Физика конденсированного состояния

редактировать
Раздел физики

Физика конденсированного состояния - это область физики, которая занимается макроскопические и микроскопические физические свойства материи, особенно твердой и жидкой фаз, которые возникают под действием электромагнитных сил между атомами. В более общем плане, этот предмет имеет дело с «конденсированными» фазами материи, системами очень многих составляющих с сильным взаимодействием между ними. Более экзотические конденсированные фазы включают в себя сверхпроводящую фазу, проявляемую некоторыми материалами при низкой температуре, ферромагнитные и антиферромагнитные фазы спинов . на кристаллических решетках атомов и конденсат Бозе – Эйнштейна, обнаруженный в ультрахолодных атомных системах. Физики конденсированного состояния стремятся понять поведение этих фаз с помощью экспериментов по измерению различных свойств материалов и применения физических законов из квантовой механики, электромагнетизма, статистическая механика и другие теории для разработки математических моделей.

Разнообразие систем и явлений, доступных для изучения, делает физику конденсированного состояния наиболее активной областью современной физики: треть всех американских физиков идентифицируют себя как физиков конденсированного состояния, и Отделение физики конденсированных сред - крупнейшее подразделение Американского физического общества. Эта область перекликается с химией, материаловедением, инженерией и нанотехнологиями и тесно связана с атомной физикой и биофизика. Теоретическая физика конденсированного состояния разделяет важные концепции и методы с физикой элементарных частиц и ядерной физикой.

Разнообразные темы в физике, такие как кристаллография, металлургия, эластичность, магнетизм и т. Д. Рассматривались как отдельные области до 1940-х годов, когда они были сгруппированы вместе как твердое состояние. физика. Примерно в 1960-х годах к этому списку было добавлено исследование физических свойств жидкостей, что стало основой для более обширной специальности физики конденсированного состояния. Bell Telephone Laboratories был одним из первых институтов, проводивших исследовательскую программу в области физики конденсированного состояния.

Содержание

  • 1 Этимология
  • 2 История физики конденсированного состояния
    • 2.1 Классическая физика
    • 2.2 Появление квантовой механики
    • 2.3 Современная физика многих тел
  • 3 Теоретическая
    • 3.1 Появление
    • 3.2 Электронная теория твердого тела
    • 3.3 Нарушение симметрии
    • 3.4 Фазовый переход
  • 4 Экспериментальная часть
    • 4.1 Рассеяние
    • 4.2 Внешние магнитные поля
    • 4.3 Ядерная спектроскопия
    • 4.4 Холодные атомные газы
  • 5 Приложения
  • 6 См. Также
  • 7 Примечания
  • 8 Ссылки
  • 9 Дополнительная литература
  • 10 Внешние ссылки

Этимология

По словам физика Филипа Уоррена Андерсона, термин «конденсированное вещество» был придуман для обозначения области исследования им и Фолькером Хайне, когда они изменили название своей группы в Кавендишских лабораториях, Кембридж с теории твердого тела на теорию конденсированной материи Однако в 1967 году они считали, что это лучше включать их интерес к жидкостям, ядерной материи и так далее. Хотя Андерсон и Гейне помогли популяризировать название «конденсированная материя», оно использовалось в Европе в течение нескольких лет, наиболее заметно в журнале Springer-Verlag Physics of Condensed Matter, выпущенном в 1963 году. Название «сжатое» физика материи "подчеркивала общность научных проблем, с которыми сталкиваются физики, работающие с твердыми телами, жидкостями, плазмой и другими сложными веществами, тогда как" физика твердого тела "часто ассоциировалась с ограниченным промышленным применением металлов и полупроводников. В 1960-х и 1970-х годах некоторые физики считали, что более полное название лучше подходит для условий финансирования и холодной войны политики того времени.

Ссылки на «сжатые» состояния можно проследить в более ранних источниках. Например, во введении к своей книге 1947 года «Кинетическая теория жидкостей» Яков Френкель предложил, что «кинетическая теория жидкостей должна соответственно развиваться как обобщение и расширение кинетической теории твердых тел. собственно говоря, правильнее было бы объединить их под названием «конденсированные тела» ».

