凝聚体物理学

context: 晶體學、冶金學、彈性力學以及磁學等等起初是各自獨立的學科領域。這些學科在二十世紀四十年代被物理學家統合為固態物理學。時間進入二十世紀六十年代後，有關液體物理性質的研究也被納入其中，形成凝聚體物理學這一新學科。據物理學家菲利普·安德森所述，術語「凝聚體物理學」是他和福爾克爾·海涅首創。1967年，他們把位於卡文迪許實驗室的研究組名稱由「固體理論」改為「凝聚體理論」。二人覺得原來的名稱並沒有涵蓋液體及核物質等方面研究。但是，「凝聚體」這一術語此前已在歐洲學界出現，只是由他們普及而已，較為著名的例子是施普林格公司於1963年創建的期刊《凝聚體物理學》。二十世紀六、七十年代的資金環境以及各國政府採取的冷戰政策促使相關領域物理學家接納了「凝聚體物理學」這一術語。他們認為這一術語相對於「固態物理學」而言更為突出了固體、液體、電漿以及其他複雜物質研究之間的共通性。這些研究與金屬和半導體在工業上的應用息息相關。貝爾實驗室是最早開展凝聚體物理學研究項目的研究機構之一。「凝聚體」這一術語在更早的文獻中即已出現。例如，在1947年出版的由雅科夫·弗倫克爾撰寫的專著《液體動力學理的緒論》中，他提出：「液體動力學理論日後也將發展為固體動力學理論的推廣與延伸。實際上，更為正確的做法或許是將液體與固體統歸為『凝聚體』。」
qas: answers: text: 二十世紀四十年代
question: 在何時將彈性力學以及磁學等等各自獨立的學科領域統合成固態物理學?

answers: text: 凝聚體物理學
question: 在固態物理學中納入有關液體物理性質的研究而形成?

answers: text: 《液體動力學理的緒論》
question: 在哪一個文獻中早已出現「凝聚體」這一術語?

context: 近期，物理學者發現，在某些凝聚體物理學案例裏，集體激發的物理行為貌似真空裏的光子、電子、膠子與夸克。這意味著這些基礎粒子源自於同樣的機制，即在真空裏的弦網凝聚。從這機制產生的物理行為是一種湧現現象。湧現特性還可能發生在材料界面，比如鋁酸鑭-鈦酸鍶界面，假設將鋁酸鑭與鈦酸鍶這兩塊非磁絕緣體連接在一起，則會令人茫然費解地出現導電性、超導性及鐵磁性。另外，物質的金屬態歷來是固體性質研究的一個重要的組成部分。德汝德模型是對於金屬的第一個理論描述。這一模型認為：移動於金屬內部的電子，其物理行為就好像理想氣體。德汝德模型可以解釋維德曼–夫蘭茲定理，即各種金屬的熱導率與電導率的比率跟溫度呈正比，但是，它對於金屬比熱給出自相矛盾的結論無法解釋。
qas: answers: text: 在真空裏的弦網凝聚
question: 近期物理學者在某些凝聚體物理學案例裏中發現基礎粒子源自於哪個機制?

answers: text: 湧現現象
question: 從在真空裏的弦網凝聚機制所產生的物理行屬於什麼現象?

answers: text: 德汝德模型
question: 哪一個模型認為移動於金屬內部的電子其物理行為像理想氣體?

answers: text: 維德曼–夫蘭茲定理
question: 哪一個定理指出各種金屬的熱導率與電導率的比率跟溫度呈正比?

context: 英國化學家漢弗里·戴維是凝聚體物理學的先驅之一。他在十九世紀初即進行了相關的研究。戴維發現當時已知的40種化學元素中有26種元素的單質具有一些共有的性質，如表面有金屬光澤、延展性強、電導率及熱導率高。這意味著原子可能並不像約翰·道爾頓所預見的那樣不可分，而是具有內部結構。戴維進一步提出像氮氣以及氫氣這樣常溫常壓下為氣體的單質，在一定的條件下可以液化，並且它們液化後也會具有一定的金屬性。1823年，當時還是戴維實驗室的助手的麥可·法拉第實現了氯氣的液化，並隨後又實現了除氮、氫、氧外其他已知元素氣體單質的液化。1869年，愛爾蘭化學家托馬斯·安德魯斯在對液體到氣體的相變進行了一定的研究後，引入了臨界點這一概念來描述系統同時具有液體與氣體特性時的條件。隨後，荷蘭物理學家約翰內斯·范德瓦耳斯提出了凡得瓦方程式，為後來較高溫度下的測量結果預測系統臨界行為提供理論基礎。1898年，詹姆斯·杜瓦實現了氫氣的液化。十年後，海克·卡末林·昂內斯實現了氦氣的液化。保羅·德汝德在1900年提出了首個金屬內電子運動的古典模型。德汝德在其模型中以金屬中電子的行為類似氣體分子為出發點描述了金屬的一些性質。德汝德模型也是首個能夠解釋像維德曼–夫蘭茲定理這樣的經驗定律的微觀模型。儘管德汝德模型取得了一定的成功，但其仍不能解釋一些重要問題，如電子對於金屬熱容的影響，金屬的磁性質，以及低溫條件下電阻率與溫度的關係。
qas: answers: text: 氫氣
question: 戴維提出了氮氣以及哪個單質在常溫常壓下為氣體?

