凝聚态物理包括哪些研究方向?有哪些分类?

研究了凝聚态物质的原子间结构、电子态结构及相关物理性质。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、低温物理和超导、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、表面和界面物理、聚合物物理)、液体物理、微结构物理(包括介观物理和原子团簇)、缺陷和相变物理、纳米材料和准晶。汉语中的“衔接”一词是由双音节词“凝固”演变而来的。“凝”与东汉许慎《说文解字》中的“冰”相同,指水形成冰的过程。可见,我们的祖先最初对凝结的关注可能是从对水的观察开始的,尤其是对水由液态变成固态的现象。英语中的Condense来自法语,后者来自拉丁语,意思是密度变大,从气体或蒸汽变成液体。看来西方人对凝结现象的关注可能是从对气体的观察开始的,尤其是水蒸气从气体变成液体的现象。这是一个有趣的区别,大概与他们远古的自然生活环境和生活习惯有关。而东西方本义的结合,恰恰是当今凝聚态物理的主要研究对象——液体和固体。当然,在科学意义上,这两者并不是完全分开的。所以凝聚态物理也研究两者之间的状态。例如液晶。一般来说,液体和固体物质是非常复杂的系统,由数量级为1023的大量微观粒子组成。凝聚态物理是从微观角度研究由这些相互作用的多粒子系统组成的物质的结构、动力学过程及其与宏观物理性质的关系的一门学科。

众所周知,物质复杂多样的形态,基本上分为气体、液体、固体三大类。在这三种状态中,凝聚态物理占了两种,这就决定了这门学科的每一步都与我们人类的生活息息相关。从传统的金属和合金到新型的半导体和超导材料,从玻璃和陶瓷到各种聚合物和复合材料,从各种光学晶体到各种液晶材料等等。所有这些材料的声学、光学、电学、磁学和热学性质都是基于对凝聚态物理的研究。凝聚态物理的研究也直接为很多高科技本身提供了基础。如今,微电子学、激光技术、光电子学和光纤通信技术都与凝聚态物理的研究和发展密切相关。

而凝聚态物理把一切都看成一个原子,在量子力学的基础上研究各种凝聚态物质,这是一个非常有野心的举动。凝聚态物理的诞生只是最近几十年的事。如果你追溯它的起源。应该说是来自于对固态的结晶固体和液态的量子液体的研究。在对这两种特殊态的长期研究中,人们积累了一些经验,树立了一些信心,并逐渐将一些已有的方法推广到非晶态、液晶态乃至液态的研究中,从而大大拓宽了视野,逐渐形成了凝聚态物理。

今天,凝聚态物理的视野继续扩大。但作为两种凝聚态即结晶固体和量子液体的起源,在今天仍然是主要的研究对象,内容当然越来越丰富,考虑的问题也越来越深入。毕竟我们面对的是同一个自然,很多现象和规律是具有普遍性的。正是通过对一系列特殊状态的深入研究,人们才逐渐理解和掌握那些普遍规律。