4nd.凝聚态物理学
高温超导材料及应用
二、超导研究的历史过程
1、1986年以前超导研究过程
.1911年Onnes发现Hg在4.2K电阻突然下降为零
.1933年Meissner效应的发现
.1911-1932年间,以研究元素的超导电性。Hg、Pb、Sn、In、Ta….
.1932-1953年，发现了许多具有超导电性的合金。
已知的超导元素
超导体的分类
.第II类超导体
两个临界磁场HC1、HC2
H.Hc1Meissner态，完全抗磁通B=0
Hc1.H.Hc2混合态，磁通格子态
磁通量子、磁通钉扎、流动、蠕动。
H.Hc2正常态
理想第II类超导体、非理想第II类超导体
第二类超导体相图
Meissner态
混合态
正常态
HC1
当HC1<H<HC2,
当H>Hc2,变成正常态.
MixedState,vortices混合态涡流
II类超导体磁通穿透
合金及化合物超导体
Cs3C6040K(Highest-TcFulleride)MgB239KBa0.6K0.4BiO330K
Nb3Ge23.2KNb3Si19KNb3Sn18.1KNb3Al18K
V3Si17.1KTa3Pb17KV3Ga16.8KNb3Ga14.5K
2、1973-1986年
.超导临界温度的提高，停滞不前。
Tc=23.2KNb3Ge(1973年发现)
非常规超导体研究得到了蓬勃发展
重Fermi子超导体非晶态超导体低载流子密度超导体磁性超导体
低维无机超导体超晶格超导体有机超导体
三、高温超导体研究的重大突破
1986年Müller和Bednorz发现高温超导体
物理化学- 化学势
§3.3 气体物质的化学势
（1）纯组分理想气体的化学势
纯物质系统来说， GB = Gm 在一定温度下 dGm= Vm dp • 若在标准压力p和任意压力p之间 积分上式，则得 Gm(p)－Gm(p) = RT ln(p/ p) µ= µ + RT ln(p/ p) • 此式是理想气体化学势的表达式。
（2）化学势在多相平衡中的应用
• 在定温定压及W′= 0 时，若系统达平衡，则
dG = 0，即
BdnB
0
• 现在讨论一个由 和 两个相 组成的系统
• 若有dnB的B物质从相转移入相，则相 和相的吉布斯函数变化分别为 dG（）= －µ () dnB B dG（）= µ () dnB B • 总吉布斯函数变化为 dG = dG（）+ dG（） = [µ ()－µ ()] dnB B B • 当系统达成平衡时，dG = 0，因此必须 µ () = µ () B B
• 其中， µ 是理想气体的压力为p时的化学势，称为标 准态化学势，它仅是温度的函数。
（2）理想气体混合物的化学势
• 对理想气体混合物来说，各组分气体之间没有相互作 用，每种气体都如单独存在一样，所以理想气体混合 物中某气体的化学势表示法与该气体在纯态时的化学 势表示法相同。即 µ = µ + RT ln(pB/ p) B B • 其中，pB是理想气体混合物中气体B的分压， µ 是 B pB = p 时的化学势，称为气体B的标准态化学势。 • 混合气体系统的吉布斯函数可用集合公式表示，即 G = ∑nBµ B
的物质的量分数为0.200的苯和甲苯的混合物中。 求算此过程的ΔG。 • 解 此过程的
G
* GB Gm,B
* B,m
论范氏气体方程和理想气体状态方程的关系_王鑫
4 把强要求变弱一点会发生什么
