量子材料的物性
同济大学复试材料科学导论总结2
第二篇 材料的物性 8.理解物性的基本概念1.波粒二象性：波粒二象性（wave-particle duality ）指的是所有的基本粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述，也可以部分地用波的术语来描述。
2.常规情况下，有两类决定材料物性的主导因素：一类是原子系统，通常作为经典粒子处理，反映了位置序或粒子序(性)的效应；另一类是电子系统，通常表现出明显的量子力学特征，反映了动量序或德布罗意波序(性)的效应。
3.经典电导理论和量子力学理论的区别1. 经典电导理论认为在外电场的作用下所有的自由电子都对电流有贡献；而量子力学理论认为只有费米能级附近的电子才对电流有贡献。
2. 根据量子力学理论，在理想周期性排列的晶格对能带中，电子的能量状态形成能带，能带之间是禁带，能带中的电子可以在晶格中自由运动，因此理想周期性排列的晶格对能带中电子没有散射作用，这是与经典电导理论不相同的。
4.金属自由电子理论：金属的高导电性是由于那些处于紧靠费米能的半占有状态上的电子漂移形成(外加电压对大多数电子不产生净效应，因为它们可能跃迁到的较高能态均已被填满)。
金属的功函数是从高的占有能级上取出一个电子所需的能量，在绝对零度时，即为费米能。
在室温，只有很少的一些电子被激发到高于费米能，因此功函数在一个宽的温度范围内几乎是恒定的。
自由电子理论能满意地解释绝大多数金属的导电性，但不能正确解释绝缘体。
5.能带的概念：能带理论就是认为晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，并且共有化电子是在晶体周期性的势场中运动；结果得到：共有化电子的本征态波函数是Bloch 函数形式，能量是由准连续能级构成的许多能带。
固体的导电性能由其能带结构决定。
对一价金属，价带是未满带，故能导电。
对二价金属，价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带，因而也能导电，绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。
何谓量子调控？
何谓量⼦调控？量⼦调控就是我们怎么去⼲预分⼦、原⼦等等的运动规律，去为⼈类服务，它让我们更加深⼊、彻底地认识微观世界，是当今科学研究的⼀个技术前沿。
⼆⼗世纪的⽂明实际上是理解和运⽤奇妙的量⼦现象，造福于⼈类，但量⼦理论是否“真实”⼀直有争议从⼩学学⾃然到中学学物理，都学了⼒学。
⼤家知道，⽜顿⼒学所描述的规律是我们⽇常⽣活的尺度上的，实际上宇宙⾮常之⼤，在不同的层次、不同的尺⼨⾥，客体的运动规律是不⼀样的。
⼆⼗世纪理论研究⽅⾯有两个最⼤的发明，就是量⼦论和相对论。
量⼦论怎么发明的？不是⼈凭空想出来的，⽽是有很多实验的规律逼迫我们，如果按照⽼的理论框框就没法理解。
⼆⼗世纪初发⽣了⼏件重要的事情。
⼀个是普朗克提出了⿊体辐射的规律，解决了所谓“紫外灾难”（形容经典理论的困境）的问题；然后爱因斯坦提出了光量⼦的假说，得了诺贝尔奖他得奖不是因为相对论。
后来在1912年丹麦科学家玻尔提出了初步的量⼦理论。
到⼆⼗年代，由于薛定谔、海森堡、狄拉克这⼏位科学家的共同努⼒，创建了量⼦⼒学。
量⼦⼒学跟⽜顿的经典⼒学是⾮常⾮常不⼀样的，那么它⼀个很重要的特征是什么呢？我们知道，粒⼦在运动的时候都有轨迹，就是任何⼀个时刻我们都能说出来这个粒⼦在空间的什么位置，速度是多少。
⽽量⼦⼒学就对此说“不”。
微观的粒⼦是没有轨迹的，海森堡明确提出来叫“测不准原理”，意思就是说⼀个粒⼦，⽐如说在X⽅向当中的坐标达到⼀定的精度，然后测它的动量的话，就有⼀个不确定性，两者不可能同时具有确定的数值。
我们在⽇常⽣活当中感觉不到这个事情，因为⽇常尺度要⼤得多得多，如果我们有办法接近微观世界，到了原⼦、分⼦、电⼦的世界⾥头，那么它就变得⾮常重要。
另外，粒⼦有⼆重性，就是它⼜像粒⼦⼜像波。
波⽐较直观，⽐如说⼀个池塘⾥的⽔波怎么传播，⼤家看得⽐较习惯。
⽽光波有个特性，如果你把⼀个波源放在这⾥，然后中间有两个窄缝，光波通过这两个窄缝继续往前⾛，到⼀定的距离上，⽐如投放到⼀个屏幕上，就会发现有⼲涉的条纹，有的地⽅特别亮，有的地⽅特别暗，这就是它的波动特性的显⽰。
caf2声子能量
caf2声子能量CaF2声子能量是指钙钛矿热点材料CaF2中声子的能量。
