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-1-物理学史论文题目:浅谈凝聚态物理班级:09物本姓名:郁小昌学号:-2-浅谈凝聚态物理郁小昌（温州大学物理与电子信息工程学院，09物本）摘要：凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。基于自身对前沿领域科技的兴趣与了解，结合多方面信息资料，通过资源整合、评述等手段来浅谈一下凝聚态物理。关键词：浅谈，凝聚态物理【发展过程】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。据70年代中期的调查统计，凝聚态物理学年发表论文数居首位，占物理学论文总数的三分之一；从事凝聚态物理研究的人数也居首位，占总人数的四分之一；而从60年代末到80年代末，获诺贝尔物理奖的人数中，从事凝聚态研究的人数，超过了研究粒子物理的人数，接近总人数的一半，也居首位。凝聚态物理学得以迅猛发展，首先表现在其研究对象的开拓上。在由原来传统的三维周期性结构，向着低维甚至非周期结构的发展中，所涉及到的理论也逐渐地趋于深化与成熟，从30年代的晶体结构分析的唯象理论与固体的比热理论、金属自由电子论和铁磁性理论，发展到30年代后的能态理论、电子衍射和X射线衍射的动力学理论，以及点阵动力理论。60年代以后，在凝聚态物理学中，对称性破缺理论又占据了中心地位。以它为基础，建立了能态、元激发、缺陷及临界区域四个层次。与之相应，各种有序态的序参量、广义刚度、标度不变性、自相似结构等一系列新的概念随之诞生。此外，大量非线性课题相继出现，使凝聚态物理不仅在深度及广度上冲破了传统固体物理学，而且向着更深层次与更大的范围蓬勃发展。90年代所兴起的纳米物理学，又成为凝聚态物理的一个新的世界性研究热点。纳米粒子与一般尺度物体相比，在力、热、电磁和光等方面具有显著不同的特性，它们不仅成为未来新材料研究的基础，而且也为人类在认识客观世界上展开了一个新的层次，与此相应兴起了介观物理学的研究。评述：当今凝聚态物理学已成为物理学最活跃的前沿领域，它不仅突破了传统固体物理学，使研究对象日益多样化和复杂化，又由于许多有价值的发现出现在相互交叉的学科领域，它又对促进交叉学科的发展，显现出强大的活力。它的实验手段、理论概念与技术不断地向着化学物理、生物物理、地球物理、天文、地质等领域渗透，从DNA晶体结构到地球板块驱动力的研究，从量子电子器件的机理到新材料的研制，无一不与凝聚态物理学有关。生活在当今科技迅速发展的新时代，隐形材料、信息存储技术、STM显微镜等的发展，从军事、生活、科研等方面阐释了凝聚态物理对于国家建设起到的重大影响；非线性研究、信息系统控制论、纳米材料、超导、超流等的发展，从研究方法、研究思想、研究对象上进行了大胆的突破，以一种新时代的眼光来看待新兴的领域；物联网、量子传输、时空穿梭等概念的出现，从影视、书籍、时空理论等文化的角度体现着凝聚态物理在人类认识上的影响，以上各个方面的证据都表明：凝聚态物理在物理学乃至整个自然科学中，正在显示出日益强大的影响-3-力。【研究对象】凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。评述：从单纯的固体拓宽到液体乃至气体，在研究的对象上给人类提供了一条看待新兴学科的途径：好比牛顿力学的研究一样，一开始我们会确定一些比较理想的模型（如质点、刚体等）来简化我们的研究对象，从而便于人们找出宏观的一些共性或者说规律，在此基础上再将模型与实际相联系，运用已有的规律去进行解释和验证，遇到矛盾时则往往是出现研究新突破的时期，此时我们不仅要在思想上进行反复论证和突破，技术上也要相应进行升级突破，到底是摒弃已有的理论来建立新的理论，还是固守原有的理论思维定势地进行重复的解释，抑或是以新思想对原有理论加以取长补短？答案是未知的。我们能做的应该是创新地辩证地来看待物理、看待世界。【研究范围】研究凝聚态物质的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质。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、低温物理与超导电性、高压物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低维物理（包括薄膜物理、表面与界面物理和高分子物理）、液体物理、微结构物理（包括介观物理与原子簇）、缺陷与相变物理、纳米材料和准晶等。评述：研究范围的扩充也从一个侧面反映出研究领域的综合性，研究对象的具体性，研究方法的多样性。不管是晶体物理还是半导体物理，通过研究范围的划分一方面细化了不同领域的研究人员，另一方面也对跨领域人才的培养提出了问号。当前教育理念的改革尚未统一，高校培养思想未在广大学生中间形成影响，也就有必要来思考是否给教育和培养人才作一研究范围的划分了。【研究方法举例】1发展静态密度泛函科恩-沈(Kohn-Sham,K-S)密度泛函理论(DFT)[1]现在已经最广泛地应用于凝聚态物理和量子化学中电子结构的计算。它是K-S本征态的、自洽的、有效的、单电子薛定谔方程的平均场理论,但是包含了基态电子密度和总能的全部的关联效应。2动态(含时)密度泛函及动态密度矩阵泛函理论(TDDFT,TDDMFT)为理解相互作用的多电子体系的电学和光学性质,它的跃迁能量是有价值的信息源。实验上,通常是从光吸收谱确定这些能量。理论上,理想的方法是计算相关哈密顿算符的本征值和本征态波函数,并从本征值之差获得光跃迁能。然而,对于相互作用多电子体系,这是繁重复杂的工作。代替的是采用近似的线性响应方法,目标是获得相应的跃迁激发能量和振子频率。沿着这条线索,进行普遍的和成功的研究是使用线性响应区的含时密度泛函(TDDFT)。严格的现代的TDDFT开始于Runge-Gross定理[2],它将H-K定理推广到含时外势情形。【应用与展望】-4-图1凝聚态物理科学与技术的发展与应用历程从上图足以看出，特别是八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。一方面传统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入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理与团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。参考文献:[1]KohnW，ShamLJ.Phys.Rev.，1965,A140:1133[2]RungeEetal，Phys.Rev.Lett.，1984,l52:997