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-中科院课件-苏刚Chapter4
The ground-state wavefunction of the many-body interacting electrons in condensed matter is unimaginably complicated and rather interesting. It is also impossible to get an exact solution in absolutely most cases. Then, how to describe the responses of the solids (condensed matter) to experimental probes such as photons, beams of atoms or ions, the electrons emerging from an STM tip, or changes in temperature? What determines the electrical or thermal transport properties of solids (condensed matter) ? All these questions are beyond the scope of a ground-state theory.
Note that the use of term quasiparticle seems to be ambiguous. Some authors use the term in order to distinguish them from real particles, others (including author of the above passage) to describe an excitation similar to a single particle excitation as opposed to a collective excitation. Both definitions mutually exclude each other as with the former definition collective excitations which are no "real" particles are considered to be quasiparticles. The problems arising from the collective nature of quasiparticles have also been discussed within the philosophy of science, notably in relation to the identity conditions of quasiparticles and whether or not they should be considered "real" by the standards of, for example, entity realism.
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
凝聚态物理学的发展历史
❖ 1925-26年建立了量子力学； ❖ 1926年 建立了费米-狄拉克统计； ❖ 1927年 建立了布洛赫波的理论； ❖ 1928年 索末菲提出能带的猜想； ❖ 1929年 派尔斯提出禁带,空穴的概念；同年贝特提出了费米面的
概念。
— 1984 年发现准周期结构以及分形结构中波的传播都存在一些 新现象。
— 在低温下考虑波的相干性,电输运现象会出现一些新结果,在介 观物理领域中观测到一系列反映量子相干性的效应。
❖ 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 p12,
3 2
2s
1s
原子中的电子能级
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
❖ 固体激光器与光通讯
— 光放大器
Loss (dB/km)
1.2
latent loss
1.0
loss
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Wavelength (nm)
凝聚态物理学与现代科学技术
❖ 压电晶体及其应用
— 有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端 就会产生不同的电荷。
eV
反向偏压
凝聚态
凝聚态物理导论书面报告学院：物理科学与技术学院专业：物理电子学姓名：李晓果学号：31646044周期和准周期中波的传播1.晶体中的电子1.1自由电子气模型如果周期势很弱假设0)(=r V ,则晶体中电子的定态方程)r ()r ()](2[22ψψE r V m=+∇- 的平面波解为r k i k e r ⋅-Ω=2/1)(ψ其中Ω是晶体的体积,此时的色散关系为k m E 222)k ( =对于具有N 电子的系统可以用波失k 来表征其状态。
这里我们引入费米面的概念，在k 空间中有这样一个表面，位于表面内的所有状态都被填满，在他之外的所有状态都是空的，费米面的能量为费米能)(F F k E E =这里F k 为费米波失，只有T=0时F k 才严格确定。
由自由电子近似很容易求出费米波失和费米能，首先⎰∑Ω==k d N k3)2(2π，式子中因子2来自于电子自旋的简并度又由于3/43F k k d π=⎰ ,我们可以得到312)3(Ω=N k F π和3222)3(2Ω=N m E F π ,由色散关系我们可以知道电子能量依赖于波失k ，事实上由于周期性势存在，任何态都可以用简约波失来表征。
1.2近自由电子近似模型模型认为金属中价电子在一个很弱的周期场中运动，价电子的行为很接近于自由电子，又与自由电子不同。
这里的弱周期场设为()V x ∆，可以当作微扰来处理，即：零级近似时，用势场平均值V 代替弱周期场V (x )；所谓弱周期场是指比较小的周期起伏[()]()V x V V x -=∆做为微扰处理。
零级近似下，电子只受到V作用，波动方程及电子波函数，电子能量分别为：20000202202()2ikx k k d V E m dx x k E V mψψψψ-+===+由于晶体不是无限长而是有限长L，因此波数k 不能任意取值。
当引入周期性边界条件，则k 只能取下列值：2k l Na π=，这里l 为整数。
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-中科院课件-苏刚Chapter7
Heike Kamerlingh Onnes
பைடு நூலகம்
Brief history of discovery of superconductors
1911: Superconductivity with Tc=4.2 is observed in solid mercury by H.K. Onnes. 1911-1975: Superconductivity observed in several metals and alloys. Their properties are well described by BCS theory and its strong-coupling extension, Migdal-Eliashberg theory. The increase of the critical temperature with time is linear. Semi-empirical arguments suggest that Tc cannot be raised above 25 K. 1957: The Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theory is formulated: superconductivity is caused by the condensation of pairs of electrons (Cooper pairs), which are held together by an attractive force provided by phonons. 1986: Bednorz and Mueller observe superconductivity with a Tc of 35 K in LaBaCuO. 1987: A Tc of 92 K, i.e. above the freezing point of nitrogen, is observed in YBCO. Bednorz and Mueller receive the Nobel prize. In the next few years, even higher Tc's are observed in other cuprates. It is very soon realized that cuprates do not believe like standard e-ph superconductors, but a consistent theoretical picture of their properties is still missing. 1991: Superconductivity with Tc up to 40 K is observed in alkali-doped fullerenes (A3C60), i.e. molecular solids of carbon. An extensive study of their properties can be found.
