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[摘 要]一般来讲，凝聚态物理是在固态物理基础上的学术延伸，主要从微观角度对凝聚态物质的内部结构做出研究，进而发掘出相关材料潜在的应用价值。目前，凝聚态物理的研究成果已被众多高新技术采用，并发挥了至关重要的作用。本文从凝聚态物理的概念、研究内容、研究理论、科学成果这四个方向对其进行一次完整的介绍，以期对凝聚态物理的后续研究有所帮助。
[关键词]凝聚态物理；固态物理；微观角度；高新技术；
中图分类号：C912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0365-01
引言
现阶段，凝聚态物理在科学领域的重要价值主要体现在两个方面：一方面，凝聚态物理为新材料、新工艺的研发和制备提供了强有力的理论基础和数据支持；另一方面，凝聚态物理与“临近学科”在理论概念、研究方法、应用技术等方面相互渗透，变相的促进了物理科学研究的整体进步。然而，凝聚态物理本身在科学领域是一个“小众知识”，并没有被大多数学者所熟知，这为其应用研究的进一步深入平添了不少阻力。所以，对凝聚态物理做出准确、全面的学术介绍是具有重要科学研究价值的。
一、凝聚态物理概念简述
需要说明的是，凝聚态是一种物理状态，是大量相互作用的微观粒子（分子、原子、电子、离子等）组成的系统。常见的凝聚态有固态和液态，另外，超流态、铁磁态、超导态等也属于其形态范围。由此可见，凝聚态与人们常识中的“粘稠”、“凝固”等概念有所不同，是一种涉及范围更大的物理状态。
相较于凝聚态的物理本质，凝聚态物理更偏向于科学研究，是一门研究物理材料的学科，其重点研究对象就是组成凝聚态的微观粒子，并且其研究内容分为了三个理论方向，分别是微观粒子组成结构、微观粒子动力学过程、微观粒子与宏观物质之间的关系。
二、凝聚态物理主要研究内容介绍
（1）固态物理中电子关联区对应的材料
由于固态物理是凝聚态物理的研究基础，所以固态物理研究的电子关联区对应材料也在凝聚态物理的研究范围内。在固态物理材料中，电子行为因为交互作用被分为强、中、弱三个区域。凝聚态物理在电子强关联区主要研究电子浓度较低的惰性金属和近藤效应、巨磁电阻效应等；在電子中关联区主要研究高磁性物质和常见金属，这是铁磁物理学的研究基础；在弱关联区主要研究简单金属和半导体，这是半导体物理学的研究基础。
（2）量子力学的宏观表现
量子力学的宏观表现是宏观物体在量子力作用下表现出的一种物理状态，也是凝聚态物理研究的内容之一。超导现象就是比较常见的一种宏观量子力学现象，具体表现是宏观物体的电阻在临界温度以下会降到零，进而失去磁通性，成为全抗磁体。超流现象也是一种宏观量子力学现象，具体内容是液态氮在温度降到2.17K以下时，会由原来的正常流态转变为较为反常的“超流态”。宏观量子力学现象是量子力学的宏观表现，除去上面介绍的超导现象和超流现象外，位相想干、退相干、耗散等现象在凝聚态物理的研究范围内。
（3）宏观与微观之间的介观结构
在物理学中，我们会根据物体的尺寸、状态等因素的表现将物体划分为宏观物体或微观物体。但是，有一部分物体既在尺寸大小上表现出了宏观物体特性，又在电子运动方面表现出了微观量子特性，也就是说这类物体介于宏观与微观之间，我们称之为介观物体，这也是凝聚态物理研究的内容之一。需要说明的是，纳米结构物体的尺寸都在1x10-9m～100x10-9m之间，这在很大程度上与介观物体的尺寸是重叠的。所以，在凝聚态物理研究中，研究人员通常会将纳米技术的研究当做介观物质研究的基础。
（4）固体与液体之间的软物质
软物质是介于固体物质与液体物质之间的一种复杂物相，也被称为复杂液体。日常生活中，人们常见的软物质有液晶、胶体、泡沫、膜体等。科学研究中，人们常见的软物质有脂肪体、蛋白质、细胞、体液、聚合物等。可以看出，多数软物质都是由有机物组成，但是它们在原子尺度上毫无规则。软物质的另一个量子特性是，软物质在发生形态变化时，内能几乎不变，熵却变化很大。由此可见，软物质的结构变化和常规固态物质的内能驱动不同，是由熵来驱动的。凝聚态物理针对软物质的以上特性，专门研制了具有特殊用途的电子器件和有机发光器件，并取得了不错的应用效果。
三、凝聚态物理的研究理论介绍
根据上文讲述可知，凝聚态物理的研究内容极其广博，有超导现象、超流现象、光谱应用、磁性现象、电子关联、量子通信等。所以，凝聚态物理研究理论也是一个较为广泛的学术范围，但其最根本的理论基础是量子力学和临界相变，并在此基础上根据不同科研项目的侧重点衍生出其他种类的研究理论。下面我们列举出两个具有实际应用价值的代表研究理论。
