Физика конденсированного состояния - Condensed matter physics

Физика конденсированного состояния - это область физики, которая занимается макроскопическими и микроскопическими физическими свойствами вещества , особенно твердой и жидкой фаз, которые возникают в результате электромагнитных сил между атомами . В более общем плане, этот предмет имеет дело с «конденсированными» фазами материи: системами из многих составляющих с сильным взаимодействием между ними. Более экзотические конденсированные фазы включают сверхпроводящую фазу, проявляемую некоторыми материалами при низкой температуре , ферромагнитную и антиферромагнитную фазы спинов на кристаллических решетках атомов и конденсат Бозе-Эйнштейна, обнаруживаемый в ультрахолодных атомных системах. Сокращенные физики материи стремятся понять поведение этих фаз с помощью экспериментов по измерению различных свойств материалов, а также путем применения физических законов о квантовой механики , электромагнетизма , статистической механики и других теорий для разработки математических моделей.

Разнообразие систем и явлений, доступных для изучения, делает физику конденсированного состояния наиболее активной областью современной физики: треть всех американских физиков идентифицируют себя с физиками конденсированного состояния, а Отдел физики конденсированного состояния является крупнейшим подразделением Американского физического института. Общество . Эта область перекликается с химией , материаловедением , инженерией и нанотехнологиями и тесно связана с атомной физикой и биофизикой . Теоретическая физика конденсированных сред акций важных концепций и методов с тем, что в области физики элементарных частиц и ядерной физики .

Различные темы в физике, такие как кристаллография , металлургия , упругость , магнетизм и т. Д., Рассматривались как отдельные области до 1940-х годов, когда они были сгруппированы вместе как физика твердого тела . Примерно в 1960-х годах к этому списку было добавлено изучение физических свойств жидкостей, что составило основу для более обширной специальности физики конденсированного состояния. Bell Telephone Laboratories был один из первых институтов проводить научно - исследовательскую программу в области физики конденсированных сред.

Этимология

По словам физика Филип Уоррен Андерсон , использование термина «конденсированной материи» , чтобы обозначить область исследования , был придуман им и Volker Гейне , когда они изменили название своей группы в Кавендишской лаборатории , Кембридж из теории твердого тела в теории конденсированного вещества в 1967 году, поскольку, по их мнению, это лучше включало их интерес к жидкостям, ядерной материи и так далее. Хотя Андерсон и Гейне помогли популяризировать название «конденсированная материя», оно использовалось в Европе в течение нескольких лет, в первую очередь в журнале Springer-Verlag Physics of Condensed Matter , выпущенном в 1963 году. Название «физика конденсированного состояния» подчеркивало общность научных проблем, с которыми сталкиваются физики, работающие с твердыми телами, жидкостями, плазмой и другими сложными веществами, тогда как «физика твердого тела» часто ассоциировалась с ограниченным промышленным применением металлов и полупроводников. В 1960-х и 1970-х годах некоторые физики считали, что более полное название лучше подходит для финансовой среды и политики холодной войны того времени.

Ссылки на «сжатые» состояния можно проследить до более ранних источников. Например, в предисловии к своей 1947 книги Кинетическая теория жидкостей , Яков Френкель предложил «Кинетическая теория жидкостей должна быть , соответственно, разработан как обобщение и кинетической теории твердых тел. По сути, это было бы правильнее будет объединить их под названием «конденсированные тела» ».

История физики конденсированного состояния

Классическая физика

Хайке Камерлинг-Оннес и Йоханнес ван дер Ваальс с установкой для сжижения гелия в Лейдене в 1908 году.

Одно из первых исследований конденсированных состояний вещества было проведено английским химиком Хэмфри Дэви в первые десятилетия девятнадцатого века. Дэви заметил, что из сорока химических элементов, известных в то время, двадцать шесть обладали металлическими свойствами, такими как блеск , пластичность и высокая электрическая и теплопроводность. Это свидетельствует о том, что атомы в John Dalton «s атомной теории не являются неделимыми , как утверждал Далтон, но имел внутреннюю структуру. Дэви далее утверждал, что элементы, которые тогда считались газами, такие как азот и водород, могут быть сжижены при правильных условиях и затем будут вести себя как металлы.