凝聚态物理学导论及金属自由电子气体模型
• 阎守胜 编著 《固体物理基础》(第 二版)北京大学出版社，2003
教材与参考书目
课外读物
• P. W. Anderson, Concepts in Solids, World Scientific, 1977 • 文小刚 著， 胡滨 译，《量子多体 理论》，高等教育出版社，2004
人类历史是以人类理解和控制凝聚态 材料的进程来命名的：石器时代，青 铜时代，黑铁时代，高分子时 代？... ...
如果我们已经知道了自然界的 一切基本定理，知道了所有的基本粒 子。使用这一些知识，我们能够理解 我们日常所见的物理现象吗？比如说 黄金能导电，而塑料是绝缘体？为什 么液体具有流动性，而固体具有刚性？ 等等
上世纪下半叶开始了凝聚态物理的时凝聚态物理的前身是固体物理研究波在周期结构中的传播bloch定理光子晶体声子晶体位形空间与动量空间的凝聚相变对称性破缺序参量守恒定律气液相变液固相变临界点连续对称性破缺与弹性的起源理想聚合物的生长在空间上是各向同性的
凝聚态物理学导论
望文生意，凝聚态物理是做什么的？
重要性
主要参考书
• P. M. Chaikin & T. C. Lubensky, Principles of condensed matter physics, Cambridge University Press, 1995
教材与参考书目
• 陆坤权 刘寄星 主编《软物质物理 学导论》北京大学出版社， 2006
金属自由电子气体模型
单位体积自由电子气体的基态能量由
费米球内所有单电子能级能量相加得
理论物理专业硕士研究生专业必修课程 《凝聚态物理导论》教学大纲
适用于何方向、是否学位课程： 计算凝聚态、纳米材料、磁学与磁性材料研究方向，学 位 课 程
考核方式： 考试
参考书目：
冯 端 等 ， 金 属 物 理 学 （ 第 四 卷 ）， 科 学 出 版 社 ， 1 9 9 8
戴道生、钱昆明：铁磁学（上），科学出版社，1992 年
Press，1995 3．蔡建华、龚昌德、姚希贤、孙鑫、李正中、吴萱如著，量子统计的格林函数理论，北京：科 学出版社，1982 4．卫崇德、章立源、刘福缓编著，固体物理中的格林函数方法，北京：高等教育出版社，1992 5．S. Doniach、E. H. Sondheimer 著，固态物理学家用的格林函数（Green’s Functions for Solid State Physicists），北京：世界图书出版公司，1998
SB1307020105
理论物理 专业硕士研究生专业必修课程
《量子通信与量子计算》教学大纲
教学目标：
掌握量子通信与量子计算的基本理论和研究方法，了解该学科的国内外研究动态，
紧跟国内外先进水平。具备阅读英语文献和查阅文献能力。
课程内容： Deutsch 算法， Deutsch-Jozsa 算法，量子 Fourier 变换及其应用，量子态的超空
考核方式： 考查
参考书目： 1 冯端、金国钧，凝聚态物理物理学，高教出版社 2 M.P.Marder,Condensed Matter Physics,New York:John Wily,2000
SB1307020102
理论物理专业硕士研究生专业必修课程 《计算物理》教学大纲
教学目标：
计算物理是凝聚态物理专业凝聚态理论方向的学位课程。通过本课程的学习，要求能熟练地应 用科学算法语言，实现凝聚态理论中目前常用的模型。
凝聚态导论知识点总结
凝聚态导论知识点总结一、凝聚态物质概述凝聚态物质是指在常温常压下存在的物质状态，包括固体和液体。
固体具有固定的形状和体积，分子之间的距离较小，分子排列有序；液体具有固定的体积但没有固定的形状，分子之间的距离较大，分子排列无序。
二、固体的结构和性质1. 晶体结构：晶体是由具有三维周期性排列的原子、离子或分子构成的固体。
晶体的结构可以通过晶体学来描述，常见的晶体结构有立方晶系、四方晶系、六方晶系等。
2. 晶格常数：晶体的晶格常数是描述晶体结构的重要参数，它指的是晶胞的尺寸，常用a、b、c表示。
3. 晶体缺陷：晶体中存在各种缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷等。
