凝聚态
高分子物理名词解释
第二章名词解释1.凝聚态：根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分为固体、液体、气体。
2.单分子链凝聚态：大分子特有现象，高分子最小单位。
3.内聚能：1mol凝聚体汽化时需要的能量，△E = CE =△HV-RT(△HV——摩尔蒸发热，RT——汽化时做膨胀功)4.晶胞：晶体结构中具有周期性排列的最小单位。
5.晶系：晶体按其几何形态的对称程度。
ler指数：是一种特殊的，以结晶学单胞三条棱为坐标系时确定的指数。
7.单晶：晶体的整体在三维方向上由同一空间格子组成。
8.球晶：浓溶液中析出或熔体中析出，在不存在应力的条件下，形成圆球形的晶体。
9.片晶厚度：结晶聚合物的长周期与结晶度的乘积。
10.结晶度：试样中结晶部分所占的质量分数或体积分数。
11.高分子链的缠结：高分子链之间形成物理交联点，构成网络结构,使分子链的运动受到周围分子的羁绊和限制。
12.聚合物液晶：一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上失去了固体物质的刚性，具有流动性，结构上仍保持有序结构，表现各向异性，成为固体-液体过渡状态。
13.溶致液晶：一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。
14.热致液晶：加热液晶物质时，形成的各向异性熔体。
15.液晶晶型：向列相（N相）:完全没有平移有序手征性液晶（胆甾相，手征性近晶相）层状液晶（近晶A，近晶C ）一维平移有序盘状液晶相（向列相ND）16.取向：在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构取向度：f=1/2（3cos2θ-1）（θ：分子链主轴与取向方向之间的夹角，称为取向角）17.双折射：一条入射光线产生两条折射光线的现象。
18.相容性：共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力。
19.多组分聚合物：多组分聚合物又称高分子合金，指该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物组分，不论组分之间是否以化学键相互连接。
20.自组装：基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。
凝聚态概念最终版
准晶：原子的排列存在5次和6次以上对称轴的一种特殊的固体。
准晶具有类似于晶体的长程有序但不具有平移对称性。
液晶：是一种介于液体和固体的态，液晶有和液体相似的流动性，但它的分子具有和晶体类似的取向序。
液晶相有3种：热致型、液致型、金属型；其中热致型又分3种：向列型（无位置序但有长程取向序）、层列型（具有良好的层状结构，层于层之间可以滑动）、胆固醇型。
非晶：既没有长程平移对称性又没有长程取向序的固体，但是具有短程有序。
如非晶半导体和金属、氧化物和非氧化物玻璃、非晶聚合物。
元激发：系统的低能激发通常可以视为一系列独立的激发单元，这些激发单元称为元激发或准粒子。
任何宏观系统的低能激发态都可以视为独立的元激发的集合，这些在空间中运动的准粒子占有一定的空间体积和具有确定的能量和动量。
元激发分为两种，一种是集体激发准粒子，如声子、磁振子、等离激元，属于玻色子；一种是个体激发，如准电子、准空穴，属于费米子。
费米液体：遵从Fermi-Dirac统计的量子多体系统，对于在低激发能和低温下系统的动力学和热力学可以用无相互作用费米子即准粒子来描述，每一个准粒子带有和原粒子相同的自旋、电荷和动量，每一个多粒子激发态用动量空间中的分布函数描述，和无相互作用系统中一样，因此费米液体的一些性质如热容和费米气体是类似的。
费米液体和费米气体的不同有能量、比热、压缩系数等。
Tomnaga-Luttinger液体：在一维导体中用于描述相互作用电子或费米子的量子力量模型。
通常费米液体模型在一维系统中是无效的。
Luttinger液体中存在自旋密度波，和电子密度波是相互独立传播的，这就是电荷-自旋分离。
和费米液体相比，Luttinger液体的粒子数分布在费米点没有跳跃情况。
声子：对于周期弹性晶体结构的固体系统，晶格振动模式量子化所对应的准粒子称为声子。
声子是玻色子，遵从玻色-爱因斯坦统计。
