Fyzika kondenzovaných látek - Condensed matter physics
| Fyzika kondenzovaných látek |
|---|
 |
| Fáze · Fázový přechod · QCP |
Fyzika kondenzovaných látek je obor fyziky, který se zabývá makroskopickými a mikroskopickými fyzikálními vlastnostmi hmoty , zejména pevné a kapalné fáze, které vznikají z elektromagnetických sil mezi atomy . Obecněji se předmět zabývá „zhuštěnými“ fázemi hmoty: systémy mnoha složek se silnými interakcemi mezi nimi. Exotičtější kondenzované fáze zahrnují supravodivou fázi vykazovanou určitými materiály při nízké teplotě , feromagnetické a antiferomagnetické fáze spinu na krystalových mřížkách atomů a Bose -Einsteinův kondenzát nacházející se v ultra studených atomových systémech. Kondenzovaných látek fyzikové snaží porozumět chování těchto fází Pokusy měřit různé materiálové vlastnosti, a za použití fyzikálních zákonů z kvantové mechaniky , elektromagnetismu , statistické mechaniky a dalších teorií vyvinout matematické modely.
Rozmanitost systémů a jevů dostupných pro studium činí fyziku kondenzovaných látek nejaktivnějším oborem současné fyziky: jedna třetina všech amerických fyziků se identifikuje jako fyziky kondenzované hmoty a Divize fyziky kondenzovaných látek je největší divizí americké fyzikální fyziky. Společnost . Obor se překrývá s chemií , materiálovou vědou , inženýrstvím a nanotechnologiemi a úzce souvisí s atomovou fyzikou a biofyzikou . Teoretická fyzika kondenzovaných látek podílů Důležité pojmy a metody s tím částicové fyziky a jaderné fyziky .
Různá témata ve fyzice, jako je krystalografie , metalurgie , pružnost , magnetismus atd., Byla považována za odlišné oblasti až do čtyřicátých let minulého století, kdy byly seskupeny jako fyzika pevných látek . Kolem šedesátých let byla na tento seznam přidána studie fyzikálních vlastností kapalin , která tvoří základ pro komplexnější specializaci fyziky kondenzovaných látek. Bell Laboratories Telefon byl jedním z prvních ústavů provádět výzkumný program v oblasti fyziky kondenzovaných látek.
Etymologie
Podle fyzika Philipa Warrena Andersona použití výrazu „kondenzovaná hmota“ k označení studijního oboru vymysleli on a Volker Heine , když změnili název své skupiny v Cavendish Laboratories , Cambridge z teorie pevných látek na teorii z Condensed Matter v roce 1967, protože cítili, že to lépe zahrnuje jejich zájem o kapaliny, jadernou hmotu atd. Ačkoli Anderson a Heine pomohli popularizovat název „kondenzovaná hmota“, v Evropě se používal již několik let, nejvýrazněji v časopise Springer-Verlag Physics of Condensed Matter , vydaném v roce 1963. Název „fyzika kondenzované hmoty“ zdůrazňoval shodnost vědeckých problémů, s nimiž se setkávají fyzici pracující na pevných látkách, kapalinách, plazmatu a dalších složitých hmotách, zatímco „fyzika pevných látek“ byla často spojována s omezenými průmyslovými aplikacemi kovů a polovodičů. V šedesátých a sedmdesátých letech někteří fyzici cítili, že komplexnější název lépe odpovídá prostředí financování a tehdejší politice studené války .
Odkazy na „zhuštěné“ stavy lze vysledovat do dřívějších zdrojů. Například v úvodu k jeho 1947 knize kinetické teorie kapalin , Yakov Frenkel navrhla, aby „Kinetická teorie kapalin, musí být odpovídajícím způsobem vyvinut jako zobecnění a rozšíření kinetické teorii pevných těles. Jako ve skutečnosti, že by bylo je správnější je sjednotit pod názvem „zhuštěná těla“ “.
