恒运娱乐 凤凰城 博远棋牌 大发国际平台 大发真钱
房产
当前位置:淮安新闻热线 > 房产 > 正文
皮埃尔·居里曾钻研过与温度的关系
来源:本站原创    发布时间:2019-09-05

  凝结态物理学目前的研究核心包罗强相关材料,量子相变以及量子场论正在凝结态系统中的使用。目前所要处理的问题包罗高温超导性、拓扑有序以及石墨烯碳纳米管如许的新型材料的理论描述。

  研究范畴包罗固体物理、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、低温物理取超导电性高压物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低维物理(包罗薄膜物理、概况取界面物理和高物理)、液体物理、微布局物理(包罗介不雅物理取原子簇)、缺陷取相变物理、纳米材料和准晶等。

  英国化学家汉弗里·戴维是凝结态物理学的之一。他正在十九世纪初即进行了相关的研究。戴维发觉其时已知的40种化学元素中有26种元素的单质具有一些共有的性质,如概况有金属光泽延展性强、电导率热导率高。这意味着原子可能并不像约翰·道尔顿所预见的那样不成分,而是具有内部布局。戴维进一步提出像氮气以及氢气如许常温常压下为气体的单质,正在必然的前提下能够液化,而且它们液化后也会具有必然的金属性。

  1823年,其时仍是戴维尝试室的帮手的迈克尔·法拉第实现了氯气的液化,并随后又实现了除氮、氢、氧外其他已知元素气体单质的液化。1869年,化学家托马斯·安德鲁斯正在对液体到气体的相变进行了必然的研究后,引入了临界点这一概念来描述系统同时具有液体取气体特征时的前提。随后,荷兰物理学家约翰内斯·范德瓦耳斯提出了范德瓦耳斯方程,为后来较高温度下的丈量成果预测系统临界行为供给理论根本。1898年,詹姆斯·杜瓦实现了氢气的液化。十年后,海克·卡末林·昂内斯实现了氦气的液化。

  临界现象是二十世纪六十年代的研究热点之一。这一研究标的目的次要是关于系统的相变以及可不雅测的临界行为。利奥·卡达诺夫、本杰明·维多姆及迈克尔·菲舍尔提出了临界指数及维多姆标度等方式。这些方式后来于1972年由肯尼斯·威耳逊以量子场论中沉正化群的形式进行了整合。

  )的绪论中,他提出:“液体动力学理论日后也将成长为固体动力学理论的推广取延长。现实上,更为准确的做法大概是将液体取固体统归为‘凝结态’。

  固相以及液相是人们最为熟悉的凝结相。除了这两种相之外,凝结相还包罗一些特定的物质正在低温前提下的超导相、晶体自旋相关的铁磁相及反铁磁相、超低温原子系统的玻色-爱因斯坦凝结相等等。对于凝结态的研究包罗通过尝试手段测定物质的各类性质,以及操纵理论方式成长数学模子以深切理解这些物质的物理行为。

  近期,物理学者发觉,正在某些凝结态物理学案例里,集体激发的物理行为貌似实空里的光子、电子、胶子夸克。这意味着这些根本粒子源自于同样的机制,即正在实空里的弦网凝结(string-net condensation)。从这机制发生的物理行为是一种出现现象。出现特征还可能发生正在材料界面,好比铝酸镧-钛酸锶界面,假设将铝酸镧取钛酸锶这两块非磁绝缘体毗连正在一路,则会令人茫然隐晦地呈现导电性、超导性及铁磁性。

  )。二十世纪六、七十年代的资金以及采纳的冷和政策促使相关范畴物理学家采取了“凝结态物理学”这一术语。他们认为这一术语相对于“固体物理学”而言更为凸起了固体、液体、等离子体以及其他复杂物质研究之间的共通性。这些研究取金属和半导体正在工业上的使用互相关注。贝尔尝试室是最早开展凝结态物理学研究项目标研究机构之一。