История физики конденсированного состояния

Классическая физика

Хайке Камерлинг-Оннес и Йоханнес ван дер Ваальс с гелиевым ожижителем в Лейден в 1908 году

Одно из первых исследований конденсированных состояний материи было проведено английским химиком Хэмфри Дэви в первые десятилетия девятнадцатого века. Дэви заметил, что из сорока химических элементов, известных в то время, двадцать шесть имели металлические свойства, такие как блеск, пластичность и высокая электрическая и теплопроводность. Это указывало на то, что атомы в атомной теории Джона Далтона не были неделимы, как утверждал Дальтон, но имели внутреннюю структуру. Дэви далее утверждал, что элементы, которые тогда считались газами, такие как азот и водород, могут быть сжижены при правильных условиях и затем будут вести себя как металлы.

В 1823 году Майкл Фарадей, тогда помощник в лаборатории Дэви, успешно сжижил хлор и продолжил сжижать все известные газообразные элементы, кроме азота, водорода и кислорода. Вскоре после этого, в 1869 году, ирландский химик Томас Эндрюс изучил фазовый переход из жидкости в газ и ввел термин критическая точка чтобы описать состояние, при котором газ и жидкость были неразличимы как фазы, и голландский физик Йоханнес ван дер Ваальс предоставил теоретическую основу, которая позволила предсказывать критическое поведение на основе измерений в значительной степени более высокие температуры. К 1908 году Джеймс Дьюар и Хайке Камерлинг-Оннес успешно сжижали водород, а затем недавно открыли гелий соответственно.

Пол Друде в В 1900 году была предложена первая теоретическая модель для классического электрона, движущегося через металлическое твердое тело. Модель Друде описывала свойства металлов в терминах газа свободных электронов и была первой микроскопической моделью, объясняющей эмпирические наблюдения, такие как закон Видемана – Франца. Однако, несмотря на успех модели свободных электронов Друде, у нее была одна заметная проблема: она не могла правильно объяснить электронный вклад в теплоемкость и магнитные свойства металлов, а также температурную зависимость удельного сопротивления при низких температурах.

В 1911 году, через три года после первого ожижения гелия, Оннес, работавший в Лейденском университете, обнаружил сверхпроводимость в ртути, когда он наблюдали, что удельное электрическое сопротивление ртути исчезает при температурах ниже определенного значения. Это явление полностью удивило лучших физиков-теоретиков того времени и оставалось необъяснимым в течение нескольких десятилетий. Альберт Эйнштейн в 1922 году сказал относительно современных теорий сверхпроводимости, что «с нашим далеко идущим незнанием квантовой механики. Мы очень далеки от того, чтобы составить теорию из этих расплывчатых идей ».

Появление квантовой механики

Классическая модель Друде была дополнена Вольфгангом Паули, Арнольд Зоммерфельд, Феликс Блох и другие физики. Паули понял, что свободные электроны в металле должны подчиняться статистике Ферми-Дирака. Используя эту идею, он разработал теорию парамагнетизма в 1926 году. Вскоре после этого Зоммерфельд включил статистику Ферми-Дирака в модель свободных электронов и улучшил объяснение теплоемкости. Два года спустя Блох использовал квантовую механику для описания движения электрона в периодической решетке. Математика кристаллических структур, разработанная Огюстом Браве, Евграфом Федоровым и другими, использовалась для классификации кристаллов по их группе симметрии, а таблицы кристаллических структур были основой для серии International Tables of Crystallography, впервые опубликованной в 1935 году. Расчет ленточной структуры впервые был использован в 1930 году для прогнозирования свойств новых материалов, а в 1947 году Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли разработали первый полупроводниковый -содержащий транзистор, ознаменовав революцию в электронике.