声子晶体：是一种具有声子禁带的材料，声子禁带的形成是由于材料的周期弹性性质。
凝聚态物理与现代科学技术
凝聚态是什么
非洲之星
所谓“凝聚态”，指的是由大量粒子组成，并且粒子
间有很强相互作用的系统。
— 自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常 见的凝聚态。
o 固体：单晶体、多晶体、非晶体、准晶体、复合材料 o 液体：单相液体、液晶、低温下的超流态，超导态，玻色- 爱因 斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态
— 完整的晶体对称性理论, — X射线衍射确证了晶体的周期结构;
— 固体比热理论；
— Born 学派建立了晶格动力学理论;
Pauli
— 关于金属导电的自由电子理论：Drude 与Lorentz 的经典自由 电子理论；Pauli 与Sommerfeld 发展的基于Fermi 统计的自 由电子理论等。
H T V
— 透明与导电
凝聚态物理学与现代科学技术
超导现象
— 超导体的发现： — 迈斯纳效应： — 高温超导体： — 晶格振动与超导电性：库伯电子对
凝聚态物理学与现代科学技术
超导体与核磁共振成像
— 晶格振动与超导电性：库伯电子对 M — 超导体与强磁场 3 2 — 核磁共振 3 J
J
1
2
E hv
1970-80年,凝聚态物理学的诞生
凝聚态物理学的基本概念
原子中的电子
2 p 1,3
2 2
2s
1s
原子中的电子能级 原子中的电子云
凝聚态物理学的基本概念
从原子到固体：能带的形成
原子
固体
分子
能带的形成
凝聚态物理学的基本概念
费米面与空穴
T=0 T>0 EF 空穴 EF
凝聚态物理学的基本概念
凝聚态物理学与现代科学技术
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。
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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
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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。
高分子物理---第二章 高分子凝聚态
The Aggregation State of Polymers
凝聚态(聚集态)与相态
凝聚态：物质的物理状态, 是根据物质的分 子运动在宏观力学性能上的表现来区分的, 通常包括固、液、气体（态），称为物质 三态 相态：物质的热力学状态，是根据物质的 结构特征和热力学性质来区分的，包括晶 相、液相和气相（或态） 一般而言，气体为气相，液体为液相，但 固体并不都是晶相。如玻璃(固体、液相)
R O H O R H R O H
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2.1.3 聚合物的结晶形态
Crystalline Polymer Morphology
结晶形态学研究的对象：单个晶粒的大小、 形状以及它们的聚集方式。 单晶体与多晶体
单晶体:具有一定外形, 长程有序 多晶体:由很多微小单晶无规则地聚集而成 单晶、球晶、树枝状晶、纤维晶、串晶、伸 直链晶等
PE的晶胞结构 Planar zigzag conformation
PP的晶胞结构
碳链的各种构象
Nylon-66 Extended
Poly-peptide Helical PET, kinked
晶胞密度
MZ c N AV
其中: M----结构单元分子量
Z----单位晶胞中单体(即链结构单元)的数目 V----晶胞体积 NA----为阿佛加德罗常数
聚合物的凝聚态结构
第2章聚合物的凝聚态结构凝聚态指物质的物理状态，通常包括固态、液态和气态。
(0注意与相态的区别。
)高分子的凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态。
对于柔性聚合物：包括晶态、非晶态。
刚性聚合物：包括晶态、液晶态、非晶态。
分子间作用力强弱的表征：内聚能密度。
内聚能：克服分子间作用力，1mol 的凝聚体汽化时所需的能量。