  1879年,约翰霍普金斯大学的埃德温·霍尔做尝试实现詹姆斯·麦克斯韦正在著做《电磁通论》里提出的阐述。霍尔发觉,当外垂曲于导体中的电流密度时,导体味发生一个同时垂曲于电流密度及外的电场,以抵消外对于导体内电荷载子的影响。这种源于导体中电荷载子的正负电性及其它性质的现象就是出名的霍尔效应。但这一效应正在其时并没有获得美满的注释,由于电子是正在18年后才被约瑟夫·汤姆孙正在尝试中发觉。虽然后来成长出的典范理论能够注释从尝试获得的关于碱金属取某些其它金属的霍尔系数,它不克不及注释电荷载子的正负电性。1929年,鲁道夫·佩尔斯对于正霍尔效应给出理论注释。正在正霍尔效应里,电流载子带有正价。佩尔斯暗示,这是由于正在能带边缘区域的电子,其物理行为貌似带有正价。隔年,列夫·朗道阐发了对于二维电子气体的影响。他建议,正在恒定平均中,电子会正在垂曲于的平面内做圆周活动,而且这种活动是简谐的;电子能量是量子化的,构成朗道能级。这阐述根本地注释了后来于1980年尝试发觉的量子霍尔效应。

  晶体学冶金学弹性力学以及磁学等等开初是各自的学科范畴。这些学科正在二十世纪四十年代被物理学家统合为固体物理学。时间进入二十世纪六十年代后,相关液体物质的研究也被纳入此中,构成凝结态物理学这一新学科。据物理学家菲利普·安德森所述,术语“凝结态物理学”是他和福尔克尔·海涅初创。1967年,他们把位于卡文迪许尝试室的研究组名称由“固体理论”改为“凝结态理论”。二人感觉本来的名称并没有涵盖液体及核物质等方面研究。可是,“凝结态”这一术语此前已正在欧洲学界呈现,只是由他们普及罢了。较为出名的例子是施普林格公司于1963年建立的期刊《凝结态物理学》(英语:

  因为另有大量的系统及现象亟待研究,凝结态物理学成为了目前物理学最为活跃的范畴之一。仅正在美国,该范畴的研究者就占到该国物理学者全体的近三分之一,凝结态物理学部也是美国物理学会最大的部分。此外,该范畴还取化学材料科学以及纳米手艺等学科范畴交叉,并取原子物理学以及生物物理学等物理学分支慎密相关。该范畴研究者正在理论研究中所采用的一些概念取方式也合用于粒子物理学核物理学等范畴。

  特地研究物质凝结相的物质。该范畴的研究者力求通过物理学定律来注释凝结相物质的行为。此中,量子力学电磁学以及统计力学的相关定律对于该范畴尤为主要。

  物质的金属态历来是固体性质研究的一个主要的构成部门。德鲁德模子是对于金属的第一个理论描述。这一模子认为:挪动于金属内部的电子,其物理行为就仿佛抱负气体。德鲁德模子能够注释维德曼–夫兰兹,即各类金属的热导率电导率的比率跟温度呈反比,可是,它对于金属比热给出言行一致的结论无释。这一典范模子后出处索末菲通过引入费米-狄拉克统计进行了改良,获得了半典范的电子模子。这一模子可以或许更精准地注释维德曼–夫兰兹,也可以或许粗略解答金属比热问题,可是它仍然无释为什么电子的假设可以或许合用于金属这一根本问题。另一方面,马克斯·冯·劳厄取保罗·克尼平等人早正在1912年就对金属的布局进行了研究。他们通过察看到晶体的X射线衍射图样总结出:金属的周期型布局来历于此中的原子形成的晶格。物理学家布洛赫将量子力学理论使用于金属,又将金属晶格近似为周期势场,从而得出了周期势场中薛定谔方程的解,即布洛赫波,是由取周期势场具有分歧周期的周期函数乘上电子的波函数后获得,这意味着电子能够地挪动于晶格。从这点上,他获得良多取尝试成果相合适的主要成果,因而奠基了金属的量子力学理论根本。

  理论凝结态物理学旨正在通过成立理论模子来使人们理解物质形态特征。这包罗成立固体的电子模子,例如德鲁德模子能带布局模子以及密度泛函理论。理论凝结态物理学研究者还成长了相变的理论模子,例如金兹堡-朗道方程、临界指数以及量子场论沉正化群的数学技巧的使用。现代的理论研究还包罗电子布局的数值计较以及利用数学理论来理解高温超导拓扑相以及规范对称性如许的现象。