这些缺陷会对晶体的性质和行为产生重要影响。
4. 固体的力学性质：固体的力学性质包括弹性性质、塑性性质和断裂性质等。
这些性质与固体的内部结构和原子间相互作用密切相关。
三、液体的结构和性质1. 流动性：液体具有流动性，这是由于分子之间的相互作用较弱，分子可以相对自由地移动。
2. 表面张力：液体的表面上的分子受到内部分子的吸引力，使得液体表面呈现紧致的状态，形成表面张力。
3. 黏度：液体的黏度是指液体流动时所表现出的阻力大小，与液体的粘性有关。
4. 液晶：液晶是介于液体和固体之间的一种物质状态，具有介于有序固体和无序液体之间的特性。
四、相变和相图1. 相变：物质在一定条件下可以从一种状态转变为另一种状态，这种转变称为相变。
常见的相变有固态到液态的熔化、液态到气态的汽化等。
2. 相图：相图是描述物质在不同条件下各相存在的范围和相变的温度、压力关系的图形表示。
常见的相图有水的三相图和铁的铁-铁碳相图等。
五、凝聚态物理中的重要概念和现象1. 电子能带理论：电子能带理论描述了固体中电子的能级分布情况，解释了固体的导电性和绝缘性等现象。
2. 超导现象：超导是指某些物质在低温下具有零电阻和完全排斥外磁场的特性。
超导现象在科学和工程领域有重要应用。
3. 磁性现象：磁性是物质在外磁场下表现出的各种现象，包括顺磁性、抗磁性和铁磁性等。
凝聚态导论知识点总结(一)
凝聚态导论知识点总结(一)凝聚态导论知识点总结前言作为一名资深的创作者，我在凝聚态导论的学习和研究中积累了丰富的经验和知识。
在本文中，我将会通过列点方式，系统地总结与凝聚态导论相关的知识点，帮助读者更好地理解这一领域的重要概念。
正文以下是关于凝聚态导论的相关知识点总结：1.基本概念–凝聚态物质是由大量原子或分子组成的物质状态，包括固体和液体。
–凝聚态导论是研究凝聚态物质性质和特性的学科，涵盖了统计物理学和固体物理学等内容。
2.凝聚态物质的性质–固态物质具有定形和定体积的特点，其分子或原子排列有序，具有较强的相互吸引力。
–液态物质具有定体积但不定形的特点，分子间相互吸引力较小，具有较高的运动能量。
3.凝聚态物质的相变–相变是凝聚态物质在不同温度和压力下发生的物态变化，包括固液相变、液气相变等。
–相变过程中，物质的能量状态和分子排列方式发生改变，伴随着能量的吸收或释放。
4.凝聚态物质的晶体学–晶体学是研究晶体结构和晶体对外部影响的学科，揭示了晶体的对称性和晶体的周期性性质。
–晶体结构的研究对于材料科学和材料工程具有重要意义，了解晶体结构有助于理解材料的物理和化学性质。
5.凝聚态物质的电子结构–凝聚态物质的电子结构对其性质和行为起着决定性作用。
–构建凝聚态物质的波函数和能级模型，能够有效地解释和预测材料的光学、电导率等电子相关性质。
6.凝聚态物质的磁性–凝聚态物质中存在各种不同形式的磁性，如顺磁性、抗磁性和铁磁性等。
–研究凝聚态物质的磁性有助于理解材料在磁场中的响应及其在信息存储和传输领域的应用。
7.凝聚态物质的光学性质–凝聚态物质对光的吸收、散射和透射等光学性质具有重要影响。
–研究凝聚态物质的光学性质可以帮助我们设计和制造新型光学器件和材料。
结尾通过以上的知识点总结，我们对凝聚态导论有了更全面的了解。
凝聚态物质作为材料科学和物理学领域的重要研究对象，其性质和行为对我们的生活和技术发展有着重要影响。
希望本文的总结能够为读者提供有用的参考，激发对凝聚态导论更深入学习和探索的兴趣。
凝聚态物理导论-中科院课件-苏刚Chapter5
Chapter 5 Fundamentals of Transport TheoryIt is the description of the conduction of electricity and heat in metals.