者将固体物理学理解为凝聚态物理学的同义词。
凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。
其研究层次，从宏观、介观到微观，进一步从微观层次统一认识各种凝聚态物理现象；物质维数从三维到低维和分数维；结构从周期到非周期和准周期，完整到不完整和近完整；外界环境从常规条件到极端条件和多种极端条件交叉作用，等等，形成了比固体物理学更深刻更普遍的理论体系。
经过半个世纪多的发展，凝聚态物理学已成为物理学中最重要、最丰富和最活跃的学科，在诸如半导体、磁学、超导体等许多学科领域中的重大成就已在当代高新科学技术领域中起关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。
前沿研究热点层出不穷，新兴交叉分支学科不断出现是凝聚态物理学的一个重要特点；与生产实践密切联系是它的另一重要特点，许多研究课题经常同时兼有基础研究和开发应用研究的性质，研究成果可望迅速转化为生产力。
凝聚态物理学的基本任务在于阐明微观结构与物性的关系，因而判断构成凝聚态物质的某些类型微观粒子的集体是否呈现量子特征（波粒二象性）是至关紧要的。
电子质量小，常温下明显地呈现量子特征；离子或原子则由于质量较重，只有低温下（约4K）的液氦或极低温下（μK至nK）的碱金属稀薄气体，原子的量子特征才突出地表现出来。
凝聚态物理专业
凝聚态物理专业凝聚态物理是物理学中的一个重要分支，它研究的是物质在凝聚态下的性质和行为。
凝聚态物理既是基础物理学的重要组成部分，也是应用物理学和材料科学的重要基础。
本文将从凝聚态物理的基本概念、发展历程、研究方法和应用领域等方面进行介绍。
一、凝聚态物理的基本概念凝聚态物理是研究物质在凝聚态下的性质和行为的物理学分支。
凝聚态物理主要研究固体和液体的性质，包括它们的结构、热力学性质、电子结构、磁性、光学性质等。
凝聚态物理的研究对象包括晶体、非晶体、液晶等各种材料。
凝聚态物理的研究内容涉及到量子力学、统计力学、电磁学等多个物理学分支。
二、凝聚态物理的发展历程凝聚态物理作为一个独立的物理学分支，起源于19世纪。
当时，人们对固体和液体的性质知之甚少，凝聚态物理的研究主要集中在热力学和光学方面。
随着科学技术的进步，特别是量子力学的发展，凝聚态物理得到了迅速发展。
20世纪50年代以后，凝聚态物理取得了一系列重要的成果，如超导现象的发现、凝聚态物质的相变行为研究等。
近年来，凝聚态物理的研究重点逐渐转向了新材料、低维系统和量子信息等领域。
三、凝聚态物理的研究方法凝聚态物理的研究方法主要包括实验和理论两个方面。
实验是凝聚态物理研究的基础，通过实验可以观察和测量物质的性质和行为。
凝聚态物理实验的手段非常多样，如X射线衍射、电子显微镜、核磁共振等。
理论是凝聚态物理研究的重要手段，通过建立物理模型和进行计算，可以解释和预测物质的性质和行为。
凝聚态物理的理论方法包括密度泛函理论、格林函数方法、微扰论等。
四、凝聚态物理的应用领域凝聚态物理的研究成果在许多领域都有广泛的应用。
其中最重要的应用领域之一是材料科学和工程。
凝聚态物理的研究为新材料的开发和设计提供了理论基础。
例如，研究超导材料的凝聚态物理现象，可以为超导电力设备和磁共振成像等应用提供技术支持。
此外，凝聚态物理的研究还在能源领域、光电子学、纳米技术等方面有着重要的应用价值。
1-绪论-凝聚态物理
高分子材料因其结构的特殊性具 有比通常物质丰富多彩的存在状 态：除有结晶态（不同的晶型）、 粘流态外（高分子材料没有气 态），还有玻璃态、高弹态、共 聚、共混态（能否稳定存在？）、 取向态、液晶态等。 这些状态下的分子运动及相互转 变规律均与小分子物质不同，因 此高分子凝聚态物理有其独特的 研究兴趣和研究方法。
高分子物理研究中的前沿领域
聚合物的表面、界面结构和性质研究 材料力学性质（韧性、破坏等）的分 子运动依据 电子功能聚合物的分子原理 生物高分子（例如多肽、多糖）的链 结构和聚集态结构 生物高分子聚集态结构和生命现象的 关系以及难溶高分子分子量的表征研 究
高分子物理的理论与计算研究领域
高分子体系是具有多尺度 特性的材料的典型代表
在聚合物中，从最初的单分 子链开始就决定了其多尺度 行为和特殊性。因为单分子 链由成千上万个原子组成， 具有相当多的内部自由度以 及特征长度、特征时间，呈 现多尺度特性。
对于聚合物的多尺度特性， 可以从如下角度理解：
（1）空间尺度，（如研究高分子材料的结构和性能
1.1 高分子凝聚态物理基本概念
所谓凝聚态，是指由大量原子或分子以某种
方式（结合力）聚集在一起，能够在自然界相对