  早正在公元4000年前的中国,物质的磁性就已为人们所熟知。然而,近代的磁学研究曲至十九世纪法拉第及麦克斯韦创立电动力学后才正式起步。相关的研究包罗基于物质磁化过程的分歧将它们区分为铁磁性物质、顺磁性物质或是抗磁性物质。皮埃尔·居里曾研究过取温度的关系,并发觉了铁磁性物质相变的居里点。1906年,皮埃尔·外斯引入了磁畴这一概念来注释铁磁性物质的次要特征。1925年,乔治·乌伦贝克取萨缪尔·高斯密特合做发觉了。同年,威廉·楞次取恩斯特·伊辛配合创立的伊辛模子是首个自微不雅层面描述物质磁性的数学模子。他们将磁性物质看做是由周期性自旋晶格构成的,而物质的磁性则是这些晶格全体的效应。通过伊辛模子,人们能够切确地得出自觉磁化正在一维晶格中并不会发生,而只能发生正在更高维的晶格中。后续更为深切的研究包罗布洛赫提出的自旋波以及易·奈尔反铁磁性所做的研究等等。这些研究催生了新的磁材料以及遭到普遍使用的磁储存设备。

  物质形态是指一种物质呈现分歧的相,简称为物态,物态变化称为相变。天然界的各类物质都是由大量微不雅粒子形成的,常见的物态有固态、液态、气态。这里拾掇了一些已知的物质形态分享取此。

  德鲁德的典范模子后来获得了沃尔夫冈·泡利阿诺·索末菲费利克斯·布洛赫等人的弥补批改。泡利起首认识到电子正在金属内部的行为必需恪守费米-狄拉克统计。基于这个思,他正在1926年成长出顺磁性理论。泡利了现代固体物理学的成长。同年,索末菲提出的考虑到电子恪守的费米-狄拉克统计的理论比力美满地处理了金属的热容问题。两年后,布洛赫操纵量子力学的道理取方式来描述正在周期性晶格中的电子的活动,申明持续能带的构成机制。1931年,亚兰·威尔逊颁发论文阐明半导体的物质:半导体是带隙较为狭小的绝缘体,被激发的电子能够从价带跳过带隙至导带进行导电。1933年,索末菲取汉斯·贝特对于金属量子力学理论给出权势巨子评论,细致阐述了整个那期间的成长。1947年,约翰·巴丁沃尔特·布拉顿威廉·肖克利制成了首个基于半导体晶体管。这项创造激发了电子工程学的一次。

  出现是理论凝结态物理学中一个主要的概念。它是指粒子正在生成复合体时物理行为所发生的猛烈变化。好比人们虽然对于单一电子及晶格的微不雅性质曾经有了充实的认识,但对由这些单一客体构成的高温超导体所显示出的一系列现象却并不克不及给出较好的注释。出现取还原是两种完全对立的概念。按照还原论,只需能找到从导的大天然定律,则可晓得的奥妙。

  2012年,一些研究者发觉六硼化钐可能是一种拓扑绝缘体。其所具有的一些性质取早前对于拓扑绝缘体的理论预言相吻合。此前人们曾经晓得六硼化钐是一种近藤绝缘体,即强相关电子材料。若是其内部存正在拓扑界面态的话,那么它就会是一种具有强电子相关性的拓扑绝缘体。

  根据量子场论中的戈德斯通,正在持续对称性破缺的系统中会存正在戈德斯通玻色子这种能量无限小的激发。例如,晶体中会存正在用来表述量子化晶格振动的声子。

  临界现象取相变是现代凝结态物理学的一个主要的研究课题。临界现象是物质正在临界点附近所展现出的出格现象。相变是指因为温度如许的外参数的变化导致物体的相发生的变化。量子相变是指正在绝对温度为零时,因为非温度外参数的变化而发生的相变。正在这里,系统的相是指其哈密顿量所容许的各个分歧基态。正正在发生持续相变的系统会呈现临界行为,导致相关长度相关时间、热容及磁化率等等性质会因而发散。正在平均场论中,持续相变能够利用金兹堡-朗道方程进行描述。然而一些主要的相变,好比莫特绝缘体超流体间的相变,并不恪守金兹堡-朗事理论。强相关系统的相变是目前的研究热点之一。