§5.1 Boltzmann equationLudwig Eduard Boltzmann(February20, 1844 –September 5, 1906) was anAustrian physicist famous for his foundingcontributions in the fields of statisticalmechanics and statistical thermodynamics.He was one of the most importantadvocates for atomic theory when thatscientific model was still highlycontroversial./wiki/Ludwig_BoltzmannIn general, the distribution function of electrons is affected by the external magnetic field, the temperature gradient, scatterings by impurities, phonons, defects, other electrons, etc.In a steady state, there is no change in f, and the above equation vanishes.Boltzmann equation.In the presence of an external electric field εand an external magnetic field B,The diffusion term from the temperature gradient isVelocity of an electron wave packet centered at k.Up to now, we do not consider the distribution of phonons. As theelectron and phonon systems are coupled, the distribution function of phonons satisfiesIn most cases, for electron systems the phonon distribution is assumed to be in the thermal equilibrium. So, we shall not consider the above equation.The electric current density isThe heat current Q isenergyIt can be seen that if we get the form of scattering (collision) term, we may put it into the Boltzmann equation (BE), and solve BE to find f(k,r). Then, we can get electric and heat currents.(i)(ii)(i)(ii)This equation is inserted into the BE, and you will find that it is a nonlinear integral equation for the distribution function, which is difficult to solve.Suppose that the external fields and temperature gradients are small. Then we can get a solution of BE.Auxiliary function直接微分即可得到。
凝聚态物理导论-中科院课件-苏刚chapter1
Energy and length scales:
<10-17 m
10-15 m
a few times 10-15 m
10-10 m
10-9 ~10-6m
100 m
quark
proton
nuclear
atom, molecule, cluster
solid
>100 GeV
Ultra high energy physics
Chapter 1 Introduction §1.1 Preamble Physics is the science that studies the structures of matter and the fundamental laws of motion of matter.