E＝△HV－RT式中：△HV：摩尔蒸发热， RT：汽化时所做的膨胀功。
内聚能密度(cohesive energy density ,CED)：单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。
式中：Vm－摩尔体积。
聚合物的 CED 的测定：（1）最大溶胀比法；（2）最大特性粘度法。
一般 CED 300J/cm3 以下，橡胶；300－400 J/cm3，塑料；400 J/cm3 以上，纤维、工程塑料。
2.1晶态结构空间点阵、晶胞和晶系：在结晶学中，把组成晶体的质点抽象成为几何点，由这些等同点集合而成的点阵，称为空间点阵，或将这些集合所形成的格子叫做空间格子。
在空间格子中，可找出一个具有周期性排列的，大小与形状相等的，体积最小的平行六面体，这个最小单位格子用以表示晶体结构的基本单元，称为晶胞。
描述晶胞结构的六个参数：a，b，c，α，β，γ (平行六面体的三边的长度及它们之间的夹角)。
晶体七种类型：立方，四方，斜方(正交)，单斜，三斜，六方，三方(菱形)。
图2－1晶面指数晶面的标记——密勒(Miller)指数或晶面指数。
一晶面与晶轴a，b，c分别相交于M1，M2，M3三点，相应的截距为OM1＝3a，OM2＝2b，OM3＝1c，全为单位向量的整数倍。
如取三个截距的倒数1/3，1/2，1/1，通分后则得2/6，3/6，6/6，弃去共分母，取2，3，6作为M1，M2，M3晶面的指标，则(2，3，6)即为该晶面的密勒指数。
晶体：物质的重复单元在空间呈三维有序的周期性排列。
重复单元：原子、分子、离子、链节。
2.1.2聚合物的晶体结构几种典型的聚合物晶体结构：（一）平面锯齿形结构１、聚乙烯聚乙烯分子链具有锯齿形的反式构象。
凝聚态物理专题 ppt课件
从此以后，X 射线学在理论和实验方法
上飞速发展，形成了一门内容极其丰富、
应用极其广泛的综合学科。
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1913年，布拉格父子给出利用X射线晶体分光仪测定 晶格常数的布拉格公式。
1915年，诺贝尔物理学奖授 予亨利. 布拉格和劳伦斯. 布拉 格，以表彰他们用 X 射线对晶 体结构的分析所作的贡献。
1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德发现超导体具有完全
抗磁性。
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1935年，F.伦敦和H.伦敦发表超导现象的宏观电动力 学理论——伦敦方程。
1938年，卡皮查实验证实氦的超流动性。
1938年，F.伦敦提出了超流动性的统计理论。
1940年，朗道提出氦II超流性的量子理论。
1962年诺贝尔物理学奖授予朗道，以 表彰他作出了凝聚态、特别是液氦的先 驱性理论。
下面，以编年史的形式，介绍在凝聚态物理学发展中 的一些大事件，从而跟踪凝聚态物理的发展进程。
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。
固体能带理论和对称破缺的相变理 论是凝聚态物理学的两个基本理论。
其中，固体的能带理论导致了半导体物理的诞生，并 进而推动了现代信息科学与技术的产生和发展。
目前，利用能带理论已经可以对晶体特性参量根据第
一性原理进行从头计算，计算结果的准确性非常令人满
意。而这样的理论计算，又可以作为进一步发展材料的
依据。
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在凝聚态物质中，原子、分子等粒子之间的距离与粒 子本身线度具有大致相同的数量级。
物理中的凝聚态物理学
物理中的凝聚态物理学物理是自然科学中最基础的一门学科，它研究的是大自然中各种现象及其规律。
物理学在人类探索自然、认识宇宙的过程中起着无法替代的作用。
而凝聚态物理学作为物理学的一个重要分支，是研究各种物质在固态或液态状态下的物理性质和各种奇妙现象的学科，它在纳米科技、光电子、超导等领域有广泛应用。
一、凝聚态与常规物理的区别凝聚态物理学是研究物质在固态、液态及等离子态下的物理性质的学科，它与常规物理学有着明显的区别。
常规物理学是以纯粹的自然实验为基础，更多关注的是自然界的宏观现象和普适性规律。
