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1、.,1,凝聚態(tài)在物理學(xué)中的格局,參考:馮端,凝聚態(tài)物理學(xué),高等教育出版社,.,2,物質(zhì)世界的層次化,1】 20世紀(jì)的物理學(xué),相對(duì)論 經(jīng)典物理的壓軸戲,量子論 拉開微觀物理學(xué)的帷幕,修正時(shí)空觀、天文學(xué),原子分子學(xué)、集體相干和量子漲落,初期到中期:,1) 從原子物理向下,核物理,基本粒子,2) 對(duì)宇宙的探索,引力波、黑洞、暗物質(zhì)等,建立兩大基本模型:用于粒子物理和宇宙論,3) 量子論向上,微觀世界和宏觀凝聚態(tài)物質(zhì)的匯合,固體物理學(xué)+量子+統(tǒng)計(jì)凝聚態(tài)物理另一前沿,.,3,.,4,凝聚態(tài)物理學(xué),.,2】 簡(jiǎn)單性與復(fù)雜性,研究方法:還原論-先從復(fù)雜到簡(jiǎn)單,再?gòu)暮?jiǎn)單重建復(fù)雜,還原與統(tǒng)一相伴(弱力與電磁力統(tǒng)

2、一,量子+相對(duì)論?),物理學(xué)家的無上考驗(yàn)在于達(dá)到那些普適性基本規(guī)律后,再?gòu)乃堇[出宇宙 einstein,問題!能統(tǒng)一的范圍極限,還原的真實(shí)性和可行性?,因?yàn)槲镔|(zhì)世界的諸層次之間,除存在耦合,還存在脫耦!,成果,.,3】 還原論的局限-層展現(xiàn)象,還原論-先從復(fù)雜到簡(jiǎn)單,再?gòu)暮?jiǎn)單重建復(fù)雜,因?yàn)槲镔|(zhì)世界的諸層次之間,除存在耦合,還存在脫耦!,不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同層次間耦合與脫耦微妙平衡,層展的世界,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,空間尺度:1m 0.1nm,時(shí)間跨度:1year 1fs,能量范圍:1000k 1nk,粒子數(shù)量:1027 1021 ,103 101,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,如何區(qū)分兩者應(yīng)用范圍

3、?,通常研究對(duì)象:全同粒子構(gòu)成的多體體系 分界:當(dāng)粒子的相干性或波動(dòng)性不能忽視 區(qū)分經(jīng)典和量子,粒子系統(tǒng)體現(xiàn)波動(dòng)性:相干波長(zhǎng)lc 粒子間距a,相干波長(zhǎng)de broglie波長(zhǎng),1】 理論方法量子+經(jīng)典,另外,利用熱平衡體系,區(qū)分的模糊邊界:量子簡(jiǎn)并溫度,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,粒子系統(tǒng)體現(xiàn)波動(dòng)性:相干波長(zhǎng)lc 粒子間距a,1】 理論方法量子+經(jīng)典,區(qū)分的模糊邊界:量子簡(jiǎn)并溫度,分析:m, a, t 常溫下固體材料中的電子 氣體中的分子 原子氣體 光束,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,(1)實(shí)空間中的凝聚: 氣體:沒有明確的表面,密度最低 液體:流動(dòng)性彈性模量為0(宏觀) 原子可離域 (微觀) 固體:凝

4、聚緊密形態(tài),密度高,不易形變,2】 凝聚現(xiàn)象,從統(tǒng)計(jì)物理理解: 空間存在分廂化,即出現(xiàn)自由表面并存在勢(shì)壘, 從而保持熱平衡下兩側(cè)的密度差,(2)相空間中的凝聚:,超低溫下bose子的bec,k=0時(shí)fermi子的液滴,金屬超導(dǎo)體中的庫(kù)珀對(duì),3he原子液體的超流,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,熱力學(xué)平衡態(tài):自由能u-ts或gibbs能取極小,3】 有序化,內(nèi)能與熵的博弈,有序與無序的調(diào)和穩(wěn)定,位置序-粒子間位置存在關(guān)聯(lián),凝聚過程不同平衡態(tài)間的相變 對(duì)稱破缺,新次序的建立,有序化的體現(xiàn):,固體:長(zhǎng)程序 液體:短程序 氣體:無序,量子狀態(tài)下:,電荷密度波,自旋密度波,wigner晶體,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范

5、圍,熱力學(xué)平衡態(tài):自由能u-ts或gibbs能取極小,3】 有序化,內(nèi)能與熵的博弈,有序與無序的調(diào)和穩(wěn)定,動(dòng)量-能態(tài)序-粒子在能態(tài)結(jié)構(gòu)中分布存在關(guān)聯(lián),凝聚過程不同平衡態(tài)間的相變 對(duì)稱破缺,新次序的建立,有序化的體現(xiàn):,bec,bcs,sc , fl,量子狀態(tài)下:,有序相穩(wěn)定的原因:粒子間波包的重疊造成整體關(guān)聯(lián),bose受激天性使得粒子集群到共同的波動(dòng)狀態(tài)。,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,熱力學(xué)平衡態(tài):自由能u-ts或gibbs能取極小,3】 有序化,內(nèi)能與熵的博弈,有序與無序的調(diào)和穩(wěn)定,自旋序-自旋在位行或動(dòng)量空間中排布關(guān)聯(lián),凝聚過程不同平衡態(tài)間的相變 對(duì)稱破缺,新次序的建立,有序化的體現(xiàn):,順磁體

6、(無序) 鐵/反鐵磁體(通過自旋交換相互作為建立次序) 自旋玻璃相變(自旋端程序),自旋序的出現(xiàn)一般伴隨自旋極化或局域磁疇,.,凝聚態(tài)物理學(xué)的范圍,3】 有序化,動(dòng)量-能態(tài)序-粒子在能態(tài)結(jié)構(gòu)中分布存在關(guān)聯(lián),經(jīng)典體系和量子體系有序化的對(duì)比:,有序相穩(wěn)定的原因:粒子間波包的重疊造成整體關(guān)聯(lián),bose受激天性使得粒子集群到共同的波動(dòng)狀態(tài)。,經(jīng)典體系的位置序,有序相穩(wěn)定的原因:粒子互作用或跟周期外場(chǎng)作用, 相對(duì)于量子體系,屬于強(qiáng)制約導(dǎo)致的有序化。,動(dòng)量-位置測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系:動(dòng)量序和位置序不相容。,提高有序度方法:增加作用強(qiáng)度/粒子濃度。,提高有序度方法:減少外界作用/粒子互作用/濃度。,所屬密度區(qū)間:相對(duì)于量子體系

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