凝聚态物理导论.
凝聚态物理导论
凝聚态物理导论凝聚态物理是物理学中的一个重要分支，研究的是固体和液体等宏观物质的性质和行为。
在这篇文章中，我们将介绍凝聚态物理的基本概念和原理，以及它在各个领域中的应用。
第一部分：凝聚态物理的基本概念和原理1. 凝聚态物理的定义凝聚态物理是研究宏观物质的性质和行为的学科，涉及到固体、液体和柔软物质等多种形态。
相比于粒子物理学和原子物理学等研究微观粒子的学科，凝聚态物理更加关注物质的集体行为和性质。
2. 固体的基本特性固体是一种具有定形和定秩序的物质形态。
它的分子或原子之间有着强烈的相互作用力，因此固体具有稳定性和刚性。
凝聚态物理的研究对象之一就是固体的结构和性质。
3. 液体的基本特性液体是没有定形但具有一定体积和质量的物质形态。
相比于固体，液体的分子之间的相互作用力较弱，因此具有流动性。
液体的性质的研究也是凝聚态物理的重要内容之一。
4. 凝聚态物理的基本原理凝聚态物理的研究依赖于量子力学和统计物理学的基本原理。
量子力学提供了研究微观粒子的理论框架，而统计物理学则通过平均值和概率分布等统计方法来描述宏观物质的行为。
第二部分：凝聚态物理在各个领域中的应用1. 材料科学与工程凝聚态物理在材料科学与工程领域中有着广泛的应用。
通过研究和理解固体的结构和性质，科学家们能够设计出新型材料，如高温超导材料和半导体材料，以应用于电子器件和能源领域。
2. 凝聚态物理与电子学凝聚态物理对电子学的发展有着重要的推动作用。
例如，固体中的电子行为与材料的导电性密切相关，凝聚态物理的研究为发展更高性能的电子器件提供了理论依据。
3. 凝聚态物理与纳米科学随着纳米科学的快速发展，凝聚态物理在纳米材料和纳米器件的研究中发挥着关键作用。
通过调控材料的结构和尺寸，科学家们可以实现对材料性质的精确控制，从而设计出具有特殊功能的纳米材料。
4. 凝聚态物理与生物物理学凝聚态物理的原理和方法在生物物理学中也有广泛的应用。
研究凝聚态生物物质，如蛋白质和细胞膜等，可以揭示生物体内重要的结构和功能，对于理解生物过程和疾病治疗具有重要意义。
凝聚态物理导论
一，超导储能与输电 二，超导故障电流限制器 三，高温超导电机 四，高温超导变压器 五，超导悬浮列车
约瑟夫森
弱电领域的应用主要根据超导体的 Josephson效应。
主要产品有超导计算机、超导量子干涉仪（SQUID） 超导微波器件、超导天线、高温超导滤波器件 电子对通过两块超导金属间 无损检测等。
超导历史简介
在 1985 年之前，人们发现的最高的超导转变温度的超 导体为 Nb3Ge，它的超导转变温度为 23K。 1986 年，超导转变温度大于 23K 的 LaBaCuO 体系被 发现，它的超导转变温度为 35K。 在 1987 年，高于液氮温度(77K)的超导体 YBa2Cu3O7 被发现了，且它的超导转变温度为93K这之后，大量的 铜氧化物超导体被发现 2008 年，铁基材料在 O 位掺杂 F 发现其具有超导电性。 这一现象的出现又一次引发了世界范围内有关研究超导体 的热潮。
温度和其原子核外电子排布的关系发现平均原子价电 子数（R）稍小于5时，超导转变温度趋向于达到最大 值。但是最近发现过渡金属及其化合物还有锝（Tc） 却有更高的R值。
文献目的：解释这种异常现象，使得理论可以包含解
释最近发现的化合物、合金和金属。
相关文献阅读
科学家首先发现元素锝有接近11K的超导 转变温度，然后意识到R值稍小于5时超导 转变值最大是不合理的。因为Tc的R值为7
Meissner
超导历史简介
1957 年，巴丁（J. Bardeen）、库珀（L. V. Cooper）和 施里弗（J. R. Schrieffer）从大量的实验中发现了影响超导电性 的物理规律，并建立了著名的 BCS 理论。
他们认为：电子在晶格中 移动时会吸引邻近格点上的正 电荷导致格点的局部畸变，形 成一个局域的高的正电荷区域。 这个局域的高的正电荷区 域会吸引自旋相反的电子，和 原来的电子以一定的结合能相 结合形成所谓的“copper”对。 在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量。 这样，“copper”对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻， 形成所谓“超导”。 在很长一段时间内，BCS 理论成功推出了大多数超导体的许多性质。
凝聚态物理导论
凝聚态物理导论陆小力EMAIL：xllu@电话：158********办公室：东大楼，208A1预备知识:固体物理+量子力学学习目标：两个深化+两个面向•方法上: 固体(多体)理论•体系上：凝聚态物理•面向学科发展前沿•面向实际体系2, 北京大学出版社, 上海科学技术出版社第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章第十二章第十三章成绩平时成绩（20％）＋考试成绩（80％）平时成绩：考勤+projectProject 报告（命题阅读报告，基于阅读多篇文献后的读书报告）口头ppt+报告电子版word期末考试：闭卷7凝聚态物理从微观角度出发,研究相互作用多粒子系统组成的凝聚态物质(固体和液体)的结构和动力学过程, 及其与宏观物理性质之间关系的一门科学.凝聚态物理的重要性(1)它为力学,流体力学,电子学,光学,冶金学及固态化学等经典科学提供了量子力学基础.(2)它为高技术的发展作出了巨大贡献. 如它是晶体管,超导磁体,固态激光器, 高灵敏辐射能量探测器等重大技术革新的源头. 对通信,计算以及利用能量所需的技术起着直接的作用, 对非核军事技术也产生了深刻的影响.810(1922.7.18-1996.6.17)121.1 范式1.什么叫范式? (Paradigm)An example that serves as pattern or model.样式作为样本或模式的例子2.学科的范式联贯的理论体系一个学科的成熟以其范式的建立为标准范式对学科从整体上把握有重要意义133. 学科发展的范式科学的演化是经过不同阶段循环发展的过程。