17th century: Newton’s mechanics, gravitation Classical mechanics
States of matter: Gas, liquid, solid, plasma, Bose-Einstein condensation Standard model of Universe:
10-44s
Big bang Separation of gravitation from other forces
10-36s
Separation of weak and strong interactions
10-10s
Separation of weak and electromagnetic forces
10-6s
Quarks incorporated to form hadrons
1012s
凝聚态物理
一）高临界温度超导研究
1．高温氧化超导材料的发现与超导机制的研究
迄今为止，已有5位物理学家由于超导电性的研究而获得诺贝尔奖。他们是：1957年提出BCS超导微观理论的美国物理学家巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.N.Cooper）、施里弗（J.R. Schriffer），于 1972年获奖，从理论的提出到获奖时隔 15年； 1960年发现单电子超导隧穿效应的美国物理学家贾埃佛（J.Giaever）；1962年预言约瑟夫森效应的英国物理学家约瑟夫森（B.D.Josephsen），他们时隔11年后，于1973年获奖；1986年，在国际商用机器公司（IBM）苏黎士研究室工作的瑞士物理学家缪勒（K.A.Muller）和他的学生、德国物理学家柏诺兹（J.G.Bednorz）发现Ba-La-Cu-O系统物质的高温超导性，于1987年获奖。他们的这一工作，如此快速地得到了诺贝尔评奖者的承认，这在诺贝尔颁奖历史中是极为罕见的，由此看出柏诺兹和缪勒工作的重要意义。
第三章 对称性及其推论
空间群和点群，点群的不可约表示，不可约表示：平移群和Bloch定理，空间群，时间反演对称性。
第四章 元激发
元激发，声子，准电子，等离激元，激子，极化子。
第五章 输运理论基础
Boltzmann输运方程，杂质散射，电导率，热导率，Wiedenman-Franz定理。
第六章 物质的磁性
原子的磁性，固体的磁性，顺磁性理论，铁磁性理论超导体的电磁学和热力学性质，London唯象理论，Ginzburg-Landau方程，超导态的微观理论，第二类超导体，Josephson隧道效应，高温氧化物超导体。
第八章 量子Hall效应
90年代所兴起的纳米物理学，又成为凝聚态物理的一个新的世界性研究热点。纳米粒子与一般尺度物体相比，在力、热、电磁和光等方面具有显著不同的特性，它们不仅成为未来新材料研究的基础，而且也为人类在认识客观世界上展开了一个新的层次，与此相应兴起了介观物理学的研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
而一门成熟科学的发展历程是可以通过范式转换来描述的。
14151.2 固体物理的范式1.范式的建立时间: 20世纪上半叶基础:(1). 晶体学: 晶体周期结构的确定1669: 晶面角守恒律(Steno)1784: 有理指数定律和晶胞学说(Hauy)1848: 空间点阵学说(Bravais)1889-1891: 空间群理论(Federov 和Schvenflies)1912: 晶体X射线衍射实验(Laue)(2). 固体比热的理论: 初步的晶格动力学理论1907: 独立振子的量子理论(Einstein)1912: 连续介质中的弹性波的量子理论(Debye)1912: 周期结构中的弹性波(Born 和von Karman)16(3). 金属导电的自由电子理论: Fermi 统计1897: 电子的发现(Thomson)1900: 金属电导和热传导的经典自由电子理论(Drude)1924: 基于Fermi统计的自由电子理论(Pauli 和Sommerfield)(4). 铁磁性研究:自旋量子理论1894: 测定铁磁--顺磁转变的临界温度(Curie)1907: 铁磁性相变的分子场理论(Weiss)1928: 基于局域电子自旋相互作用的铁磁性量子理论另外:电子衍射的动力学理论(Bethe)金属导电的能带理论(Bloch)基于能带理论的半导体物理(Wilson)标志: 1940年Seitz “固体的现代理论”(de Broglie波)方程:R:格位矢19Si 晶体的能带结构（半导体，间接能隙）价带导带价带顶导带底20固体能带结构的两种理解:(1). 近自由电子图像+周期势场的微扰(2). 