稳定存在的物质形态。 高分子凝聚态物理学即是以现代凝聚态物理 学中的新概念、新理论、新实验方法与高分子材 料和高分子科学的特点相结合，用以说明、理解 高分子材料复杂的结构、形态、分子运动、各种 特殊的聚集状态及其相态转变，以及这种结构、 相态特点与大分子聚合物作为材料使用时所体现
采用新观点、新模型、新概念对实 验现象进行理论归纳， 在新概念、新理论指导下采用数学、 计算机方法解决高分子科学实验中 的实际问题，例如： （1）功能高分子的分子设计 （2）高性能材料的分子设计 （3）实验现象的模拟和理论解释
物理学中的凝聚态和量子现象
物理学中的凝聚态和量子现象随着科学技术的不断进步，物理学也越来越受到人们的关注。
而在物理学的深入研究中，凝聚态物理与量子物理是两大重要领域。
本文将为大家详细介绍这两个方面的知识。
一、凝聚态物理凝聚态物理是研究物质集合的行为和性质的一门学科。
凝聚态物理主要研究物质集合的宏观和微观特性，了解物质的力学、热学和电学等基本特性，对人们日常生活和一些重要的技术领域都有着较大的影响。
凝聚态物理的研究对象主要分为两类，固体体系和液体体系。
其中，固体体系以晶体结构为研究对象，它形成恒定的周期性结构，其中原子或分子按照一定秩序排列，由此产生了许多特殊的性质，比如说电性、热性和光学性等，这些性质构成了材料科学的重要基础。
液体体系则关注于液体的流动性质，包括动力学和热学的相关性质，如黏度、表面张力和流量等。
在凝聚态物理中，量子物理学扮演着至关重要的角色。
量子物理学是研究微观粒子行为的学科，而粒子物理学和原子物理学都是它的应用领域。
量子力学为凝聚态物理学提供了强有力的理论支持，使得科学家们能够更加深入地了解物质中微观颗粒的运动方式和行为。
二、量子现象量子现象是指微观世界中物质粒子行为的一种现象。
长期以来，科学家们已经发现了许多奇特的现象，如干涉、隐形镜和超导等。
其中最典型的就是著名的量子纠缠现象，它描述的是两个量子粒子相互作用后，它们的状态之间呈现出一种相互依赖和连锁反应的情况。
在这种情况下，即使它们被分开成两个完全独立的物体，它们之间依然存在着这种联系。
量子现象的研究是目前物理学研究方向中最前沿也是最具有挑战性的领域之一。
它不仅可以深入探讨物质的本质和组成，还可以部分解决量子计算和量子通信等领域中的难题。
目前，许多科学家都在进行各种有关量子现象的研究，以期能够在这个领域里做出开拓性的贡献。
三、结论总之，凝聚态物理和量子物理在当前的物理学研究中起着至关重要的作用。
通过这两个领域的研究，科学家们能够从微观和宏观两个层面更深入地探讨物质和微粒子的本质和行为。
凝聚态物理难度
凝聚态物理难度凝聚态物理是研究物质的宏观特性和微观行为的学科。
它关注的是物质的固态和液态，以及其中发生的各种现象和变化。
在凝聚态物理中，我们探索物质的结构、性质和相互作用，并试图解释其中的规律和原理。
凝聚态物理的研究领域包括固体物理、液体物理、超导物理、凝聚态量子物理等等。
其中，固体物理是最为常见和广泛研究的一个领域。
固体物理关注的是晶体的结构和性质，以及其中的电子、声子等激发。
通过研究晶体的结构和激发，我们可以了解固体的导电性、磁性、光学性质等。
液体物理研究的是液体的性质和行为。
液体的分子间相互作用比固体要弱，因此液体具有较大的自由度和流动性。
液体物理探索的问题包括液体的表面张力、流体力学、液体的相变等。
超导物理是凝聚态物理中的一个重要领域。
超导材料在低温下能够表现出零电阻和完全排斥磁场的特性。
通过研究超导材料的结构和机制，我们可以探索超导的原理和应用。
凝聚态量子物理是近年来发展迅速的一个领域。
它研究的是凝聚态系统中的量子行为，如量子相干、量子隧穿、量子纠缠等。
凝聚态量子物理涉及的问题非常深奥和复杂，但也给我们带来了许多新的发现和技术。
凝聚态物理的研究对于我们理解和应用物质的特性和行为非常重要。
它不仅帮助我们认识到物质的多样性和复杂性，还为我们提供了许多新的材料和技术。
例如，通过研究固态和液态材料的性质，我们可以开发出新的电子器件、光学器件和能源材料。
尽管凝聚态物理的研究面临着一些挑战和困难，但它也给我们带来了很多的乐趣和兴奋。
通过不断探索和发现，我们可以揭示物质世界的奥秘，为人类的科学和技术进步做出贡献。
凝聚态物理是一个充满活力和前景的学科，它将继续推动科学的发展和人类的进步。
凝聚态物理
凝聚态物理凝聚态物理是研究物质的宏观行为以及产生这些行为的微观机制的学科。
它关注物质在固态和液态条件下的性质，以及物质在这些条件下所表现出的不同相态和相互作用。
凝聚态物理的研究范围广泛，包括固体物理、液体物理、超导物理、低温物理等。