1.前范式阶段(pre-paradigm)2.常规科学阶段(normal science)3.反常阶段(anomaly)4.危机阶段(crisis)5.科学革命阶段(scientific revolution)6.新范式阶段(new paradigm).科学发展过程中，范式的转换构成了科学革命。
凝聚态物理学丛书书目(3篇)
第1篇凝聚态物理学是研究物质在固态、液态、等离子态等凝聚态下的性质和行为的学科。
随着科技的不断发展，凝聚态物理学的研究领域不断扩大，涉及材料科学、电子学、光电子学、纳米技术等多个领域。
为了方便读者了解和掌握凝聚态物理学的基本理论、实验技术和应用，以下是一份凝聚态物理学丛书书目，共计1500字。
一、基础理论篇1.《凝聚态物理学导论》（李林平著）本书系统介绍了凝聚态物理学的基本理论、研究方法和实验技术，包括固体物理、液晶物理、超导物理、半导体物理等内容。
2.《固体物理学》（杨茂春著）本书从固体物理的基本概念入手，详细介绍了固体的电子结构、能带理论、电子态密度、晶格振动、声子、缺陷、磁性和光学性质等。
3.《液晶物理学》（李林平著）本书系统介绍了液晶的基本理论、液晶的光学性质、液晶的物理与化学性质、液晶显示器、液晶材料等内容。
4.《超导物理学》（李林平著）本书详细介绍了超导现象、超导态、超导理论、超导材料、超导应用等内容。
5.《半导体物理学》（张维忠著）本书从半导体材料的基本性质出发，介绍了半导体的能带结构、载流子输运、电子能级、半导体器件、半导体材料等内容。
二、实验技术篇1.《凝聚态物理实验》（王海涛著）本书详细介绍了凝聚态物理实验的基本原理、实验方法和实验技术，包括固体物理、液晶物理、超导物理、半导体物理等实验。
2.《凝聚态物理实验技术》（李林平著）本书系统介绍了凝聚态物理实验的基本技术，包括电子显微镜、X射线衍射、核磁共振、光学显微镜、扫描隧道显微镜等。
3.《凝聚态物理实验方法与应用》（杨茂春著）本书从实验方法的角度，介绍了凝聚态物理实验的基本原理、实验技术和应用，包括固体物理、液晶物理、超导物理、半导体物理等实验。
三、应用篇1.《凝聚态物理在材料科学中的应用》（李林平著）本书介绍了凝聚态物理在材料科学中的应用，包括半导体材料、超导材料、磁性材料、光学材料等。
2.《凝聚态物理在电子学中的应用》（张维忠著）本书详细介绍了凝聚态物理在电子学中的应用，包括半导体器件、集成电路、微电子器件等。
Chapter6 凝聚态物理导论(中科院研究生院)
Chapter 6 Magnetism of MatterThe history of magnetism dates back to earlier than 600 B.C., but it is only in the twentieth century that scientists have begun to understand it, and develop technologies based on this understanding. Magnetism was most probably first observed in a form of the mineral magnetite called lodestone, which consists of iron oxide-a chemical compound of iron and oxygen. The ancient Greeks were the first known to have used this mineral, which they called a magnet because of its ability to attract other pieces of the same material and iron.The Englishman William Gilbert(1540-1603) was the first to investigate the phenomenon of magnetism systematically using scientific methods. He also discovered that Earth is itself a weak magnet. Early theoretical investigations into the nature of Earth's magnetism were carried out by the German Carl Friedrich Gauss(1777-1855). Quantitative studies of magnetic phenomena initiated in the eighteenth century by Frenchman