原子能级图像+晶体场展宽(紧束缚近似)Two atoms Six atomsSolid of N atoms电磁波: Maxwell方程21光子晶体(photonic crystal)OpalButterfly Traditional multi-layer film2327 (3)张量波晶格的运动(格波): 晶格动力学举例一维复式格子三维晶格的振动三维复式格子——一个原胞中有n个原子31第k 个原子运动方程+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛k l k l m k ααβμμ23,2,1=α——原子在三个方向上的位移分量——一个原胞中有3n 个类似的方程方程右边是原子位移的线性齐次函数，其方程的解][q k l R t i k eA k l⋅⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ωμ将方程解代回3n 个运动方程32ββαβαω''2',k k k k A k k q C A m ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=∑ ;,,;,,;,,222111nz ny nx z y x z y x A A A A A A A A A ——3n 个线性齐次方程——系数行列式为零条件，得到3n 个)3,3,2,1(n j j =ω长波极限0→q 3个qj ∝ω——趋于一致n A A A A,,,321——三个频率对应的格波描述不同原胞之间的相对运动——3支声学波1,2,3;1,2,3;'1,2,,k n kαβ===≠P.W. Anderson (1923-): 1977 Nobel奖“for their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systems”(与J.H. van Vleck, N.F. Mott. 平分）凝聚态物理理论: 无序系统理论, 磁性杂质的电子理论, 软模相变理论, Josephson效应, 超流HeIII的理论和电导的标度律概念:对称破缺,元激发, 广义刚度, 缺陷, 解析性与连续性以及重整化群等1984年“凝聚态物理学的基本概念”362. 对称性和对称破缺自然界的四类对称性:(1)全同粒子的互换(2)连续时空变换,如平移,旋转和加速(3)分立变换,如空间反演,时间反演,粒子-反粒子共轭(4)规范变换,如U(1)(电荷,超荷,重子数和轻子数守恒),SU(2)(同位旋)和SU(3)(色和味)对称对称性都是植根于某些物理量是不可观测的假设, 不可观测量存在的直接后果是出现守恒律或选择定则. 相反, 一旦一个不可观测量变成可观测的,对称性就破缺了.37物理学中的对称性数学变换不可观测量守恒律和选择定则空间平移绝对空间位置动量时间平移绝对时间能量旋转绝对空间方向角动量空间反演绝对左或右宇称时间反演绝对电荷符号电荷共轭粒子置换全同粒子的差别Bose统计或Fermi统计规范变换不同电荷态间的相对位相电荷凝聚态物质世界都是对称破缺的产物:晶体是平移对称破缺的产物(原子位置的周期性破坏了任意平移的不变性); 空间反演对称性的破缺产生了铁电体;时间反演对称性的破缺产生磁有序结构;规范对称性的破缺产生了超流体与超导电体...383.有序相和基态多粒子体系的行为由(1)粒子的统计行为(2)粒子间的相互作用决定.有序-无序相变是多体系统的一般特征, 涉及到系统的能量和熵(熵是系统中粒子无规分布程度的度量). 对体积恒定的系统,平衡态要求自由能: F=E-TS 取极小. 高温时, F的极小值与最大熵值有关, 倾向于无序态;低温下,F中内能占优势, 平衡态由内能极小决定, 系统处在有序态.实验经验：固体作为一个多粒子系统的基态是具有某种规则点阵的相。
------无精确证明394. 相变和临界现象(1).相变定义：一个多粒子系统在不同的温度和压强或其他外部条件下可以处在不同的状态, 不同状态之间的转变叫相变.相变的分类标志: 热力学势及其导数的连续性.热力学势: 自由能, 内能一阶导数: 压力(体积), 熵(温度), 平均磁化强度等二阶导数: 压缩系数, 膨胀系数, 比热, 磁化率等.40一级相变或不连续相变:热力学势连续, 一阶导数不连续的状态突变二级相变或连续相变: 热力学势和一阶导数连续,二阶导数不连续的状态突变连续相变理论：平均场理论（唯象理论）平均场理论:被多次发明的理论1873: van de Waals 气液状态方程1907: Wiess 铁磁相变的“分子场理论”1934: 二元合金有序-无序转变的Bragg-Williams近似1937: Landau 相变理论41 Landau的二级相变理论:强调对称性的重要性, 对称性的存在与否是不容模棱两可的,高对称性相中某一对称元素突然消失,就对应于相变的发生,导致低对称相的出现.核心：对称破缺特例：连续相变不存在对称性上的差别(汽-液相变)序参量:低温有序相的一个标志, 描述偏离对称的性质和程度. 为某个物理量的平均值,可以是标量,矢量,复数或更加复杂的量. 随对称性的不同, 它在高温时为零, 而低温下取有限值, 在Tc处转变. 对称破缺意味着序参量不位零的有序相的出现.对于没有破缺对称性的系统，应选取某个对相变点上下两相之间的差别敏感的量与它在相变点的差别为序参量。