从上一节的研究发现 , 如果我们要求不仅范氏 气体方程本身 , 即式 ( 1) , 而且要求它的导数能在大 体积极限下给出理想气体 , 范氏气体需要修正 , 即 a ※a ( T ) ,b ※b ( T ) . 但修正后的范氏气体也只能在大 体积极限下有效 . 如果要求修正后的范氏气体能描 述相变 , 至少不能要求所 有的导数关系 ( 实际上只 有两个 ) 都 能在大体积极限下回到理想气体 , 那么 放弃其中的一个要求如何 ? 4. 1 放弃式 ( 9) 要求保留式 ( 10) 要求 这时我们将回到 要求 a ( T )=R T b ( T ) , 也就 是上一节讨论过的 情况 . 我们 将无 法得到 汽 液 相变 . 4. 2 放弃式 ( 10) 要求保留式 ( 9) 要求 这个 时候 c ≠0 . 我们立 即得到通 常的临 界点 ( T 的对应态定律 . 也就是将式 ( 13) 代入式 c, p c, V c) ( 1) , 然后令 果: ( T ( T ) c) c 8 a 1 a T , p , V 3b ( T ) , c= c= c= c 2 27 R b ( T ) 27 c b( T c) p = 0, VT
这样 , 只要知道了临界点的压强 p c和温度 T c, 就可 知道待定常数 c . 而一旦知道了 c , 从范氏气体的昂 内斯展开 p V 1 1 = 1+ B + O 2 2 R T V V 立即发现第二位力系数 B 2是 a ( T ) c T B b ( T )=2 = R T R ( 19) ( 18)
( 16)
( 17)
大体积极限和理想气体一致 , 必须改变范氏气体方 程的形式 . 一个最简单的改变只能得到实际气体一 个渐近形式 : 在大体积极限下两个范氏系数都依赖 于温度而且二者之间满足关系 : a ( T )= R T b ( T ) . 如 何进一步合理地修改范氏方程 , 将在以后的工作中 进行 . 致谢 : 感谢沈抗存教授有益的讨论 .
湖南大学《无机材料物理化学》课件-第五章 热力学应用
将经典热力学理论与方法用于如硅酸盐这样 凝聚系统，须注意其理论与方法在凝聚态体系中 应用的特点和局限性。
一、化学反应过程的方向性
化学反应是凝聚态系统常见的物化过程。恒 温、恒压条件下只做膨胀功的开放体系，化学反 应过程沿吉布斯自由能减少的方向自发进行。过 程自发进行的判据为：
GT·P ≤ 0
(5-1)
故不能认为在所有情况下对一过程的热 力学估计就将决定这一过程的实际状况。
特别在硅酸盐系统出现的物化过程中， 动力学因素对热力学分析所得结果有不同程 度的制约。
第二节 热力学应用计算方法
用热力学原理分析硅酸盐系统在等温等压条件 下过程发生的方向或判断产物的稳定性，归结到
是系统自由能变化G的计算。
基于热力学函数不同，计算方法有：
第五章 热力学应用
应用热力学的理论和不多的参数，可 以解决和描述体系过程（如化学反应、相 变等）发生的方向性、平衡条件、体系能 量等问题，避免一些艰巨的、甚至不可能 实现的实验研究。
第一节 热力学在凝聚态体系中应用的特点
凝聚态体系中发生的物化过程与气相体系、 理想溶液体系不同。
凝聚态系统：多相性、质点扩散速度很小， 凝聚态体系中进行的物化过程往往难以达到热 力学真正意义上的平衡，过程的产物常处于亚 稳状态（如玻璃体或胶体）。
CP为一常数(CP=c)以简化G
0 R
计算过程。
此时G0R 与T的函数关系为：
G
0 R
=
H
0R298-
TS
0 R298
+
CPT(ln
298 T
+
1-
298 )
T
(5-11)
当反应前后物质等压热容不变，CP=0。反应源自G 与T关系简化为：G
高质量单晶薄膜的外延生长和自旋电子器件应用
高质量单晶薄膜的外延生长和自旋电子器件应用摘要：庞磁阻锰氧化物材料,作为一类著名的复杂氧化物体系,由于晶格、自旋、电荷以及轨道等参量之间的强关联效应，普遍存在着多种相互竞争的，能量非常接近的电子态，使得其拥有非常丰富的物理相图以及不同电子态在空间共存的现象。
这就是我们所熟知的电子相分离。
这些特性使得锰氧化物的物性对于外场有着及其灵敏的响应。
随着科学技术的不断发展，近年来，由强关联氧化物中电子相的调控产生的大量新奇的物理现象，是凝聚态物理中的热门且核心的研究内容。
在锰氧化物中，应变工程控制的相分离能使材料的性质发生巨大变化，这也促使人们追求可逆操控的相转变。
电学方法操控材料的晶格、电荷、自旋已经分别通过压电效应、场效应晶体管和电控磁实现，无论在基础的理论研究还是工业生产中都产生了引人注目的推动作用。