В 1823 году Майкл Фарадей , тогда помощник в лаборатории Дэви, успешно сжижил хлор и продолжил сжижать все известные газообразные элементы, кроме азота, водорода и кислорода . Вскоре после этого, в 1869 году, ирландский химик Томас Эндрюс изучил фазовый переход от жидкости к газу и ввел термин критическая точка для описания состояния, при котором газ и жидкость были неотличимы как фазы, а голландский физик Йоханнес ван дер Ваальс предоставил теоретическая основа, которая позволила предсказывать критическое поведение на основе измерений при гораздо более высоких температурах. К 1908 году Джеймс Дьюар и Хайке Камерлинг-Оннес успешно смогли сжижить водород, а затем вновь открыли гелий соответственно.

Пол Друде в 1900 году предложил первую теоретическую модель классического электрона, движущегося через металлическое твердое тело. Модель Друде описывала свойства металлов в терминах газа свободных электронов и была первой микроскопической моделью, объясняющей эмпирические наблюдения, такие как закон Видемана – Франца . Однако, несмотря на успех модели свободных электронов Друде, у нее была одна заметная проблема: она не могла правильно объяснить электронный вклад в теплоемкость и магнитные свойства металлов, а также температурную зависимость удельного сопротивления при низких температурах.

В 1911 году, через три года после того, как гелий впервые стал сжиженным, Оннес, работающий в Лейденском университете, открыл сверхпроводимость в ртути , когда он обнаружил, что электрическое сопротивление ртути исчезает при температурах ниже определенного значения. Это явление полностью удивило лучших физиков-теоретиков того времени и оставалось необъяснимым в течение нескольких десятилетий. Альберт Эйнштейн в 1922 году сказал относительно современных теорий сверхпроводимости, что «с нашим далеко идущим незнанием квантовой механики составных систем мы очень далеки от возможности составить теорию из этих расплывчатых идей».

Появление квантовой механики

Классическая модель Друде была дополнена Вольфгангом Паули , Арнольдом Зоммерфельдом , Феликсом Блохом и другими физиками. Паули понял, что свободные электроны в металле должны подчиняться статистике Ферми – Дирака . Используя эту идею, он разработал теорию парамагнетизма в 1926 году. Вскоре после этого Зоммерфельд включил статистику Ферми – Дирака в модель свободных электронов и улучшил объяснение теплоемкости. Два года спустя Блох использовал квантовую механику для описания движения электрона в периодической решетке. Математику кристаллических структур , разработанная Огюста Брава , Евграф Федоры и другими использовали для классификации кристаллов их группой симметрии , и таблицы кристаллических структур послужила основу для серии Международных Таблиц кристаллографии , впервые опубликованная в 1935 году расчетов зонной структуры была первыми используемый в 1930 , чтобы предсказать свойства новых материалов, а в 1947 году Джон Бардин , Вальтер Браттейн и Уильям Шокли разработал первый полупроводниковый основанное транзистор , предвещая революцию в электронике.

В 1879 году Эдвин Герберт Холл, работавший в Университете Джона Хопкинса, обнаружил напряжение, развивающееся в проводниках поперек электрического тока в проводнике, и магнитное поле, перпендикулярное току. Это явление, возникающее из-за природы носителей заряда в проводнике, было названо эффектом Холла , но в то время оно не было должным образом объяснено, поскольку электрон был экспериментально обнаружен лишь 18 лет спустя. После появления квантовой механики Лев Ландау в 1930 году разработал теорию квантования Ландау и заложил основы теоретического объяснения квантового эффекта Холла, открытого полвека спустя.

Магнетизм как свойство материи известен в Китае с 4000 г. до н.э. Однако первые современные исследования магнетизма начались только с разработкой электродинамики Фарадеем, Максвеллом и другими в девятнадцатом веке, которая включала классификацию материалов на ферромагнитные , парамагнитные и диамагнитные на основе их реакции на намагничивание. Пьер Кюри изучил зависимость намагниченности от температуры и открыл фазовый переход точки Кюри в ферромагнетиках. В 1906 году Пьер Вайс ввел понятие магнитных доменов для объяснения основных свойств ферромагнетиков. Первая попытка микроскопического описания магнетизма была предпринята Вильгельмом Ленцем и Эрнстом Изингом с помощью модели Изинга, в которой магнитные материалы описывались как состоящие из периодической решетки спинов, которые вместе приобретали намагниченность. Модель Изинга была решена точно, чтобы показать, что спонтанное намагничивание не может происходить в одном измерении, но возможно в решетках более высоких измерений. Дальнейшие исследования, такие как Блох по спиновым волнам и Неель по антиферромагнетизму, привели к разработке новых магнитных материалов с приложениями к магнитным запоминающим устройствам.