Historie fyziky kondenzovaných látek
Klasická fyzika
Jednou z prvních studií kondenzovaných stavů hmoty byl anglický chemik Humphry Davy v prvních desetiletích devatenáctého století. Davy pozoroval, že ze čtyřiceti v té době známých chemických prvků mělo dvacet šest kovových vlastností, jako je lesk , tažnost a vysoká elektrická a tepelná vodivost. To ukazuje, že tyto atomy v John Dalton je atomová teorie nebyly nedělitelné jako Dalton tvrdil, ale měl vnitřní strukturu. Davy dále tvrdil, že prvky, o nichž se tehdy věřilo, že jsou plyny, jako je dusík a vodík, lze za správných podmínek zkapalnit a pak by se chovaly jako kovy.
V roce 1823 Michael Faraday , tehdejší asistent Davyho laboratoře, úspěšně zkapalnil chlor a pokračoval ve zkapalňování všech známých plynných prvků, kromě dusíku, vodíku a kyslíku . Krátce poté, v roce 1869, irský chemik Thomas Andrews studoval fázový přechod z kapaliny na plyn a vytvořil termín kritický bod k popisu stavu, kdy plyn a kapalina byly nerozeznatelné jako fáze, a holandský fyzik Johannes van der Waals dodal teoretický rámec, který umožňoval predikci kritického chování na základě měření při mnohem vyšších teplotách. V roce 1908 byli James Dewar a Heike Kamerlingh Onnes úspěšně schopni zkapalnit vodík a poté nově objevené helium .
Paul Drude v roce 1900 navrhl první teoretický model pro klasický elektron pohybující se kovovou pevnou látkou. Drudeův model popsal vlastnosti kovů ve smyslu plynu volných elektronů a byl prvním mikroskopickým modelem, který vysvětlil empirická pozorování, jako je Wiedemann -Franzův zákon . Navzdory úspěchu Drudeova modelu volných elektronů měl jeden pozoruhodný problém: nebyl schopen správně vysvětlit elektronický příspěvek ke specifickým tepelným a magnetickým vlastnostem kovů a teplotní závislosti rezistivity při nízkých teplotách.
V roce 1911, tři roky poté, co bylo helium poprvé zkapalněno, objevil Onnes pracující na univerzitě v Leidenu supravodivost ve rtuti , když pozoroval, jak elektrický odpor rtuti mizí při teplotách pod určitou hodnotou. Tento jev zcela překvapil nejlepší tehdejší teoretické fyziky a zůstal několik desítek let nevysvětlen. Albert Einstein , v roce 1922, o současných teoriích supravodivosti řekl, že „s naší dalekosáhlou neznalostí kvantové mechaniky kompozitních systémů jsme velmi daleko od toho, abychom byli schopni sestavit teorii z těchto vágních představ“.
Příchod kvantové mechaniky
Klasický Drudeův model rozšířili Wolfgang Pauli , Arnold Sommerfeld , Felix Bloch a další fyzici. Pauli si uvědomil, že volné elektrony v kovu se musí řídit statistikami Fermi -Diraca . Pomocí této myšlenky rozvinul teorii paramagnetismu v roce 1926. Krátce poté Sommerfeld začlenil statistiku Fermiho -Diraca do modelu volných elektronů a umožnil lépe vysvětlit tepelnou kapacitu. O dva roky později Bloch použil kvantovou mechaniku k popisu pohybu elektronu v periodické mřížce. Matematika krystalových struktur vyvinutá Auguste Bravaisem , Yevgrafem Fjodorovem a dalšími byla použita ke klasifikaci krystalů podle jejich skupiny symetrie a tabulky krystalových struktur byly základem série International Tables of Crystallography , poprvé publikované v roce 1935. Výpočty struktury pásma byly první používá se v roce 1930 k předpovídání vlastností nových materiálů a v roce 1947 John Bardeen , Walter Brattain a William Shockley vyvinuli první tranzistor na bázi polovodičů , který předznamenal revoluci v elektronice.
V roce 1879 Edwin Herbert Hall pracující na Univerzitě Johna Hopkinse objevil napětí vyvinuté napříč vodiči napříč k elektrickému proudu ve vodiči a magnetickému poli kolmému na proud. Tento jev vznikající v důsledku povahy nosičů náboje ve vodiči začal být nazýván Hallovým efektem , ale v té době nebyl řádně vysvětlen, protože elektron nebyl experimentálně objeven až o 18 let později. Po příchodu kvantové mechaniky vyvinul Lev Landau v roce 1930 teorii Landauovy kvantizace a položil základ pro teoretické vysvětlení kvantového Hallova jevu objeveného o půl století později.
