凝聚态物理主要学什么 凝聚态物理学基础知识
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凝聚态物理博士前途
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凝聚态物理学基础知识
凝聚态物理学的基本任务在于阐明微观结构与物性的关系,因而判断构成凝聚态物质的某些类型微观粒子的集体是否呈现量子特征(波粒二象性)是至关紧要的。电子质量小,常温下明显地呈现量子特征;离子或原子则由于质量较重,只有低温下(约4K)的液氦或极低温下(μK至nK)的碱金属稀薄气体,原子的量子特征才突出地表现出来。这也说明为何低温条件对凝聚态物理学的研究十分重要。微观粒子分为两类:一类是费米子,具有半整数的自旋,服从泡利不相容原理;另一类是玻色子,具有整数的自旋,同一能态容许任意数的粒子占据。这两类粒子的物理行为判然有别。 软物质又称为复杂液体,是介于固体与液体之间的物相,液晶、乳胶、聚合物等均属此类。软物质大都是有机物质,虽然在原子尺度上是无序的,但在介观尺度上则可能出现某种规则而有序的结构。如液晶分子是杆状的,尽管其质心不具有位置序,但杆的取向却可能是有序的。又如聚合物是由柔软的长链分子所构成,由于长程无序的关联性,因而遵循了类似于临界现象的标度律。20世纪70—80年代液晶物理学和聚合物物理学的建立,使凝聚态物理学从传统的硬物质成功地延拓到软物质。软物质在微小的外界刺激(温度、外场或外力)下有显著的响应是其物性的特征,从而产生明显的实用效果。一颗纽扣电池可驱动液晶手表数年之久,就是证明。软物质变化过程中内能变化甚微,熵的变化十分显著,因而其组织结构的变化主要由熵来驱动,和内能驱动的硬物质迥然有别。熵致有序和熵致形变乃是软物质自组装的物理基础。 有机物质(小分子和聚合物)的电子结构与电子性质也受到广泛的重视。有机发光器件和电子器件正在研制开发之中。
凝聚态物理学的三大组成部分
凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。其研究层次,从宏观、介观到微观,进一步从微观层次统一认识各种凝聚态物理现象;物质维数从三维到低维和分数维;结构从周期到非周期和准周期,完整到不完整和近完整;外界环境从常规条件到极端条件和多种极端条件交叉作用,等等,形成了比固体物理学更深刻更普遍的理论体系。经过半个世纪多的发展,凝聚态物理学已成为物理学中最重要、最丰富和最活跃的学科,在诸如半导体、磁学、超导体等许多学科领域中的重大成就已在当代高新科学技术领域中起关键性作用,为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。前沿研究热点层出不穷,新兴交叉分支学科不断出现是凝聚态物理学的一个重要特点;与生产实践密切联系是它的另一重要特点,许多研究课题经常同时兼有基础研究和开发应用研究的性质,研究成果可望迅速转化为生产力。
凝聚态物理学习的课程
学科研究范围:理论物理是在实验现象的基础上,以理论的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子、等离子体和凝聚态物质运动的基本规律,解决学科本身和高科技探索中提出的基本理论问题。研究范围包括粒子物理理论、原子核理论、凝聚态理论、统计物理、光子学理论、原子分子理论、等离子体理论、量子场论与量子力学、引力理论、数学物理、理论生物物理、非线性物理、计算物理等。
课程设置:高等量子力学、高等统计物理、量子场论、群论、规范场论、现代数学方法、计算物理、凝聚态理论、量子多体理论、粒子物理、核理论、非平衡统计物理、非线性物理、广义相对论、量子光学、理论生物物理、天体物理、微分几何、拓扑学等。
量子态能量和能级能量的计算关系
凝聚态物理学范围甚广,一般是指对两个以上粒子的系统在低温下的性质的研究。最初的概念就是固体物理学。用量子场论等研究是现在凝聚态物理理论的前沿。
对于分数量子霍尔效应,首先要知道霍尔效应和整数量子霍尔效应。分数量子霍耳效应与整数量子霍耳效应的不同是,它的电导率是单位量子霍尔电导率(2e^2/h)的分数倍。
量子实际上是一种对某种性质的标记,如光量子是对光子具有特定的能量这种性质的标记。