Charles Coulomb(1736-1806), who established the inverse square law of force, which states that the attractive force between two magnetized objects is directly proportional to the product of their individual fields and inversely proportional to the square of the distance between them.Danish physicist Hans Christian Oersted(1777-1851) first suggested a link between electricity and magnetism. Experiments involving the effects of magnetic and electric fields on one another were then conducted by Frenchman Andre Marie Ampere(1775-1836) and Englishman Michael Faraday(1791-1869), but it was the Scotsman, James Clerk Maxwell(1831-1879), who provided the theoretical foundation to the physics of electromagnetism in the nineteenth century by showing that electricity and magnetism represent different aspects of the same fundamental force field. Then, in the late 1960s American Steven Weinberg(1933-) and Pakistani Abdus Salam(1926-96), performed yet another act of theoretical synthesis of the fundamental forces by showing that electromagnetism is one part of the electroweak force. The modern understanding of magnetic phenomena in condensed matter originates from the work of two Frenchmen: Pierre Curie(1859-1906), the husband and scientific collaborator of Madame Marie Curie(1867-1934), and Pierre Weiss(1865-1940). Curie examined the effect of temperature on magnetic materials and observed that magnetism disappeared suddenly above a certain critical temperature in materials like iron. Weiss proposed a theory of magnetism based on an internal molecular field proportional to the average magnetization that spontaneously align the electronic micromagnets in magnetic matter. The present day understanding of magnetism based on the theory of the motion and interactions of electrons in atoms (called quantum electrodynamics) stems from the work and theoretical models of two Germans, Ernest Ising and Werner Heisenberg (1901-1976). Werner Heisenberg was also one of the founding fathers of modern quantum mechanics.Magnetic CompassThe magnetic compass is an old Chinese invention, probably first made in China during the Qin dynasty (221-206 B.C.). Chinese fortune tellers used lodestonesto construct their fortune telling boards.Magnetized NeedlesMagnetized needles used as direction pointers instead of the