Современная физика многих тел

Магнит, парящий над сверхпроводящим материалом.
Магнит левитации выше высокотемпературного сверхпроводника . Сегодня некоторые физики работают над пониманием высокотемпературной сверхпроводимости с использованием соответствия AdS / CFT.

Модель Зоммерфельда и спиновые модели ферромагнетизма продемонстрировали успешное применение квантовой механики к проблемам конденсированного состояния в 1930-х годах. Однако по-прежнему оставалось несколько нерешенных проблем, в первую очередь описание сверхпроводимости и эффекта Кондо . После Второй мировой войны некоторые идеи квантовой теории поля были применены к проблемам конденсированного состояния. Сюда входило признание коллективных режимов возбуждения твердых тел и важное понятие квазичастицы. Русский физик Лев Ландау использовал идею теории ферми-жидкости, в которой низкоэнергетические свойства взаимодействующих фермионных систем были даны в терминах того, что теперь называется квазичастицами Ландау. Ландау также разработал теорию среднего поля для непрерывных фазовых переходов, в которой упорядоченные фазы описываются как спонтанное нарушение симметрии . Теория также ввела понятие параметра порядка для различения упорядоченных фаз. В конце концов, в 1956 году Джон Бардин , Леон Купер и Джон Шриффер разработали так называемую БКШ-теорию сверхпроводимости, основанную на открытии того факта, что сколь угодно малое притяжение между двумя электронами противоположного спина, опосредованное фононами в решетке, может вызвать связанное состояние, называемое куперовских пар .

Квантовый эффект Холла : Компоненты сопротивления Холла как функция внешнего магнитного поля

Изучение фазовых переходов и критического поведения наблюдаемых, называемых критическими явлениями , было основной областью интересов в 1960-х годах. Лео Каданов , Бенджамин Видом и Майкл Фишер разработали идеи критических показателей и масштабирования ширины . Эти идеи были объединены Кеннетом Дж. Уилсоном в 1972 году в рамках формализма ренормгруппы в контексте квантовой теории поля.

Квантовый эффект Холла был обнаружен Клаус фон Клитцинга , Дорда и перец в 1980 году , когда они наблюдали проводимость Холла , чтобы быть целым кратным фундаментальной константы (см . Рисунок) эффект наблюдался не зависит от таких параметров, как размер системы и примесей . В 1981 году теоретик Роберт Лафлин предложил теорию, объясняющую неожиданную точность интегрального плато. Это также подразумевало, что проводимость Холла пропорциональна топологическому инварианту, называемому числом Черна , значение которого для зонной структуры твердых тел было сформулировано Дэвидом Дж. Таулессом и сотрудниками. Вскоре после этого, в 1982 году, Хорст Стёрмер и Даниэль Цуй наблюдали дробный квантовый эффект Холла, при котором проводимость теперь была рационально кратной постоянной . Лафлин в 1983 году понял, что это было следствием взаимодействия квазичастиц в холловских состояниях, и сформулировал решение вариационного метода , названное волновой функцией Лафлина . Изучение топологических свойств дробного эффекта Холла остается активной областью исследований. Десятилетия спустя вышеупомянутая теория топологических зон, выдвинутая Дэвидом Дж. Таулесом и его сотрудниками, была дополнительно расширена, что привело к открытию топологических изоляторов .

В 1986 году Карл Мюллер и Йоханнес Беднорц открыли первый высокотемпературный сверхпроводник , материал, который был сверхпроводником при температурах до 50 кельвинов . Стало понятно, что высокотемпературные сверхпроводники являются примерами сильно коррелированных материалов, в которых электрон-электронное взаимодействие играет важную роль. Удовлетворительное теоретическое описание высокотемпературных сверхпроводников все еще не известно, и область сильно коррелированных материалов продолжает оставаться активной темой исследований.

