凝聚体物理学

context: 晶体学、冶金学、弹性力学以及磁学等等起初是各自独立的学科领域。这些学科在二十世纪四十年代被物理学家统合为固态物理学。时间进入二十世纪六十年代后，有关液体物理性质的研究也被纳入其中，形成凝聚体物理学这一新学科。据物理学家菲利普·安德森所述，术语“凝聚体物理学”是他和福尔克尔·海涅首创。1967年，他们把位于卡文迪许实验室的研究组名称由“固体理论”改为“凝聚体理论”。二人觉得原来的名称并没有涵盖液体及核物质等方面研究。但是，“凝聚体”这一术语此前已在欧洲学界出现，只是由他们普及而已，较为著名的例子是施普林格公司于1963年创建的期刊《凝聚体物理学》。二十世纪六、七十年代的资金环境以及各国政府采取的冷战政策促使相关领域物理学家接纳了“凝聚体物理学”这一术语。他们认为这一术语相对于“固态物理学”而言更为突出了固体、液体、电浆以及其他复杂物质研究之间的共通性。这些研究与金属和半导体在工业上的应用息息相关。贝尔实验室是最早开展凝聚体物理学研究项目的研究机构之一。“凝聚体”这一术语在更早的文献中即已出现。例如，在1947年出版的由雅科夫·弗伦克尔撰写的专著《液体动力学理的绪论》中，他提出：“液体动力学理论日后也将发展为固体动力学理论的推广与延伸。实际上，更为正确的做法或许是将液体与固体统归为‘凝聚体’。”
qas: question: 在何时将弹性力学以及磁学等等各自独立的学科领域统合成固态物理学?
answers: text: 二十世纪四十年代

question: 在固态物理学中纳入有关液体物理性质的研究而形成?
answers: text: 凝聚体物理学

question: 在哪一个文献中早已出现“凝聚体”这一术语?
answers: text: 《液体动力学理的绪论》

context: 近期，物理学者发现，在某些凝聚体物理学案例里，集体激发的物理行为貌似真空里的光子、电子、胶子与夸克。这意味着这些基础粒子源自于同样的机制，即在真空里的弦网凝聚。从这机制产生的物理行为是一种涌现现象。涌现特性还可能发生在材料界面，比如铝酸镧-钛酸锶界面，假设将铝酸镧与钛酸锶这两块非磁绝缘体连接在一起，则会令人茫然费解地出现导电性、超导性及铁磁性。另外，物质的金属态历来是固体性质研究的一个重要的组成部分。德汝德模型是对于金属的第一个理论描述。这一模型认为：移动于金属内部的电子，其物理行为就好像理想气体。德汝德模型可以解释维德曼–夫兰兹定理，即各种金属的热导率与电导率的比率跟温度呈正比，但是，它对于金属比热给出自相矛盾的结论无法解释。
qas: question: 近期物理学者在某些凝聚体物理学案例里中发现基础粒子源自于哪个机制?
answers: text: 在真空里的弦网凝聚

question: 从在真空里的弦网凝聚机制所产生的物理行属于什么现象?
answers: text: 涌现现象

question: 哪一个模型认为移动于金属内部的电子其物理行为像理想气体?
answers: text: 德汝德模型

question: 哪一个定理指出各种金属的热导率与电导率的比率跟温度呈正比?
answers: text: 维德曼–夫兰兹定理

context: 英国化学家汉弗里·戴维是凝聚体物理学的先驱之一。他在十九世纪初即进行了相关的研究。戴维发现当时已知的40种化学元素中有26种元素的单质具有一些共有的性质，如表面有金属光泽、延展性强、电导率及热导率高。这意味着原子可能并不像约翰·道尔顿所预见的那样不可分，而是具有内部结构。戴维进一步提出像氮气以及氢气这样常温常压下为气体的单质，在一定的条件下可以液化，并且它们液化后也会具有一定的金属性。1823年，当时还是戴维实验室的助手的麦可·法拉第实现了氯气的液化，并随后又实现了除氮、氢、氧外其他已知元素气体单质的液化。1869年，爱尔兰化学家托马斯·安德鲁斯在对液体到气体的相变进行了一定的研究后，引入了临界点这一概念来描述系统同时具有液体与气体特性时的条件。随后，荷兰物理学家约翰内斯·范德瓦耳斯提出了凡得瓦方程式，为后来较高温度下的测量结果预测系统临界行为提供理论基础。1898年，詹姆斯·杜瓦实现了氢气的液化。十年后，海克·卡末林·昂内斯实现了氦气的液化。保罗·德汝德在1900年提出了首个金属内电子运动的古典模型。德汝德在其模型中以金属中电子的行为类似气体分子为出发点描述了金属的一些性质。德汝德模型也是首个能够解释像维德曼–夫兰兹定理这样的经验定律的微观模型。尽管德汝德模型取得了一定的成功，但其仍不能解释一些重要问题，如电子对于金属热容的影响，金属的磁性质，以及低温条件下电阻率与温度的关系。
qas: question: 戴维提出了氮气以及哪个单质在常温常压下为气体?
answers: text: 氢气