Копия первого точечный транзистор в лабораториях Белла

В 1879 году Эдвин Герберт Холл, работавший в Университете Джона Хопкинса, обнаружил напряжение, возникающее в проводниках поперек электрический ток в проводнике и магнитное поле, перпендикулярное току. Это явление, возникающее из-за природы носителей заряда в проводнике, было названо эффектом Холла, но в то время оно не было должным образом объяснено, поскольку электрон был экспериментально обнаружен только 18 лет спустя. После появления квантовой механики Лев Ландау в 1930 году разработал теорию квантования Ландау и заложил основу для теоретического объяснения квантового эффекта Холла, открытая половина столетие спустя.

Магнетизм как свойство материи известен в Китае с 4000 г. до н.э. Однако первые современные исследования магнетизма начались только с разработкой электродинамики Фарадеем, Максвеллом и другими в девятнадцатом веке, которые включали классификацию материалов как ферромагнитные, парамагнитный и диамагнитный на основе их реакции на намагничивание. Пьер Кюри изучил зависимость намагниченности от температуры и обнаружил фазу точки Кюри переход в ферромагнитных материалах. В 1906 году Пьер Вайс ввел понятие магнитных доменов для объяснения основных свойств ферромагнетиков. Первая попытка микроскопического описания магнетизма была предпринята Вильгельмом Ленцем и Эрнстом Изингом в рамках модели Изинга, описывающей магнитные материалы как состоящие из периодической решетки вращает, совокупно приобретая намагниченность. Модель Изинга была решена точно, чтобы показать, что спонтанная намагниченность не может происходить в одном измерении, но возможна в решетках более высоких измерений. Дальнейшие исследования, такие как Блох по спиновым волнам и Неелем по антиферромагнетизму, привели к разработке новых магнитных материалов с приложениями к магнитным запоминающим устройствам.

Современная физика многих тел

A magnet levitating over a superconducting material. A магнит левитирует над высокотемпературным сверхпроводником. Сегодня некоторые физики работают над пониманием высокотемпературной сверхпроводимости, используя соответствие AdS / CFT.

Модель Зоммерфельда и спиновые модели ферромагнетизма продемонстрировали успешное применение квантовой механики к проблемам конденсированного состояния в 1930-х годах. Однако оставалось несколько нерешенных проблем, в первую очередь описание сверхпроводимости и эффекта Кондо. После Второй мировой войны некоторые идеи квантовой теории поля были применены к проблемам конденсированного состояния. Сюда входило признание мод коллективного возбуждения твердых тел и важного понятия квазичастицы. Русский физик Лев Ландау использовал эту идею для теории ферми-жидкости, в которой низкоэнергетические свойства взаимодействующих фермионных систем были даны в терминах того, что сейчас называется квазичастицами Ландау. Ландау также разработал теорию среднего поля для непрерывных фазовых переходов, в которой упорядоченные фазы описываются как спонтанное нарушение симметрии. Теория также ввела понятие параметра порядка для различения упорядоченных фаз. В конце концов, в 1956 году Джон Бардин, Леон Купер и Джон Шриффер разработали так называемую теорию БКШ сверхпроводимости, основанную на открытии. что сколь угодно малое притяжение между двумя электронами с противоположным спином, опосредованное фононами в решетке, может вызвать связанное состояние, называемое куперовской парой.

квантовый эффект Холла : компоненты холловского сопротивления как функция внешнего магнитного поля

Изучение фазовых переходов и критического поведения наблюдаемых, названное критическими явлениями, было основным направлением интересов в 1960-х. Лео Каданов, Бенджамин Видом и Майкл Фишер разработали идеи критических показателей и масштабирования ширины. Эти идеи были объединены Кеннетом Г. Уилсоном в 1972 году в рамках формализма ренормгруппы в контексте квантовой теории поля.