而凝聚态物理学则注重探究微观领域的物质行为，它更多是以条件实验为基础，关注的是物质的细节性质和相关的特异性规律。
二、凝聚态物理中的基本概念凝聚态物理中有一些基本的概念，比如能带理论、费米面理论、磁性、超导、局域化等等。
其中，能带理论是凝聚态物理中最基础的理论，它描述了原子在晶体中的电子各自的能量状态。
费米面理论则是描述了费米子在低温下的统计行为，凝聚态物理学家们通过研究费米面来揭示一些物质的电性质和导电性质。
而磁性和超导则是凝聚态物理中非常重要的两个方向。
磁性是指物质在特定条件下具有各种磁性行为，而超导则是介电体在低温下出现的完全零阻电流的现象，它在实际应用中具有非常广泛的用途。
三、凝聚态物理的应用凝聚态物理是实际应用中非常重要的一个分支，它涉及到各个领域。
这里我们可以简要介绍一下凝聚态物理在材料科学、电子技术、生命科学等方面的一些应用。
在材料科学方面，凝聚态物理学提供了诸如中心点法、热力学法等多种理论工具，可以帮助科学家优化和设计各种有用材料，比如面向能源、环境、催化、光电池等领域的材料。
在电子技术领域，凝聚态物理学在发展存储设备、符号处理、量子点光电元件等方面的应用也起到了不可替代的作用。
特别是在纳米材料和纳米器件方面，凝聚态物理学已经具备非常强的优势，在光电子学、微电子学、大数据计算等新兴技术领域的应用上也有着广泛的应用。
凝聚态物理
凝聚态物理1. 概况凝聚态物理学（condensed matter physics）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。
凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。
凝聚态物理的研究对象除晶体、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。
经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。
特别是八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。
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。
从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。
目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。
并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。
近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。
2.学科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。
研究领域包括固体物理、晶体物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学、固体光学性质、低温物理与超导电性、高压物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低维物理（包括薄膜物理、表面与界面物理和高分子物理）、液体物理、微结构物理（包括介观物理与原子簇）、缺陷与相变物理、纳米材料和准晶等。
聚合物的凝聚态结构
Z为单位晶胞中单体(即链构造单元)旳数目;
单位晶胞中所含链数
V为晶胞体积; NA为阿佛加德罗常数
PE：以z＝2代入上式可得 ρc ＝1.00g/ml， 而实测旳聚乙烯密度， ρ= 0.92~0.96g/cm3。
2.2.2聚合物旳结晶形态
•结晶形态：由微观构造堆砌而成旳晶体外形，尺寸可达几十 微米旳。 •单晶：即结晶体内部旳微观粒子在三维空间呈有规律地、周 期性地排列。 特点：一定外形、长程有序。 •多晶：是由无数微小旳单晶体无规则地汇集而成旳晶体构造。
（2）球晶 Spherulite
• 球晶是聚合结晶旳一种常见旳特征形式； • 形成条件：从浓溶液析出，或从熔体冷结晶时，在不
存在应力或流动旳情况下形成。 • 特征：外形呈圆球形，直径0.5～100微米数量级。 • 在正交偏光显微镜下可呈现特有旳黑十字消光图像和
消光同心环现象。 • 黑十字消光图像是聚合物球晶旳双折射性质是对称性
2.2.4 结晶度旳测定