answers: text: 金屬性
question: 氫氣及氮氣在液化後會具有什麼特性?

answers: text: 麥可·法拉第
question: 哪個人實現了除了氮、氫、氧外其他已知元素氣體單質的液化?

answers: text: 托馬斯·安德魯斯
question: 哪個人加入了臨界點這一個概念來描述系統同時具有液體與氣體特性時的條件?

answers: text: 金屬
question: 保羅·德汝德在1900年提出的古典模型描述了什麼物質的一些性質?

context: 1911年，在實現氦氣液化三年後，當時在萊頓大學工作的昂內斯發現了汞的超導性，他發現在溫度低於某一特定值時，汞的電阻率變為零，這一現象令當時頂尖的理論物理學家感到震驚，並在隨後的幾十年中一直是未解之謎。1922年，阿爾伯特•愛因斯坦這樣評價當時對於超導的理論解釋：「目前我們對於複合系統的量子力學的深遠意義仍一無所知。在這些模糊的概念的基礎上，我們距離構造出理論的目標仍很遙遠。」德汝德的古典模型後來得到了沃爾夫岡•包立、阿諾•索末菲及費利克斯•布洛赫等人的補充修正。包立首先意識到自由電子在金屬內部的行為必須遵守費米-狄拉克統計，基於這個思路，他在1926年發展出順磁性理論。包立開啟了現代固態物理學的發展，同年，索末菲提出的考慮到電子遵守的費米-狄拉克統計的理論比較完滿地解決了金屬的熱容問題。兩年後，布洛赫利用量子力學的原理與方法來描述在周期性晶格中的電子的運動，說明連續能帶的形成機制。1931年，亞蘭•威爾遜發表論文闡明半導體的物理性質：半導體是帶隙較為狹窄的絕緣體，被激發的電子可以從價帶跳過帶隙至導帶進行導電。1933年，索末菲與漢斯•貝特對於金屬量子力學理論給出權威評論，詳細論述了整個那時期的發展。1947年，約翰•巴丁、沃爾特•布拉頓及威廉•肖克利製成了首個基於半導體的電晶體，這項創舉引發了電子工程學的一次革命。
qas: answers: text: 包立
question: 哪個人在1926年發展出順磁性理論?

answers: text: 布洛赫
question: 哪個人描述了在周期性晶格中的電子的運動以說明連續能帶的形成機制?

answers: text: 首個基於半導體的電晶體
question: 1947年時哪個發明引起了電子工程學的一次革命?

context: 1879年，約翰霍普金斯大學的埃德溫•霍爾做實驗實現詹姆斯•馬克士威在著作《電磁通論》裏提出的論述。霍爾發現，當外磁場垂直於導體中的電流密度時，導體會產生一個同時垂直於電流密度及外磁場的電場，以抵消外磁場對於導體內電荷載子的影響。這種源於導體中電荷載子的正負電性及其它性質的現象就是有名的霍爾效應，但這一效應在當時並沒有得到完滿的解釋，因為電子是在18年後才被約瑟夫•湯姆森在實驗中發現。雖然後來發展出的經典理論可以解釋從實驗得到的關於鹼金屬與某些其它金屬的霍爾係數，它不能解釋電荷載子的正負電性。1929年，魯道夫•佩爾斯對於正霍爾效應給出理論解釋。在正霍爾效應裏，電流載子帶有正價，佩爾斯表示，這是因為在能帶邊緣區域的電子，其物理行為貌似帶有正價。隔年，列夫•朗道分析了磁場對於二維電子氣體的影響，他提議，在恆定均勻磁場中，電子會在垂直於磁場的平面內做圓周運動，並且這種運動是簡諧的；電子能量是量子化的，形成朗道能級。這論述基礎地解釋了後來於1980年實驗發現的量子霍爾效應。
qas: answers: text: 外磁場
question: 霍爾到導體會產生電場來抵銷什麼對導體內電荷載子的影響?

answers: text: 在恆定均勻磁場中
question: 列夫•朗道提議道在怎樣的條件之下電子會在垂直於磁場的平面內做圓周運動?

answers: text: 列夫•朗道
question: 誰的論述基本地解釋了後來於1980年的量子霍爾效應?

context: 早在公元4000年前的中國，物質的磁性就已為人們所熟知。然而，近代的磁學研究直至十九世紀法拉第及馬克士威創立電動力學後才正式起步。相關的研究包括基於物質磁化過程的不同將它們區分為鐵磁性物質、順磁性物質或是抗磁性物質。皮埃爾•居禮曾研究過磁場與溫度的關係，並發現了鐵磁性物質相變的居禮點。1906年，皮埃爾•外斯引入了磁域這一概念來解釋鐵磁性物質的主要特性。1925年，喬治•烏倫貝克與薩繆爾•高斯密特合作發現了電子自旋，同年，威廉•冷次與恩斯特•易辛共同創立的易辛模型是首個自微觀層面描述物質磁性的數學模型。他們將磁性物質看作是由周期性自旋晶格組成的，而物質的磁性則是這些晶格整體的效應。通過易辛模型，人們可以精確地得出自發磁化在一維晶格中並不會發生，而只能產生在更高維的晶格中。後續更為深入的研究包括布洛赫提出的自旋波以及路易•奈爾就反鐵磁性所做的研究等等，這些研究催生了新的磁材料以及受到廣泛應用的磁儲存設備。
qas: answers: text: 電動力學
question: 近代對於磁學的研究一直到馬克士威等人創立了什麼之後才正式開始?

answers: text: 1906年
question: 在何時帶入了磁域這一概念來解釋鐵磁性物質的主要特性?

answers: text: 1925年
question: 在何時創立了首個自微觀層面描述物質磁性的數學模型?

answers: text: 磁儲存設備
question: 自旋波以及反鐵磁性等等的研究催生了之後被廣泛運用的哪種設備?

context: 二十世紀三十年代，索末菲模型與鐵磁性物質的自旋模型向物理學家展示了量子力學方法在解決凝聚體物質問題時的有效性，然而，那時還有一些尚未解決的問題，其中較為突出的是物質超導性的描述與近藤效應。第二次世界大戰後，物理學家開始採用量子場論的一些方法來解決凝聚體物質問題，其中較為有名的事例是准粒子這一概念的引入，及其對於固體內集體激發問題的解決。俄羅斯物理學家列夫·朗道也採用這一方法解決了低溫條件下費米子間交互作用的問題，他所引入的准粒子現在被物理學家稱作「朗道准粒子」。朗道還發展了連續相變的平均場論。這一理論以自發對稱性破缺來描述有序相，同時引入序參數這一概念來區分有序相。1965年，約翰·巴丁、利昂·庫珀與約翰·施里弗，基於兩個自旋相反的電子彼此之間由於聲子媒介而相互吸引，因此形成「庫珀對」這一現象，提出了BCS理論，最終從理論上解釋了超導現象。
qas: answers: text: 凝聚體物質問題
question: 索末菲模型以及自旋模型顯示出量子力學方法對於解決哪個問題的有效性?

answers: text: 准粒子
question: 第二次世界大戰後對於解決凝聚體物質問題中較有名的是哪個概念的引入?

answers: text: 固體
question: 准粒子這一個概念提出了對於哪個物質內集體激發問題的解決?

answers: text: 朗道准粒子
question: 當時物理學家列夫·朗道所引入的准粒子被現今的物理學家稱為?

answers: text: 平均場論
question: 哪個理論不僅描述了有序相亦同時引入了序參數這個概念?

context: 臨界現象是二十世紀六十年代的研究熱點之一。這一研究方向主要是關於系統的相變以及可觀測的臨界行為。利奧•卡達諾夫、班傑明•維多姆及麥可•菲舍爾提出了臨界指數及維多姆標度等方法。這些方法後來於1972年由肯尼斯•威爾森以量子場論中重正化群的形式進行了整合。1980年，克勞斯•馮•克利青發現量子霍爾效應，即在低溫下強磁場中，二維電子氣的霍爾電導是一個基礎常數的整數倍。這基礎常數稱為電導量子，e2/h；其中，e是基本電荷，h是普朗克常數。他還發現這一現象與像雜質含量或介面性質等的系統不規則之處無關，只與電導量子有關。翌年，羅伯特•勞夫林對於這未曾預料到的高精密度整數結果給出理論解釋，雖然他並未明確指出，但這理論意味著霍爾電導可以用一個稱為陳省身數的拓撲不變性來描述。1982年，霍斯特•施特默與崔琦發現了分數量子霍爾效應，即霍爾電導是電導量子的有理數倍。分數量子霍爾效應與整數量子霍爾效應的物理機制不同，後者可以忽略電子間的交互作用，而前者必須假定電子間的交互作用，需要用「多電子波函數」來解釋。隔年，勞夫林利用變分法得出勞夫林波函數，從而對於這一效應給出理論解釋，並且說明這理論會導致帶有分數電荷的準粒子。物理學者稱這準粒子為複合費米子，並且闡明，電子的分數量子霍爾效應可以詮釋為複合費米子的整數霍爾效應。分數量子霍爾系統展示出的各種物理現象仍是目前的研究熱點之一。
qas: answers: text: 關於系統的相變
question: 臨界現象的研究方向主要是可觀測的臨界行為以及?

answers: text: 1972年
question: 臨界指數及維多姆標度等方法在何時被肯尼斯•威爾森所整合?

answers: text: 崔琦
question: 霍斯特•施特默以及誰發現了霍爾電導是電導量子的有理數倍?

answers: text: 多電子波函數
question: 分數量子霍爾效應必須以什麼來作解釋?

answers: text: 複合費米子
question: 帶有分數電荷的準粒子被物理學者稱之為?

context: 由丹•謝赫特曼發現的准晶體是晶體學的一項創舉。1982年，謝赫特曼觀察到一些金屬合金出現異乎尋常的繞射圖譜。這些繞射圖譜顯示這些合金的結構是有序的，但卻不具備平移對稱性。在准晶體被發現後，國際晶體學聯合會考慮到非周期性結構調整了對於晶體的定義。對於軟物質的研究在二十世紀下半葉也取得了一些重大的進展。其中值得一提的是保羅•弗洛里及皮埃爾-吉勒•德熱納等人對於像聚合物及液晶這樣的軟物質的熱力學平衡研究。自從發現超導現象後以來，物理學者不斷嘗試提升其轉變溫度。1986年，卡爾•米勒與約翰內斯•貝德諾爾茨發現了首個高溫超導體，轉變溫度為35K溫度。後來物理學家發現它是強相關材料的一種。高溫超導體的發現引起了物理學界對於強相關材料的興趣。在這種材料中，電子間的交互作用對於材料的特性有很大的影響。但目前，物理學家仍不能從理論上得到對於高溫超導體性質完善的解釋，而強相關材料也將在一段時期裡會是研究熱點之一。
qas: answers: text: 丹•謝赫特曼
question: 哪個人所觀察到的繞射圖譜顯示合金的結構不具備平移對稱性?

answers: text: 軟物質
question: 聚合物及液晶是什麼樣的物質?

answers: text: 軟物質的熱力學平衡研究
question: 在二十世紀下半葉對於軟物質的研究中最值得一提的是哪個研究?

context: 2012年，一些研究者發現六硼化釤可能是一種拓撲絕緣體，其所具有的一些性質與早前對於拓撲絕緣體的理論預言相吻合。此前人們已經知道六硼化釤是一種近藤絕緣體，即強相關電子材料。如果其內部存在拓撲界面態的話，那麼它就會是一種具有強電子相關性的拓撲絕緣體。凝聚體物理學目前的研究焦點包括強相關材料，量子相變以及量子場論在凝聚體系統中的應用。目前所要解決的問題包括高溫超導性、拓撲有序以及石墨烯與碳奈米管這樣的新型材料的理論描述。此外，湧現是理論凝聚體物理學中一個重要的概念。它是指粒子在生成複合體時物理行為所發生的劇烈變化。比如人們儘管對於單一電子及晶格的微觀性質已經有了充分的認識，但對由這些單一客體組成的高溫超導體所顯示出的一系列現象卻並不能給出較好的解釋。湧現與還原是兩種完全對立的概念。根據還原論，只要能找到主導萬物的大自然定律，則可知道宇宙的奧秘。
qas: answers: text: 六硼化釤
question: 2012年時發現了哪個物質所具有的一些性質與對於拓撲絕緣體的理論預言相吻合?

answers: text: 拓撲界面態
question: 若六硼化釤內存在著什麼則它就會是拓撲絕緣體?

answers: text: 複合體
question: 湧現是指粒子在生成什麼物質時物理行為所發生的劇烈變化?

answers: text: 湧現
question: 與還原完全相反的概念是?