Magnetismus jako vlastnost hmoty je v Číně znám již od roku 4000 př. N. L. První moderní studie magnetismu však začaly až s vývojem elektrodynamiky Faradayem, Maxwellem a dalšími v devatenáctém století, který zahrnoval klasifikaci materiálů jako feromagnetické , paramagnetické a diamagnetické na základě jejich reakce na magnetizaci. Pierre Curie studoval závislost magnetizace na teplotě a objevil fázový přechod Curieho bodu ve feromagnetických materiálech. V roce 1906 Pierre Weiss představil koncept magnetických domén, aby vysvětlil hlavní vlastnosti feromagnetů. První pokus o mikroskopický popis magnetismu provedli Wilhelm Lenz a Ernst Ising prostřednictvím Isingova modelu, který popisoval magnetické materiály jako sestávající z periodické mřížky spinů, které společně získaly magnetizaci. Isingův model byl vyřešen přesně tak, aby ukázal, že spontánní magnetizace nemůže nastat v jedné dimenzi, ale je možná ve vyšších dimenzionálních mřížích. Další výzkum, jako například Bloch o spinových vlnách a Néel o antiferomagnetismu, vedl k vývoji nových magnetických materiálů s aplikacemi na magnetická paměťová zařízení.
Moderní fyzika mnoha těl
Sommerfeldův model a spinové modely pro feromagnetismus ilustrují úspěšnou aplikaci kvantové mechaniky na problémy s kondenzovanou hmotou ve 30. letech minulého století. Stále však existovalo několik nevyřešených problémů, zejména popis supravodivosti a efekt Kondo . Po druhé světové válce bylo na problémy s kondenzovanou hmotou aplikováno několik myšlenek z kvantové teorie pole. Patří sem rozpoznávání režimů kolektivní excitace pevných látek a důležitý pojem kvazičástice. Ruský fyzik Lev Landau použil myšlenku pro Fermiho teorii kapalin, ve které byly dány nízkoenergetické vlastnosti interagujících fermionových systémů z hlediska toho, co se nyní nazývá Landau-kvazičástice. Landau také vyvinul teorii středního pole pro spojité fázové přechody, která popsala uspořádané fáze jako spontánní rozpad symetrie . Teorie také zavedla pojem parametru objednávky k rozlišení mezi uspořádanými fázemi. Nakonec v roce 1956 John Bardeen , Leon Cooper a John Schrieffer vyvinuli takzvanou teorii supravodivosti BCS založenou na objevu, že libovolně malá přitažlivost mezi dvěma elektrony opačného spinu zprostředkovaná fonony v mřížce může vést ke vzniku vázaného stavu tzv. Cooper pár .
Studium fázových přechodů a kritického chování pozorovatelných, nazývaných kritické jevy , bylo v šedesátých letech hlavní oblastí zájmu. Leo Kadanoff , Benjamin Widom a Michael Fisher vyvinuli myšlenky kritických exponentů a širokého škálování . Tyto myšlenky sjednotil Kenneth G. Wilson v roce 1972 za formalismu skupiny renormalizace v kontextu kvantové teorie pole.
Kvantový Hallův jev byl objeven Klaus von Klitzing , DORDA a pepř v roce 1980 při pozorované Hallova vodivost být celočíselnými násobky základní konstanty (viz obr.) Tento efekt byl pozorován, že je nezávislý na parametrech, jako je velikost systému a nečistot . V roce 1981 teoretik Robert Laughlin navrhl teorii vysvětlující neočekávanou přesnost integrální plošiny. To také znamenalo, že Hallova vodivost je úměrná topologickému invariantu, nazývanému Chernovo číslo , jehož význam pro pásovou strukturu pevných látek formuloval David J. Thouless a spolupracovníci. Krátce poté, v roce 1982, pozorovali Horst Störmer a Daniel Tsui frakční kvantový Hallův efekt, kde byla vodivost nyní racionálním násobkem konstanty . Laughlin, v roce 1983, si uvědomil, že to byl důsledek kvazičásticové interakce v Hallových stavech a formuloval řešení variační metody , pojmenované Laughlinova vlnová funkce . Studium topologických vlastností frakčního Hallova jevu zůstává aktivní oblastí výzkumu. O desetiletí později byla dále rozšířena výše zmíněná topologická teorie pásem, kterou rozvinul David J. Thouless a spolupracovníci, což vedlo k objevu topologických izolátorů .