声子是晶格振动模式的一种量子化现象，它在固体中的传播和能量具有重要的物理意义。
CaF2是一种具有广泛应用前景的热点材料，因此研究其声子能量对于理解其物性和开发相关应用具有重要意义。
CaF2晶体属于立方晶系，晶胞中含有两个离子，一个钙离子和两个氟离子。
离子晶体的特点是存在离子间的库伦相互作用力和离子与离子之间的回复力，这导致晶体中声子的能量具有离散的特点，即声子能量只能取特定的值。
CaF2晶体中的声子能量与其晶格结构有密切关系。
晶格中的振动模式决定了晶体中的声子能量分布。
常见的振动模式有纵向光学模式（LO模式）、纵向声学模式（LA模式）、横向光学模式（TO模式）和横向声学模式（TA模式）等。
这些不同模式的振动对应不同的能量。
研究表明，CaF2晶体中的声子能量与晶胞中原子的质量、键长和键强度等因素密切相关。
在CaF2晶格中，钙离子比氟离子较重，因此纵向（LO）模式的声子能量通常要高于横向（TO）模式的声子能量。
此外，声子的能量还会受到晶格缺陷、温度等外界条件的影响。
晶格缺陷会导致声子能量的局域化，而温度的增加会使晶格振动增强，声子能量相应增加。
对CaF2声子能量的研究对于应用领域具有重要意义。
例如，在光学器件中，了解CaF2晶体中的声子能量可以帮助我们设计和选择合适的材料用于特定频率范围的光学器件。
此外，声子能量的研究还可以帮助我们理解和预测材料的热传导性能，为热管理和热导电材料的开发提供依据。
总之，CaF2晶体中声子能量的研究对于理解其物性和应用前景具有重要意义。
声子能量与晶格结构、晶胞中原子的质量、键长和键强度等因素密切相关。
研究CaF2声子能量不仅可以帮助我们设计和选择合适的材料用于光学器件，还可以为热管理和热导电材料的开发提供依据。
国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项2016年
张靖
*
17
2016YFA0301700
半导体量子芯片
中国科学技术大学
郭国平
7382.00
5
18
2016YFA0301800
超导量子芯片中多比特相干操控及可扩展量子模拟
南京大学
于扬
4000.00
5
19
2016YFA0301900
离子阱量子计算
清华大学
金奇奂
3000.00
5
20
2016YFA0302000
北京大学
王恩哥
*
10
2016YFA0301000
二维新型量子体系的设计、调控和原型器件探索
清华大学
段文晖
*
11
2016YFA0301100
新型人工带隙材料和器件
同济ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学
陈鸿
3534.00
5
12
2016YFA0301200
高品质腔与固体量子态的耦合及其量子调控
北京计算科学研究中心
游建强
*
13
2016YFA0301300
国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项2016年度拟立项项目公示清单
序号
项目编号
项目名称
项目牵头承担单位
项目负责人
中央财政经费（万元）
项目实施周期（年）
1
2016YFA0300100
多重量子序关联与竞争下的多铁性磁电效应与多态超低功耗器件
中国科学技术大学
高琛
*
2
2016YFA0300200
关联体系多种量子有序态的竞争与调控
固态光学微腔与量子体系相互耦合的调控及其量子器件研究
物理学科简介
物理学是一级学科，是研究物质及 其相互作用和基本规律的科学，是 自然科学各学科的重要基础。
一级学科下属8个二级学科
070201 理论物理 070202 粒子物理与原子核物理 070203 原子与分子物理 070204 等离子体物理 070205 凝聚态物理 070206 声学 070207 光学 070208 无线电学
无线电
无线电是通过无线电波传播信号的技术。无线 电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会 产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将 信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传 播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在 导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化 中提取出来，就达到了信息传递的目的。 （9KHz~300GHz，10KHz~300GHz）