question: 氢气及氮气在液化后会具有什么特性?
answers: text: 金属性

question: 哪个人实现了除了氮、氢、氧外其他已知元素气体单质的液化?
answers: text: 麦可·法拉第

question: 哪个人加入了临界点这一个概念来描述系统同时具有液体与气体特性时的条件?
answers: text: 托马斯·安德鲁斯

question: 保罗·德汝德在1900年提出的古典模型描述了什么物质的一些性质?
answers: text: 金属

context: 1911年，在实现氦气液化三年后，当时在莱顿大学工作的昂内斯发现了汞的超导性，他发现在温度低于某一特定值时，汞的电阻率变为零，这一现象令当时顶尖的理论物理学家感到震惊，并在随后的几十年中一直是未解之谜。1922年，阿尔伯特•爱因斯坦这样评价当时对于超导的理论解释：“目前我们对于复合系统的量子力学的深远意义仍一无所知。在这些模糊的概念的基础上，我们距离构造出理论的目标仍很遥远。”德汝德的古典模型后来得到了沃尔夫冈•包立、阿诺•索末菲及费利克斯•布洛赫等人的补充修正。包立首先意识到自由电子在金属内部的行为必须遵守费米-狄拉克统计，基于这个思路，他在1926年发展出顺磁性理论。包立开启了现代固态物理学的发展，同年，索末菲提出的考虑到电子遵守的费米-狄拉克统计的理论比较完满地解决了金属的热容问题。两年后，布洛赫利用量子力学的原理与方法来描述在周期性晶格中的电子的运动，说明连续能带的形成机制。1931年，亚兰•威尔逊发表论文阐明半导体的物理性质：半导体是带隙较为狭窄的绝缘体，被激发的电子可以从价带跳过带隙至导带进行导电。1933年，索末菲与汉斯•贝特对于金属量子力学理论给出权威评论，详细论述了整个那时期的发展。1947年，约翰•巴丁、沃尔特•布拉顿及威廉•肖克利制成了首个基于半导体的晶体管，这项创举引发了电子工程学的一次革命。
qas: question: 哪个人在1926年发展出顺磁性理论?
answers: text: 包立

question: 哪个人描述了在周期性晶格中的电子的运动以说明连续能带的形成机制?
answers: text: 布洛赫

question: 1947年时哪个发明引起了电子工程学的一次革命?
answers: text: 首个基于半导体的晶体管

context: 1879年，约翰霍普金斯大学的埃德温•霍尔做实验实现詹姆斯•马克士威在著作《电磁通论》里提出的论述。霍尔发现，当外磁场垂直于导体中的电流密度时，导体会产生一个同时垂直于电流密度及外磁场的电场，以抵消外磁场对于导体内电荷载子的影响。这种源于导体中电荷载子的正负电性及其它性质的现象就是有名的霍尔效应，但这一效应在当时并没有得到完满的解释，因为电子是在18年后才被约瑟夫•汤姆森在实验中发现。虽然后来发展出的经典理论可以解释从实验得到的关于碱金属与某些其它金属的霍尔系数，它不能解释电荷载子的正负电性。1929年，鲁道夫•佩尔斯对于正霍尔效应给出理论解释。在正霍尔效应里，电流载子带有正价，佩尔斯表示，这是因为在能带边缘区域的电子，其物理行为貌似带有正价。隔年，列夫•朗道分析了磁场对于二维电子气体的影响，他提议，在恒定均匀磁场中，电子会在垂直于磁场的平面内做圆周运动，并且这种运动是简谐的；电子能量是量子化的，形成朗道能级。这论述基础地解释了后来于1980年实验发现的量子霍尔效应。
qas: question: 霍尔到导体会产生电场来抵销什么对导体内电荷载子的影响?
answers: text: 外磁场