V roce 1986 objevili Karl Müller a Johannes Bednorz první vysokoteplotní supravodič , materiál, který byl supravodivý při teplotách až 50 kelvinů . Bylo zjištěno, že supravodiče s vysokou teplotou jsou příklady silně korelovaných materiálů, kde interakce elektronů a elektronů hrají důležitou roli. Uspokojivý teoretický popis vysokoteplotních supravodičů stále není znám a oblast silně korelovaných materiálů je i nadále aktivním výzkumným tématem.
V roce 2009 David Field a vědci z Aarhuské univerzity objevili spontánní elektrická pole při vytváření prozaických filmů různých plynů. Toto se v poslední době rozšířilo a tvoří výzkumnou oblast spontelektriky .
V roce 2012 vydalo několik skupin předtisky, které naznačují, že hexaborid samaritý má vlastnosti topologického izolátoru v souladu s dřívějšími teoretickými předpověďmi. Jelikož je hexaborid samaria zavedeným izolátorem Kondo , tj. Silně korelovaným elektronovým materiálem, očekává se, že existence topologického povrchového stavu Dirac v tomto materiálu by vedla k topologickému izolátoru se silnými elektronickými korelacemi.
Teoretický
Teoretická fyzika kondenzovaných látek zahrnuje použití teoretických modelů k pochopení vlastností stavů hmoty. Patří sem modely pro studium elektronických vlastností pevných látek, jako je model Drude , struktura pásu a funkční hustotní teorie . Byly také vyvinuty teoretické modely pro studium fyziky fázových přechodů , jako je teorie Ginzburg -Landau , kritické exponenty a použití matematických metod kvantové teorie pole a skupiny renormalizace . Moderní teoretické studie zahrnují použití numerických výpočtů elektronické struktury a matematických nástrojů k porozumění jevům, jako je vysokoteplotní supravodivost , topologické fáze a symetrie měřidel .
Vznik
Teoretické chápání fyziky kondenzovaných látek úzce souvisí s pojmem vzniku , kdy se složité sestavy částic chovají způsoby, které se dramaticky liší od jejich jednotlivých složek. Například řada jevů souvisejících s vysokoteplotní supravodivostí je špatně chápána, ačkoli mikroskopická fyzika jednotlivých elektronů a mřížek je dobře známá. Podobně byly studovány modely systémů kondenzovaných látek, kde se kolektivní buzení chovají jako fotony a elektrony , čímž elektromagnetismus popisuje jako vznikající jev. Vznikající vlastnosti se mohou vyskytovat také na rozhraní mezi materiály: jedním z příkladů je rozhraní hlinitanu lanthanitého a titaničitanu strontnatého , kde jsou dva nemagnetické izolátory spojeny za účelem vytvoření vodivosti, supravodivosti a feromagnetismu .
Elektronická teorie pevných látek
Kovový stav byl historicky důležitým stavebním kamenem pro studium vlastností pevných látek. První teoretický popis kovů poskytl Paul Drude v roce 1900 modelem Drude , který vysvětlil elektrické a tepelné vlastnosti popisem kovu jako ideálního plynu tehdy nově objevených elektronů . Dokázal odvodit empirický Wiedemann-Franzův zákon a získat výsledky v těsné shodě s experimenty. Tento klasický model poté vylepšil Arnold Sommerfeld, který začlenil Fermiho -Diracovu statistiku elektronů a dokázal vysvětlit anomální chování specifického tepla kovů ve Wiedemann -Franzově zákoně . V roce 1912, Struktura krystalických pevných látek byla studována Maxem von Laue a Paulem Knippingem, když pozorovali rentgenový difrakční obrazec krystalů, a dospěli k závěru, že krystaly získávají svoji strukturu z periodických mřížek atomů. V roce 1928 poskytl švýcarský fyzik Felix Bloch řešení s vlnovou funkcí pro Schrödingerovu rovnici s periodickým potenciálem, známé jako Blochova věta .