квант Эффект Холла был открыт Клаусом фон Клитцингом, Дордой и Пеппером в 1980 году, когда они обнаружили, что проводимость Холла является целым числом, кратным фундаментальной постоянной e 2 / h {\ displaystyle e ^ { 2} / h}e^{2}/h. (См. Рисунок) Эффект не зависел от таких параметров, как размер системы и примеси. В 1981 году теоретик Роберт Лафлин предложил теорию, объясняющую непредвиденную точность интегрального плато. Это также подразумевает, что проводимость Холла может быть охарактеризована в терминах топологической неизменной, называемой числом Черна, которое было сформулировано Таулессом и сотрудниками. Вскоре после этого, в 1982 году, Хорст Стёрмер и Дэниел Цуй наблюдали дробный квантовый эффект Холла, где проводимость теперь была рациональным кратным константе. Лафлин в 1983 году понял, что это является следствием взаимодействия квазичастиц в холловских состояниях, и сформулировал решение вариационного метода, названное волновой функцией Лафлина. Изучение топологических свойств дробного эффекта Холла остается активной областью исследований. Десятилетиями позже теория топологических полос, выдвинутая Дэвидом Дж. Таулесом и сотрудниками, была дополнительно расширена, что привело к открытию топологических изоляторов.

. В 1986 году Карл Мюллер и Йоханнес Беднорц открыл первый высокотемпературный сверхпроводник, материал, который был сверхпроводником при температурах до 50 кельвинов. Стало понятно, что высокотемпературные сверхпроводники являются примерами сильно коррелированных материалов, в которых электрон-электронное взаимодействие играет важную роль. Удовлетворительное теоретическое описание высокотемпературных сверхпроводников до сих пор не известно, и область сильно коррелированных материалов продолжает оставаться активной темой исследований.

В 2009 году Дэвид Филд и исследователи из Орхусского университета обнаружили спонтанные электрические поля при создании различных газов. В последнее время эта область расширилась, чтобы сформировать область исследований спонтанной электроники.

. В 2012 году несколько групп выпустили препринты, в которых предполагается, что гексаборид самария обладает свойствами топологического изолятора соответственно. с более ранними теоретическими предсказаниями. Поскольку гексаборид самария является устоявшимся изолятором Кондо, то есть сильно коррелированным электронным материалом, ожидается, что существование топологического состояния поверхности Дирака в этом материале приведет к топологическому изолятору с сильными электронными корреляциями.

Теоретический

Теоретическая физика конденсированного состояния включает использование теоретических моделей для понимания свойств состояний материи. К ним относятся модели для изучения электронных свойств твердых тел, такие как модель Друде, зонная структура и теория функционала плотности. Также были разработаны теоретические модели для изучения физики фазовых переходов, такие как теория Гинзбурга – Ландау, критические показатели и использование математических методов квантовая теория поля и ренормгруппа. Современные теоретические исследования включают использование численных вычислений электронной структуры и математических инструментов для понимания таких явлений, как высокотемпературная сверхпроводимость, топологические фазы и калибровочные симметрии.

Появление

Теоретическое понимание физики конденсированного состояния тесно связано с понятием возникновения, в котором сложные сборки частиц ведут себя совершенно иначе, чем их отдельные составляющие. Например, плохо изучен ряд явлений, связанных с высокотемпературной сверхпроводимостью, хотя микроскопическая физика отдельных электронов и решеток хорошо известна. Аналогичным образом были изучены модели систем конденсированного состояния, в которых коллективные возбуждения ведут себя как фотоны и электроны, тем самым описывая электромагнетизм как возникающее явление.. Возникающие свойства также могут возникать на границе раздела между материалами: одним из примеров является граница раздела алюминат лантана-титанат стронция, где два немагнитных изолятора соединяются для создания проводимости, сверхпроводимости и ферромагнетизм.

Электронная теория твердых тел

Металлическое состояние исторически было важным строительным блоком для изучения свойств твердых тел. Первое теоретическое описание металлов было дано Полем Друде в 1900 году с помощью модели Друде, которая объясняла электрические и термические свойства, описывая металл как идеальный газ недавно открытых электронов. Он смог вывести эмпирический закон Видемана-Франца и получить результаты, полностью согласующиеся с экспериментами. Эта классическая модель была затем усовершенствована Арнольдом Зоммерфельдом, который включил статистику Ферми – Дирака электронов и смог объяснить аномальное поведение теплоемкости металлов. в законе Видемана – Франца. В 1912 году Макс фон Лауэ и Пол Книппинг изучали структуру кристаллических твердых тел, когда они наблюдали рентгенограмму кристаллов и пришли к выводу, что кристаллы получают свою структуру из периодические решетки атомов. В 1928 году швейцарский физик Феликс Блох представил решение волновой функции для уравнения Шредингера с периодическим потенциалом, известное как теорема Блоха.

