凝聚态物理学的基本概念和现代发展-金国钧.pdf

湘潭大学讲座
凝聚态物理学的
基本概念和现代发展
金国钧金国钧

1
凝聚态物理学
当代物理学中最重要的一个分支
具有以下几个特点
•众多的研究工作者
•丰富的研究成果
•对技术发展的广泛影响
•向交叉领域的迅速渗透
2
Feng Duan and Jin Guojun, Since 1990
established a graduate course
Introduction to Condensed Matter Physics
basic concepts in condensed matter physics
3
凝聚态物理学
一、凝聚物质的结构
二、各种结构中波的行为
三、键、能带及其它
四、相变和有序相
五、临界现象
六、元激发
七、缺陷和织构
八、非平衡现象
4
提纲
1. 凝聚态物理学在物理学中的位置
2. 从固体物理学到凝聚态物理学
3. 凝聚态物理学中的重要概念
4. 凝聚态物理学和现代科学技术
5
1. 凝聚态物理学在物理学中的位置
二十世纪物理学的伟大成就
物理学是一门自然科学,
是人类文化的组成部分,
还是技术的基础
Lord Kelvin (1824-1907) M. Thompson
1900年新年献词
《遮盖在热和光的动力理论上的19世纪乌云》
相对论宏观世界 Einstein个人,1905,1915
量子论微观世界一批物理学家,since 1900
6
物质世界的层次化
1. 微观方面
原子物理→→核物理亚核物理
追寻基本粒子, 高能加速器, 一大堆基本粒子
强子:质子、中子、π介子、大量共振态粒子
轻子:电子、μ子、中微子
2. 宇观方面,对宇宙的探测
弯曲时空,大爆炸,宇宙加速膨胀
近代天文学的实验观测
Hubble红移
3 K 微波辐射,2006Nobel奖
暗能量占宇宙物质的73%
7
极小与极大两前沿之间有紧密联系
粒子物理提供早期宇宙的考古信息
星球与宇宙是高能物理的巨大实验室
两极之间存在众多的中间层次
图1. 物质结构
的不同层次
8
凝聚态物理学的范围
长度能量时间粒子数
100cm-10-8cm 1000K-10-9K 108s–10-15s 1027-102
图2. 物理学不同分支
学科与所研究结构的
尺度
9
2. 从固体物理学到凝聚态物理学
科学发展的历史轨迹
复杂性→简单性
还原论者
大块物质→分子→原子→→原子核和电子核子等
各种相互作用→→四种基本相互作用电弱统一→
强电弱统一→大统一
10