В 2009 году Дэвид Филд и исследователи из Орхусского университета обнаружили спонтанные электрические поля при создании прозаических пленок из различных газов. В последнее время эта область расширилась и превратилась в область исследования спонтанной электроники .

В 2012 году несколько групп выпустили препринты, в которых предполагается, что гексаборид самария обладает свойствами топологического изолятора в соответствии с более ранними теоретическими предсказаниями. Поскольку гексаборид самария является устоявшимся изолятором Кондо , то есть сильно коррелированным электронным материалом, ожидается, что существование топологического состояния дираковской поверхности в этом материале приведет к топологическому изолятору с сильными электронными корреляциями.

Теоретическая

Теоретическая физика конденсированного состояния предполагает использование теоретических моделей для понимания свойств состояний материи. К ним относятся модели для изучения электронных свойств твердых тел, такие как модель Друде , зонная структура и теория функционала плотности . Были также разработаны теоретические модели для изучения физики фазовых переходов , такие как теория Гинзбурга – Ландау , критические показатели и использование математических методов квантовой теории поля и ренормализационной группы . Современные теоретические исследования включают использование численных расчетов электронной структуры и математических инструментов для понимания таких явлений, как высокотемпературная сверхпроводимость , топологические фазы и калибровочные симметрии .

Возникновение

Теоретическое понимание физики конденсированного состояния тесно связано с понятием эмерджентности , когда сложные сборки частиц ведут себя совершенно иначе, чем их отдельные составляющие. Например, плохо изучен ряд явлений, связанных с высокотемпературной сверхпроводимостью, хотя микроскопическая физика отдельных электронов и решеток хорошо известна. Аналогичным образом изучались модели систем конденсированного состояния, в которых коллективные возбуждения ведут себя как фотоны и электроны , тем самым описывая электромагнетизм как возникающее явление. Возникающие свойства могут также проявляться на границе раздела между материалами: одним из примеров является граница раздела алюминат лантана-титанат стронция , где два немагнитных изолятора соединяются для создания проводимости, сверхпроводимости и ферромагнетизма .

Электронная теория твердого тела

Металлическое состояние исторически было важным строительным блоком для изучения свойств твердых тел. Первое теоретическое описание металлов было дано Полем Друде в 1900 году с помощью модели Друде , которая объясняла электрические и тепловые свойства, описывая металл как идеальный газ, состоящий из недавно открытых электронов . Он смог вывести эмпирический закон Видемана-Франца и получить результаты, полностью согласующиеся с экспериментами. Эта классическая модель была затем улучшена Арнольдом Зоммерфельдом, который включил статистику Ферми – Дирака электронов и смог объяснить аномальное поведение теплоемкости металлов в законе Видемана – Франца . В 1912 году структура кристаллических твердых тел была изучена Максом фон Лауэ и Полем Книппингом, когда они наблюдали дифрактограмму кристаллов и пришли к выводу, что кристаллы получают свою структуру из периодических решеток атомов. В 1928 году швейцарский физик Феликс Блох предложил решение волновой функции уравнения Шредингера с периодическим потенциалом, известное как теорема Блоха .

Расчет электронных свойств металлов путем решения волновой функции многих тел часто бывает трудным с вычислительной точки зрения, и, следовательно, для получения значимых прогнозов необходимы методы аппроксимации. Теория Томаса – Ферми , разработанная в 1920-х годах, использовалась для оценки энергии системы и электронной плотности, рассматривая локальную электронную плотность как вариационный параметр . Позже, в 1930-х, Дуглас Хартри , Владимир Фок и Джон Слейтер разработали так называемую волновую функцию Хартри – Фока как усовершенствование по сравнению с моделью Томаса – Ферми. Метод Хартри – Фока учитывал обменную статистику волновых функций одночастичных электронов. Вообще говоря, решить уравнение Хартри – Фока очень сложно. Только случай свободного электронного газа может быть решен точно. Наконец, в 1964–65 годах Уолтер Кон , Пьер Хоэнберг и Лу Джеу Шам предложили теорию функционала плотности, которая дала реалистичное описание объемных и поверхностных свойств металлов. Теория функционала плотности (DFT) широко используется с 1970-х годов для расчета зонной структуры различных твердых тел.