宁夏大学、陕西师范大学、首都师范大学、 哈尔滨理工大学、宁波大学、南京师范大学、四川 师范大学、西南科技大学、广州大学、西南大学、 内蒙古科技大学、华南理工大学、扬州大学、 曲阜师范大学、云南大学、哈尔滨师范大学、 西北师范大学、东北大学、湖北大学、 西南交通大学、长春理工大学、吉首大学、 中国矿业大学、上海理工大学、长沙理工大学、 北京交通大学、南京理工大学、三峡大学、 青岛大学、天津理工大学、内蒙古大学、 福建师范大学、吉林师范大学、河海大学
现设有物理学一级学科博士、硕士研究生培养点；凝 聚态物理、理论物理、光学、等离子体物理4个二级学 科博士研究生培养点；凝聚态物理、理论物理、光学、 等离子体物理、无线电物理5个二级学科硕士研究生培 养点；材料工程、光学工程、集成电路工程3个专业学 位硕士研究生培养点。并设有物理学一级学科博士后 流动站。
报考需要注意事项
1、根据自己的实际情况来选择学校和方 向。 2、抓紧时间备考。 3、公共科目：英语 政治 方向科目：量子力学 普物 （高数 数理 方法 光学等 ）
広岛大学工学部绍介
内容
工学部の概要 第二類の概要 第二類の教育 第二類の入試
工学部はどこにある？
東広島キャンパスマップ
工学部の類って何？
工学部の組織図
第一類（機械システム工学系）
第二類（電気・電子・システム・情報系） 工学部 第三類（化学・バイオ・プロセス系）
第四類（建設・環境系）
４年間で何を学ぶの？
ＡＯ入試を受けるには？
第二類AO入試スケジュール（平成２１年度）
◆ １０月１日～７日 出願期間
出願書類：自己推薦書，志願者評価書，調査書
◆ １０月２４日 第１次選考合格者発表 ◆ １１月２７日、２８日 第２次選考 ◆ １２月８日 最終合格者発表
おわりに
より詳しい情報は…
◆ 第二類ホームページ
電気電子工学プログラムの紹介
プログラムの特徴
◆ 電気・電子に関連するシステム の設計、計画、制御、運用に関 わる基礎理論と専門知識を修得 する。
このプログラムで学べること
◆ 電気、電子、計測、制御、通信 分野に関する基礎知識と技術 ◆ システムの計画、設計、運用に 関わる基礎理論 ◆ 電気機器や電力システム、集積 回路システムなどの最新の技術
システム最適化論 システム信頼性工学 複雑システム計画学 ロボティクス 情報認識論 システム工学 人間情報学 プログラム
システムソフトウェア工学 データベース工学 アルゴリズム論 コンピュータ・アーキテクチャ学 システム基礎論 情報工学 プログラム
電子システムプログラムの紹介
◆ 電気電子工学
電気・電子に関連するシステムの設計、計画、制御、運用に関 わる基礎理論と専門知識
◆ システム工学
量子团簇态
量子团簇态全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：量子团簇态是一种新兴的研究领域，它涉及微观粒子聚集在一起形成特定结构体系的量子态。
团簇态具有独特的电子结构和物理性质，可以用于研究材料科学、纳米技术、量子计算等领域。
在过去的几十年里，科学家们对团簇态进行了广泛的研究，并取得了许多重要的突破。
本文将介绍团簇态的基本概念、研究现状和前景展望。
一、团簇态的基本概念团簇态是指由一定数目的原子或分子聚集在一起形成的微纳米尺度结构。
这些原子或分子之间通过共价键、离子键或范德华力等相互作用相连，形成一个紧密结合的体系。
团簇态可以包含几十至几百个原子或分子，具有特定的拓扑结构和几何形状。
在这种微团簇体系中，量子效应开始起主导作用，原子和分子之间的电子结合态得到显著调整，产生了许多新的物理性质。
团簇态的电子结构是其独特之处。
在微观尺度下，原子和分子之间的距离相对较近，在这种情况下，量子力学效应开始显现出来。
电子轨道的相互重叠和量子隧道效应导致了电子结合态的变化，从而导致了团簇态的独特电子结构。
这种电子结构的变化会影响团簇态的光学、磁学、力学等性质，使其成为一种独特的物质形态。
二、团簇态的研究现状团簇态的研究始于上世纪80年代，当时科学家们发现，微团簇体系呈现出与宏观晶体和纳米颗粒不同的物理性质。
他们开始研究团簇态的形成机制、电子结构和物理性质，逐渐揭示了团簇态的奥秘。