Výpočet elektronických vlastností kovů řešením mnohoplošné vlnové funkce je často výpočetně náročný, a proto jsou k získání smysluplných předpovědí zapotřebí aproximační metody. Teorie Thomas-Fermiho , vyvinutý v roce 1920, byl použit pro odhad energetického systému a elektronického hustotu, že se na místní elektronovou hustotu jako variační parametr . Později ve třicátých letech minulého století Douglas Hartree , Vladimir Fock a John Slater vyvinuli takzvanou vlnovou funkci Hartree – Fock jako vylepšení oproti modelu Thomas – Fermi. Metoda Hartree – Fock představovala statistiku výměny vlnových funkcí jednotlivých částic elektronu. Obecně je velmi obtížné vyřešit Hartree -Fockovu rovnici. Přesně lze vyřešit pouze pouzdro s volným elektronovým plynem. Nakonec v letech 1964–65 navrhli Walter Kohn , Pierre Hohenberg a Lu Jeu Sham hustotní funkční teorii, která poskytla realistické popisy objemových a povrchových vlastností kovů. Hustotní funkční teorie (DFT) byla široce používána od 70. let pro výpočty struktury pásů různých pevných látek.
Lámání symetrie
Některé stavy hmoty vykazují porušení symetrie , kde příslušné fyzikální zákony mají nějakou formu symetrie, která je porušena. Běžným příkladem jsou krystalické pevné látky , které narušují spojitou translační symetrii . Mezi další příklady patří magnetizované feromagnety , které narušují rotační symetrii , a exotičtější stavy, jako je základní stav supravodiče BCS , který narušuje rotační symetrii U (1) fáze.
Goldstoneova věta v teorii kvantového pole uvádí, že v systému s přerušenou spojitou symetrií mohou existovat excitace s libovolně nízkou energií, nazývané Goldstoneovy bosony . Například v krystalických pevných látkách tyto odpovídají fononům , což jsou kvantované verze mřížkových vibrací.
Fázový přechod
Fázový přechod se týká změny fáze systému, která je způsobena změnou externího parametru, jako je teplota . Ke klasickému fázovému přechodu dochází při konečné teplotě, když bylo zničeno pořadí systému. Například když led taje a stává se vodou, uspořádaná krystalová struktura je zničena.
V kvantových fázových přechodech je teplota nastavena na absolutní nulu a parametr netepelné regulace, jako je tlak nebo magnetické pole, způsobuje fázové přechody, když je řád zničen kvantovými fluktuacemi pocházejícími z Heisenbergova principu neurčitosti . Zde různé kvantové fáze systému se týkají různých pozemních stavů v hamiltonovské matrice . Pochopení chování kvantového fázového přechodu je důležité při obtížných úlohách vysvětlování vlastností magnetických izolátorů vzácných zemin, vysokoteplotních supravodičů a dalších látek.
Vyskytují se dvě třídy fázových přechodů: přechody prvního řádu a přechody druhého řádu nebo spojité . U posledně jmenovaného dvě zúčastněné fáze neexistují současně při přechodové teplotě, nazývané také kritický bod . V blízkosti kritického bodu procházejí systémy kritickým chováním, kdy se několik jejich vlastností, jako je délka korelace , specifické teplo a magnetická citlivost, exponenciálně liší. Tyto kritické jevy představují pro fyziky vážné výzvy, protože normální makroskopické zákony v této oblasti již neplatí a je třeba vymyslet nové nápady a metody, jak najít nové zákony, které mohou systém popsat.
Nejjednodušší teorií, která může popsat spojité fázové přechody, je Ginzburg – Landauova teorie , která funguje v takzvané aproximaci středního pole . Může však jen zhruba vysvětlit kontinuální fázový přechod pro feroelektriku a supravodiče typu I, který zahrnuje mikroskopické interakce s dlouhým dosahem. Pro jiné typy systémů, které zahrnují interakce krátkého dosahu blízko kritického bodu, je zapotřebí lepší teorie.
V blízkosti kritického bodu dochází ke kolísání v širokém rozsahu velikostních měřítek, zatímco funkce celého systému je měřítko invariantní. Renormalizační skupinové metody postupně průměrují nejkratší výkyvy vlnových délek ve fázích se zachováním jejich účinků do další fáze. Změny fyzického systému z různých velikostí lze tedy systematicky zkoumat. Metody spolu s výkonnou počítačovou simulací významně přispívají k vysvětlení kritických jevů spojených s kontinuálním fázovým přechodem.