结晶聚合物旳物理和机械性能、电性能、光性能在相当旳程 度上受结晶程度旳影响。
实际晶态聚合物，是晶区和非晶区同步存在旳。
高分子结晶度旳概念缺乏明确旳物理意义，其数值随测定措 施不同而不同。
Buoyancy method 密度法
密度结晶度
X-ray diffraction X射线衍射法
(Vc Va ) cVc aVa
X
v c
Vc V
a c a
X
w c
Wc W
W cWc aWa W Wc Wa
(Wc Wa ) cWc aWa
X
w c
Wc W
c( a ) (c a )
（2） X射线衍射法 Wide-angle X-ray diffraction (WAXD)
凝聚态物理的奇异现象
凝聚态物理的奇异现象凝聚态物理是物理学的一个重要分支，它研究物质在凝聚状态下的特性和行为。
这个领域涵盖了从原子、分子到大规模材料的各个层面，探索了许多非凡的物理现象，如超导、超流、量子相变、拓扑绝缘体等。
这些奇异现象不仅推动了基础科学的发展，也为现代技术的进步提供了新的可能性。
以下将详细探讨几个重要的凝聚态物理奇异现象及其相关机制。
超导现象超导是一种在某些材料中出现的电阻为零和磁通排斥的奇异现象。
它通常发生在某些金属和合金在低温条件下，尤其是新型高温超导体在相对较高的温度下（如液氮温度）也表现出超导性。
超导体主要是靠配对态的电子（称为库珀对）来实现零电阻的。
机制与应用超导现象的宏观表现是通过量子力学效应实现的。
其中，BCS理论（巴丁-库珀-施里弗理论）详细描述了普通超导体中库珀对的形成机制。
而最新发现的高温超导体则与传统超导体显著不同，其机理至今仍需进一步研究。
在工业中，超导材料应用于强磁场产生、磁悬浮列车、医学成像（如MRI）等领域，极大地推动了现代科技的发展。
超流现象超流是一种液体状态中的奇特现象，表现为在低于某一临界温度时，液体能无阻碍地流动。
波斯尼亚-克拉河基于氦-4和氦-3的实验使人们揭开了超流现象的神秘面纱。
特别是在低温下，液氦能够以全无粘性流动，这一特性使得该现象成为了凝聚态物理的重要研究方向。
多体效应与量子效应超流液体展示了很多典型的量子效应，如涡旋结构、量子相干性等。
例如，当有涡旋存在时，超流可表现出类似普通流体中的涡旋存在的一些特征，但其运动状态和回旋性质却是完全不同的。
这种全新状态让科研人员获得了一套新的多体理论，往往用以解释冷原子系统及其他模型。
磁性相变磁性相变是指物质在不同温度或外部环境下展现出的不同磁性质。
例如，铁、镍等铁磁材料在高温下可能失去其磁性，而在低温下则恢复其铁磁特性。
这种转变通常伴随着显著的热力学量变化，例如比热容、磁化强度等，因此也被称为二级相变。
自旋与晶格耦合磁性相变与自旋变量及晶格结构间具有深刻关联。
超冷原子物理中的凝聚态态和基态
超冷原子物理中的凝聚态态和基态超冷原子物理是一门研究凝聚态和基态的科学领域，它为我们理解基础物质的行为提供了新的窗口。
在这个领域中，科学家们使用冷却技术将原子冷却到接近绝对零度的温度，从而使它们进入凝聚态和基态。
凝聚态是物质的一种新形态，它具有固体和液体之外的性质。
在绝对零度附近，原子将排列成规则的晶格，形成了固体。
这种凝聚态物质的特殊性质由量子力学效应决定，例如超流动性和超导电性。
超冷原子物理学家可以通过调节实验条件来研究这些现象，从而深入理解基本粒子的行为。
超冷原子物理还研究了基态现象，即原子在能量最低状态下的行为。
这些基态通常在超冷原子云中观察到，在这种状态下，原子的动能非常低，几乎处于静止状态。
这种超低温下的基态模拟了宇宙初期的条件，并且可以用于研究和模拟引力、量子湍流和其他基础物理现象。
一种常用的实验技术是玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation, BEC)。
在这种实验中，科学家们使用激光和磁场将原子冷却到接近绝对零度的温度。
当原子达到足够低的温度时，它们将进入同一量子状态，形成一个巨大的量子波函数。
这个巨大的波函数可以描述整个体系，类似于一个宏观量子态。
BEF的发现为凝聚态物理领域带来了巨大的突破，也使得我们对基础粒子行为的理解更加深入。
超冷原子物理不仅在基础研究上有重要意义，还具有广泛的应用前景。
超冷原子云可以用来制造高精度的钟，这对于导航系统和通信技术具有重要意义。
此外，这种技术还可以用于构建量子计算机和模拟复杂的量子体系，它们有望解决当前无法解决的计算难题，并推动科学的发展。