Расчет Электронные свойства металлов путем решения волновой функции многих тел часто сложно вычислить, и, следовательно, для получения значимых предсказаний необходимы методы приближения. Теория Томаса – Ферми, разработанная в 1920-х годах, использовалась для оценки энергии и электронной плотности системы, рассматривая локальную электронную плотность как вариационный параметр. Позднее, в 1930-х годах, Дуглас Хартри, Владимир Фок и Джон Слейтер разработали так называемую волновую функцию Хартри-Фока как усовершенствование по сравнению с модель Томаса – Ферми. Метод Хартри – Фока учитывает обменную статистику волновых функций одночастичного электрона. В общем, решить уравнение Хартри – Фока очень сложно. Только случай свободного электронного газа может быть решен точно. Наконец, в 1964–65 гг. Уолтер Кон, Пьер Хоэнберг и Лу Джеу Шам предложили теорию функционала плотности, которая дала реалистичные описания объемных и поверхностные свойства металлов. Теория функционала плотности (DFT) широко используется с 1970-х годов для расчетов зонной структуры различных твердых тел.

Нарушение симметрии

Некоторые состояния вещества демонстрируют нарушение симметрии, где соответствующие законы физика обладает некоторой формой симметрии, которая нарушена. Типичный пример - кристаллические твердые тела, которые нарушают непрерывную трансляционную симметрию. Другие примеры включают намагниченные ферромагнетики, которые нарушают вращательную симметрию, и более экзотические состояния, такие как основное состояние сверхпроводника BCS , которое нарушает U (1) фазовую вращательную симметрию.

Теорема Голдстоуна в квантовой теории поля утверждает, что в системе с нарушенной непрерывной симметрией могут существовать возбуждения с произвольно низкой энергия, называемая голдстоуновскими бозонами. Например, в кристаллических твердых телах они соответствуют фононам, которые представляют собой квантованные версии колебаний решетки.

Фазовый переход

Фазовый переход относится к изменению фазы системы, что вызвано изменением внешнего параметра, такого как температура. Классический фазовый переход происходит при конечной температуре, когда порядок системы был нарушен. Например, когда лед тает и превращается в воду, упорядоченная кристаллическая структура разрушается.

В квантовых фазовых переходах температура устанавливается на абсолютный ноль, а параметр нетеплового контроля, такой как давление или магнитное поле, вызывает фазовые переходы когда порядок нарушается квантовыми флуктуациями, происходящими из принципа неопределенности Гейзенберга. Здесь различные квантовые фазы системы относятся к различным основным состояниям матрицы гамильтониана. Понимание поведения квантового фазового перехода важно в сложных задачах объяснения свойств редкоземельных магнитных изоляторов, высокотемпературных сверхпроводников и других веществ.

Происходит два класса фазовых переходов: переходы первого рода. переходы второго рода или непрерывные. Для последнего две вовлеченные фазы не сосуществуют при температуре перехода, также называемой критической точкой. Вблизи критической точки системы претерпевают критическое поведение, при котором некоторые из их свойств, такие как корреляционная длина, удельная теплоемкость и магнитная восприимчивость, расходятся по экспоненте. Эти критические явления представляют собой серьезные проблемы для физиков, потому что обычные макроскопические законы больше не действуют в данном регионе, и необходимо изобретать новые идеи и методы, чтобы найти новые законы, которые могут описать систему.

Простейшей теорией, которая может описывать непрерывные фазовые переходы, является теория Гинзбурга – Ландау, которая работает в так называемом приближении среднего поля. Однако он может лишь приблизительно объяснить непрерывный фазовый переход для сегнетоэлектриков и сверхпроводников типа I, который включает дальнодействующие микроскопические взаимодействия. Для других типов систем, которые включают короткодействующие взаимодействия вблизи критической точки, необходима лучшая теория.