（1）第一性原理
在研究电子化学键重组、断裂和电子重排的时候，众学者们经常运用第一原理法，从“哈密尔顿”量出发，将研究量近似处理后通过薛定谔方程运算，并最终得出研究体系内电子结构的数据信息。
（2）蒙特·卡洛理论
蒙特·卡洛理论是统计学在凝聚态物理领域的应用，也被称统计模拟理论。蒙特·卡洛理论是以统计学为基础，从研究数据中随机抽取数值来进行计算，进而得出研究现象发生的概率，并将这个概率的大小作为问题研究的结果。
四、凝聚态物理的研究成果及应用
凝聚态物理在科学领域的研究应用主要体现在太阳能电池和纳米器件的材料研发上，如人们熟知的复合热材料、薄膜材料、拓扑绝缘材料、新型碳锗材料、纳米材料等。
在以上提及的材料中，大部分材料都有着极具潜力的应用空间。例如，新型碳锗材料的成功研制，不仅丰富了碳材料数据库，还可以充当锂离子电池电极的合成材料，可以说在理论和使用两方面都有着极高的科研价值。在新型碳锗材料中，石墨烯被认为是最具潜力的新型纳米材料，凭借其超薄、超强度、易导热、易导电等特性，在将来很有可能会取代硅材料被用来制造触摸显示屏、太阳能电池板等。
除以上介绍的科研成果以外，科学家还利用凝聚态物理中的微观粒子隧道效应，研制出了隧道结夹层结构，并衍生出了实用价值极高的半导体隧道二极管、库珀对超导隧道结；利用凝聚态物理中的量子力学研制出了微枪激光器；利用双磁性金属研制出了可以作为读卡器磁头的磁量子阱等等。
五、结语
凝聚态物理是物理学的重要组成部分，有着较大的研究价值和发展空间。曾有人戏称：“量子力学是手机、电脑的血液，凝聚态物理是互联网技术的骨骼。”可见，不管是在宏观材料上，还是在微观结构上，凝聚态物理在当今科技领域都有着不可取代的重要作用。这就是凝聚态物理，虽然其学术研究相对复杂，但是其研究成果却日常可见。
参考文献
[1]施郁. 凝聚态物理中的拓扑[N]. 北京日报，2016-10-12（017）.
[2]张翠萍.当今凝聚态物理研究的主要几个分支及研究进展[J].中国新技术新产品，2016（16）：16-17.
[3]施郁.拓扑改变凝聚态物理——2016年诺贝尔物理学奖[J].大学物理，2017，36（02）：47-54.
[4]戴希.凝聚态材料中的拓扑相与拓扑相变——2016年诺贝尔物理学奖解读[J].物理，2016，45（12）：757-768.
[关键词]凝聚态物理；固态物理；微观角度；高新技术；
中图分类号：C912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0365-01
引言
现阶段，凝聚态物理在科学领域的重要价值主要体现在两个方面：一方面，凝聚态物理为新材料、新工艺的研发和制备提供了强有力的理论基础和数据支持；另一方面，凝聚态物理与“临近学科”在理论概念、研究方法、应用技术等方面相互渗透，变相的促进了物理科学研究的整体进步。然而，凝聚态物理本身在科学领域是一个“小众知识”，并没有被大多数学者所熟知，这为其应用研究的进一步深入平添了不少阻力。所以，对凝聚态物理做出准确、全面的学术介绍是具有重要科学研究价值的。
一、凝聚态物理概念简述
需要说明的是，凝聚态是一种物理状态，是大量相互作用的微观粒子（分子、原子、电子、离子等）组成的系统。常见的凝聚态有固态和液态，另外，超流态、铁磁态、超导态等也属于其形态范围。由此可见，凝聚态与人们常识中的“粘稠”、“凝固”等概念有所不同，是一种涉及范围更大的物理状态。
相较于凝聚态的物理本质，凝聚态物理更偏向于科学研究，是一门研究物理材料的学科，其重点研究对象就是组成凝聚态的微观粒子，并且其研究内容分为了三个理论方向，分别是微观粒子组成结构、微观粒子动力学过程、微观粒子与宏观物质之间的关系。
二、凝聚态物理主要研究内容介绍
（1）固态物理中电子关联区对应的材料
由于固态物理是凝聚态物理的研究基础，所以固态物理研究的电子关联区对应材料也在凝聚态物理的研究范围内。在固态物理材料中，电子行为因为交互作用被分为强、中、弱三个区域。凝聚态物理在电子强关联区主要研究电子浓度较低的惰性金属和近藤效应、巨磁电阻效应等；在電子中关联区主要研究高磁性物质和常见金属，这是铁磁物理学的研究基础；在弱关联区主要研究简单金属和半导体，这是半导体物理学的研究基础。
（2）量子力学的宏观表现
