《低温物理学进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温物理学进展（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低温物理学进展,低温物理学与凝聚态物理学的关系,物理研究所 陈兆甲,内容： 低温下新的有序相 自旋玻璃 重费米子 电荷密度波 非常规超导体 重费米子超导体、磁性超导体、 有机超导体、氧化物超导体 Mn氧化物巨磁电阻 介观效应 磁场振荡效应,低温下新的有序相,水蒸气，水，冰 氮气，液氮，固氮 氦气，液氦，固态氦（高压下） 导体，超导体 顺磁，铁磁 交换作用能 EM=-JS1S2 热运动能 ET=kBT,决定相变的因素是什麽？,相变-相互作用与热运动的竞争,相互作用 热运动有序 无序低对称相 高对称相每当一种相互作用的特征能量足以和热运动能kBT相比时，系统的宏观状态就可能发生突变。多种多样的相互
2、作用导致形形色色的相变现象。,低温物理百年回顾,液氦机的发明 （1908年首次将氦气液化，达4.2K 1K）,3He-4He稀释制冷机的发明 （20世纪60年代，达1mK）,低温物理有关的诺贝尔奖,1908年制出液氦，1911年发现汞的超导电性，荷兰Kamerlingh Onnes, 1913年获Nobel奖1972年Bardeen,Cooper,Schrieffer因合作BCS超导电性理论获Nobel奖,1963年英国剑桥大学在读研究生Brain Josephson理论预言超导隧道效应，1973年获Nobel奖 1937年俄国Kapitsa发现氦的超流现象，1978年获Nobel奖 1980
3、年德国K. von Klitzing发现量子霍尔效应，1985年获Nobel奖 1986年Bednorz和Muller发现高温超导电性，1987年获Nobel奖 1996年美国D.M. Lee, D. D.Osheroff, R.C.Richardson获奖，表彰他们发现氦3的超流动性 1997年朱棣文等3人因激光冷却和陷俘原子获Nobel奖 1998年崔琦等3人因发现分数量子霍尔效应获Nobel奖 2001年Cornell,Ketterle,Wieman因实现Na,Rb等金属原子气的Bose-Einstain凝聚获Nobel奖 2003年俄国Abrikosov获Nobel 奖以表彰他们在超导
4、体和超流体理论上作出的开创性贡献。,激光冷却 1K,激光冷却， 在磁场势阱中“蒸发”， 钠原子气发生玻色爱因斯坦凝聚,低温物理研究的问题,凝聚态物质（固体、液体）在低温下的物理性质，物理现象，物理规律，量子效应,液氦的研究在国内几乎空白,什麽决定固体的性质？,晶体结构 （原子空间分布） 电子结构 （能带，波函数空间分布） 物理性质 （电，磁，光，热，力等）,例：金刚石，石墨，碳60，碳纳米管,二十世纪凝聚态物理的发展 (凝聚态物质固体、液体、其它) 从周期排列固体到非周期固体 从常温性质到低温性质 从固体物理到凝聚态物理,研究对象从晶体 扩展到 非晶、准晶 超晶格、液晶 聚合物、软物质,大块非
5、晶,在开水中可以加工的非晶合金Ce70Al10Cu20 （刚刚研制出的金属塑料）,DNA 液晶,聚合物,固体物理如何发展为凝聚态物理？ 固体物理的范式：周期结构中波的传播 晶格系统 电子系统 凝聚态物理的范式（基本概念）是什麽？,凝聚态物理的范式（基本概念）,对称破缺某对称元素的消失导致低对称性相（有序相）的出现，对应发生相变，有序参量值不为零 基态系统在零温下（能量最低）的状态 元激发接近于基态的低能激发，有一定动量和能量的“准粒子” 序参量某一物理量的平均值，郎道二级相变理论 临界现象 二级以上的高阶相变 标度不变标度率的普适性 自相似,物理性质与微观粒子、准粒子、缺陷的关系（不需从周期势