Вблизи критической точки флуктуации происходят в широком диапазоне масштабов, в то время как особенностью всей системы является масштаб инвариантный. Методы ренормализационной группы последовательно усредняют кратчайшие колебания длины волны поэтапно, сохраняя их эффекты на следующем этапе. Таким образом, можно систематически исследовать изменения физической системы, рассматриваемые в различных масштабах. Эти методы вместе с мощным компьютерным моделированием в значительной степени способствуют объяснению критических явлений, связанных с непрерывным фазовым переходом.

Экспериментальная часть

Экспериментальная физика конденсированного состояния включает использование экспериментальных зондов, чтобы попытаться открывать новые свойства материалов. Такие датчики включают в себя воздействие электрического и магнитного полей, измерение функций отклика, транспортных свойств и термометрии. Обычно используемые экспериментальные методы включают спектроскопию с такими зондами, как рентгеновские лучи, инфракрасный свет и неупругое рассеяние нейтронов ; изучение теплового отклика, такого как удельная теплоемкость, и измерение переноса посредством термической и тепловой проводимости.

Изображение дифракционной рентгенограммы от кристалла белка.

Рассеяние

Некоторые эксперименты с конденсированным веществом включают рассеяние экспериментального зонда, такого как рентгеновские лучи, оптические фотоны, нейтроны и т. Д. по составляющим материалам. Выбор зонда рассеяния зависит от интересующего масштаба энергии наблюдения. Видимый свет имеет энергию в масштабе 1 электронвольт (эВ) и используется в качестве датчика рассеяния для измерения изменений свойств материала, таких как диэлектрическая постоянная и показатель преломления. Рентгеновские лучи имеют энергию порядка 10 кэВ и, следовательно, могут исследовать масштабы атомных длин и используются для измерения изменений плотности заряда электронов.

Нейтроны также могут исследовать атомную длину масштабируются и используются для изучения рассеяния на ядрах и электронных спинах и намагниченности (поскольку нейтроны имеют спин, но не имеют заряда). Измерения кулоновского и моттовского рассеяния могут быть выполнены с использованием электронных пучков в качестве датчиков рассеяния. Аналогичным образом, аннигиляция позитрона может использоваться как косвенное измерение локальной электронной плотности. Лазерная спектроскопия - отличный инструмент для изучения микроскопических свойств среды, например, для изучения запрещенные переходы в средах с нелинейно-оптической спектроскопией.

Внешние магнитные поля

В экспериментальной физике конденсированного состояния внешние магнитные поля действуют как термодинамические переменные, которые контролируют состояние, фазовые переходы и свойства материальных систем. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) - это метод, с помощью которого внешние магнитные поля используются для поиска резонансных мод отдельных электронов, что дает информацию о атомная, молекулярная и связная структура их окрестностей. ЯМР-эксперименты можно проводить в магнитных полях с напряженностью до 60 Тесла. Более сильные магнитные поля могут улучшить качество данных измерений ЯМР. Квантовые колебания - это еще один экспериментальный метод, в котором сильные магнитные поля используются для изучения свойств материала, таких как геометрия поверхности Ферми. Сильные магнитные поля будут полезны при экспериментальной проверке различных теоретических предсказаний, таких как квантованный магнитоэлектрический эффект, магнитный монополь изображения и полуцелый квантовый эффект Холла.

Ядерная спектроскопия

Локальная структура, структура ближайших соседних атомов, конденсированного вещества может быть исследована методами ядерной спектроскопии, которые очень чувствительны к небольшие изменения. Используя специфические и радиоактивные ядра, ядро ​​становится зондом, который взаимодействует с окружающими его электрическими и магнитными полями (сверхтонкие взаимодействия ). Методы подходят для изучения дефектов, диффузии, фазового перехода, магнетизма. Общие методы, например, ЯМР, мессбауэровская спектроскопия или возмущенная угловая корреляция (PAC). В частности, PAC идеально подходит для исследования фазовых превращений при экстремальных температурах выше 2000 ° C из-за отсутствия температурной зависимости метода.

Холодные атомарные газы

Первый конденсат Бозе – Эйнштейна, наблюдаемый в газе из ультрахолодных атомов рубидия. Синие и белые области представляют более высокую плотность.