量子力学的宏观表现是宏观物体在量子力作用下表现出的一种物理状态，也是凝聚态物理研究的内容之一。超导现象就是比较常见的一种宏观量子力学现象，具体表现是宏观物体的电阻在临界温度以下会降到零，进而失去磁通性，成为全抗磁体。超流现象也是一种宏观量子力学现象，具体内容是液态氮在温度降到2.17K以下时，会由原来的正常流态转变为较为反常的“超流态”。宏观量子力学现象是量子力学的宏观表现，除去上面介绍的超导现象和超流现象外，位相想干、退相干、耗散等现象在凝聚态物理的研究范围内。
（3）宏观与微观之间的介观结构
在物理学中，我们会根据物体的尺寸、状态等因素的表现将物体划分为宏观物体或微观物体。但是，有一部分物体既在尺寸大小上表现出了宏观物体特性，又在电子运动方面表现出了微观量子特性，也就是说这类物体介于宏观与微观之间，我们称之为介观物体，这也是凝聚态物理研究的内容之一。需要说明的是，纳米结构物体的尺寸都在1x10-9m～100x10-9m之间，这在很大程度上与介观物体的尺寸是重叠的。所以，在凝聚态物理研究中，研究人员通常会将纳米技术的研究当做介观物质研究的基础。
（4）固体与液体之间的软物质
软物质是介于固体物质与液体物质之间的一种复杂物相，也被称为复杂液体。日常生活中，人们常见的软物质有液晶、胶体、泡沫、膜体等。科学研究中，人们常见的软物质有脂肪体、蛋白质、细胞、体液、聚合物等。可以看出，多数软物质都是由有机物组成，但是它们在原子尺度上毫无规则。软物质的另一个量子特性是，软物质在发生形态变化时，内能几乎不变，熵却变化很大。由此可见，软物质的结构变化和常规固态物质的内能驱动不同，是由熵来驱动的。凝聚态物理针对软物质的以上特性，专门研制了具有特殊用途的电子器件和有机发光器件，并取得了不错的应用效果。
三、凝聚态物理的研究理论介绍
根据上文讲述可知，凝聚态物理的研究内容极其广博，有超导现象、超流现象、光谱应用、磁性现象、电子关联、量子通信等。所以，凝聚态物理研究理论也是一个较为广泛的学术范围，但其最根本的理论基础是量子力学和临界相变，并在此基础上根据不同科研项目的侧重点衍生出其他种类的研究理论。下面我们列举出两个具有实际应用价值的代表研究理论。
（1）第一性原理
在研究电子化学键重组、断裂和电子重排的时候，众学者们经常运用第一原理法，从“哈密尔顿”量出发，将研究量近似处理后通过薛定谔方程运算，并最终得出研究体系内电子结构的数据信息。
（2）蒙特·卡洛理论
蒙特·卡洛理论是统计学在凝聚态物理领域的应用，也被称统计模拟理论。蒙特·卡洛理论是以统计学为基础，从研究数据中随机抽取数值来进行计算，进而得出研究现象发生的概率，并将这个概率的大小作为问题研究的结果。
四、凝聚态物理的研究成果及应用
凝聚态物理在科学领域的研究应用主要体现在太阳能电池和纳米器件的材料研发上，如人们熟知的复合热材料、薄膜材料、拓扑绝缘材料、新型碳锗材料、纳米材料等。
在以上提及的材料中，大部分材料都有着极具潜力的应用空间。例如，新型碳锗材料的成功研制，不仅丰富了碳材料数据库，还可以充当锂离子电池电极的合成材料，可以说在理论和使用两方面都有着极高的科研价值。在新型碳锗材料中，石墨烯被认为是最具潜力的新型纳米材料，凭借其超薄、超强度、易导热、易导电等特性，在将来很有可能会取代硅材料被用来制造触摸显示屏、太阳能电池板等。
除以上介绍的科研成果以外，科学家还利用凝聚态物理中的微观粒子隧道效应，研制出了隧道结夹层结构，并衍生出了实用价值极高的半导体隧道二极管、库珀对超导隧道结；利用凝聚态物理中的量子力学研制出了微枪激光器；利用双磁性金属研制出了可以作为读卡器磁头的磁量子阱等等。
五、结语
凝聚态物理是物理学的重要组成部分，有着较大的研究价值和发展空间。曾有人戏称：“量子力学是手机、电脑的血液，凝聚态物理是互联网技术的骨骼。”可见，不管是在宏观材料上，还是在微观结构上，凝聚态物理在当今科技领域都有着不可取代的重要作用。这就是凝聚态物理，虽然其学术研究相对复杂，但是其研究成果却日常可见。
参考文献
[1]施郁. 凝聚态物理中的拓扑[N]. 北京日报，2016-10-12（017）.
[2]张翠萍.当今凝聚态物理研究的主要几个分支及研究进展[J].中国新技术新产品，2016（16）：16-17.
[3]施郁.拓扑改变凝聚态物理——2016年诺贝尔物理学奖[J].大学物理，2017，36（02）：47-54.
[4]戴希.凝聚态材料中的拓扑相与拓扑相变——2016年诺贝尔物理学奖解读[J].物理，2016，45（12）：757-768.