6、场出发）,原子、离子、电子、杂质、缺陷 声子、磁子、旋子、极化子、相位子、轨道子 光子电学性质、磁学性质、热学性质、光学性质、 力学性质,相互作用，运动状态,离子，电子，磁矩，各种准粒子，光子等之间的相互作用，决定了系统的物理性质及相变,传统超导 电子声子相互作用，电子对 高温超导 电子（自旋涨落,声子,激子？）电子 自旋玻璃 磁矩磁矩 电荷密度波 电子声子 Kondo效应 电子磁矩 重费米子 电子磁矩 磁矩电子磁矩 导电聚合物 极化子声子 巨磁阻 电子自旋双交换作用,相变相互作用与热运动的竞争（多个相变来源于多种相互作用的共存）,准粒子 (元激发)：具有一定动量和能量的“粒子”,声子（晶格波
7、）离子与离子相互作用导致晶格的集体运动，玻色型，有波粒二相性 磁子（自旋波）自旋与自旋相互作用导致的自旋波量子，对饱和磁矩偏离的集体运动，玻色型 激子（电子-空穴对）电子和空穴相互作用，费米型 极化子束缚态电子与它周围的极化畸变晶格的“复合体” 孤子（孤立子、孤波）例：聚乙炔大分子链上的畴壁 旋子超流液氦在绝对零度附近的低能激发 旋转超流液氦中的涡旋线量子（拓扑性元激发） 磁场下超导体中的磁通线量子（拓扑性元激发）,磁子（自旋波）,声子（晶格波）,集体运动,极化子,旋子,涡旋线阵列,大极化子和小极化子,离子,电学性质,剩余电阻,理想导体,Kondo效应,超导,导电聚合物,热学性质,热导载流子：
8、声子、电子、磁子、顺磁子（自旋涨落）及散射机制比热能量携带者：同上能级分布（和原子排列有关）,磁学性质,原子、离子、极化子等的磁矩及相互作用 电子的自旋状态,什么是对称破缺？,长方形 对称性低,正方形 对称性高,顺磁,铁磁,序参量 （反映有序程度的某一个物理量）,铁磁体磁化强度 M 铁电体电极化强度 P 超导体能隙朗道二级相变理论（平均场理论）,在临界点附近，用平均场理论得到各临界指数（平均场理论将所有其它离子对某个离子的相互作用以一种“平均场”来代替，不考虑涨落） 但在逼近临界点附近一个温度范围，平 均场理论不适用 （在逼近临界点时，涨落很大）,临界现象涨落引起,关于遍历破缺,气体液体相变
9、金属融体金属玻璃转变 顺磁体自旋玻璃转变对称性没有变化，但“各态遍历假说”被破坏,无序系统的组态自由能图,基态,按导电性：导体、半导体、绝缘体、超导体 按磁性质：顺磁、铁磁、反铁磁、自旋玻璃 按流动性：超流体 其它：铁电体、费米液体、非费米液体随着实验技术的进步，对基态的认识可能有变化，如在更低温度或更高压力下不断发现新的超导体，新的磁有序物质： 氦气曾被认为是“永久气体”和“永久液体” CeCu6在2mK以下温度呈现磁有序 氧、硫等在高压和低温条件下成为超导体,新有序相的不断出现,重电子金属 氧化物超导体、有机超导体、 Mn氧化物 C60、掺杂后超导 二维电子气，Wiggner 晶体 原子气体的Bose-Einstein凝聚 金属氢,思考问题,1，比较“凝聚态物理”与“固体物理”之间的关系。 2， “凝聚态物理”的基本概念有哪些？ 3，什麽是对称破缺和遍历破缺？ 4，引起相变发生的条件有哪些？为什麽温度降低时会出现新的有序相？ 5，什麽是元激发？你知道凝聚态物体中有哪些元激 发？ 6，低温及其它极端条件在凝聚态物理发展中的作用,参考资料,凝聚态物理学新论; 冯端，金国钧著 相变和临界现象； 于淥，郝柏林著,