本工作利用电场可逆地操纵了La0.7Sr0.3MnO3的相转变。
这一工作不仅增进了我们对于复杂氧化物体系中强关联作用的认识，同时尝试了通过离子液体门电压对LSMO薄膜的死层进行调控，实现了电场降低LSMO 死层厚度，为自旋电子学等的实际应用更迈进了一步。
关键词：LSMO，激光分子外延生长，离子液体调控，死层第一章绪论1.1 过渡金属氧化物材料的特性和应用相较于传统半导体材料，过渡金属氧化物的晶体结构、相图和离子价态都要更加复杂。
此外，它还具有轨道、电荷、晶格和自旋等多种自由度，这些自由度之间都存在着极强的相互作用，而这种相关性是过渡金属氧化物体系的一个突出特点，如图1.1。
这种相关性使得过渡金属氧化物具有众多的电子相，如铁磁性、超导性以及电荷有序态和自旋有序态。
由于制备过渡金属氧化物薄膜技术和人工异质结制造技术的提高，我们可以通过电场来调控铜、锰这类过渡金属元素的氧化物的磁性、超导性以及金属-绝缘体转变。
这让我们可以设计并制造新奇的电子器件，例如，由金属-绝缘体相的转变，可以发展各式各样的存储和逻辑器件；此外，过渡金属氧化物中的磁性相让我们可以通过调节电场来调控器件的磁性。
无序对一维费米气体的影响
当系统的在位能存在无序 ， 即 是无序时 ， 系统的态密度分布下降。无序越大 ， 态密度下降得越大。边 缘处 ， 也即是态密度最高处下降得最大， 并向外扩散。能量较小处的态密度下 降得最小 ， 这显示 了态密度的
摘
要： 计算 了开边界 ， 匀系统和有谐 振势存在的条件 下， 均 一维 费米气体的态 密度 和密度分 布 ， 对干净 系统 ， 并 在
位能无序 系统和跳跃 能无序 系统 的结果进行 比较 。从 态密度与密度分布的数值计 算结 果表 明 ： 无序使 系统趋 向于
局域化 。
关键词 ： 无序 ； 一维 ； 费米气体 中图分类号 ：Ｂ ８ Ｔ ３３ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：０ ９—３０ （０ Ｉ ０ ０６ ０ １０ ９ ７ ２ １ ） ６— ０ ５— ３
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｔｈｓ ｐａ ｒ ｃ ｌｕ ａｅ ｈ ｎ ｉｙ ｏ ｔｌｓ ｎｄ ｄ ｎ ｉ ｉｔｉｕｔｏ ｆｏ — ｉ ｎ ｉｎａ ｅ ｉｇ ｓ ｉ ｏ ｏ ｅ ｅ ｕｓ ｓ ｓｅ ｏ ｉ ｐｅ ａｃ ｌｔ ｓｔ ｅ ｄｅ ｓｔ ｆｓａｅ ａ ｅ ｓｔ ｄ ｓｒｂ ｉ ｎ ｏ ｎｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ｌｆ ｒ ａ ｎ ｈ ｍ ｇ ｎ ｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｙ ｍ
第 ６期
汪泾泾 ： 无序对一维费米气体 的影 响
６ ７
２ ３ 密 度分 布 ．
在谐 振势 中 ， 以得到 系统 的密 度分 布 ， 图 ４所示 。可 以发现 随着 无序 的增 加 ， 度分 布下 降 ， 可 如 密 无序越 大， 密度下 降 得越 大 ， 向边 缘扩 散 。但整 体依 然 表现 出高斯 波包 的形状 ， 并 这显 示 了系统 局域 化 的特点 。
物理化学上册_天津大学 第二章_热力学第一定律-2
六、 平均摩尔热容
C p,m
的定义：
C p,m
Qp
T2 T1
C
p
,m
dT
n(T2 T1) (T2 T1)
即单位物质的量的物质在恒压且非体积功为零的条件下，在 T1—T2温度范围内，温度平均升高单位温度所需要的热量。
设问：是否只有恒压过程体系才有焓值的改变？
解答：U和H是体系的状态函数，体系不论发生什么变化都可能 有△U和△H的改变。上面的讨论只说明在特定条件下Q和△U或 △H的关系，也就是说通过热量的测定，就可以确定恒容过程的 △U和恒压过程的△H，而不是说只有恒容过程才有△U，只有 恒压过程才有△H，例如，恒压过程的△H可以用Qp=△H来度量， 非恒压过程应当用定义式△H=△U+△(PV)计算。