question: 列夫•朗道提议道在怎样的条件之下电子会在垂直于磁场的平面内做圆周运动?
answers: text: 在恒定均匀磁场中

question: 谁的论述基本地解释了后来于1980年的量子霍尔效应?
answers: text: 列夫•朗道

context: 早在公元4000年前的中国，物质的磁性就已为人们所熟知。然而，近代的磁学研究直至十九世纪法拉第及马克士威创立电动力学后才正式起步。相关的研究包括基于物质磁化过程的不同将它们区分为铁磁性物质、顺磁性物质或是抗磁性物质。皮埃尔•居礼曾研究过磁场与温度的关系，并发现了铁磁性物质相变的居礼点。1906年，皮埃尔•外斯引入了磁域这一概念来解释铁磁性物质的主要特性。1925年，乔治•乌伦贝克与萨缪尔•高斯密特合作发现了电子自旋，同年，威廉•冷次与恩斯特•易辛共同创立的易辛模型是首个自微观层面描述物质磁性的数学模型。他们将磁性物质看作是由周期性自旋晶格组成的，而物质的磁性则是这些晶格整体的效应。通过易辛模型，人们可以精确地得出自发磁化在一维晶格中并不会发生，而只能产生在更高维的晶格中。后续更为深入的研究包括布洛赫提出的自旋波以及路易•奈尔就反铁磁性所做的研究等等，这些研究催生了新的磁材料以及受到广泛应用的磁储存设备。
qas: question: 近代对于磁学的研究一直到马克士威等人创立了什么之后才正式开始?
answers: text: 电动力学

question: 在何时带入了磁域这一概念来解释铁磁性物质的主要特性?
answers: text: 1906年

question: 在何时创立了首个自微观层面描述物质磁性的数学模型?
answers: text: 1925年

question: 自旋波以及反铁磁性等等的研究催生了之后被广泛运用的哪种设备?
answers: text: 磁储存设备

context: 二十世纪三十年代，索末菲模型与铁磁性物质的自旋模型向物理学家展示了量子力学方法在解决凝聚体物质问题时的有效性，然而，那时还有一些尚未解决的问题，其中较为突出的是物质超导性的描述与近藤效应。第二次世界大战后，物理学家开始采用量子场论的一些方法来解决凝聚体物质问题，其中较为有名的事例是准粒子这一概念的引入，及其对于固体内集体激发问题的解决。俄罗斯物理学家列夫·朗道也采用这一方法解决了低温条件下费米子间交互作用的问题，他所引入的准粒子现在被物理学家称作“朗道准粒子”。朗道还发展了连续相变的平均场论。这一理论以自发对称性破缺来描述有序相，同时引入序参数这一概念来区分有序相。1965年，约翰·巴丁、利昂·库珀与约翰·施里弗，基于两个自旋相反的电子彼此之间由于声子媒介而相互吸引，因此形成“库珀对”这一现象，提出了BCS理论，最终从理论上解释了超导现象。
qas: question: 索末菲模型以及自旋模型显示出量子力学方法对于解决哪个问题的有效性?
answers: text: 凝聚体物质问题