然而，超冷原子物理仍然存在一些挑战和难题。
一方面，制备高质量的超冷原子样品需要复杂的技术和设备，对实验条件需要极高的精确度。
另一方面，寻找新的冷却方法和探索更复杂的凝聚态物理现象仍然是一个活跃的研究领域。
此外，理论方面的挑战也需要克服，以更好地解释超冷原子的量子行为。
总的来说，超冷原子物理是一个令人兴奋的领域，它为我们深入了解基态和凝聚态物质的性质提供了新的视角。
物理学中的凝聚态物理与应用
物理学中的凝聚态物理与应用在物理学的广袤领域中，凝聚态物理宛如一颗璀璨的明珠，散发着独特的魅力。
它不仅为我们揭示了物质在凝聚态下的奇妙性质，还为众多实际应用提供了坚实的理论基础和技术支持。
让我们先来了解一下什么是凝聚态物理。
简单来说，凝聚态物理研究的是大量粒子组成的凝聚态物质的微观结构、性质以及它们之间的相互作用。
这些凝聚态物质包括固体、液体，甚至一些特殊的软物质，如液晶、聚合物等。
在凝聚态物理中，我们关注的是粒子之间的量子力学相互作用，以及这些相互作用如何导致物质呈现出各种奇特的宏观性质。
比如说，晶体的周期性结构就是凝聚态物理研究的一个重要方面。
晶体中的原子或分子按照一定的规律排列，形成了具有对称性的晶格结构。
这种结构决定了晶体的电学、光学、热学等性质。
再比如，超导现象也是凝聚态物理的一大研究热点。
在特定的低温条件下，某些材料会失去电阻，电流可以在其中无损耗地流动，这一现象背后的原理至今仍在不断探索和完善之中。
凝聚态物理的研究手段多种多样。
其中，实验物理方法起着至关重要的作用。
通过各种精密的实验设备，如X 射线衍射仪、扫描隧道显微镜等，科学家们能够直接观察到物质的微观结构和电子态。
理论物理的研究则为实验提供了指导和预测。
量子力学、统计物理等理论工具被广泛应用于解释凝聚态物质的性质和行为。
此外，计算机模拟也成为了研究凝聚态物理的有力手段，通过数值计算来模拟物质的微观过程，帮助我们更好地理解复杂的物理现象。
那么，凝聚态物理在实际应用中有哪些重要的体现呢？首先，在电子学领域，凝聚态物理的成果推动了半导体技术的飞速发展。
半导体材料的电学性质是由其能带结构决定的，而这正是凝聚态物理的研究范畴。
基于对半导体物理的深入理解，我们才能够制造出越来越小、性能越来越强大的集成电路，使得电子设备不断更新换代，从电脑到手机，从平板电视到智能家电，无一不是半导体技术进步的产物。
其次，凝聚态物理在能源领域也有着重要的应用。
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原子和未还原，减少铈表面电子结构：一个firstprinciples研究胡宗宪阳，汤姆K.胡米卡埃尔博丹和KerstiHermansson引文：化学物理杂志120，7741（2004）;DOI：10.1063/1.1688316在线观看：/10.1063/1.1688316内容视图表：/content/aip/journal/jcp/120/16?ver=pdfcov发布时间通过AIP出版未还原，降低氧化铈表面的原子和电子结构：第一原理研究胡宗宪阳和汤K.Wooa）化学，西安大略大学，英国伦敦，加拿大安大略省N6A5B7系米卡埃尔博丹和KerstiHermanssona）材料化学的A°ngstro¨m实验室，乌普萨拉大学，盒538，SE-75121瑞典乌普萨拉〜收到的2003年10月30日;接受2004年1月29日！〜！111〜110的原子和电子结构！和〜100！氧化铈（CeO2）制成的表面进行了研究采用广义梯度近似的密度泛函理论。
这两种化学计量表面和表面与氧空位〜未减数，降低表面分别！有被审查。
研究发现，在111〜！表面是所考虑的表面中最稳定的，其次是〜110和〜100！表面上，与实验观测和先前协议理论结果。
松弛的不同特征被发现的三个表面。
虽然〜111！表面经过很小的放松，相当大的放宽找到了〜110！和〜100！表面。
的氧空位的形成密切相关的表面结构及发生更容易为〜110！表面比〜111！优选的空缺的位置是在表面层为氧化铈（110）和在所述地下层〜第二O原子层！对于氧化铈（111）。
对于两面，不是将O空位的形式更容易在大宗。
一个有趣的振荡行为被发现空位形成能的氧化铈（111）的上三层。
减少表面的分析表明，该额外付费从形成所得氧空位是定位于该表面的第一三层。
此外，它们不只被困在铈的4 F状态。