spoon-shaped lodestones appeared in the 8th century AD, again in China, and between 850 and 1050 they seemto have become common as navigational devices on ships. Compass as a Navigational AidThe first person recorded to have used the compass as a navigational aid was Zheng He (1371-1435), from the Yunnan province in China, who made seven ocean voyages between 1405 and 1433.有关固体磁性的基本概念和规律在上个世纪电磁学的发展史中就开始建立了。
物理类导论：凝聚态物理与现代科学技术
P(2) 0 (2) EE EE1 cos(1t k1z)E2cos(2tk2z)
P(2) 1 2
0 (2) E1 E2
cos (1 2 )t (k1 k2 )z)
P(2) 1 2
0 (2) E1 E2
cos (1 2 )t (k1 k2 )z)
凝聚态物理学与现代科学技术
— 60年代发展出CrO2和以(Co2+)改性的氧化铁粉是记录密度更高的材 料。
— 70年代发展出超微细铁粉(0.2μ×0.02μ)
— 80年代(BaO·6Fe2O3)钡铁氧体的超微细粉涂于(0.1μ直径)和(0.01μ 厚度圆盘)都具有良好的磁记录性能。
— 目前已经发展出多种成分的薄膜材料：Co、CoNi、CoNiCr和 CoCr/NiFe垂直记录双层薄膜等都具有广泛的应用和发展前途。面密 度分别为 107 (位/吋2)、108(位/吋2)、109(位/吋2)。
凝聚态物理学与现代科学技术
❖ 固体激光器
— 固体中的杂质离子能级
凝聚态物理学与现代科学技术
❖ 固体的非线性光学与光通讯
— 光信号载体——激光 — 倍频效应与光电转换
P
0 (1)E
0
(2)EE
0 (3)EEE
P(1) P(2)
0 (1)E 0 (2)EE
P(3) 0 (3)EEE
eV
反向偏压
凝聚态物理学与现代科学技术
❖ 集成电路与计算机
— 1947年，巴丁,布拉顿和肖克来发明了晶体管,标志着信息时代 的开始；
— 1951年，场效应晶体管发明； — 1954年，第一台半导体计算机诞生。 — 1958年，发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史； — 1965年，第一台小型机PDP-8问世； — 1971年，Intel推出1kb动态随பைடு நூலகம்存储器和第一台微处理机4004，
凝聚态物理导论-讲稿-朱俊
凝聚态物理导论-讲稿-朱俊《凝聚态物理导论》讲稿授课学时：56授课班级：2007级本科任课教师：朱俊教师职称：教授教师所在学院：微固学院电⼦科技⼤学2010年3⽉第⼀章前⾔⼀、什么是凝聚态物理？1、凝聚态及凝聚态物理（了解的内容）（1）、凝聚态：是固态和液态的通称；凝聚态物理学是研究固体和液体的基础科学。
此外，凝聚态物理学还研究介于固、液两态之间的物态（例如液晶、玻璃、凝胶等）、稠密⽓体和等离⼦体，以及只在低温下存在的特殊量⼦态（超流体、BEC即波⾊—爱因斯坦凝聚体等）。
所有这些状态构成了所谓的物质的凝聚态。
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、动⼒学过程及其与宏观物理性质之间的联系的⼀门学科，是以固体物理为基础的开拓、延伸和深化。
要点：区分固体物理和凝聚态物理的学科内涵。
（2）、凝聚态物理的⾥程碑——历史的回顾：从凝聚态物理发展的轨迹，看到⼀个学科成长、成熟的过程，是和物理、材料的发展及器件的需求紧密相联的。
诺贝尔物理奖的情况：1948－1967年的20次奖中，凝聚态物理得奖2次1968－1987年的20次奖中，凝聚态物理得奖8.5次，占三分之⼀多。
2、凝聚态物理研究范畴（1）、研究对象：除晶体、⾮晶体与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。
（2）、特点：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、介观物理与团簇物理等。
要点：凝聚态物理关注基础性和前沿性；涉及新技术、新材料、新器件。
（3）、研究范围：研究凝聚态物质的原⼦之间的结构、电⼦态结构以及相关的各种物理性质。
长度：⼏⽶到零点⼏纳⽶；时间：⼏年到⼏飞秒；能量：从⼏千开到纳开（以绝对温度标志）；粒⼦数：通常在1027～1021（接近热⼒学极限）；范围⼴，感官可直接觉察或⽤各种显微术表征。
凝聚态物理导论考试题
1，根据磁化率地大小和符号划分固体磁性，主要包括五类：抗磁性、顺磁性、
铁磁性、反铁磁性及亚铁磁性。
2，Landau相变理论中的两个普遍概念是：序参量、对称性破却
3，伊辛模型是描述物质相变的一种模型
1，什么叫理想聚合物？DNA分子与理想聚合物有哪些不同？
>
> 答：在链段之间不存在相互作用。
链可以任意弯曲，不同的弯曲不存在弹性能量
> 的差异的柔性聚合物; DNA分子与理想聚合物有所不同，链的弯曲程度不同，难
> 易程度也不相同,DNA分子是一种半柔性分子.