固体物理是凝聚态物理中的一个重要分支，它研究固体物质的性质和行为。
固体是一种具有确定的形状和体积的物体，其分子和原子紧密排列，形成了稳定的晶体结构。
固体物理研究固体的结构、电学性质、热学性质、力学性质等。
其中，晶体结构是固体物理中的一个核心概念，它确定了物质的周期性排列和周期性性质。
另一个重要的凝聚态物理领域是低温物理学。
低温物理研究物质在极低温下的性质和现象，通常指涉温度低于1开尔文（K）的实验条件。
低温物理学的研究对象包括超导体、超流体和玻色-爱因斯坦凝聚等。
超导体是一种在极低温条件下表现出电阻为零的材料，具有巨大的应用潜力。
超流体是一种在极低温下表现出无黏性流动的流体，具有奇异的量子性质。
液体物理学是凝聚态物理中的另一个重要领域，研究液体的性质和行为。
液体是一种没有固定形状，但有固定体积的物质，在原子和分子之间存在着相互作用力。
液体物理学研究液体的流动性质、表面张力、相变等。
液体物理学研究的一个重要课题是玻璃转变现象，即液体在冷却过程中逐渐变得粘稠，并在某个温度下形成非晶态结构。
此外，在凝聚态物理中还有其他一些重要的研究领域，例如自旋电子学、量子材料等。
自旋电子学研究电子的自旋在固体材料中的运动和相互作用，为新型电子器件的发展提供了重要的理论和实验基础。
量子材料是一类具有特殊量子性质的材料，如拓扑绝缘体、量子霍尔效应等，它们在探索量子信息和量子计算等领域具有重要潜力。
凝聚态物理不仅涉及基础研究，还具有广泛的应用价值。
例如，在电子器件领域，凝聚态物理研究为新型半导体器件和光电子器件的设计和制造提供了重要的指导。
在能源领域，凝聚态物理研究为新型太阳能电池、燃料电池等可再生能源的开发提供了基础。
凝聚态物理
| G | Gcut
2mEcut
2
| n1b1 n2 b2 n3 b3 | Gcut
(n1 , n2 , n3 )
Density functional theory
Solving Kohn-Sham equation
Two parameters need to be tested
石墨烯
线性色散关系 有效質量等於零 零质量1/2自旋相对论费米子 狄拉克方程 狄拉克点 狄拉克锥
石墨烯
最薄的材料 最坚硬的材料，比钢铁还要高200倍 透明 极高导热率 高迁移率 电阻率最低 更轻薄、速度更快的电子元件 触摸屏
新能源
Nature
二氧化钛(TiO2) 光催化产生氢气
二氧化钛
钛资源 钛铁矿（FeTiO3） 金红石 （TiO2）
凝聚态物理：改变我们生活的科学 李 云
韩山师范学院物理与电子工程系
李云
2006年 复旦大学物理系获博士学位 2007～2013年 韩国首尔国立大学物理系及成钧馆大学先 进材料科学与工程学院作博士后研究员 2013 韩山师范学院物理与电子工程系 副教授 密度泛函理论计算及多体理论 半导体表面物理 金属氧化物的电子和磁学性质 过度金属氧化物表面和界面上的二维电子体系 新能源材料，固体氧化物燃料电池
h2 2 + 2m
φi r = εi φi r
basic sets
exchange-correlation potential
ionic potential
LDA GGA Hybrid HF-KS
All-electron full potential Psuedopotential
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2
陈俊芳
√
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光电探测技术
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黄佐华
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8
半导体器件工艺基础
40
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熊予莹
√
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DSP原理与应用技术
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肖化
√
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网络技术与编程
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吴先球
√