物理©2004美国研究所一，引言氧化铈（CeO2）制成，是在现代催化极大的兴趣industry.1,2其中CeO 2的最重要的应用是其在汽车三元催化剂的组成部分使用〜TWCS！，1,3，其中氮氧化物，一氧化碳和烃〜碳氢化合物！有同时除去。
在TWCS，多重效应被归因于氧化铈，即：〜1！推广noblemetal 的在载体上的分散性，〜2！热的增加在Al2O3载体的稳定性，3〜！推广中水气变换和蒸汽重整反应，并〜4！容量存储和下燃料贫和富燃料释放氧气的条件下，分别@the所谓的储氧能力〜OSC！＃。
一些其他的，较差的确认，现象或机制〜5！的催化活性的增强在界面金属- 载体的网站和〜6！推广的CO 通过氧化铈的晶格氧去除过氧化。
之间的上述特征中，OSC是特别有意思的。
它密切相关的形成和氧空缺ceria.2的整体性能迁移二氧化铈的先前已研究了不同的理论techniques.4-7已经显示了基态，化学计量体积的电子和光学性质氧化铈可以通过标准的本地密度被成功描述近似〜LDA！或广义梯度近似〜GGA！在密度泛函理论中的技术Gennard等[8]报道定期哈特里- 福克计算为〜111！和〜011！C-ZrO2和氧化铈的表面，并发现〜111！面要大力更稳定比〜011！表面。
此外，一些力场的计算CeO 2的化学计量的表面上〜参见例如，参考文献。
9-11！所有报告〜111！面要大力最稳定的。
最近，Skorodumova 等[12]在热力学，表面松弛的DFT进行调查，和〜111！〜110的电子结构！和〜100！化学计量的氧化铈的表面，发现所研究的表面的稳定性的顺序是（111）（110）（100）。
实验observations13用人X射线光电子能谱XPS〜！和低能量电子衍射LEED〜！技术证实其稳定性！的〜111表面：这样的面在最经常发现实验。
氧空位缺陷出现在氧化物表面或者在本体和能够强烈地修改所述电子和氧化物的催化性能〜参见，例如，参考文献。
14和15中的参考文献！澳在氧化铈，其影响空缺最近已研究了罗德里格斯和合作workers.16,17几个理论研究的蓝本国家和阴离子空位的行为大部分或在使用力场氧化铈表面calculations结果从这些研究表明氧空位更在稳定的表面比对的bulk18及空缺〜111！表面为比按其他低折射率不太稳定表面：〜110！和〜211！的0.10的第一性原理研究散装CeO2和Ce2O3Skorodumova等[19]一份力量！作者向谁信件应该得到解决。
在氧化铈大部分是提出thatthe氧空位的形成过程通过两个电子同时促进冷凝成两个铈原子局部f级陷阱。
氧空位形成的理解在二氧化铈的表面和其表面“上的修改原子和电子结构和化学性质依然不佳。
一些需要进一步调查的问题是〜1！的氧空位上的首选地点不同的表面，〜2！详细松弛或重建周围的空缺，3〜！空位，空位的相互作用上表面上，并且〜4！空位上的电子的影响的表面的化学性质。
在本文中，我们提出了热力学，表面松弛有系统的研究，和的〜！111〜110的电子结构和！〜100！的化学计量的二氧化铈和表面减少〜111！和〜110！表面采用第一性原理所有电子投影仪，增强波〜PAW！基于方法在国家的最先进的密度泛函理论。
的基本结构纸如下。
计算细节呈现在秒。
二。
计算结果与讨论中给出秒。
三和二段的简要总结。
四无花果。
1，总的和局部的密度散装氧化铈的状态。
在部分DOS〜S，P，D和F！板，实线和虚线曲线对应于Ce和O，分别为偏DOS操作系统。
这里和下文中，垂直在E50.0eV的虚线表示费米能级。
二。
方法论在科恩- 深水密度泛函理论计算使用维也纳从头计算模拟软件包进行了〜VASP！0.20的投影机，扩充波method21Blo¨chl，如在VASP实现中，使用。
PAW是一个allelectron方法，结合augmentedplane-的准确性波方法与赝效率方法。
爪子法实施与VASP冻结核近似。
对于平面波套，截止使用408伏特的能量。
铈5S，5P，5D，4023，和6秒和氧2S和2P电子被视为价电子。
梯度校正的交流和关系Perdew的函等，称为PW91,22被用在计算中。
在表中的计算结果为大宗氧化铈我展示了上述方法提供了一个很好的说明了大宗氧化铈。
我们计算的平衡晶格参数和体积模量状态图中我们计算密度。
1清楚显示氧化铈是一种绝缘体。
最高占据价带呈现显著Ø2P角色与策一定的贡献混合 4 F5d的，而窄频带位于正上方的费米电平，主要是由于Ce的4 F状态。
