凝聚态物理学
当今物理学的分支学科之一
条目
凝聚态物理学（condensed matter physics）是研究凝聚态物质的微观结构、微观运动、物理性质及其相互关系的物理学分支学科[6][2]。凝聚态物理学是固体物理学的向外延拓，其研究对象不仅包括固体物质，还包括如液态金属、液晶等液态物质以及玻色-爱因斯坦凝聚的玻色气体和量子简并的费米气体等气体物质，涵盖了行空间和动量空间两个子空间的凝聚态。[7]此外，凝聚态物理学的研究内容主要包括晶体结构、电子体系、界面和表面物理学、宏观量子态、纳米结构与介观物理、软物质物理学等。[1][8][9][10]
早在18世纪，法国矿物学家阿维（René-Just Haüy）对晶体外部几何规则性就有一定的认识，[4][11]1823年，迈克尔·法拉第在低温下成功实现了氯气的液化，并随后又实现了二氧化硫、二氧化碳、氨、氯化氢等的液化。[12][13]熊夫利（A.M.Schoenflies）在1891年建立了晶体对称性的群理论，为固体物理理论的形成提供基本的理论依据。20世纪初量子力学的诞生为固体物理学的发展提供坚实的理论基础，科学家们开始利用量子力学的理论来解释固体和液体的性质和现象，如晶格振动、电子结构和磁性等。[4]1908年荷兰物理学家昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）成功地液化了氦气，到了20世纪40年代物理学家将各自独立的晶体学、冶金学、弹性力学和磁学等学科统合为固体物理学，至此，固体物理学已基本建立。[4]随着固体物理学的迅猛发展，其研究对象从固体物质到液态物质和某些特殊的气态物质，因此，固体物理学这一名称已不足以概括整个研究领域，而扩展成为“凝聚态物理学”，到了80~90年代它逐渐取代了固体物理学作为学科名称或者将固体物理学理解为凝聚态物理学的同义词。[1][14]
凝聚态物理学的应用性较强，是材料、信息、能源科学发展的基础，其中金属物理学的发展大力推动了钢铁等重工业生产，半导体的研究带来了“信息文明”的进步，晶体学的研究应用于军事、激光等领域，尤其是纳米材料的研究广泛应用于生物学、医学、电子学、能源科学等领域。[3]在未来的信息社会中，为实现各种技术领域的高速化、小型化、自动化、数学化、集成化方面，凝聚态物理学的研究将扮演重要角色。[15]