,2，请解释为什么镁不是绝缘体而是金属。
答：按照能带理论，满带与空带之间有很大带隙，电子不可逾越，因而不能导电的物质叫绝缘体；而对于镁，它的电子组态是
1s22s22p63s2
它的最高能量的满带是3s能带，最低能量的空带是3p能带，它们是重叠的，没有间隔，3s 能带（满带）的电子受激，可以进入3p能带（空带），向正极方向移动，同时满带因失去电子形成带正电的空穴，向负极方向移动，引起导电。
所以镁是金属而不是绝缘体。
3，为什么当有外电场存在时满带不传导电流而导带却传导电流？
答：当能带被填满时，对整个带的积分(或者求和)为零。
简单来说是因为电子定向运动方向正负抵消。
如果是部分填充的话，有外电场时，出现k与-k的一一对应的电子对关系被破坏。
这样求和不再为零。
也就是所电流密度是一个有限值。
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文献背景：作者在之前的一篇文章中讨论了超导转变
温度和其原子核外电子排布的关系发现平均原子价电 子数（R）稍小于5时，超导转变温度趋向于达到最大 值。但是最近发现过渡金属及其化合物还有锝（Tc） 却有更高的R值。
文献目的：解释这种异常现象，使得理论可以包含解
释最近发现的化合物、合金和金属。
主要产品有超导计算机、超导量子干涉仪（SQUID）
超导微波器件、超导天线、高温超导滤波器件
无损检测等。
电子对通过两块超导金属间
的薄绝缘层（厚度约为10埃）
时发生的量子力学隧道效应。
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材料的原子平均价电子数和其超导电性之间的经验关系
贝尔电话实验室 新泽西州的默里希尔
科学家研究了超导转变温度和其平均原子价电子数之间的关系， 发现超导发生的最佳条件是平均原子价电子数在5和7的时候。
在很长一段时间内，BCS 理论成功推出了大多数超导体的许多性质。
超导历史简介
在 1985 年之前，人们发现的最高的超导转变温度的超 导体为 Nb3Ge，它的超导转变温度为 23K。
1986 年，超导转变温度大于 23K 的 LaBaCuO 体系被 发现，它的超导转变温度为 35K。
在 1987 年，高于液氮温度(77K)的超导体 YBa2Cu3O7 被发现了，且它的超导转变温度为93K这之后，大量的 铜氧化物超导体被发现
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结论：
作者认为
1.超导电性和和原子核外价电子数是有关系的，但是其中 的理论机理还无法解释。
2.作者认为更多的核外价电子数是有利于超导性的发生的。 但是为什么R=6时这一结论会出现反常呢？作者认为可能 与其相比于同元素低的顺磁磁化率和电子比热有关。
liqing
他们认为：电子在晶格中 移动时会吸引邻近格点上的正 电荷导致格点的局部畸变，形 成一个局域的高的正电荷区域。
这个局域的高的正电荷区 域会吸引自旋相反的电子，和 原来的电子以一定的结合能相 结合形成所谓的“copper”对。
在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量。 这样，“copper”对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻， 形成所谓“超导”。
迈斯纳效应是指： 不管加磁场的次序如何超导体 内磁场感应强度总是等于零。 它与加磁场的历史无关。
超导历史简介
1957 年，巴丁（J. Bardeen）、库珀（L. V. Cooper）和 施里弗（J. R. Schrieffer）从大量的实验中发现了影响超导电性 的物理规律，并建立了著名的 BCS 理论。
凝聚态物理导论文献阅读
李庆
CONTENTS
超导历史简介 超导材料的分类和应用
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超导历史简介
荷兰物理学家 Onnes 在 1911 年发现了一个 非同寻常的现象： Hg 在 4.2 K附近的电阻 突然跳跃式下降到仪器 测不到的最小值。
超导历史简介
Meissner
在1933年，Meissner斯纳效应。
2008 年，铁基材料在 O 位掺杂 F 发现其具有超导电性。 这一现象的出现又一次引发了世界范围内有关研究超导体 的热潮。
超导材料的分类和应 用
从材料来分类，可分为三大类，即元素超导体、合金或 化合物超导体、氧化物超导体(超导陶瓷)。
从超导态时磁通量的穿透情况来看，超导体大致可以分 为第 I 类超导体和第 II 类超导体。
人们在探索超导理论的同时，对超导材料的探索也很跃， 超导材料可以分为常规超导体和非常规超导体两类。
从临界转变温度可分为：低温超导材料和高温超导材料 两类。
超导材料的分类和应 用由于超导转变温度，临界电流密度等原因，工业上
一般采用高温超导体。而实现超导材料的应用应该 具备下列几个条件：
一，尽可能高的临界条件 二，可以加工成带材，线
材或薄膜（可塑性好） 三，成本尽可能低
而从当前的研究领域来看，超导体的应用主要分为强电应用 和弱电应用两部分。
超导材料的分类和应 用
强电方面的应用主要包括以下几个方面：
一，超导储能与输电 二，超导故障电流限制器 三，高温超导电机 四，高温超导变压器 五，超导悬浮列车
约瑟夫森
弱电领域的应用主要根据超导体的 Josephson效应。
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科学家首先发现元素锝有接近11K的超导 转变温度，然后意识到R值稍小于5时超导 转变值最大是不合理的。因为Tc的R值为7
作者又发现元素超导性 在第六列上有一个对称的关 系。如下图：
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例1 以元素铑（Rh）在元素锆（Zr）中掺溶的问题来说 明Rh-Zr合金的最大超导转变温度发生在R值略小于5的时 候。