4243Landau 理论的具体表达：(1)自由能作为序参量的函数。
序参量：标量、矢量、张量或复数。
：矢量，在相变点，将自由能展开：η+++=44220)()()(),(ηαηαηT T T F T F 不含奇次幂项高于相变温度时，＝0使系统自由能达到极小；低于相变温度时，，使系统自由能达到极小。
η 0≠η 44(2)临界现象临界点：两级相变的相变点临界现象: 物质处在或接近于临界点时所表现出来的独特行为系统的某些自由度表现出长波尺度上的反常大涨落，与远离临界点的正常物质不同。
这些大涨落使得凝聚态系统的正常宏观规律以某些剧烈和微妙的方式受到破坏。
临界指数标度律普适性45临界指数以铁磁体为例。
序参量：M(1).用无外场作用下系统的磁比热Cm(T, B=0)在临界点附近的温度依赖，定义临界指数α和α’α--∝=)()0,(c m T T B T C )0(+→c T T αα'=α'--∝=)()0,(T T B T C c m )0(-→c T T 比例系数可以不同！46(2) 用自发磁化M(T,B=0)在临界点附近的温度依赖定义临界指数ββ)()0,(T T B T M c -∝=)0(-→c T T (3) 用零场磁化率TB B M B T ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=→→lim 0)0,(χ的温度依赖定义临界指数γ和γ’γγ='γχ--∝=)()0,(c T T B T )0(+→c T T γχ'--∝=)()0,(T T B T c )0(-→c T T 比例系数可以不同！47(4) 用磁化强度M在T=Tc时对外场B作用的依赖定义临界指数δδ10),(lim B B T M c B ∝→(5) 自旋密度关联函数在T=Tc时的距离r的依赖定义临界指数η()())2()0()(lim η+--∞→∝><-><-d r r s s s r s d: 体系的空间维数(6) 关联函数：描述系统中不同位置上发生磁化强度涨落之间的相关性>∆∆>=<><-><-=<)()())()()()()((),(21221121r m r m r m r m r m r m r r G 48)exp(18)(ξπr r c T K r G B -=关联长度ξ：T=Tc,∞→ξ用关联长度在临界点附近的温度依赖定义临界指数ν和ν’：νξ--∝)()(c T T T )0(+→c T T νξ'--∝)()(T T T c )0(-→c T T νν'=比例系数可以不同！（1）粗粒化；（2）重新标度；（3）重整化5. 元激发（准粒子）有相互作用的多粒子体系的低能激发态, 可以看成是一些独立的基本激发单元的集合, 它们具有确定的能量,有时还有确定的动量.元激发使一个复杂的多体系统简化成接近于理想气体的准粒子系统. 元激发不是简单的数学简化, 可以在实验上被观测,理论上进行推导.实验: 中子非弹性散射, Brillouin散射, Raman散射理论: 量子场论方法(Green函数, Feynman图和Dyson方法)元激发：①元激发能谱；②满足的统计规律；③散射机理53元激发分类集体激发(多为Bose型):(1)离子-离子相互作用引起的晶格振动--声子(phonon);(2)磁性材料中的自旋-自旋相互作用引起的自旋波--磁振子(magnon);(3)金属中电子气相互作用引起的等离子体集体振荡--等离子激元(plasmaron);(4)光子和光学模声子耦合－极化激元(polariton)个别激发(多为Fermi型):(1)正常金属中相互作用的电子, 变换成屏蔽电子或准电子, 其有效质量增大(quasi-electron);(2)离子晶体中的电子或空穴在运动时带着周围极化场一起运动而形成的极化子(polaron);(3)半导体中的电子和空穴对(electron-hole pair)5455(1)声子(晶格－晶格相互作用)T=0K，原子无振动，基态；T>0K，或加外场，原子在平衡态附近振动。