question: 第二次世界大战后对于解决凝聚体物质问题中较有名的是哪个概念的引入?
answers: text: 准粒子

question: 准粒子这一个概念提出了对于哪个物质内集体激发问题的解决?
answers: text: 固体

question: 当时物理学家列夫·朗道所引入的准粒子被现今的物理学家称为?
answers: text: 朗道准粒子

question: 哪个理论不仅描述了有序相亦同时引入了序参数这个概念?
answers: text: 平均场论

context: 临界现象是二十世纪六十年代的研究热点之一。这一研究方向主要是关于系统的相变以及可观测的临界行为。利奥•卡达诺夫、本杰明•维多姆及麦可•菲舍尔提出了临界指数及维多姆标度等方法。这些方法后来于1972年由肯尼斯•威尔森以量子场论中重正化群的形式进行了整合。1980年，克劳斯•冯•克利青发现量子霍尔效应，即在低温下强磁场中，二维电子气的霍尔电导是一个基础常数的整数倍。这基础常数称为电导量子，e2/h；其中，e是基本电荷，h是普朗克常数。他还发现这一现象与像杂质含量或界面性质等的系统不规则之处无关，只与电导量子有关。翌年，罗伯特•劳夫林对于这未曾预料到的高精密度整数结果给出理论解释，虽然他并未明确指出，但这理论意味着霍尔电导可以用一个称为陈省身数的拓扑不变性来描述。1982年，霍斯特•施特默与崔琦发现了分数量子霍尔效应，即霍尔电导是电导量子的有理数倍。分数量子霍尔效应与整数量子霍尔效应的物理机制不同，后者可以忽略电子间的交互作用，而前者必须假定电子间的交互作用，需要用“多电子波函数”来解释。隔年，劳夫林利用变分法得出劳夫林波函数，从而对于这一效应给出理论解释，并且说明这理论会导致带有分数电荷的准粒子。物理学者称这准粒子为复合费米子，并且阐明，电子的分数量子霍尔效应可以诠释为复合费米子的整数霍尔效应。分数量子霍尔系统展示出的各种物理现象仍是目前的研究热点之一。
qas: question: 临界现象的研究方向主要是可观测的临界行为以及?
answers: text: 关于系统的相变

question: 临界指数及维多姆标度等方法在何时被肯尼斯•威尔森所整合?
answers: text: 1972年

question: 霍斯特•施特默以及谁发现了霍尔电导是电导量子的有理数倍?
answers: text: 崔琦

question: 分数量子霍尔效应必须以什么来作解释?
answers: text: 多电子波函数

question: 带有分数电荷的准粒子被物理学者称之为?
answers: text: 复合费米子

context: 由丹•谢赫特曼发现的准晶体是晶体学的一项创举。1982年，谢赫特曼观察到一些金属合金出现异乎寻常的绕射图谱。这些绕射图谱显示这些合金的结构是有序的，但却不具备平移对称性。在准晶体被发现后，国际晶体学联合会考虑到非周期性结构调整了对于晶体的定义。对于软物质的研究在二十世纪下半叶也取得了一些重大的进展。其中值得一提的是保罗•弗洛里及皮埃尔-吉勒•德热纳等人对于像聚合物及液晶这样的软物质的热力学平衡研究。自从发现超导现象后以来，物理学者不断尝试提升其转变温度。1986年，卡尔•米勒与约翰内斯•贝德诺尔茨发现了首个高温超导体，转变温度为35K温度。后来物理学家发现它是强相关材料的一种。高温超导体的发现引起了物理学界对于强相关材料的兴趣。在这种材料中，电子间的交互作用对于材料的特性有很大的影响。但目前，物理学家仍不能从理论上得到对于高温超导体性质完善的解释，而强相关材料也将在一段时期里会是研究热点之一。
qas: question: 哪个人所观察到的绕射图谱显示合金的结构不具备平移对称性?
answers: text: 丹•谢赫特曼

question: 聚合物及液晶是什么样的物质?
answers: text: 软物质

question: 在二十世纪下半叶对于软物质的研究中最值得一提的是哪个研究?
answers: text: 软物质的热力学平衡研究

context: 2012年，一些研究者发现六硼化钐可能是一种拓扑绝缘体，其所具有的一些性质与早前对于拓扑绝缘体的理论预言相吻合。此前人们已经知道六硼化钐是一种近藤绝缘体，即强相关电子材料。如果其内部存在拓扑界面态的话，那么它就会是一种具有强电子相关性的拓扑绝缘体。凝聚体物理学目前的研究焦点包括强相关材料，量子相变以及量子场论在凝聚体系统中的应用。目前所要解决的问题包括高温超导性、拓扑有序以及石墨烯与碳奈米管这样的新型材料的理论描述。此外，涌现是理论凝聚体物理学中一个重要的概念。它是指粒子在生成复合体时物理行为所发生的剧烈变化。比如人们尽管对于单一电子及晶格的微观性质已经有了充分的认识，但对由这些单一客体组成的高温超导体所显示出的一系列现象却并不能给出较好的解释。涌现与还原是两种完全对立的概念。根据还原论，只要能找到主导万物的大自然定律，则可知道宇宙的奥秘。
qas: question: 2012年时发现了哪个物质所具有的一些性质与对于拓扑绝缘体的理论预言相吻合?
answers: text: 六硼化钐

question: 若六硼化钐内存在着什么则它就会是拓扑绝缘体?
answers: text: 拓扑界面态

question: 涌现是指粒子在生成什么物质时物理行为所发生的剧烈变化?
answers: text: 复合体

question: 与还原完全相反的概念是?
answers: text: 涌现