  凝结态物理学是从微不雅角度出发,研究由大量粒子(原子、、离子、电子)构成的凝结态的布局、动力学过程及其取宏不雅物质之间的联系的一门学科。凝结态物理是以固体物理为根本的外向延拓。凝结态物理的研究对象除晶体、非晶体准晶体等固相物质外还包罗从浓密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝结相,例如液氦、液晶、熔盐液态金属电解液、玻璃、凝胶等。颠末半个世纪的成长,目前已构成了比固体物理学更普遍更深切的理论系统。出格是八十年代以来,凝结态物理学取得了庞大进展,研究对象日益扩展,更为复杂。一方面保守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切,各分支之间的联系更趋亲近;另一方面许 多新的分支不竭出现,如强联系关系电子系统物理学、无序系统物理学、准晶物理学、介不雅物 理取团簇物理等。从而使凝结态物理学成为当前物理学中最主要的分支学科之一,处置凝结态研究的人数正在物理学家中首屈一指,每年颁发的论文数正在物理学的各个分支中居领先。凝结态物理学正处正在枝繁叶茂的畅旺期间。而且,因为凝结态物理的根本性研 究往往取现实的手艺使用有着慎密的联系,凝结态物理学的是一系列新手艺、新材料和新器件,正在当当代界的高新科技范畴起着环节性的不成替代的感化。二十世纪八十年代后凝结态物理学的研究、研究方式和手艺日益向相邻学科渗入、扩展,无力的推进了诸如化学、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的成长。液体和固体两种凝结态,其体积随压力和温度的变化均较小,即等温压缩率和体膨缩系数都较小,故正在凡是的物理化学计较中常忽略其体积随压力和温度的变化

  1911年,正在实现氦气液化三年后,其时正在莱顿大学工做的昂内斯发觉了汞超导性。他发觉正在温度低于某一特定值时,汞的电阻率变为零。这一现象令其时顶尖的理论物理学家感应,并正在随后的几十年中一曲是未解之谜。1922年,阿尔伯特·爱因斯坦如许评价其时对于超导的理论注释:“目前我们对于复合系统的量子力学的深远意义仍一窍不通。正在这些恍惚的概念的根本上,我们距离构制出(能描述超导现象的)理论的方针仍很遥远。”

  通过解析多系统统的波函数来计较金属的电子布局凡是是一件很是坚苦的工做,因而必需利用近似手艺来获得成心义的理论预测。卢埃林·托马斯取恩里科·费米正在二十世纪二十年代提出托马斯-费米模子,其通过将定域电子密度看做变分参量来估算系统的能量取电子密度。因为托马斯-费米模子并没有将“互换对称能量”取“电子-电子相关能量”纳入考量,它无法预测由取固体的不变存正在。二十世纪三十年代,道格拉斯·哈特里、弗拉基米尔·福克及约翰·斯莱特对托马斯-费米模子加以改良,提出了哈特里-福克方程,其出格考虑到电子波函数间的互换对称性。凡是而言,哈特里-福克方程很难利用,只要对于电子案例,能够获得完全解析解。正在1964年至1965年之间,沃尔特·科恩、皮埃尔·奥昂贝格和沈吕九提出了两篇关于密度泛函理论的开创性论文,对于金属的块体性质及界面性质给出较为精准的描述。密度泛函理论自二十世纪七十年代就已普遍地使用正在固体的能带布局计较。

  自从发觉超导现象后以来,物理学者不竭测验考试提拔其改变温度。1986年,卡尔·米勒取约翰内斯·贝德诺尔茨发觉了首个高温超导体,改变温度为35K温度。后来物理学家发觉它是强相关材料的一种。高温超导体的发觉惹起了物理学界对于强相关材料的乐趣。正在这种材猜中,电子间的彼此感化对于材料的特征有很大的影响。但目前,物理学家仍不克不及从理论上获得对于高温超导体性质完美的注释,而强相关材料也将正在一段期间里会是研究热点之一。

