從固體物理到凝聚態(tài)物理研究

康路

【摘要】本文介紹固體物理的重要意義，分析了壓力、磁場(chǎng)以及晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)物理性質(zhì)的影響，并對(duì)凝聚態(tài)物理進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】固體物理 晶體 凝聚態(tài)物理

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）08-0163-02

固體在人們的日常生活中隨處可見，它與人們的生活密不可分，在幾千年前，人們就利用石頭、青銅等固體來打造器具，經(jīng)過幾千年的文化進(jìn)步，從固體物理進(jìn)而發(fā)展出凝聚態(tài)物理，下面就固體物理和凝聚態(tài)物理作出淺析。

1.固體物理的重要作用

固體包括晶體和非晶態(tài)固體，是由大量原子、離子或分子凝聚而成的，固體的特征很明顯，具有剛性、能承受切應(yīng)力，而且是自持形狀，相對(duì)穩(wěn)定而緊密的。人類通過對(duì)科學(xué)的研究與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)物理的規(guī)律。晶體的排列方式具有規(guī)律性，卻又千變?nèi)f化，晶體可以歸納為單斜、三斜、三角、四角、六角、立方、正交七大晶系[1]。晶體由晶格點(diǎn)陣系統(tǒng)和自由電子系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成。其中晶格點(diǎn)陣系統(tǒng)中的原子振動(dòng)聲波具有一定的波長，在量子論中晶格波的運(yùn)動(dòng)可以用聲子來代表，而聲子的頻率也就是晶格波的運(yùn)動(dòng)頻率就是波長的倒數(shù)。

固體物理學(xué)包括物體的結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)中原子的運(yùn)動(dòng)、晶格振動(dòng)、半導(dǎo)體物理、超導(dǎo)電性等。固體物理學(xué)將微觀與宏觀聯(lián)系到一起，對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和粒子間的相互作用作出研究，對(duì)量子力學(xué)也作出研究，通過幾千年的研究，形成現(xiàn)代的物理學(xué)科。固體物理學(xué)通過漫長的時(shí)間來進(jìn)步，從材料科學(xué)到半導(dǎo)體的研究，從納米科技到半導(dǎo)體超晶體概念，固體物理學(xué)的發(fā)展非常巨大。納米技術(shù)被廣泛用于人們的生活中，特別是在現(xiàn)代21世紀(jì)的科學(xué)中，納米技術(shù)發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用[2]。掌握了納米技術(shù)能使國家發(fā)展更迅速。人們通過對(duì)超導(dǎo)體的研究，研究出高溫超導(dǎo)體的作用及用途，比如超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)電子計(jì)算機(jī)等?，F(xiàn)代社會(huì)的技術(shù)不斷發(fā)展，物理學(xué)在生活中的意義越來越重大。

2.壓力、磁場(chǎng)以及晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)物理性質(zhì)的影響

壓力對(duì)物理性質(zhì)的影響首先是表現(xiàn)在對(duì)施加壓力的晶體體積變小，因?yàn)榫w是有大量原子組成的，原子之間存在一定的間距，那么對(duì)晶體加壓，晶體體積變小，實(shí)際上是組成晶體的原子之間的間距變小了，如果施加的壓力越大，間距會(huì)變得越小，甚至使晶體的形態(tài)發(fā)生細(xì)微的改變，壓力能夠改變物理性質(zhì)，磁場(chǎng)也能夠改變組成晶體的原子之間的磁矩，改變磁矩之間的相互作用，使晶體的物理性質(zhì)發(fā)生改變。晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)物理性質(zhì)的影響更大，晶體雖然很多都是由原子組成的，但是不同的物體就具有不同的物理性質(zhì)，比如有的物體易碎，有的物體導(dǎo)電，有的物體為立方結(jié)構(gòu)，有的則為三角結(jié)構(gòu)，不同的物體具有不同的物理性質(zhì)[3]。晶體的結(jié)構(gòu)在發(fā)生改變后，會(huì)使物體的物理性質(zhì)發(fā)生改變，是有些導(dǎo)體物體變?yōu)榻^緣體，有些順磁物體變?yōu)榇盆F物體，晶體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變決定著物體的物理性質(zhì)的改變。因此，壓力、磁場(chǎng)以及晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)物理性質(zhì)的影響起著決定性的作用。

3.凝聚態(tài)物理的發(fā)展及研究

凝聚態(tài)實(shí)際上就是指固態(tài)和液態(tài)，比如液晶、凝膠等物體既不是單純的固態(tài)，也不是單純的液態(tài)，它們的形態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間，有些物體的一定的溫度下也會(huì)發(fā)生物理性質(zhì)的改變，成為一種特殊的量子態(tài)，對(duì)于物體的這些狀態(tài)就形成了物體的凝聚態(tài)。凝聚態(tài)物理在固體物理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的發(fā)展，主要是研究物體的凝聚態(tài)科學(xué)。人們通過固體和液體、微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的性質(zhì)和規(guī)律，創(chuàng)造了物體凝聚態(tài)科學(xué)。凝聚態(tài)物理的研究包括對(duì)晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及對(duì)液體、液態(tài)和固態(tài)之間凝聚像的研究，是對(duì)多個(gè)粒子在一定條件下形成凝聚態(tài)物質(zhì)的研究。在50多年以前，人們就通過不同的材料對(duì)凝聚態(tài)物理進(jìn)行了不同的研究，凝聚態(tài)物理也取得新的發(fā)展，而且所研究的對(duì)象及內(nèi)容也愈來愈復(fù)雜，這是物理學(xué)的巨大挑戰(zhàn)[4]。在極低的溫度下，金屬或合金的電阻也會(huì)下降，超導(dǎo)也會(huì)隨溫度降低而出現(xiàn)不同的現(xiàn)象。凝聚態(tài)物理在低溫條件下的研究曾經(jīng)在全世界都取得了非常大的進(jìn)展，許多的物理現(xiàn)象都將通過凝聚態(tài)物理研究而被發(fā)現(xiàn)，凝聚態(tài)物理的重要性在整個(gè)世界來說都是非常大的，它是高科技發(fā)展的基礎(chǔ)。

物質(zhì)在形態(tài)上可以分為氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)三大類，而凝聚態(tài)物理主要研究固態(tài)和液態(tài)，在物理研究中占了重要地位，從固體物理到凝聚態(tài)物理的發(fā)展是物理科學(xué)的進(jìn)步，凝聚態(tài)物理仍在繼續(xù)發(fā)展和研究中，它的研究內(nèi)容將會(huì)越來越深，越來越豐富。

參考文獻(xiàn)：

[1]方前鋒，王先平，吳學(xué)邦等.內(nèi)耗與力學(xué)譜基本原理及其應(yīng)用[J].物理，2011，40（12）：786-793.

[2]劉寧，嚴(yán)國清，朱光等.Gd摻雜對(duì)La0.67Sr0.33C0O3、La0.67Sr0.33MnO3體系磁行為的影響[J].稀有金屬材料與工程，2012，41（1）：19-23.

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[4]凡瑞霞，曹偉濤.同步輻射在凝聚態(tài)物理中的應(yīng)用探析[J].科教導(dǎo)刊，2012，32（33）：113-114.