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文献综述、读书/学术报告
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导师
教学实践和科研训练
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导师
学位论文
√
√
√
*“各学期教学安排”、“考查”和“考试”栏目里用“√”来表示。
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4
李铭
√
√
7
现代物理专题
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陈浩
√
√
8
固体材料实验方法
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4
熊予莹
√
√
9
半导体器件物理与设计
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熊予莹
√
√
1
选修课程
凝聚态物理学进展
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胡连
√
√
2
规范场理论选讲
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陈浩
√
√
3
一维非线性波的性质
40
2
陈浩
√
√ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
固体理论文献选读
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朱诗亮
√
√
5
量子阱与超晶格
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2
朱诗亮
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√
6
纳米材料与纳米结构
④初步具有独立进行科学研究的能力。
⑤身心健康。
培养的主要内容（方式、方法和要求）
①采用导师个人负责与专业指导组集体培养相结合的培养方式，课程学习与学位论文并重，系统的专业理论知识学习与科学研究相结合的培养方法。
②课程学习：采用讲授与讨论、自学与研究相结合的教学方式，加强自学能力的训练。系统学习凝聚态物理的有关课程，重点学习固体理论、高等量子力学、薄膜材料物理学等学位课程，打好扎实的专业基础。
⑥撰写学位论文。
硕士学位研究生教学计划
院（系）名称
物理与电信工程学院
学科专业
凝聚态物理
序
课程名称
学时
学分
拟主讲
教师
各学期教学安排
考查
考试
一
二
三
四
五
六
1
学位课程
外国语
120
4
√
√
√
2
政治理论
74
3
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√
√
3
固体理论
60
4
朱诗亮
√
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高等量子力学
60
4
胡连
√
√
5
薄膜材料物理学
60
4
章建高
√
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凝聚态物理中的格林函数
华南师范大学
攻读硕士学位研究生培养方案
院（系）名称
物理与电信工程学院
研究方向
学科专业
凝聚态物理
1
低维材料的量子效应
2
量子信息和量子计算
3
低维固体的非线性性质
学制
三年
4
纳米材料应用
培养目标：
适应我国科学技术和高等教育发展的需要，培养德、智、体全面发展的从事凝聚态物理和材料物理的教学和科研的专门人才。具体要求是：
①热爱祖国，坚持四项，遵纪守法，有高尚的道德情操，积极为社会主义建设事业服务，有创新精神和奉献精神。
②在凝聚态物理、量子信息和量子计算方面掌握坚实的基础理论和系统的专业知识，具有严谨的治学态度和勇于创新的探索精神。
③能熟练地运用一门外国语阅读本专业的外文书刊和撰写论文摘要，具有一定的听、说、读、写的能力。
③教学实践：参与本科生相关课程的教学和实验工作，在实践中提高教学和指导实验的能力。
④科研能力训练：从入学开始参与导师的科研工作，逐步培养科研能力，并在学位论文答辩前在省级以上正式学术刊物上公开发表（或收到正式录用通知）1篇以上与本研究方向相关的学术论文。
⑤文献检索能力:大量阅读文献，收集资料，撰写综述文章。