近年来，团簇态的研究已取得了许多重要的科学发现，为材料科学、纳米技术、量子计算等领域的发展提供了新的思路和方法。
团簇态在材料科学中的应用备受关注。
团簇态具有独特的电子结构和化学性质，可以用于合成新颖的纳米材料和催化剂。
通过控制团簇态的组成、结构和形状，可以调控材料的性质和功能，为材料科学的发展开辟了新的方向。
团簇态还被应用于纳米技术中，可以制备纳米器件和纳米结构，实现微观世界的控制和操纵。
团簇态还被用于研究量子计算和信息处理，探索新的量子态和量子算法，为量子计算的实现提供了新的途径。
open quantum materials database使用方法
Open Quantum Materials Database 使用方法简介Open Quantum Materials Database（OQMD）是一个用于存储和共享量子材料数据的开放数据库。
它提供了丰富的材料性质、结构信息以及计算结果，以帮助科学家和工程师进行材料研究和开发。
本文将介绍如何使用OQMD进行材料数据的查询、分析和下载。
数据查询OQMD提供了多种查询方式，可以根据材料的性质、结构以及元素组成进行查询。
材料性质查询在OQMD的主页上，可以通过点击“Materials Explorer” 进入材料性质查询页面。
在这个页面上，可以根据一系列材料性质的范围来筛选材料。
例如，可以选择希望查询的材料的形成能量、晶体结构类型、电子密度等性质的范围。
通过设置这些范围，可以缩小查询结果的范围，找到符合需求的材料。
结构查询OQMD还提供了结构查询功能，可以根据材料的晶体结构信息进行查询。
在OQMD的主页上，点击“Structure Search” 可以进入结构查询页面。
在这个页面上，可以输入晶体结构的空间群、晶胞参数等信息，进行材料的结构查询。
元素组成查询OQMD还支持根据材料的元素组成进行查询。
在OQMD的主页上，点击“Elemental Search” 可以进入元素组成查询页面。
在这个页面上，可以选择查询材料中包含的元素，可以选择多个元素进行查询。
通过设置元素组成，可以找到包含指定元素的材料。
数据分析OQMD提供了丰富的数据分析工具，可以对材料数据进行可视化和统计分析，帮助用户更好地理解和利用数据。
元素周期表在OQMD的主页上，点击“Periodic Table” 可以进入元素周期表页面。
在这个页面上，可以查看元素的基本信息、周期表的布局以及元素的周期性性质。
用户可以通过点击元素，查看该元素的详细信息和相关数据。
物性图表OQMD还提供了多种物性图表，可以对材料的性质进行可视化展示。
在OQMD的主页上，点击“Property Charts” 可以进入物性图表页面。
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物理学院
通选课领域
是否属于艺术与美育
否
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
Introduction to superconductivity,Michael Tinkham,McGraw-Hill, Inc.,1996年,Superconductivity in iron compounds,G. R. Stewart,REVIEWS OF MODERN PHYSICS 83, 1589 (2011),2011年,Topological insulators,M. Z. Hasan, C. L. Kane,REVIEWS OF MODERN PHYSICS 82, 3045 (2010),2010年,Topological insulators and superconductors,Xiao-Liang Qi，Shou-Cheng Zhang,REVIEWS OF MODERN PHYSICS 83, 1057(2011),2011年,Superconductors-Properties,Technology, and Applications,Grigorashvili Yury Evgenievich等人,InTech,2012年4月,High-temperature superconductivity in iron-based materials,Johnpierre Paglione and Richard L. Greene,Nature Physics 6, 645(2010),2010年,自编讲义；
Superconductivity in one dimension,K.Yu. Arutyunov, D.S. Golubev, A.D. Zaikin,Physics Reports 464 (2008) 1–70,2008年,
参考书
2,0-07-064878-6； ； ； ；
1,979-953-307-233-2； ； ；
第三周：拓扑绝缘体的其它物性
第四周：拓扑绝缘体的展望
第五周：拓扑绝缘体实验设计
2介观超导的物性
第六周：介观超导概述
第七周：介观超导的电输运特性
第八周：介观超导的其它物性
第九周：介观超导的展望
第十周：介观超导实验设计
3其它量子材料的物性
第十一周：石墨烯的物性
第十二周：二维电子气的物性
第十三周：超导-铁磁异质结构的物性
教学大纲
本课程让学生了解当今量子材料的物性研究领域的最前沿的研究和进展，以及实验手段与方法。深入学习拓扑绝缘体、介观超导体等新兴的量子材料体系，为今后从事科学研究工作奠定基础。
课程说明：
课程以PPT上课教学为主，授课人以自身多年第一线科研经历为基础，重点介绍量子材料物性领域里程碑性的工作，并辅以讨论，对科学实验是如何开展、新现象新规律是如何被发现等展开论述，培养学生创新思维和设计实验的能力。同时通过与学生互动，提高和加深学生的文献阅读能力以及对实验设备的了解。期末闭卷考试一次。平时成绩根据学生的报告和讨论表现以及实验设计等给分。授课对象是计划加入实验室或者新参与实验室工作的研究生和本科生。也包括今后想从事科学研究的高年级本科生和低年级研究生。申请助教一名。
第十四周：界面材料的物性
第十五周：相关实验设计
4 实验设备与手段概述
第十六周：电输运、极端条件、样品制备、表征、分析等
课堂讲授约占50%；文献阅读、实验设计、学生的课堂报告与讨论约占50%
分平时成绩和期末考试成绩，各占50%
教学评估
王健：
量子材料的物性课程详细信息
课程号
0040hysical Properties of Quantum Materials
先修课程
量子力学、固体物理、普物等
中文简介
所谓量子材料就是表现出宏观量子效应的物质材料体系。近年来量子材料的物性已经成为当前物质科学（物理学、材料科学以及纳米科学等）最重要的研究领域之一。本门课程从实验科学角度出发，介绍当前量子材料物性相关的科研进展和成就，以及实验方法与手段。给学生提供相关知识储备，同时培养学生阅读相关文献、设计相关实验的科研能力。
教材与参考书目主要是相关的综述性科研论文以及部分外文专业书籍。
课程框架：
拓扑绝缘体物性相关约15学时；介观超导物性相关约15学时；多种量子材料的复合结构、石墨烯、二维电子气等界面结构等物性相关约15学时；实验手段概述约3个学时；共48个学时。
1拓扑绝缘体的物性
第一周：拓扑绝缘体概述
第二周：拓扑绝缘体的电输运特性
英文简介
Quantum materials are the condensed matter, which can show quantum effect in macroscopic scale. Nowadays, physical properties of quantum materials have become one of most important research topics in physical sciences, such as physics, material science, nanoscience etc. Based on the experimental progresses in physical properties of quantum materials, the course introduces the major scientific achievements and corresponding experimental methods. The course not only offers the students basic knowledge in quantum materials, but also addresses learning skills in reading research papers and capability in designing scientific experiments.