Нарушение симметрии

Некоторые состояния вещества демонстрируют нарушение симметрии , когда соответствующие законы физики обладают некоторой нарушенной формой симметрии . Типичный пример - кристаллические твердые тела , которые нарушают непрерывную трансляционную симметрию . Другие примеры включают намагниченные ферромагнетики , которые нарушают вращательную симметрию , и более экзотические состояния, такие как основное состояние сверхпроводника BCS , которое нарушает вращательную симметрию фазы U (1) .

Теорема Голдстоуна в квантовой теории поля утверждает, что в системе с нарушенной непрерывной симметрией могут существовать возбуждения с произвольно низкой энергией, называемые бозонами Голдстоуна . Например, в кристаллических твердых телах они соответствуют фононам , которые являются квантованными версиями колебаний решетки.

Фаза перехода

Фазовый переход относится к изменению фазы системы, которое вызывается изменением внешнего параметра, такого как температура . Классический фазовый переход происходит при конечной температуре, когда порядок системы был нарушен. Например, когда лед тает и превращается в воду, упорядоченная кристаллическая структура разрушается.

При квантовых фазовых переходах температура устанавливается на абсолютный ноль , а нетепловой управляющий параметр, такой как давление или магнитное поле, вызывает фазовые переходы, когда порядок нарушается квантовыми флуктуациями, происходящими из принципа неопределенности Гейзенберга . Здесь, различные квантовые фазы системы относятся к различным основным состояниям в гамильтоновой матрице . Понимание поведения квантового фазового перехода важно в сложных задачах объяснения свойств редкоземельных магнитных изоляторов, высокотемпературных сверхпроводников и других веществ.

Происходит два класса фазовых переходов: переходы первого рода и переходы второго рода или непрерывные переходы . Для последнего две вовлеченные фазы не сосуществуют при температуре перехода, также называемой критической точкой . Вблизи критической точки системы претерпевают критическое поведение, при котором некоторые из их свойств, таких как длина корреляции , теплоемкость и магнитная восприимчивость, расходятся по экспоненте. Эти критические явления представляют собой серьезные проблемы для физиков, потому что обычные макроскопические законы больше не действуют в этом регионе, и необходимо изобретать новые идеи и методы, чтобы найти новые законы, которые могут описать систему.

Простейшей теорией, которая может описывать непрерывные фазовые переходы, является теория Гинзбурга – Ландау , которая работает в так называемом приближении среднего поля . Однако он может лишь приблизительно объяснить непрерывный фазовый переход для сегнетоэлектриков и сверхпроводников типа I, который включает дальнодействующие микроскопические взаимодействия. Для других типов систем, которые включают короткодействующие взаимодействия вблизи критической точки, необходима лучшая теория.

Вблизи критической точки флуктуации происходят в широком диапазоне масштабов размеров, в то время как характеристика всей системы является масштабно-инвариантной. Методы ренормализационной группы последовательно усредняют кратчайшие колебания длины волны поэтапно, сохраняя их эффекты на следующем этапе. Таким образом, можно систематически исследовать изменения физической системы, рассматриваемые в различных масштабах. Эти методы вместе с мощным компьютерным моделированием вносят большой вклад в объяснение критических явлений, связанных с непрерывным фазовым переходом.

Экспериментальный

Экспериментальная физика конденсированного состояния включает использование экспериментальных зондов, чтобы попытаться обнаружить новые свойства материалов. Такие датчики включают влияние электрических и магнитных полей , измерение функций отклика , транспортных свойств и термометрии . Обычно используемые экспериментальные методы включают спектроскопию с такими зондами, как рентгеновские лучи , инфракрасный свет и неупругое рассеяние нейтронов ; изучение теплового отклика, такого как удельная теплоемкость и измерение переноса через теплопроводность и теплопроводность .

Изображение дифрактограммы от кристалла белка .

Рассеяние

Некоторые эксперименты с конденсированным веществом включают рассеяние экспериментального зонда, такого как рентгеновские лучи , оптические фотоны , нейтроны и т. Д., На составных частях материала. Выбор зонда рассеяния зависит от интересующего масштаба энергии наблюдения. Видимый свет имеет энергию в масштабе 1 электрон-вольт (эВ) и используется в качестве датчика рассеяния для измерения изменений свойств материала, таких как диэлектрическая постоянная и показатель преломления . Рентгеновские лучи имеют энергию порядка 10 кэВ и, следовательно, способны исследовать масштабы атомных длин и используются для измерения изменений плотности электронного заряда.