恒压过程：系统的压力与环境的压力相等且恒定不变 p = pamb = 常数
对于封闭系统，W =0 时的恒压过程：
W = - p amb (V 2 - V 1 ) = - p (V 2 - V 1 ) = p1V 1 - p2V 2
由热力学第一定律可得: Qp U -W （U2 p2V2）（- U1 p1V1）
恒压热的计算公式:
Q p = nC p,m (T 2 - T 1 )
几个过程
（1）恒温过程 体系的初始温度与终态的温度相同，并且等于环境 的温度
（2）恒压过程 体系的初始压力与终态的压力相同， 并且等于环境的压力。
（3）等容过程 体系的容积不发生变化，dV=0
（4）绝热过程 体系与环境间不存在热量传递。Q=0
SCI分类中英文名称翻译
CATEGORIES分类Acoustics[ə'kustɪks]音响学Agricultural Economics & Policy农业经济与政策Agricultural Engineering农业工程Agriculture, Dairy & Animal Science农业、乳制品和动物科学Agriculture,Multidisciplinary[,mʌltɪ'dɪsəplənɛri]农业及相关科学Agronomy[ə'grɑnəmi]农业科学Allergy[ˈælədʒi]变态反应Anatomy & Morphology[ə'nætəmi][mɔr'fɑlədʒi]解剖与形态学Andrology[æn'drɔlədʒi]男科学Anesthesiology[θiː'ɒlədʒɪ]麻醉学Astronomy & Astrophysics[ə'strɑnəmi][ˌæstroʊ'fɪzɪks]天文学和天体物理学Audiology & Speech-LanguagePathology[ˌɔdiˈɑlədʒi][pæˈθɑlədʒi]听力学与言语病理学Automation & Control Systems自动化及控制系统Behavioral Sciences行为科学Biochemical Research Methods生物化学研究方法Biochemistry & Molecular Biology生物化学与分子生物学Biodiversity Conservation[ˌbaɪodɪˈvɚrsɪti]生物多样性保护Biology生物学Biophysics生物物理学Biotechnology & Applied Microbiology生物技术与应用微生物学Cardiac & CardiovascularSystems[ˈkɑrdiˌæk][ˌkɑrdioˈvæskjəlɚ]心脏及心血管系统Cell & Tissue Engineering细胞与组织工程Cell Biology细胞生物学Chemistry, Analytical[ˌænəˈlɪtɪkl]化学分析Chemistry, Applied应用化学Chemistry, Inorganic & Nuclear[ˌɪnɔrˈɡænɪk]无机化学与核化学Chemistry, Medicinal药物化学Chemistry,Multidisciplinary[ˌmʌltiˈdɪsəpləˌnɛri]交叉化学Chemistry, Organic[ɔrˈɡænɪk]有机化学Chemistry, Physical物理化学Clinical Neurology[nʊˈrɑlədʒi]临床神经病学Computer Science, Artificial Intelligence计算机科学与人工智能Computer Science, Cybernetics[,saɪbɚ'nɛtɪks]计算机科学与控制论Computer Science, Hardware &Architecture['ɑrkə'tɛktʃɚ]计算机科学及硬件Computer Science, Information