Захват ультрахолодных атомов в оптических решетках является экспериментальным инструментом, обычно используемым в физике конденсированных сред, а также в атомной, молекулярной и оптической физике. Метод включает использование оптических лазеров для формирования интерференционной картины, которая действует как решетка, в которую ионы или атомы могут быть помещены при очень низких температурах. Холодные атомы в оптических решетках используются как квантовые симуляторы, то есть они действуют как управляемые системы, которые могут моделировать поведение более сложных систем, таких как фрустрированные магниты. В частности, они используются для проектирования одно-, двух- и трехмерных решеток для модели Хаббарда с заранее заданными параметрами, а также для изучения фазовых переходов для антиферромагнетика и спиновая жидкость упорядочение.

В 1995 году газ из атомов рубидия, охлажденный до температуры 170 нК, был использован для экспериментальной реализации Конденсат Бозе-Эйнштейна, новое состояние вещества, первоначально предсказанное С. Н. Бозе и Альберт Эйнштейн, где большое количество атомов занимает одно квантовое состояние.

Приложения

Компьютерное моделирование наночастиц, состоящих из молекул фуллерена. Есть надежда, что достижения в области нанонауки приведут к созданию машин, работающих в молекулярном масштабе.

Исследования в области физики конденсированных сред привели к появлению нескольких приложений, таких как разработка полупроводникового транзистора., лазерная технология и несколько явлений, изученных в контексте нанотехнологии. Такие методы, как сканирующая туннельная микроскопия, могут использоваться для управления процессами в масштабе нанометров, и они послужили поводом для изучения нанотехнологий.

In квантовые вычисления, информация представлена ​​квантовыми битами или кубитами. Кубиты могут декогерировать быстро, прежде чем полезные вычисления будут завершены. Эта серьезная проблема должна быть решена до того, как можно будет реализовать квантовые вычисления. Для решения этой проблемы в физике конденсированного состояния предлагается несколько многообещающих подходов, в том числе джозефсоновские переходы кубиты, спинтронные кубиты, использующие спин ориентации магнитных материалов, или топологические неабелевы анионы из состояний дробного квантового эффекта Холла.

Физика конденсированного состояния также имеет важные применения для биофизики, например, экспериментальный метод магнитно-резонансной томографии, который широко используется в медицинской диагностике.

См. также

Примечания

Ссылки

Дополнительная литература

  • Anderson, Philip W.. (2018-03-09). Basic Notions Of Condensed Matter Physics. CRC Press. ISBN 978-0-429-97374-1.
  • Girvin, Steven M.; Yang, Kun (2019-02-28). Modern Condensed Matter Physics. Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-57347-4.
  • Coleman, Piers (2015). "Introduction to Many-Body Physics". Кембриджское ядро. Retrieved 2020-04-18.
  • P. M. Chaikin and T. C. Lubensky (2000). Principles of Condensed Matter Physics, Cambridge University Press; 1st edition, ISBN 0-521-79450-1
  • Mudry, Christopher (2014). Lecture Notes on Field Theory in Condensed Matter Physics. World Scientific. Bibcode :2014lnft.book.....M. doi :10.1142/8697. ISBN 978-981-4449-10-6.
  • Khan, Abdul Qadeer (21 November 1998). "Dimensional Anistrophy in Condensed Matter Physics" (PDF). Seven National Symposium on Frontiers in Physics. 7. 7(7). Retrieved 21 October 2012.
  • Alexander Altland and Ben Simons (2006). Condensed Matter Field Theory, Cambridge University Press, ISBN 0-521-84508-4.
  • Michael P. Marder (2010). Condensed Matter Physics, second edition, John Wiley and Sons, ISBN 0-470-61798-5.
  • Lillian Hoddeson, Ernest Braun, Jürgen Teichmann and Spencer Weart, eds. (1992). Out of the Crystal Maze: Chapters from the History of Solid State Physics, Oxford University Press, ISBN 0-19-505329-X.

External links

  • Media related to Condensed matter physics at Wikimedia Commons

Последняя правка сделана 2021-05-15 09:02:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте