Kondenzált anyag fizika

A kondenzált anyag fizika (az angol  kondenzált anyag fizika szóból ) az anyag (anyag) makroszkopikus és mikroszkopikus tulajdonságait tanulmányozó fizika területe. Ez különösen vonatkozik a "kondenzált" fázisokra, amelyek akkor jelennek meg, amikor a rendszerben az anyagot alkotó komponensek (atomok, molekulák, kvázirészecskék ) száma rendkívül nagy, és az összetevők közötti kölcsönhatások erősek. A kondenzált fázisok legismertebb példái a szilárd anyagok és a folyadékok, amelyek az atomok közötti kölcsönhatásokból származnak. A kondenzált anyag fizikája a fizikai törvények segítségével igyekszik megérteni és megjósolni e fázisok viselkedését . Különösen idetartoznak a kvantummechanika , az elektromágnesesség és a statisztikai mechanika törvényei .

A szilárd és folyékony fázisok mellett léteznek egzotikusabb kondenzált fázisok is, mint például a szupravezető fázis, amely egyes anyagokban alacsony hőmérsékleten megtalálható , a ferromágneses és antiferromágneses fázisok, amelyek kristályrácsok atomjainak elektron spinjeiből állnak , és a Bose . -Einstein kondenzátum , ultrahideg atomrendszerekben fedezték fel. A kondenzált anyag fizika tanulmányozása magában foglalja a különböző anyagtulajdonságok mérését kísérleti szondák segítségével , valamint elméleti fizikai módszerek felhasználását matematikai modellek kidolgozására , amelyek segítenek megérteni a rendszerek fizikai viselkedését .

A fizika különféle ágait, mint például a krisztallográfia , a kohászat , a rugalmasságelmélet , a mágnesesség és így tovább, külön területként kezelték egészen az 1940-es évekig, amikor is szilárdtestfizika néven csoportosították őket . Az 1960-as évek körül a folyadékok fizikai tulajdonságainak tanulmányozása is felkerült erre a listára, és ezt a fizikaágat kezdték kondenzált anyag fizikának nevezni [1] .

Cím, célok és célkitűzések

Az 1960-as évek körül a szilárdtestfizika különböző részeit és a folyadékok fizikai tulajdonságaival foglalkozó részeket a kondenzált anyag fizika nagy részévé kezdték szétválasztani az ilyen közegekre vonatkozó általános elméleti megközelítések elterjedése miatt [2] . Philip Warren Anderson fizikus szerint a kifejezést ő tette népszerűvé az Egyesült Államokban, amikor 1967-ben a Cavendish Laboratories - ban működő csoportja nevét szilárdtestelméletről kondenzált anyag elméletre változtatta [3] [4] , mert úgy gondolták, hogy ez nem így van. kizárja érdeklődésüket a folyadékok, nukleáris anyagok tanulmányozása iránt [5] . A "sűrített anyag" elnevezés több éve létezik Európában, különösen a Springer-Verlag folyóirat formájában, amelyet angol, francia és német nyelven ad ki " Physics of Condensed Matter " címmel 1963 óta [6] . Az 1960-as és 1970-es évek finanszírozási feltételei és hidegháborús politikája is olyan tényezők voltak, amelyek miatt egyes fizikusok a "kondenzált anyag fizika" elnevezést részesítették előnyben, amely rávilágított azokra az általános tudományos problémákra, amelyekkel a fizikusok szembesülnek szilárd anyagok, folyadékok és más összetett anyagok tanulmányozása során. a "szilárdtestfizikához", amelyet gyakran a fémek és félvezetők ipari alkalmazásához kapcsolnak [7] . A Bell Telephone Laboratories volt az egyik első olyan intézet, amely kutatási programot folytatott a kondenzált anyag fizikájában [8] .

A "sűrített" állapotra való utalások korábbi forrásokra vezethetők vissza. Például Yakov Frenkel 1943-ban megjelent The Kinetic Theory of Liquids című könyvének bevezetőjében azt javasolta, hogy „A folyadékok kinetikai elmélete a szilárd anyagok kinetikai elméletének általánosítása és kiterjesztése. Valójában helyesebb lenne ezeket a tömörített testek egy név alatt egyesíteni” [9] .

A tanulmányozható rendszerek és jelenségek sokfélesége a kondenzált anyag fizikáját a modern fizika legaktívabb területévé teszi: az amerikai fizikusok egyharmada kondenzált anyag fizikusnak vallja magát [10] , a Kondenzált Anyagok Fizikai Osztálya  pedig a legnagyobb részleg a világon. American Physical Society [11] . A terület szorosan kapcsolódik a kémiához , az anyagtudományhoz és a nanotechnológiához , valamint az atomfizikához és a biofizikához . Az elméleti kondenzált anyag fizika az elemi részecskefizika és a magfizika fontos fogalmait és módszereit alkalmazza [12] . Az anyag sűrített állapotának fizikájában a kvázirészecskék , mint a közeg elemi gerjesztői, fogalma központi helyet foglal el. Ezért a kondenzált halmazállapot egy alternatív definícióját is úgy tekintik, mint „részecskék együttesét, amelynek térfogatát adott külső körülmények között kizárólag a részecskék közötti kölcsönhatási erők határozzák meg” [13] .

A kondenzált anyag fizika érdeklődési körének kiterjedtsége arra utal, hogy feladata a körülötte lévő teljes anyagi világ magyarázata, vagyis magyarázatot találni a szilárd anyagok és folyadékok szerkezeti és elektronikai tulajdonságaira [14] . Az elmélet szükséges a mikroszkópos modellek és a vizsgált jelenségek kondenzált közegben való makroszkopikus megnyilvánulásai közötti kapcsolat feltárásához [15] . Walter Kohn , a szilárdtestek kvantummechanikai számításainak elméletének egyik megalkotója a XX. század 90-es éveinek végén mondta [2] :

Ebben az évszázadban a kondenzált anyag fizikája látványos fejlődésen ment keresztül, gyakran forradalmi lépésekkel három egymással összefüggő területen: új kísérleti felfedezések és mérési technikák; az anyagok összetételének és atomi konfigurációjának ellenőrzése; új elméleti koncepciók és módszerek. Ennek az evolúciónak a rövid és világos leírása rendkívül nehéz a PCS rendkívüli sokfélesége és számos kapcsolat miatt.

Eredeti szöveg  (angol)[ showelrejt] Az évszázad során a kondenzált anyag fizikája látványos fejlődésen ment keresztül, gyakran forradalmi lépésekkel, három összefonódó vonatkozásban: új kísérleti felfedezések és mérési technikák; az anyagok összetételének és atomi konfigurációjának ellenőrzése; valamint új elméleti koncepciók és technikák. A CMP rendkívüli sokfélesége és számos összekapcsolódása miatt rendkívül nehéz rövid és olvasható beszámolót adni erről a fejlődésről.

Történelem

Klasszikus fizika

A kondenzált halmazállapot egyik első kutatója Humphrey Davy angol kémikus volt , aki a 19. század első évtizedeiben dolgozott. Davy észrevette, hogy az akkor ismert negyven kémiai elem közül huszonhat fémes tulajdonságokkal rendelkezik, mint például ragyogás , plaszticitás , valamint magas elektromos és hővezető képesség [16] . Ez arra utalt, hogy John Dalton atomelméletében szereplő atomok nem oszthatatlanok, ahogy a tudós állította, hanem belső szerkezetük van. Davy azzal is érvelt, hogy az akkoriban gázoknak tekintett elemek, mint a nitrogén és a hidrogén , megfelelő körülmények között cseppfolyósíthatók, majd fémként viselkedhetnek [17] [18] [K 1] .

1823-ban Michael Faraday , akkoriban Davy laboratóriumának asszisztense, sikeresen cseppfolyósította a klórt , és elkezdte cseppfolyósítani az összes ismert gáznemű elemet, kivéve a nitrogént, a hidrogént és az oxigént [16] . Nem sokkal ezután, 1869-ben Thomas Andrews ír kémikus a folyadékból gázba történő fázisátmenetet tanulmányozta , és megalkotta a kritikus pont kifejezést annak az állapotnak a leírására, amelyben a gáz és a folyadék fázisként megkülönböztethetetlen [19] , valamint Johannes van der Waals holland fizikus . olyan elméleti alapot vezetett be, amely lehetővé tette a kritikus viselkedés előrejelzését sokkal magasabb hőmérsékleten végzett mérések alapján [20] :35–38 . 1908-ra James Dewar és Heike Kamerling-Onnes sikeresen cseppfolyósította a hidrogént és az újonnan felfedezett gázt, a héliumot [21] .

Paul Drude 1900-ban javasolta az első elméleti modellt egy fémben mozgó klasszikus elektronra [12] . A Drude-modell a fémek tulajdonságait szabad elektronokból álló gáz formájában írta le, és ez volt az első mikroszkópos modell, amely megmagyarázta az empirikus megfigyeléseket, például a Wiedemann-Franz törvényt [22] [23] :27–29 . A Drude szabadelektron-modell sikere ellenére azonban volt egy figyelemre méltó problémája: nem tudta helyesen megmagyarázni az elektronikus hozzájárulást a fajhőhöz , a fémek mágneses tulajdonságait és az ellenállás hőmérséklet-függését alacsony hőmérsékleten [24] : 366–368 .

1911-ben, három évvel a hélium első cseppfolyósítása után, a Leideni Egyetemen dolgozó Onnes felfedezte a higany szupravezető képességét , amikor megfigyelte, hogyan tűnik el elektromos ellenállása egy bizonyos érték alatti hőmérsékleten [25] . Ez a jelenség az akkori kor legjobb elméleti fizikusait meglepte, több évtizedig megmagyarázhatatlan maradt [26] . Albert Einstein 1922-ben azt mondta a modern szupravezetés-elméletekkel kapcsolatban, hogy "az összetett rendszerek kvantummechanikájának messzemenő tudatlanságával nagyon messze vagyunk attól, hogy ezekből a homályos elképzelésekből elméletet alkossunk" [27] .

A kvantummechanika megjelenése

A klasszikus Drude modellt Wolfgang Pauli , Arnold Sommerfeld , Felix Bloch és más fizikusok terjesztették ki. Pauli rájött, hogy a fémben lévő szabad elektronoknak engedelmeskedniük kell a Fermi-Dirac statisztikáknak . Ezt az ötletet felhasználva 1926- ban kidolgozta az elektrongáz- paramágnesesség elméletét. Röviddel ezután Sommerfeld beépítette a Fermi-Dirac statisztikát a szabadelektron-modellbe, és pontosabb magyarázatot kapott a hőkapacitásról. Két évvel később Bloch kvantummechanikával írta le egy elektron mozgását egy periodikus rácsban [24] :366–368 . Az Auguste Bravais , Evgraf Fedorov és mások által kidolgozott kristályszerkezetek matematikáját használták a kristályok szimmetriacsoportjuk szerinti osztályozására, a kristályszerkezetek táblázatai pedig az 1935-ben először megjelent International Tables of Crystallography gyűjteménysorozat alapját képezték. A sávszerkezeti számításokat először 1930-ban használták új anyagok tulajdonságainak előrejelzésére, majd 1947-ben John Bardeen , Walter Brattain és William Shockley kifejlesztette az első félvezető tranzisztort , amely forradalmat hirdetett az elektronikában [12] .

1879-ben a Johns Hopkins Egyetemen dolgozó Edwin Herbert Hall felfedezte a vezetőkben az elektromos áramra és az áramra merőleges mágneses térre keresztirányú feszültséget [28] . Ezt a jelenséget a vezető töltéshordozóinak természetéből adódóan Hall-effektusnak nevezték el , de akkoriban nem magyarázták meg megfelelően, mivel az elektront csak 18 évvel később fedezték fel kísérleti úton. A kvantummechanika megjelenése után Lev Landau 1930-ban kidolgozta Landau kvantálási elméletét, és megalapozta a fél évszázaddal később felfedezett kvantum Hall-effektus elméleti magyarázatát [29] :458–460 [30] .

A mágnesesség, mint az anyag tulajdonsága Kr.e. 4000 óta ismert Kínában. e. [31] :1–2 A mágnesesség első modern tanulmányai azonban csak akkor kezdődtek, amikor Faraday, Maxwell és mások a 19. században kifejlesztették az elektrodinamikát , amely magában foglalta az anyagok ferromágneses , paramágneses és diamágneses osztályozását azok alapján. mágneses térre adott válasz [32] . Pierre Curie a mágnesezettség hőmérséklettől való függését vizsgálta, és felfedezte a pontfázis- átmenetet a róla elnevezett ferromágneses anyagokban. 1906-ban Pierre Weiss bevezette a mágneses domének fogalmát, hogy megmagyarázza a ferromágnesek alapvető tulajdonságait [33] :9 . Az első kísérletet a mágnesesség mikroszkópos leírására Wilhelm Lenz és Ernst Ising tette az Ising-modell segítségével , amely a mágneses anyagokat úgy írta le, mint amelyek spinek periodikus rácsából állnak, amelyek együttesen mágnesezetté váltak. Az Ising-modell pontos megoldásai azt mutatták, hogy a spontán mágnesezés nem egy dimenzióban, de többdimenziós rácsokban lehetséges. A további kutatások, különösen Bloch spinhullámokkal és Neel antiferromágnesességgel kapcsolatos munkája , új mágneses anyagok kifejlesztéséhez vezettek a mágneses adathordozókon való memória számára [31] :36–38,g48 .

Modern soktest-fizika

A Sommerfeld-modell és a ferromágnesesség spin-modelljei szemléltetik a kvantummechanika sikeres alkalmazását kondenzált anyag problémáira az 1930-as években. Ennek ellenére számos megoldatlan probléma maradt, különösen a szupravezetés és a Kondo-effektus leírása [35] . A második világháború után a kvantumtérelméletből számos ötletet alkalmaztak a kondenzált anyag problémáira. Ezek közé tartozott a kvázirészecskéknek nevezett szilárd testekben a kollektív gerjesztési módok felfedezése . Lev Landau orosz fizikus az általa megalkotott Fermi-folyadék-elmélet ötletét használta , amelyben a kölcsönható fermionos rendszerek alacsony energiájú tulajdonságait Landau kvázirészecskékben adták meg. Landau egy átlagos térelméletet is kidolgozott a folyamatos fázisátalakulásokra, amelyben a rendezett fázisokat spontán szimmetriatörésként írják le . Az elmélet bevezette a sorrendi paraméter fogalmát is a rendezett fázisok megkülönböztetésére. Ennek eredményeként 1965-ben John Bardeen , Leon Cooper és John Schrieffer kidolgozta az úgynevezett BCS szupravezetés-elméletet , amely azon a felfedezésen alapul, hogy két ellentétes spinű elektron közötti, rácsfononok által hordozott tetszőlegesen kicsi vonzás a Cooper-párnak nevezett kötött állapot megjelenése [36] .

A fázisátalakulás és a paraméterek kritikus viselkedésének tanulmányozása, amelyet kritikus jelenségeknek neveznek , az 1960-as években az érdeklődés egyik fő területe volt [38] . Leo Kadanov , Benjamin Widom és Michael Fisher kidolgozta Widom kritikai kitevőkkel és skálázással kapcsolatos elképzeléseit. Ezeket az elképzeléseket Kenneth G. Wilson ötvözte 1972-ben a renormalizációs csoport formalizmusa alatt a kvantumtérelmélet kontextusában [39] . A renormalizációs csoport az úgynevezett Kadanoff-mechanizmus keretében fogalmazódik meg, amely megfelel annak a lehetőségnek, hogy a fázisátalakulási pont közelében lévő makroszkopikus minta tulajdonságait egyenértékű módon leírják különböző, transzformációval összekapcsolt mikroszkopikus modellek sorozatával. az "elemi" mikroszkopikus skála értékének változása (például a kristályrács állandó) egyidejű megfelelő változás kölcsönhatási állandókkal [40] .

A kvantum Hall-effektust Klaus von Klitzing fedezte fel 1980-ban, amikor felfedezte, hogy a Hall vezetőképesség egy kétdimenziós vezetőrendszerben az alapállandó egész számú többszöröse (lásd az ábrát). A hatás nem függ olyan paraméterektől, mint a rendszer mérete és a szennyeződések jelenléte [37] . 1981-ben Robert Laughlin egy elméletet javasolt a Hall fennsíkok előre nem látható pontosságának magyarázatára. Ez arra utalt, hogy a Hall vezetőképesség a Zheng számnak nevezett topológiai invariánssal jellemezhető [41] :69, 74 . Röviddel ezután, 1982-ben Horst Stormer és Daniel Tsui tört kvantum Hall-effektust figyeltek meg , ahol a vezetőképesség egy állandó racionális többszöröse volt . Laughlin 1983-ban rájött, hogy ez a Hall-állapotokban fellépő kvázi részecske kölcsönhatás következménye, és megoldást talált a variációs módszerrel , amelyet később Laughlin-hullámfüggvénynek neveztek [42] .

Karl Müller és Johannes Bednorz 1986-ban fedezték fel az első magas hőmérsékletű szupravezetőt  , egy olyan anyagot, amely akár 50 Kelvin hőmérsékleten is szupravezető volt . Kiderült, hogy a magas hőmérsékletű szupravezetők olyan erősen korrelált anyagok példái, amelyekben az elektron-elektron kölcsönhatások fontos szerepet játszanak [43] .

Elmélet

A kondenzált anyag elméleti fizikája magában foglalja az elméleti modellek használatát az anyagállapotok tulajdonságainak megértéséhez. Ezek közé tartoznak a szilárd testek elektronikus tulajdonságainak tanulmányozására szolgáló modellek, például a Drude-modell , a sávelmélet és a sűrűségfunkcionális elmélet . Elméleti modelleket is kidolgoztak a fázisátalakulások fizikájának tanulmányozására , például a Ginzburg–Landau elméletet , a kritikus kitevőket , valamint a kvantumtérelmélet matematikai módszereinek és a renormalizációs csoport alkalmazását . A modern elméleti kutatás magában foglalja az elektronikus szerkezet numerikus számításait és matematikai eszközöket az olyan jelenségek megértéséhez, mint a magas hőmérsékletű szupravezetés , topológiai fázisok és mérőszimmetriák [44] [45] [46] .

Szimmetria és megsértése

A szimmetria minden fizikai elmélet fontos aspektusa, és gyakran még a jelenség részletes képének ismerete nélkül is lehetővé teszi számunkra, hogy konstruktív következtetéseket vonjunk le. A fizikában a legtöbb egzakt állítás a rendszer szimmetriatulajdonságaiból következik [47] . Gyakori példa erre a szilárd testek krisztallográfiai pontszimmetria csoportjai és ezek kapcsolata az elektronikus sávszerkezettel [48] .

Egyes halmazállapotokban szimmetriatörés figyelhető meg , amikor a megfelelő fizikatörvények megtörik a szimmetriát . Tipikus példa a kristályos szilárd anyagok , amelyek megtörik a folyamatos transzlációs szimmetriát . További példák közé tartoznak a mágnesezett ferromágnesek , amelyek megtörik a forgásszimmetriát , és olyan egzotikusabb állapotok, mint a BCS szupravezető alapállapota , amely megtöri az U (1) forgásszimmetriát [49] [50] .

A kvantumtérelmélet Goldstone - tétele kimondja, hogy egy törött folytonos szimmetriájú rendszerben létezhetnek tetszőlegesen alacsony energiájú gerjesztések, úgynevezett Goldstone - bozonok . Például kristályos szilárd anyagokban fononoknak felelnek meg , amelyek a kristályrács rezgésének kvantált változatai [51] .

Szilárdtestek elektronelmélete

Történelmileg a fémes állapot fontos építőelem volt a szilárd anyagok tulajdonságainak tanulmányozásában. A fémek első elméleti leírását Paul Drude adta 1900-ban a Drude-modellel , amely az elektromos és termikus tulajdonságait úgy magyarázta, hogy a fémet az újonnan felfedezett elektronok ideális gázaként írta le . Levezette az empirikus Wiedemann-Franz törvényt , és olyan eredményeket kapott, amelyek szorosan összhangban vannak a kísérletekkel [23] :90-91 . Arnold Sommerfeld továbbfejlesztette ezt a klasszikus modellt az elektronstatisztika felvételével, és meg tudta magyarázni a fémek fajhőjének anomális viselkedését a Wiedemann-Franz törvényben [23] :101–103 . 1912-ben Max von Laue és Paul Knipping tanulmányozta a kristályos szilárd anyagok szerkezetét, amikor megfigyelték a kristályok röntgensugarait , és arra a következtetésre jutottak, hogy a kristályok atomi szerkezete periodikus rácsok formájában van [23] :48 [52] . 1928-ban Felix Bloch svájci fizikus bemutatta a Schrödinger-egyenlet periodikus potenciálú megoldását, az úgynevezett Bloch - hullámot [53] .

A fémek elektronikus tulajdonságainak meghatározása a többrészecske hullámfüggvény megtalálásával általában nehéz számítási feladat, ezért közelítő módszereket kell alkalmazni az értelmes előrejelzésekhez [54] . Az 1920-as években kidolgozott Thomas-Fermi elméletet használták a rendszer energiájának és elektronsűrűségének becslésére úgy, hogy a lokális elektronsűrűséget variációs paraméterként kezelték . Később, az 1930-as években Douglas Hartree , Vladimir Fock és John Slater kidolgozta az úgynevezett Hartree-Fock módszert a Thomas-Fermi modell tökéletesítésére. A Hartree-Fock módszer az egyrészecskés elektronhullámfüggvények kicserélődési statisztikáit vette figyelembe . Általában nagyon nehéz megoldani a Hartree-Fock egyenletet. Csak a szabad elektrongáz esetére van pontos megoldás [55] :330–337 . Végül 1964-65-ben Walter Cohn , Pierre Hohenberg és Lou Je Cham javasolta a sűrűségfunkcionális elméletet , amely valósághű leírást adott a fémek térfogati és felületi tulajdonságairól. A sűrűségfunkcionális elméletet az 1970-es évek óta széles körben alkalmazzák különféle szilárd testek sávszerkezetének kiszámítására [54] . Az elektron-elektron kölcsönhatás sokrészecskés hatásának tanulmányozására, a félvezetők tiltott sávjainak és gerjesztett állapotainak kísérletével való jobb egyezést, a sokrészecske Green-függvények módszereit és annak közelítését alkalmazzák, például a GW-közelítést [56] ] , a Bethe-Salpeter egyenlet [57] .

A növekvő számítási képességek és a numerikus módszerek fejlődése, amelyeket egyre inkább vonzanak a gépi tanulási algoritmusok , lehetővé teszik, hogy az új anyagok felfedezésének kísérleti módszeréről az új vegyületek szerkezeti és egyéb tulajdonságainak előrejelzésére térjünk át, különös tekintettel az új adatbázisok létrehozására. milliónyi kémiai vegyület és kristály esetében: Materials Project [58] , Open Quantum Materials Database [59] , az Automatic Flow for Materials Discovery [60] ; és kétdimenziós anyagok: C2DB [61] , 2DMatPedia [62] . A modern ingyenes és kereskedelmi csomagokat az elektronikus struktúra első elvek alapján történő kiszámítására a párhuzamos számítástechnika alkalmazása jellemzi , amelyet a grafikus processzorokban használnak . A legszélesebb körben használt programok közé tartozik az Abinit [63] , VASP [64] , WIEN2k [65] , Quantum ESPRESSO [66] .

Fázisátmenet

A fázisátmenet a rendszer fázisában bekövetkezett változásra utal, amelyet egy külső paraméter, például a hőmérséklet változása okoz . A klasszikus fázisátalakulás véges hőmérsékleten megy végbe, amikor a rendszer rendje megsemmisül. Például amikor a jég megolvad és vízzé válik, a rendezett kristályszerkezet megsemmisül. A kvantumfázisátalakulások hőmérséklete abszolút nulla , és nem termikus paramétereket használnak a fázisátalakulás szabályozására, például nyomást vagy mágneses mezőt, amikor a Heisenberg-féle bizonytalansági elvből eredő kvantumfluktuációk megsemmisítik a rendet . Itt a rendszer különböző kvantumfázisai a Hamilton-mátrix különböző alapállapotaira utalnak. A kvantumfázisváltás viselkedésének megértése fontos a ritkaföldfém mágneses szigetelők, a magas hőmérsékletű szupravezetők és más anyagok tulajdonságainak magyarázatának összetett problémáiban [67] .

A fázisátmeneteknek két osztálya van: elsőrendű átmenetek és másodrendű vagy folyamatos átmenetek . Folyamatos átmenet esetén a két érintett fázis nem létezik együtt az átmeneti hőmérsékleten, amelyet kritikus pontnak is neveznek . A kritikus pont közelében a rendszerek olyan kritikus viselkedésen mennek keresztül, amelyben egyes tulajdonságaik, például a korrelációs hossz, a fajhő és a mágneses szuszceptibilitás exponenciálisan eltérnek [67] . Ezek a kritikus jelenségek komoly problémát jelentenek a fizikusok számára, mivel a szokásos makroszkopikus törvények már nem érvényesek ezen a területen, és új ötleteknek és módszereknek kell megjelenniük a rendszert leíró törvények megtalálásához [68] :75 .

A folyamatos fázisátalakulások leírására legegyszerűbb elmélet a Ginzburg-Landau elmélet , amely az úgynevezett középmező közelítésben működik . Ez azonban csak hozzávetőlegesen magyarázza meg a ferroelektromos anyagok és az I. típusú szupravezetők folyamatos fázisátalakulását, amelyek nagy távolságokban mikroszkopikus kölcsönhatásokkal járnak. Más típusú rendszerek esetében, amelyek a kritikus pont közelében szoros kölcsönhatásokat tartalmaznak, továbbfejlesztett elméletre van szükség [69] :8–11 .

A kritikus pont közelében a fluktuációk széles skálán jelentkeznek, míg az egész rendszer jellemzője skálainvariáns. A renormalizációs csoport módszerek következetesen átlagolják a legrövidebb oszcillációkat szakaszonként, és ezek hatását a következő fokozatra mentik. Ily módon lehetőség nyílik a fizikai rendszer változásainak szisztematikus vizsgálatára, különböző léptékűek figyelembevételével. Ezek a módszerek a hatékony számítógépes szimulációkkal együtt nagymértékben hozzájárulnak a folyamatos fázisátalakulással kapcsolatos kritikus jelenségek magyarázatához [68] :11 .

Kísérlet

A kísérleti kondenzált anyag fizikája magában foglalja a kísérleti módszerek és eszközök használatát az anyagok új tulajdonságainak felfedezésére és magyarázatára. Az ilyen műszerek mérik az elektromos és mágneses mezők hatását , a válaszváltoztatási függvényeket , a szállítási tulajdonságokat és a hőmérőt [70] . Az általánosan használt kísérleti technikák közé tartozik a spektroszkópia röntgensugárzás , infravörös sugárzás és rugalmatlan neutronszórás detektoraival ; a hőreakció vizsgálata fajlagos hőkapacitás felhasználásával , valamint a hőátadás és hővezetőképesség mérése, elektromos mérések.

Szórás

Számos kondenzált anyaggal végzett kísérlet foglalkozik röntgensugarak , optikai fotonok , neutronok anyagkomponensek általi szórásával. A szórt sugárzás megválasztása a megfigyelt energia mértékétől függ. A látható fény energiája 1 elektronvolt (eV) skálán mozog, és a permittivitás és a törésmutató mérésére szolgál . A röntgensugarak energiája 10 keV nagyságrendű , ezért atomi hosszskálák mérésére is alkalmas, és az elektrontöltéssűrűség mérésére szolgál [71] :33–34 .

A neutronokat az atomi skálák tanulmányozására, az atommagok általi szórás, az elektron spinek és a mágnesezettség tanulmányozására használják (mivel a neutronoknak van spinük, de nincs töltésük). A Coulomb- és Mott-szórás mérését elektronsugarak segítségével végezzük, majd a szórt részecskék detektálásával [71] :33-34 [72] :39-43 . Hasonlóképpen, a pozitron annihilációt használják a lokális elektronsűrűség indirekt mérésére [73] . A lézerspektroszkópia kiváló eszköz egy közeg mikroszkópos tulajdonságainak tanulmányozására, például tiltott átmenetek vizsgálatára nemlineáris optikai szuszceptibilitású közegekben [68] :258–259 .

Az alacsony energiájú (1 keV -ig) elektronok a nagy szórási keresztmetszet miatt gyengén hatolnak át a kristályokon, ezért ideálisak kristályfelületek elektrondiffrakciós vizsgálatára [74] . A felszínközeli régiók tulajdonságainak megismerésére irányuló vágyat új, növekedésszabályozású anyagok létrehozása motiválja, például a molekuláris nyaláb epitaxiában [75] . A kétdimenziós anyagok térfogat hiányában különböznek a háromdimenziós anyagoktól, ezért a transzmissziós elektronmikroszkópia , amely több tíz keV nagyságrendű energiákkal működik aberrációkorrekcióval, lehetővé teszi az egyes atomok helyzetének nyomon követését az amorf két- dimenziós szerkezetek, amelyek eredményeképpen képlékeny alakváltozásokról lehet képet kapni kétdimenziós üvegben összetett mozgású egyes atomok nyírófeszültség hatására [76] .

Külső mágneses mezők

A kísérleti kondenzált anyag fizikában a külső mágneses mezők termodinamikai változóként működnek, amelyek szabályozzák az anyagrendszerek állapotát, fázisátalakulását és tulajdonságait [77] . A mágneses magrezonancia (NMR) egy olyan technika, amellyel külső mágneses mezőket használnak az egyes elektronok rezonanciamódusainak meghatározására, amely információkat szolgáltat környezetük atomi, molekuláris és koordinációs szerkezetéről. Az NMR-kísérleteket 60 Tesla -ig terjedő mágneses térben végezzük . A nagyobb mágneses mezők javítják az NMR mérési adatok minőségét [78] :69 [79] :185 . A kvantumoszcilláció-kutatás egy másik kísérleti technika, amely erős mágneses tereket használ az anyagok tulajdonságainak, például a Fermi-felület geometriájának tanulmányozására [80] . Az erős mágneses terek hasznosak lesznek különféle elméleti előrejelzések kísérleti tesztelésében, mint például a kvantált magnetoelektromos hatás, a szilárd anyagokban megfigyelt mágneses monopólus és a félegész kvantum Hall-effektus [78] :57 .

Anyag nagy nyomás alatt

Minden gáz kellően alacsony hőmérsékleten és 15 GPa-nál nem magasabb nyomáson megszilárdul [81] . A szilárd anyagok tulajdonságai a kristályrács szerkezetétől függenek, ezért a külső nyomás az anyagok sávszerkezetének megváltozásához vezet, és szokatlan tulajdonságokat szerezhetnek, fázisátalakulásokat tapasztalhatnak, mint például a gyémántoknál a kimberlit csövekben . [82] . A nagy nyomást a laboratóriumban gyémánt üllővel ellátott cellákban állítják elő . Ilyen elrendezés segítségével szobahőmérsékletű szupravezetést mutattak ki a CSH 8 [83] -ban 2020-ban .

Hideg atomgázok

Az ultrahideg atomok befogása optikai rácsokban a kondenzált anyag fizikában, valamint az atom-, molekula- és optikai fizikában általánosan használt kísérleti eszköz . Ez a módszer magában foglalja az optikai lézerek használatát olyan interferenciamintázat kialakítására , amely úgy működik, mint egy rács , amelyben az ionok vagy atomok nagyon alacsony hőmérsékleten csapdába esnek. Az optikai rácsokban lévő hideg atomokat kvantumszimulátorként használják , azaz irányított rendszerként működnek, amelyek bonyolultabb rendszerek, például frusztrációs mágnesek viselkedését szimulálják [84] . Különösen a Hubbard-modell egy-, két- és háromdimenziós , előre meghatározott paraméterekkel rendelkező rácsainak létrehozására, valamint antiferromágneses anyagok és spin-folyadékok fázisátalakulásának tanulmányozására használják [85] [86] .

1995-ben 170 nK hőmérsékletre hűtött rubídium atomokból álló gázt használtak a Bose-Einstein kondenzátum kísérleti megvalósítására , egy új halmazállapotra, amelyet eredetileg C. Bose és Albert Einstein jósolt meg , amelyben nagyszámú atom található. egy kvantumállapotot foglalnak el [87] .

Quantum Computing

A kvantumszámításban az információt kvantumbitek vagy qubitek reprezentálják . A qubitek dekoherencián eshetnek át a számítások befejezése előtt, és elveszíthetik a tárolt információkat. Ez a súlyos probléma korlátozza a kvantumszámítás gyakorlati alkalmazását [88] . A probléma megoldására számos ígéretes megközelítést javasoltak a kondenzált anyag fizikájában, beleértve a Josephson -csomókon alapuló qubiteket , a mágneses anyagokat használó spintronikus qubiteket vagy a törtkvantum Hall-effektus állapotaiból származó topológiai nem-Abeli- anionokat [89] . Annak ellenére, hogy a kvantumszámítógépeknek több ezer qubitet kell tartalmazniuk a gyakorlatban hasznos számításokhoz, egyes eredmények lehetővé teszik, hogy következtetéseket vonjunk le a kvantumfölény megvalósításáról egy 49 qubites rendszeren, vagyis egy olyan probléma megoldására, amelyről kiderül, hogy túl nehéz a klasszikus számítógépek számára [90] . A qubitek másik alkalmazási területe a valódi kvantumrendszerek szimulációja az úgynevezett kvantumszimulátorban , amelyet Yuri Manin és Richard Feynman javasolt az 1980-as évek elején [91] [92] . Az eredeti kvantumrendszer feltárása helyett megfontolható annak megvalósítása qubiteken keresztül, amelyek ugyanazokat a fizikai hatásokat reprodukálják, de egy szabályozottabb rendszerben. Ily módon Mott szigetelőt valósítottak meg egy Bose-Hubbard rendszerben szabályozott disszipációval, és tanulmányozták a qubitekhez kapcsolt szupravezető rezonátorok rácsainak fázisátalakulását [93] [94] .

2D anyagok

A Manchesteri Egyetem tudósai csak 2004-ben hozták létre az első térhatású tranzisztort grafénből  , a szén kétdimenziós módosításából [95] . A 2D anyagok kezelésének rugalmassága és egyedi tulajdonságai sok kutatót vonzottak, így a 2D anyagok családja rohamosan bővül. A kétdimenziós anyagok jól ismert hatásokat mutatnak be, mint például a ferromágnesesség [96] , a szupravezetés [97] [98] , a ferroelektromosság [99] , de a kétdimenziós anyagok tulajdonságainak térhatáson keresztüli befolyásolása széles távlatokat nyit meg. gyakorlati alkalmazásokhoz az elektronikában [100] . Ismeretes, hogy amikor egy szupravezető és egy közönséges fém érintkezik, a Cooper-párok behatolnak egy normál fémbe, vagyis egy normál fém elnyeri a szupravezető tulajdonságait - ezt a hatást közelségi effektusnak nevezik . Kétdimenziós anyagoknál a közeli anyagok tulajdonságai, legyen szó szupravezetőről, ferromágnesről vagy erős spin-pálya kölcsönhatású anyagról, részben a szomszédos anyagokban, legyengült formában nyilvánulnak meg. A grafén például szupravezető képességet mutathat szupravezetővel, ferromágnesességet, ha ferromágneses szigetelővel, vagy spin-pálya kölcsönhatást, ha megfelelő anyagokkal érintkezik [101] . Az anyagok tulajdonságai a mágneses anyagok közötti közelség hatására új vonásokat kapnak [102] . A kétdimenziós anyagok tiszta és ideális rácsai a szuperrácspotenciál kialakulása miatt megváltoztatják a jól tanulmányozott anyagok tulajdonságait, ennek eredményeként olyan kutatási terület alakult ki, mint a twistronika [97] . A grafén két rétegének egymáshoz viszonyított forgását egy atomerőmikroszkóp tűjével lehet kimutatni [103] . Mindezek a hatások elektromos tér segítségével szabályozhatók [104] . Vákuumban a folyadékok szobahőmérsékleten elpárolognak, ami lehetetlenné teszi az elektronmikroszkóppal történő szerves tárgyak, például fehérjék és élő sejtek tanulmányozását. A grafén, mivel minden kémiai elem számára áthatolhatatlan és kellően vékony, megvédi az élő sejtet a kiszáradástól a pásztázó elektronmikroszkóp ultramagas vákuumában [105] .

Alkalmazások

A kondenzált anyag fizikájának kutatása számos fontos alkalmazáshoz vezetett, mint például a félvezető tranzisztor [12] kifejlesztése , a lézertechnológia [68] , valamint számos, a nanotechnológiával összefüggésben vizsgált jelenség [106] :111ff . A pásztázó alagútmikroszkópiát nanométeres léptékű folyamatok szabályozására használják , ami a nanotechnológia fejlődéséhez vezetett [89] .

A kondenzált anyag fizikának az alkalmazott területhez való legnagyobb hozzájárulása a tranzisztorok felfedezéséhez kapcsolódik. A sík térhatású tranzisztorok szabályozhatósága a kapu és a tranzisztor csatornája közötti kapacitástól függ. A modern elektronika a 3D tranzisztoros architektúrák, az úgynevezett FinFET-ek (Vertical Gate Field Effect Transistor) felé halad, ahol a frekvenciamenet és a szivárgás nagymértékben javítható [107] . A teljesítmény további növelése érdekében a kaput egy vezető csatorna (térhatású tranzisztor körbefutó kapuval) körül kell elhelyezni, amely nanovezeték formáját ölti [108] . Annak ellenére, hogy a szilíciumtechnológia domináns szerepet játszik az integrált áramkörök gyártásában, vannak sikeres kísérletek új anyagok felhasználására a processzorok, különösen a kétdimenziós molibdén-diszulfid [109] és a szén nanocsövek [110] előállítására .

A folyadékok és szilárd anyagok közti köztes állapotot a lágy anyagok foglalják el , amelyeket a mindennapi életben széles körben használnak polimerek, szövetek és fa esetében, amelyek erősen reagálnak a külső zavarokra az alkotó részecskéik (főleg a leggyengébb furgon ) közötti kötések gyengesége miatt. der Waals és a hidrogénkötések ) [111] . A szénszál kis sűrűsége és a szénszál mechanikai tulajdonságai lehetővé teszik kompozit anyagok alkalmazását olyan területeken, ahol az anyag szilárdság-tömeg aránya fontos, például repülőgép-építésben és sporteszközökben [112] . A folyadékkristályok alkalmazásra találtak az elektronikában [113] . A kondenzált anyag fizikának a biofizika számára is fontos alkalmazásai vannak , például létrehoztak egy kísérleti mágneses rezonancia képalkotási módszert , amelyet széles körben alkalmaznak az orvosi diagnosztikában [89] .

A tárgyak internete áramforrásokat igényel, anélkül, hogy időszakos szennyeződést kellene végezni, és feltételezhető, hogy az ilyen rendszerek energiaforrása környezeti források: rezgések, rádiójelek, hő. Az energia összegyűjtését elektromos energiává való átalakulása és akkumulátorokban való tárolása kíséri. Mikroelektromechanikus eszközöket használnak a rezgések átalakítására , különféle fizikai jelenségek felhasználásával, mint például az inverz piezoelektromos hatás , a magnetostrikció , antennák és jel- egyenirányítás szükséges a rádiófrekvenciás spektrum összegyűjtéséhez . A fő energia legfeljebb 70%-a általában hővé alakul, amihez különféle hőelemek kifejlesztése szükséges az elveszett energia megkötéséhez és újrafelhasználásához [114] .

Jegyzetek

Hozzászólások
  1. ↑ A hidrogént és a nitrogént is azóta cseppfolyósították; a közönséges folyékony nitrogénnek és hidrogénnek azonban nincsenek fémes tulajdonságai. Eugene Wigner és Hillard Bell Huntington fizikusok 1935-ben azt jósolták, hogy a fémes hidrogén állapota kellően magas nyomáson (több mint 25 GPa) létezik, amit kísérletileg nem figyeltek meg.
Források
  1. ↑ Kohn W. (1999). "Egy esszé a sűrített anyag fizikájáról a huszadik században." Szemle a modern fizikáról . 71 (2): 59-77. DOI : 10.1103/RevModPhys.71.S59 .
  2. ↑ Kohn 12 , 1999 , p. S59.
  3. ↑ Martin Joseph D. Amikor a sűrítettanyag-fizika király lett  // Physics Today. - 2019. - T. 72 . - S. 30-37 . - doi : 10.1063/PT.3.4110 .
  4. ↑ Philip Anderson . Fizika Tanszék . Princeton egyetem. Letöltve: 2012. március 27.
  5. ↑ Anderson Philip W. Fókuszban: Több és más  //  World Scientific Newsletter. - 2011. - november ( 33. köt. ).
  6. ↑ A kondenzált anyag fizikája . Hozzáférés időpontja: 2015. április 20.
  7. ↑ Martin Joseph D. Mit jelent a névváltoztatás? Szilárdtestfizika, kondenzált anyag fizika és anyagtudomány  // Fizika  perspektívában : folyóirat. - 2015. - Kt. 17 , sz. 1 . - P. 3-32 . - doi : 10.1007/s00016-014-0151-7 . — .
  8. ↑ Kohn W. Egy esszé a sűrített anyag fizikájáról a huszadik században  // Reviews of Modern Physics  : folyóirat  . - 1999. - 1. évf. 71 , sz. 2 . -P.S59 - S77 . - doi : 10.1103/RevModPhys.71.S59 . - Iránykód . Archiválva az eredetiből 2013. augusztus 25-én.
  9. ↑ Frenkel Ya. I. Folyadékok kinetikai elmélete. - Leningrád: Nauka, 1975. - S. 5. - 592 p. — ISBN 5458328728 . — ISBN 9785458328722 .
  10. ↑ Kondenzált anyagfizikai állások: Karrier a kondenzált anyag fizikában . Fizika ma állások . Letöltve: 2010. november 1. Az eredetiből archiválva : 2009. március 27..
  11. ↑ A kondenzált anyag fizikának története . Amerikai Fizikai Társaság. Letöltve: 2012. március 27.
  12. ↑ 1 2 3 4 Marvin L. Cohen. Esszé: Fifty Years of Condensed Matter Physics  (angol)  // Physical Review Letters  : folyóirat. - 2008. - Vol. 101 , sz. 25 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.101.250001 . - . — PMID 19113681 .
  13. ↑ Brandt N. B., Kulbachinsky V. A. Kvázirészecskék a kondenzált anyag fizikában. - 3. - M. : Fizmatlit, 2010. - S. 19. - 632 p. - ISBN 978-5-9221-1209-3 .
  14. ↑ Marder, 2010 , p. xx.
  15. ↑ Marder, 2010 , p. xxi.
  16. ↑ 12 Dávid ; Goodstein. Richard Feynman és a szupravezetés története  // Fizika  perspektívában : folyóirat. - 2000. - Vol. 2 , sz. 1 . — 30. o . - doi : 10.1007/s000160050035 . - .
  17. ↑ Sir Humphry Davy összegyűjtött művei: 1. köt. II  (angol) / Davy, John. - Smith Elder & Co., Cornhill, 1839.
  18. ↑ Silvera, Isaac F.; Cole, John W. Metallic Hydrogen: A legerősebb rakétaüzemanyag még létezik  //  Journal of Physics : folyóirat. - 2010. - 20. évf. 215 , sz. 1 . — P. 012194 . - doi : 10.1088/1742-6596/215/1/012194 . - .
  19. ↑ Rowlinson JS Thomas Andrews és a kritikus pont   // Természet . - 1969. - 1. évf. 224 , sz. 8 . - P. 541-543 . - doi : 10.1038/224541a0 . — .
  20. ↑ Atkins Peter, de Paula Julio. A fizikai kémia elemei  . - Oxford University Press , 2009. - ISBN 978-1-4292-1813-9 .
  21. ↑ Fizikai Nobel-díj 1913: Heike Kamerlingh Onnes . Nobel Media AB. Letöltve: 2012. április 24.
  22. ↑ Kittel Charles. Bevezetés a szilárdtestfizikába  . - John Wiley & Sons , 1996. - ISBN 978-0-471-11181-8 .
  23. ↑ 1 2 3 4 Hoddeson, Lillian. Ki a kristálylabirintusból: Fejezetek a Szilárdtestfizika történetéből  (angol) . - Oxford University Press , 1992. - ISBN 978-0-19-505329-6 .
  24. ↑ Kragh Helge 12 . Kvantumgenerációk: A fizika története a huszadik században  (angolul) . — Reprint. - Princeton University Press , 2002. - ISBN 978-0-691-09552-3 .
  25. ↑ Dirk van Delft. A szupravezetés felfedezése  (angol)  // Physics Today  : magazin. - 2010. - szeptember ( 63. évf. , 9. sz.). - P. 38-43 . - doi : 10.1063/1.3490499 . — Iránykód .
  26. ↑ Slichter Károly. Bevezetés a szupravezetés történetébe . A felfedezés pillanatai . Amerikai Fizikai Intézet. Letöltve: 2012. június 13.
  27. ↑ Joerg Schmalian. A szupravezetés sikertelen elméletei   // Modern Physics Letters B : folyóirat. - 2010. - 20. évf. 24 , sz. 27 . - P. 2679-2691 . - doi : 10.1142/S0217984910025280 . - Iránykód . - arXiv : 1008.0447 .
  28. ↑ Hall Edwin. A mágnes új hatásáról az elektromos áramokon  (angol)  // American Journal of Mathematics  : folyóirat. - 1879. - 1. köt. 2 , sz. 3 . - 287-292 . o . - doi : 10.2307/2369245 . Az eredetiből archiválva : 2008. március 9.
  29. ↑ Landau LD, Lifshitz EM Kvantummechanika : Nem relativisztikus elmélet  . — Pergamon Press, 1977. - ISBN 978-0-7506-3539-4 .
  30. ↑ Lindley David. Fókusz: Iránypontok – A véletlen felfedezés a kalibrációs szabványhoz vezet . APS fizika (2015. május 15.). Letöltve: 2016. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 7..
  31. ↑ 1 2 A mágnesesség elmélete egyszerűen  . — Világtudományi .
  32. ↑ Sabyasachi Chatterjee. Heisenberg és a ferromágnesesség   // Rezonancia . - 2004. - augusztus ( 9. köt . 8. sz .). - 57-66 . o . - doi : 10.1007/BF02837578 .
  33. ↑ A hiszterézis differenciális modelljei  . — Springer.
  34. ↑ Zeeya Merali. Kollaboratív fizika: a húrelmélet padtársat talál  (angol)  // Nature : Journal. - 2011. - 20. évf. 478 , sz. 7369 . - P. 302-304 . - doi : 10.1038/478302a . — . — PMID 22012369 .
  35. ↑ Piers Coleman.  Many-Body Physics : Unfinished Revolution  // Annales Henri Poincaré : folyóirat. - 2003. - 1. évf. 4 , sz. 2 . - P. 559-580 . - doi : 10.1007/s00023-003-0943-9 . - Iránykód . - arXiv : cond-mat/0307004 .
  36. ↑ Cooper, Leon N. Kötött elektronpárok degenerált Fermi-gázban  // Fizikai szemle  : folyóirat  . - 1956. - 1. évf. 104 , sz. 4 . - P. 1189-1190 . - doi : 10.1103/PhysRev.104.1189 . - .
  37. ↑ 1 2 Klitzin von Klaus. A kvantált Hall-effektus . Nobelprize.org (1985. december 9.).
  38. ↑ Fisher Michael E. Renormalizációs csoportelmélet: Alapjai és megfogalmazása a statisztikai fizikában  // Reviews of Modern Physics  : folyóirat  . - 1998. - 1. évf. 70 , sz. 2 . - P. 653-681 . - doi : 10.1103/RevModPhys.70.653 . - Iránykód .
  39. ↑ Wilson K.  A renormalizációs csoport és az ε kiterjesztése  // Physics Reports : folyóirat. - 1974. - 1. évf. 12 , sz. 2 . - 75-199 . o . - doi : 10.1016/0370-1573(74)90023-4 . — .
  40. ↑ D. V. Shirkov, Renormalizációs csoport és funkcionális önhasonlóság a fizika különböző területein, TMF, 1984, 60. kötet, 2. szám, 218-223.
  41. ↑ Avron Joseph E. Topológiai pillantás a Quantum Hall-effektusra  // Physics Today  : magazin  . - 2003. - 1. évf. 56 , sz. 8 . - P. 38-42 . - doi : 10.1063/1.1611351 . — Iránykód .
  42. ↑ Wen Xiao Gang. Az élállapotok elmélete törtkvantum Hall-effektusokban  // International  Journal of Modern Physics C : folyóirat. - 1992. - 1. évf. 6 , sz. 10 . - P. 1711-1762 . - doi : 10.1142/S0217979292000840 . - Iránykód . Az eredetiből archiválva : 2005. május 22.
  43. ↑ Quintanilla George. The strong-correlations puzzle  (angol)  // Physics World  : magazin. - 2009. - június. Az eredetiből archiválva: 2012. szeptember 6.
  44. ↑ Ashcroft Neil W., Mermin N. David. Szilárdtestfizika : [] . - New York: Saunders College Publishing , 1976. - ISBN 0-03-083993-9 .
  45. ↑ Mahan GD Sok részecskefizika . — 2. - Springer, 1990. - ISBN 978-0-306-43423-5 .
  46. ↑ Kittel Charles. Bevezetés a szilárdtestfizikába. - New York: Wiley, 2005. - ISBN 978-0-471-68057-4 .
  47. ↑ Marder, 2010 , p. tizennégy.
  48. ↑ Marder, 2010 , p. 17.
  49. ↑ Nambu Yoichiro. Spontán szimmetriatörés a részecskefizikában: a keresztmegtermékenyítés esete . Nobelprize.org (2008. december 8.).
  50. ↑ Greiter Martin. Spontán megsértik-e az elektromágneses mérőszám invarianciáját a szupravezetőkben? (angol)  // Annals of Physics : folyóirat. - 2005. - március 16. ( 319. évf . , 2005. sz.). - P. 217-249 . - doi : 10.1016/j.aop.2005.03.008 . - . - arXiv : cond-mat/0503400 .
  51. ↑ Leutwyler H. Fononok mint Goldstone-bozonok   // Helv.phys.acta) . - 1997. - 1. évf. 70 , sz. 1997_ _ - 275-286 . o . - . - arXiv : hep-ph/9609466 .
  52. ↑ Eckert Michael. Vitatott felfedezés: a röntgendiffrakció kezdete kristályokban 1912-ben és következményei   // Acta Crystallographica A : folyóirat. - International Union of Crystallography , 2011. - Vol. 68 , sz. 1 . - P. 30-39 . - doi : 10.1107/S0108767311039985 . — Iránykód . — PMID 22186281 .
  53. ↑ Han Jung Hoon. Szilárdtestfizika  . _ - Sung Kyun Kwan Egyetem, 2010. Archív példány . Letöltve: 2019. október 25. Az eredetiből archiválva : 2013. május 20.
  54. ↑ 1 2 Perdew John P. Tizennégy egyszerű lecke a sűrűség-funkcionális elméletből  // International  Journal of Quantum Chemistry : folyóirat. - 2010. - 20. évf. 110 , sz. 15 . - P. 2801-2807 . - doi : 10.1002/qua.22829 .
  55. ↑ Ashcroft Neil W., Mermin N. David. Szilárdtestfizika  . _ - Saunders College, 1976. - ISBN 978-0-03-049346-1 .
  56. ↑ Hedin Lars (1965). „Új módszer az egyrészecskés Green-függvény kiszámítására az elektron-gáz problémára való alkalmazással” . Phys. Rev. _ 139 (3A): A796-A823. Bibcode : 1965PhRv..139..796H . DOI : 10.1103/PhysRev.139.A796 .
  57. ↑ Bethe H., Salpeter E. (1951). "Relativisztikus egyenlet kötött állapotú problémákra." Fizikai áttekintés . 84 (6): 1232. Bibcode : 1951PhRv...84.1232S . DOI : 10.1103/PhysRev.84.1232 .
  58. ↑ Az Anyagprojekt  . Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  59. ↑ Az Open Quantum Materials Database  . Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  60. ↑ AFLOW  . _ Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  61. ↑ Haastrup Sten, Strange Mikkel, Pandey Mohnish, Deilmann Thorsten, Schmidt Per S., Hinsche Nicki F., Gjerding Morten N., Torelli Daniele, Larsen Peter M., Riis-Jensen Anders C. The Computational 2D Materials Database: high- áteresztőképesség modellezése és atomosan vékony kristályok felfedezése  // 2D anyagok. - 2018. - V. 5 . - S. 042002 . - doi : 10.1088/2053-1583/aacfc1 . - arXiv : 1806.03173 .
  62. ↑ Zhou Jun, Shen Lei, Costa Miguel Dias, Persson Kristin A., Ong Shyue Ping, Huck Patrick, Lu Yunhao, Ma Xiaoyang, Chen Yiming, Tang Hanmei, Feng Yuan Ping. 2DMatPedia, kétdimenziós anyagok nyílt számítási adatbázisa felülről lefelé és alulról felfelé  // Tudományos adatok kötete. - 2019. - T. 6 . - S. 86 . - doi : 10.1038/s41597-019-0097-3 . - arXiv : 1901.09487 .
  63. ↑ Abinit  . _ Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  64. ↑ A Vienna Ab initio szimulációs csomag  . Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  65. ↑ WIEN2k  . _ Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  66. ↑ Quantum  ESPRESSO . Hozzáférés időpontja: 2021. április 11.
  67. ↑ 1 2 Vojta Mátyás. Kvantum fázisátmenetek  //  Jelentések a fizika fejlődéséről : folyóirat. - 2003. - 1. évf. 66 , sz. 12 . - P. 2069-2110 . - doi : 10.1088/0034-4885/66/12/R01 . - Iránykód . - arXiv : cond-mat/0309604 .
  68. ↑ 1 2 3 4 Sűrített anyag fizika, fizika az 1990-es évekig . Nemzeti Kutatási Tanács.
  69. ↑ Mágneses kritikus szórás  . — Oxford University Press .
  70. ↑ Richardson, Robert C. Kísérleti módszerek a kondenzált anyag fizikában alacsony hőmérsékleten. - Addison-Wesley, 1988. - ISBN 978-0-201-15002-5 .
  71. ↑ 1 2 Chaikin PM A kondenzált anyag fizikának elvei  . - Cambridge University Press , 1995. - ISBN 978-0-521-43224-5 .
  72. ↑ Wentao Zhang. Fotoemissziós spektroszkópia magas hőmérsékletű szupravezetőn: A Bi2Sr2CaCu2O8 vizsgálata lézer-alapú szögfelbontású  fotoemisszióval . — Springer Science & Business Media . — ISBN 978-3-642-32472-7 .
  73. ↑ Siegel RW Positron Annihilation Spectroscopy  // Anyagtudományi éves áttekintés  . - 1980. - 1. évf. 10 . - P. 393-425 . - doi : 10.1146/annurev.ms.10.080180.002141 . — .
  74. ↑ Marder, 2010 , p. 82.
  75. ↑ Marder, 2010 , p. 84.
  76. ↑ Huang Pinshane Y., KuraschSimon, Alden Jonathan S., Shekhawat Ashivni, Alemi Alexander A., ​​McEuen Paul L., Sethna James P., Kaiser Ute, Muller David A. Képalkotó atomi átrendezések kétdimenziós szilikaüvegben: Szilícium-dioxid tánca  // Tudomány. - 2013. - T. 342 . - S. 224-227 . - doi : 10.1126/tudomány.1242248 .
  77. ↑ Kondenzált Anyagfizikai Létesítmények Bizottsága. Az IUPAP munkacsoport jelentése: Kondenzált anyagfizikai létesítmények: nagy mágneses terek . A Tiszta és Alkalmazott Fizika Nemzetközi Uniója. "A mágneses tér nem egyszerűen egy spektroszkópiai eszköz, hanem egy termodinamikai változó, amely a hőmérséklettel és a nyomással együtt szabályozza az anyagok állapotát, fázisátalakulását és tulajdonságait."
  78. ↑ 1 2 Bizottság az Egyesült Államokban a nagymágneses tereptudomány jelenlegi állapotának és jövőbeli irányának felmérésére; Fizikai és Csillagászati ​​Tanács; Műszaki és Fizikai Tudományok Osztálya; Nemzeti Kutatási Tanács. Nagymágneses tereptudomány és alkalmazása az Egyesült Államokban : Jelenlegi állapot és jövőbeli irányok  . — National Academies Press, 2013. - ISBN 978-0-309-28634-3 .
  79. ↑ Moulton WG, Reyes AP Nuclear Magnetic Resonance in Solids at very high magnetic fields // High Magnetic Fields  / Herlach Fritz. - World Scientific , 2006. - (Tudomány és technológia). - ISBN 978-981-277-488-0 .
  80. ↑ Nicolas Doiron-Leyraud. Kvantumoszcillációk és a Fermi-felület aluladalékolt, magas Tc-értékű szupravezetőben  //  Nature : Journal. - 2007. - Vol. 447 , sz. 7144 . - P. 565-568 . - doi : 10.1038/nature05872 . — . - arXiv : 0801.1281 . — PMID 17538614 .
  81. ↑ Grochala Wojciech, Hoffmann Roald, Feng Ji, Ashcroft Neil W. (2007). "A kémiai képzelet nagyon szűk helyeken dolgozik". Angewandte Chemie International Edition . 46 (20): 3620-3642. doi : 10.1002/anie.200602485 . PMID  17477335 .
  82. ↑ Hazen Robert M. Nagynyomású jelenségek  . https://www.britannica.com/ . Encyclopædia Britannica, Inc. Letöltve: 2021. április 17.
  83. ↑ Snider Elliot, Dasenbrock-Gammon Nathan, McBride Raymond, Debessai Mathew, Vindana Hiranya, Vencatasamy Kevin, Lawler Keith V., Salamat Ashkan, Dias Ranga P. (2020. október). Szobahőmérsékletű szupravezetés széntartalmú kén-hidridben. természet . 586 (7829): 373-377. DOI : 10.1038/s41586-020-2801-z .
  84. ↑ Júlia; Buluta. Kvantumszimulátorok  (angol)  // Tudomány. - 2009. - 1. évf. 326. sz . 5949 . - 108-111 . o . - doi : 10.1126/tudomány.1177838 . - . — PMID 19797653 .
  85. ↑ Markus; Greiner. Kondenzált anyag fizika: Optikai rácsok   // Természet . - 2008. - Vol. 453 , sz. 7196 . - P. 736-738 . - doi : 10.1038/453736a . — . — PMID 18528388 .
  86. ↑ Jaksch D.  A hideg atom Hubbard-eszköztár  // Annals of Physics : folyóirat. - 2005. - 20. évf. 315. sz . 1 . - 52-79 . o . - doi : 10.1016/j.aop.2004.09.010 . - . - arXiv : cond-mat/0410614 .
  87. ↑ Glanz James . A The New York Times  (2001. október 10.) amerikai fizikai Nobel-díjat kapott 3 kutató . Letöltve: 2012. május 23.
  88. ↑ DiVincenzo David P. (1995). "Kvantum számítástechnika". tudomány . 270 (5234): 255-261. Bibcode : 1995Sci...270..255D . CiteSeerX  10.1.1.242.2165 . DOI : 10.1126/tudomány.270.5234.255 .  (előfizetés szükséges)
  89. ↑ 1 2 3 Nai-Chang; Igen. A Perspective of Frontiers in Modern Condensed Matter Physics  (angol)  // AAPPS Bulletin: folyóirat. - 2008. - Vol. 18 , sz. 2 .
  90. ↑ Arute Frank, Arya Kunal, Babbush Ryan, Bacon Dave, Bardin Joseph C. Kvantum fölény programozható szupravezető processzor segítségével   // Nature . - 2019. - október ( 7779. sz. , 574. sz.). - P. 505-510 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/s41586-019-1666-5 . Archiválva az eredetiből: 2019. október 23.
  91. ↑ Manin Yu. I. Vychislimoe i nevychislimoe: [ rus. ] . — Sov. Rádió, 1980. - P. 13-15.
  92. ↑ Feynman Richard (1982). "Fizika szimulálása számítógépekkel". International Journal of Theoretical Physics . 21 (6-7): 467-488. Bibcode : 1982IJTP...21..467F . CiteSeerX  10.1.1.45.9310 . DOI : 10.1007/BF02650179 .
  93. ↑ Ma Ruichao, Saxberg Brendan, Owens Clai, Leung Nelson, Lu Yao, Simon Jonathan, Schuster David I., (2019. február 6.). "A fotonok disszipatívan stabilizált Mott-szigetelője." természet . 566 (7742): 51-57. arXiv : 1807.11342 . DOI : 10.1038/s41586-019-0897-9 . PMID  30728523 .
  94. ↑ Fitzpatrick Mattias, Sundaresan Neereja M., Li Andy CY, Koch Jens, Houck Andrew A. (2017. február 10.). Disszipatív fázisátmenet megfigyelése egydimenziós QED-rácsban. Fizikai szemle X. 7 (1): 011016. arXiv : 1607.06895 . DOI : 10.1103/PhysRevX.7.011016 .
  95. ↑ Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, Jiang D., Zhang Y., Dubonos SV, Grigorieva IV, Firsov AA Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films  // Tudomány. - 2004. - T. 306 . - S. 666-669 . - doi : 10.1126/tudomány.1102896 .
  96. ↑ Cheng Gong, Xiang Zhang. Kétdimenziós mágneses kristályok és kialakuló heteroszerkezetű eszközök  // Tudomány. - 2019. - T. 363 . - S. - . - doi : 10.1126/science.aav4450 .
  97. ↑ 1 2 Y Cao, V Fatemi, S Fang, K Watanabe, T Taniguchi, E Kaxiras, P Jarillo-Herrero. A kétrétegű grafén széles körben hangolható sávszélességének közvetlen megfigyelése. (angol)  // Természet: folyóirat. - 2018. - doi : 10.1038/természet26160 . — . - arXiv : 1803.02342 .
  98. ↑ Cao Y., Fatemi V., Demir A., ​​​​Fang S., Tomarken SL, Luo JY, Sanchez-Yamagishi JD, Watanabe K., Taniguchi T., Kaxiras E., Ashoori RC, Jarillo-Herrero P. Korrelált szigetelő viselkedés a varázsszögű grafén szuperrácsok féltöltésénél. (angol)  // Természet: folyóirat. - 2018. - doi : 10.1038/természet26154 . — . - arXiv : 1802.00553 .
  99. ↑ Sharma Pankaj, Xiang Fei-Xiang, Shao Ding-Fu, Zhang Dawei, Tsymbal Evgeny Y., Hamilton Alex R. és Seidel Jan. Szobahőmérsékletű ferroelektromos félfém  // Science Advance. - 2019. - T. 363 . - S. - . - doi : 10.1126/sciadv.aax5080 .
  100. ↑ Briggs Natalie, Subramanian Shruti, Lin Zhong, Li Xufan, Zhang Xiaotian, Zhang Kehao, Xiao Kai, Geohegan David, Wallace Robert, Chen Long-Qing, Terrones Mauricio, Ebrahimi Aida, Das Saptarshi, Redwing Joan, Hinkle Christopher , Duin Adri van, Crespi Vin, Kar Swastik, Robinson Joshua A. A roadmap for electronic grade 2D material  // 2D Mater.. - 2019. - V. 6 . - S. 022001 . - doi : 10.1088/2053-1583 . - arXiv : /1808.10514 .
  101. ↑ Žutić Igor, Matos-Abiague Alex, Scharf Benedikt, Dery Hanan, Belashchenko Kirill. Proximitizált anyagok  // Materials Today. - 2019. - T. 22 . - S. 85-107 . - doi : 10.1016/j.mattod.2018.05.003 .
  102. ↑ Huang Bevin, McGuire Michael A., May Andrew F., Xiao Di, Jarillo-Herrero Pablo, Xu Xiaodong. Emergens jelenségek és közelségi hatások kétdimenziós mágnesekben és heterostruktúrákban  // Nature Materials. - 2020. - T. 19 . - S. 1276-1289 . - doi : 10.1038/s41563-020-0791-8 .
  103. ↑ Ribeiro-Palau Rebeca, Zhang Changjian, Watanabe Kenji, Taniguchi Takashi, Hone James, Dean Cory R. Twistable electronics with dynamically rotable heterostructures  // Science. - 2018. - T. 361 . - S. 690-693 . - doi : 10.1126/science.aat6981 .
  104. ↑ Žutić és munkatársai, 2019 .
  105. ↑ Wojcik Michal, Hauser Margaret, Li Wan, Moon Seonah, Xu Ke. Graphene-enabled elektronmikroszkópia és nedves sejtek korrelált szuperfelbontású mikroszkópja  // Nature Comm.. - 2015. - V. 6 . - S. 7384 . - doi : 10.1038/ncomms8384 .
  106. ↑ CMMP Bizottság 2010; Szilárdtest-tudományos Bizottság; Fizikai és Csillagászati ​​Tanács; Országos Kutatási Tanács Műszaki és Fizikai Tudományok Osztálya. Kondenzált anyagok és anyagok fizika: A minket körülvevő világ tudománya  . — National Academies Press. — ISBN 978-0-309-13409-5 .
  107. ↑ Digh Hisamoto, Chenming Hu, Liu Tsu-Jae király, Jeffrey Bokor, Wen-Chin Lee, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi, Kazuya Asano, (1998. december). „Egy hajtogatott csatornás MOSFET a tizedik mikronnál mélyebb korszakhoz”. Nemzetközi Electron Devices Meeting 1998. Technical Digest (kat. sz. 98CH36217) : 1032-1034. DOI : 10.1109/IEDM.1998.746531 . ISBN  0-7803-4774-9 .
  108. ↑ Claeys C., Murota J., Tao M., Iwai H., Deleonibus S. ULSI Process Integration 9 . - The Electrochemical Society , 2015. - P. 109. - ISBN 9781607686750 .
  109. ↑ Wachter Stefan, Polyushkin Dmitry K., Bethge Ole és Mueller Thomas. Kétdimenziós félvezetőn alapuló mikroprocesszor  // Nature Comm.. - 2017. - V. 8 . - S. 14948 . - doi : 10.1038/ncomms14948 .
  110. ↑ Hills Gage, Lau Christian, Wright Andrew, Fuller Samuel, Mindy D. püspök, Srimani Tathagata, Kanhaiya Pritpal, Ho Rebecca, Amer Aya, Stein Yosi, Murphy Denis, Arvind, Chandrakasan Anantha és Shulaker Max M. Komplementerből épült modern mikroprocesszor szén nanocső tranzisztorok  // Természet. - 2019. - T. 572 . - S. 595-602 . - doi : 10.1038/s41586-019-1493-8 .
  111. ↑ Kohn, 1999 , p. S75.
  112. ↑ Nguyen Dinh, Abdullah Mohammad Sayem Bin, Khawarizmi Ryan, Kim Dave, Kwon Patrick (2020). „A szálorientáció hatása a szerszámkopásra szénszál-erősítésű műanyagok (CFRP) laminátumok élvágásánál”. viselni . Elsevier BV 450–451: 203213. doi : 10.1016 /j.wear.2020.203213 . ISSN  0043-1648 .
  113. ↑ Zhen P.-J. de . Lágy anyagok, Nobel Fizikai előadás, 1991  // UFN . - T. 162 , 9. sz . - S. 125-132 .
  114. ↑ Akinaga Hiroyuki. Az energiagyűjtési technológiák legújabb fejlesztései és jövőbeli kilátásai  // Jpn. J. Appl. Fizikai.. - 2020. - T. 59 . - S. 110201 . doi : 10.35848 /1347-4065/abbfa0 .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 Anyagtudományi szekciók
Alapvető definíciók
Fő irányok
Általános szempontok
Egyéb fontos útmutatások
Kapcsolódó tudományok
 Statisztikai fizika szakaszai
Kondenzált anyag fizika