该国位于上方空铈4 F状态是由于5D和Ce6S。
该策5秒的状态是位于远低于图1中的能量窗。
1 〜约233 eV的费米能级以下！计算出的能隙为1.8电子伏特〜Ø2P和Ce4 F状态之间！和 5.7电子伏特〜Ø2P和Ce5D状态之间！，在合理的与实验measurements26〜3.0和6.0协议电子伏特！和之前的计算〜即Skorodumova 等人，192.5 5.5电子伏特;兰德隆等人，62.3电子伏特的第一项;和Koelling等人，52.8和5.5电子伏特！的低估能隙的LDA和GGA计算的已知缺陷这kind.27的低指数表面的氧化铈，即〜！111〜110！和〜100！-were模拟成周期性重复〜Z中！砖用对（131）的横向的细胞，如图所示。
2，x和y的单元电池的尺寸是固定的，在所计算的平衡晶格参数值（a55.45）。
真空层为10的已经于自由表面的顶部，以独立电影。
该〜111！表面以终止氧气。
如图所示。
2，〜111！表面建模为栈的〜O型策哦！三明治;这样可以防止出现的非零偶极矩垂直于表面。
一项为期21 层厚的板坯被用于〜111！最近firstprinciples 计算的参考。
12表明，即使一个9层厚板坯可能是一个合理的近似为〜111！氧化铈的表面。
该〜110！表面模拟成一摞9架飞机相同的履行氧化铈化学计量与零垂直偶极矩。
极地〜100！表面呈建模为氧封端的表面与半的表面的氧原子数，从该膜的一个表面上，以移动另外在棋盘风格来满足铈公式并且避免了偶极矩垂直于表面。
该然后所得的结构可以被描述为15交替氧气和铈层的O型的Ce-O-O-Ce的-O序列。
棋盘模式〜100！已使用先前在理论研究〜参见，例如，参考文献。
10-12！布里渊区积分采用执行Monkhorst-包〜MP！grids28和高斯smearing29SIGMA50.2电子伏特。
最终的结果外推到了SIGMA50电子伏特。
的MP网格（1031031），（831031），并1031031）用于在〜111！〜110！和〜100！表面上，分别。
ÄMP格（10310310）在使用批量计算。
该砖被允许完全放松在固定的小区参数的限制，各个方向。
O型缺陷或下降〜111！和〜110！用砖，包括12和5个原子层的表面进行了研究，分别具有p（）31）和p（132）侧向细胞作为在如图3所示。
315的厚度真空层为导入以分离的膜。
底部6@for了〜111！表面＃或2@for了〜110！＃表面原子层固定在其本体的位置，以模仿本体，其余层被允许放松。
一个表面氧原子的是拆下来模拟一个O空位的形成。
较大的侧向细胞，即P O缺陷的表面（）32）〜111！和P（232）为110〜！-were还研究了作为检查的空缺，空缺的互动效应。
无花果。
用于〜一2平板机型！〜111！〜！B〜110！和〜！C〜100！未还原P（131）表面的系统。
暗灰色球体表示Ce和氧原子分别。
板坯被重复在z上，并且由10埃厚度的真空层隔开无花果。
用于降低表面的研究3板型号：〜了！未还原氧化铈（111）P（）31），一B！未还原氧化铈（110）P（132）〜！C减少氧化铈（111）P（）31），并且〜d！降低氧化铈（110）P（132）。
黑暗灰球代表铈和O原子分别。
编号的原子对应的位置上的相应的氧空位层。
“V”表示的实际〜首选！在相应的O型职位空缺结构。
大圈〜Ð！突出形成方向的桥Ø后一个O空位的形成。
板坯重复在z方向上，并且由15埃的厚度真空层隔开三。
结果与讨论A.化学计量氧化铈面：表面能和放松由于表面稳定，表面能的措施通过评估其中ESLAB是板坯的总能量，Ebulk是能量含有作为相同数目的原子的堆积单元电池的在板坯，而S是表面积。
表面上的低的能量，表面更稳定。
如果我们把ESLAB为在松懈板的总能量，我们将得到的表面能量的松懈表面，我们表示ESURFunrelax。
相反，如果我们采取ESLAB作为宽松的总能量板坯，我们将记为ESURF轻松的表面能放松〜CF。
参考文献。
19！这两个表面能之间的差异可以作为松弛的大小的量度。
如果没有获得实验数据的表面能氧化铈，我们比较我们计算出的表面能带从前面的理论calculations.8,10-12结果简单地说，我们目前的研究相对稳定的趋势认同以往的研究;即，稳定的顺序减小（111）（110）（100）和结构放松程度增加的顺序（111），（110），（100）。