Experimentální
Experimentální fyzika kondenzovaných látek zahrnuje použití experimentálních sond k pokusu objevit nové vlastnosti materiálů. Mezi takové sondy patří efekty elektrického a magnetického pole , funkce odezvy měření , transportní vlastnosti a termometrie . Mezi běžně používané experimentální metody patří spektroskopie se sondami, jako jsou rentgenové paprsky , infračervené světlo a nepružný rozptyl neutronů ; studium tepelné odezvy, jako je specifické teplo a měření transportu tepelným a tepelným vedením .
Rozptyl
Několik experimentů s kondenzovanou hmotou zahrnuje rozptyl experimentální sondy, jako je rentgen , optické fotony , neutrony atd., Na složky materiálu. Volba rozptylové sondy závisí na zájmové škále pozorovací energie. Viditelné světlo má energii na stupnici 1 elektronvoltu (eV) a používá se jako rozptylová sonda k měření změn vlastností materiálu, jako je dielektrická konstanta a index lomu . Rentgenové paprsky mají energie řádově 10 keV, a proto jsou schopné sondovat měřítka atomové délky a používají se k měření změn hustoty elektronového náboje.
Neutrony mohou také zkoumat měřítka atomové délky a používají se ke studiu rozptylu jader a otáčení elektronů a magnetizace (protože neutrony se točí, ale nemají náboj). Měření Coulombova a Mottova rozptylu lze provést pomocí elektronových paprsků jako rozptylových sond. Podobně může být anihilace pozitronu použita jako nepřímé měření místní elektronové hustoty. Laserová spektroskopie je vynikající nástroj pro studium mikroskopických vlastností média, například ke studiu zakázaných přechodů v médiích s nelineární optickou spektroskopií .
Vnější magnetická pole
V experimentální fyzice kondenzovaných látek působí vnější magnetická pole jako termodynamické proměnné, které řídí stav, fázové přechody a vlastnosti materiálových systémů. Nukleární magnetická rezonance (NMR) je metoda, pomocí které se vnější magnetická pole používají k nalezení rezonančních režimů jednotlivých elektronů, čímž se získávají informace o atomové, molekulární a vazebné struktuře jejich sousedství. Experimenty NMR lze provádět v magnetických polích o síle až 60 Tesla . Vyšší magnetická pole mohou zlepšit kvalitu naměřených dat NMR. Kvantové oscilace jsou další experimentální metodou, kde se ke studiu vlastností materiálu, jako je geometrie povrchu Fermi, používají vysoká magnetická pole . Vysoká magnetická pole budou užitečná při experimentálním testování různých teoretických předpovědí, jako je kvantovaný magnetoelektrický efekt , obrazový magnetický monopól a poloviční číslo kvantového Hallova jevu .
Nukleární spektroskopie
Lokální struktura , struktura nejbližších sousedních atomů, kondenzovaných látek mohou být zkoumány s metodami jaderné spektroskopie , které jsou velmi citlivé na malé změny. Pomocí specifických a radioaktivních jader se jádro stane sondou, která interaguje se svými zdrojovými elektrickými a magnetickými poli ( hyperjemné interakce ). Metody jsou vhodné ke studiu defektů, difúze, fázové změny, magnetismu. Běžnými metodami jsou např. NMR , Mössbauerova spektroskopie nebo narušená úhlová korelace (PAC). Zvláště PAC je ideální pro studium fázových změn při extrémních teplotách nad 2000 ° C, protože metoda není závislá na teplotě.
Studené atomové plyny
Zachycování ultracoldových atomů v optických mřížích je experimentální nástroj běžně používaný ve fyzice kondenzovaných látek a v atomové, molekulární a optické fyzice . Metoda zahrnuje použití optických laserů k vytvoření interferenčního obrazce , který funguje jako mřížka , do které mohou být umístěny ionty nebo atomy při velmi nízkých teplotách. Atomy chladu v optických mřížích se používají jako kvantové simulátory , to znamená, že fungují jako kontrolovatelné systémy, které mohou modelovat chování komplikovanějších systémů, jako jsou frustrované magnety . Zejména se používají ke konstrukci jedno-, dvou- a trojrozměrných mřížek pro Hubbardův model s předem specifikovanými parametry a ke studiu fázových přechodů pro uspořádání antiferomagnetických a spinových kapalin .