  声明:百科词条人人可编纂,词条建立和点窜均免费,毫不存正在及代办署理商付费代编,请勿上当。详情

  1980年,克劳斯·冯·克利青发觉量子霍尔效应,即正在低温下强中,二维电子气的霍尔电导是一个根本的整数倍。这根本称为电导量子,e/h;此中,e是根基电荷,h是普朗克。他还发觉这一现象取像杂质含量或界面性质等的系统犯警则之处无关,只取电导量子相关。翌年,罗伯特·劳夫林对于这不曾意料到的高细密度整数成果给出理论注释,虽然他并未明白指出,但这理论意味着霍尔电导能够用一个称为陈省身数的拓扑不变性来描述。1982年,霍斯特·施特默取崔琦发觉了分数量子霍尔效应,即霍尔电导是电导量子的有理数倍。分数量子霍尔效应取整数量子霍尔效应的物理机制分歧,后者能够忽略电子间的彼此感化,而前者必需假定电子间的彼此感化,需要用“多电子波函数”来注释。隔年,劳夫林操纵变分法得出劳夫林波函数,从而对于这一效应给出理论注释,而且申明这理论会导致带有分数电荷的准粒子。物理学者称这准粒子为复合费米子,而且阐明,电子的分数量子霍尔效应能够注释为复合费米子的整数霍尔效应。分数量子霍尔系统展现出的各类物理现象仍是目前的研究热点之一。

  “凝结态”这一术语正在更早的文献中即已呈现。例如,正在1947年出书的由雅科夫·弗伦克尔撰写的专著《液体动力学理论》(英语:

  保罗·德鲁德正在1900年提出了首个金属内电子活动的典范模子。德鲁德正在其模子中以金属中电子的行为雷同气体为起点描述了金属的一些性质。德鲁德模子也是首个可以或许注释像维德曼–夫兰兹如许的经验定律的微不雅模子。虽然德鲁德模子取得了必然的成功,但其仍不克不及注释一些主要问题,如电子对于金属热容的影响,金属的磁性质,以及低温前提下电阻率取温度的关系。

  凝结态,指的是由大量粒子构成,而且粒子间有很强彼此感化的系统。天然界中存正在着各类各样的凝结态物质。固态和液态是最常见的凝结态。低温下的超流态超导态玻色- 爱因斯坦凝结态,磁介质中的铁磁态,反铁磁态等,也都是凝结态。

  二十世纪三十年代,索末菲模子取铁磁性物质的自旋模子向物理学家展现了量子力学方式正在处理凝结态物题时的无效性。然而,那时还有一些尚未处理的问题,此中较为凸起的是物质超导性的描述取近藤效应第二次世界大和后,物理学家起头采用量子场论的一些方式来处理凝结态物题。此中较为出名的事例是准粒子这一概念的引入,及其对于固体内集体激发问题的处理。俄罗斯物理学家列夫·朗道也采用这一方决了低温前提下费米子间彼此感化的问题。他所引入的准粒子现正在被物理学家称做“朗道准粒子”。朗道还成长了持续相变的平均场论。这一理论以自觉对称性破缺来描述有序相,同时引入序参数这一概念来区分有序相。1965年,约翰·巴丁利昂·库珀取约翰·施里弗,基于两个自旋相反的电子相互之间因为声子前言而彼此吸引,因而构成“库珀对”这一现象,提出了BCS理论,最终从理论上注释了超导现象。

  由丹·谢赫特曼发觉的准晶体是晶体学的一项创造。1982年,谢赫特曼察看到一些金属合金呈现与众不同的衍射图谱。这些衍射图谱显示这些合金的布局是有序的,但却不具备平移对称性。正在准晶体被发觉后,国际晶体合会考虑到非周期性布局调整了对于晶体的定义。对于软物质的研究正在二十世纪下半叶也取得了一些严沉的进展。此中值得一提的是保罗·弗洛里皮埃尔-吉勒·德热纳等人对于像聚合物液晶如许的软物质的热力学均衡的研究。

  物质的一些特定形态会表示出对称性破缺,不恪守具有对称性的相关物理定律。例如晶体物质不具备持续平移对称性,铁磁性物质不具备扭转对称性,而处于基态的BCS超导体不具备U(1)扭转对称性。