Systems计算机科学与信息系统Computer Science, InterdisciplinaryApplications计算机科学及交叉科学1Computer Science, Software Engineering计算机科学与软件工程Computer Science, Theory & Methods计算机科学理论与方法Construction & Building Technology结构与建筑技术Critical Care Medicine危重症医学Crystallography晶体学Dentistry, Oral Surgery & Medicine牙科，口腔外科与医学Dermatology[,dɝmə'tɑlədʒi]皮肤病学Developmental Biology发育生物学Ecology生态学Education, Scientific Disciplines教育，科学学科Electrochemistry电化学Emergency Medicine急救医学Endocrinology &Metabolism[,ɛndokrə'nɑlədʒi][mɛ'tæbəlɪzəm]内分泌与代谢Energy & Fuels能源与燃料Engineering, Aerospace航空航天工程Engineering, Biomedical生物医学工程Engineering, Chemical化学工程Engineering, 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学科简介
凝聚态物理学涉及现代科学技术的众多领域，在高新科技中起着 关键性作用，为发展新材料、新器件、新工艺提供科学基础。
材 料 科 技 术
纳 米 科 技
凝聚态物理学
我校凝聚态学科的特色及优势
❖ 三束材料改性教育部重点实验室的主要支撑学科之一。 ❖ 以载能束和等离子体为主要技术手段，针对新型材料开展
– 考试科目：物理学一级学科考试科目； • 复试：物理学综合，侧重固体物理、热统和量子力学
– 2013年招生情况：直接攻博1人，校内推免2人，统考录取8人。 – 2014年计划招生人数：10-12人
❖ 就业
– 高新技术企业：通讯技术、半导体器件制造 • 华为、中芯国际、北京半导体所、大连Inter、LED公司等
❖ 铁电/铁磁薄膜材料（信息存储）
研究方向 新能源材料
❖ 储氢与燃料电池材料（清洁能源、电动汽车） ❖ 电池材料（锂离子电池） ❖ 天然气水合物（可燃冰）
研究方向 低维与纳米材料
❖ 石墨烯与二维单层材料（纳米电子学） ❖ 碳纳米管（纳米复合材料） ❖ 团簇（磁存储、催化）
研究方向 载能束-材料相互作用
凝聚态物理专业介绍
学科简介
凝聚态物理学是当今物理学中最庞大、发展 最为迅速的分支学科。它建立在固体物理学 基础上，研究对象扩展至非晶、准晶、液体、 稠密气体、软物质等，主要任务是研究由大 量微观粒子(原子、分子、离子、电子)组成 的凝聚态物质的结构、成分与其物理性能之 间的关联，揭示其内在的物理规律。
– 高校和科研单位 • 中科院化物所、清华大学、西安交通大学、苏州大学等
期待你的加入! 凝聚态物理专业
既有发挥你想像的空间， 又有拓展你实验能力的平台。
具有实际应用价值的实验和理论研究。 ❖ 近三年，在影响因子大于9的顶级刊物发表8篇论文。
研究方向 凝聚态理论与计算
❖ 高温超导体 ❖ 玻色-爱因斯坦凝聚 ❖ 薄膜生长理论 ❖ 材料模拟与设计
研究方向 功能材料
❖ ZnO、GaN宽带半导体光电薄膜 （蓝光二极管、平面显示、透明 导电、紫外探测）
❖ 载能束实验技术（电子束） ❖ 载能束材料改性（表面处理） ❖ 材料辐照损伤效应（核聚变堆）
师资力量
– 教授6人
• 张庆瑜*、赵纪军*、白亦真* 、林国强*、董闯*、韩福祥
– 副教授5人
• 郝胜智*、姜雪宁、秦福文、马春雨、秦颖
– 讲师2人
• 苏艳，蒋雪（师资博士后）
(*为博导)
招生与就业
❖ 招生