V roce 1995 byl plyn atomů rubidia ochlazený na teplotu 170 nK použit k experimentální realizaci Bose -Einsteinova kondenzátu , nového stavu hmoty původně předpovídaného SN Boseem a Albertem Einsteinem , kde velké množství atomů zaujímá jedno kvantum stát .
Aplikace
Výzkum fyziky kondenzovaných látek dal vzniknout několika aplikacím zařízení, jako je vývoj polovodičového tranzistoru , laserová technologie a několik jevů studovaných v kontextu nanotechnologie . Metody, jako je skenovací tunelová mikroskopie, mohou být použity k řízení procesů v nanometrovém měřítku a vedly ke studiu nanofabrikace.
Při kvantovém výpočtu jsou informace reprezentovány kvantovými bity nebo qubity . Před dokončením užitečného výpočtu se qubity mohou rychle dešifrovat . Tento vážný problém musí být vyřešen, než bude možné realizovat kvantové počítače. K vyřešení tohoto problému je ve fyzice kondenzovaných látek navrženo několik slibných přístupů, včetně quits quitů Josephsonových křižovatek , spintronických qubitů využívajících orientaci spinů magnetických materiálů nebo topologických neabelských anyonů ze stavů frakčního kvantového Hallova jevu .
Fyzika kondenzovaných látek má také důležité využití pro biofyziku , například experimentální metodu zobrazování magnetickou rezonancí , která je široce používána v lékařské diagnostice.
Viz také
- Měkká hmota
- Zeleno -Kubo vztahy
- Greenova funkce (teorie mnoha těl)
- Věda o materiálech - Mezioborový obor, který se zabývá objevováním a navrhováním nových materiálů, především fyzikálních a chemických vlastností pevných látek
- Nukleární spektroskopie
- Porovnání softwaru pro modelování molekulární mechaniky
- Průhledné materiály
- Orbitální magnetizace
- Symetrie v kvantové mechanice - vlastnosti moderní fyziky
- Mezoskopická fyzika - Subdisciplína fyziky kondenzovaných látek, která se zabývá materiály střední délky
Poznámky
Reference
Další čtení
- Anderson, Philip W. (2018-03-09). Základní pojmy fyziky kondenzovaných látek . Stiskněte CRC. ISBN 978-0-429-97374-1 .
- Girvin, Steven M .; Yang, Kun (2019-02-28). Moderní fyzika kondenzované hmoty . Cambridge University Press. ISBN 978-1-108-57347-4 .
- Coleman, Piers (2015). „Úvod do fyziky mnoha těl“. Cambridge Core . Citováno 2020-04-18.
- PM Chaikin a TC Lubensky (2000). Principles of Condensed Matter Physics , Cambridge University Press; 1. vydání, ISBN 0-521-79450-1
- Mudry, Christopher (2014). Přednášky z teorie pole ve fyzice kondenzované hmoty . World Scientific. Bibcode : 2014lnft.book ..... M . doi : 10,1142/8697 . ISBN 978-981-4449-10-6.
- Khan, Abdul Qadeer (21. listopadu 1998). „Dimenzionální anistrofie ve fyzice kondenzovaných látek“ (PDF) . Sedm národních sympozií o hranicích fyziky . 7. 7 (7) . Citováno 21. října 2012 .
- Alexander Altland a Ben Simons (2006). Teorie pole kondenzované hmoty , Cambridge University Press, ISBN 0-521-84508-4 .
- Michael P. Marder (2010). Condensed Matter Physics, druhé vydání , John Wiley and Sons, ISBN 0-470-61798-5 .
- Lillian Hoddeson, Ernest Braun, Jürgen Teichmann a Spencer Weart, eds. (1992). Out of the Crystal Maze: Kapitoly z dějin fyziky pevných látek , Oxford University Press, ISBN 0-19-505329-X .
externí odkazy
-
Média související s fyzikou kondenzované hmoty na Wikimedia Commons