Нейтроны также могут исследовать масштабы атомных длин и используются для изучения рассеяния на ядрах, электронных спинов и намагниченности (поскольку нейтроны имеют спин, но не имеют заряда). Измерения кулоновского и моттовского рассеяния могут быть выполнены с использованием электронных пучков в качестве зондов рассеяния. Аналогичным образом аннигиляция позитронов может использоваться как косвенное измерение локальной электронной плотности. Лазерная спектроскопия - отличный инструмент для изучения микроскопических свойств среды, например, для изучения запрещенных переходов в средах с помощью нелинейно-оптической спектроскопии .

Внешние магнитные поля

В экспериментальной физике конденсированного состояния внешние магнитные поля действуют как термодинамические переменные, которые контролируют состояние, фазовые переходы и свойства материальных систем. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) - это метод, с помощью которого внешние магнитные поля используются для поиска резонансных мод отдельных электронов, что дает информацию об атомной, молекулярной и связной структуре их окрестности. ЯМР-эксперименты можно проводить в магнитных полях с напряженностью до 60 Тесла . Более сильные магнитные поля могут улучшить качество данных измерений ЯМР. Квантовые колебания - еще один экспериментальный метод, в котором сильные магнитные поля используются для изучения свойств материала, таких как геометрия поверхности Ферми . Сильные магнитные поля будут полезны при экспериментальной проверке различных теоретических предсказаний, таких как квантованный магнитоэлектрический эффект , магнитный монополь изображения и полуцелый квантовый эффект Холла .

Ядерная спектроскопия

Локальная структура , структура ближайших соседних атомов, конденсированного вещества могут быть исследованы с методами ядерной спектроскопии , которые очень чувствительны к небольшим изменениям. Используя специфические и радиоактивные ядра , ядро ​​становится зондом, который взаимодействует с окружающими его электрическими и магнитными полями ( сверхтонкие взаимодействия ). Методы подходят для изучения дефектов, диффузии, фазового перехода, магнетизма. Распространенными методами являются, например, ЯМР , мессбауэровская спектроскопия или возмущенная угловая корреляция (PAC). В частности, PAC идеально подходит для исследования фазовых превращений при экстремальных температурах выше 2000 ° C из-за отсутствия температурной зависимости метода.

Холодные атомные газы

Первый конденсат Бозе – Эйнштейна, обнаруженный в газе ультрахолодных атомов рубидия . Синие и белые области представляют более высокую плотность.

Захват ультрахолодных атомов в оптических решетках - это экспериментальный инструмент, обычно используемый в физике конденсированных сред, а также в атомной, молекулярной и оптической физике . Метод включает использование оптических лазеров для формирования интерференционной картины , которая действует как решетка , в которую можно помещать ионы или атомы при очень низких температурах. Холодные атомы в оптических решетках используются в качестве квантовых симуляторов , то есть они действуют как управляемые системы, которые могут моделировать поведение более сложных систем, таких как фрустрированные магниты . В частности, они используются для конструирования одно-, двух- и трехмерных решеток для модели Хаббарда с заранее заданными параметрами, а также для изучения фазовых переходов для антиферромагнитного и спинового жидкостного упорядочения.

В 1995 году газ из атомов рубидия, охлажденный до температуры 170 нК, был использован для экспериментальной реализации конденсата Бозе-Эйнштейна , нового состояния вещества, первоначально предсказанного С. Н. Бозом и Альбертом Эйнштейном , в котором большое количество атомов занимает один квант. состояние .

Приложения

Компьютерное моделирование наночастиц из молекул фуллерена . Есть надежда, что достижения в области нанонауки приведут к созданию машин, работающих в молекулярном масштабе.

Исследования в области физики конденсированного состояния привели к появлению нескольких приложений для устройств, таких как разработка полупроводникового транзистора , лазерной технологии и нескольких явлений, изучаемых в контексте нанотехнологий . Такие методы, как сканирующая туннельная микроскопия, могут использоваться для управления процессами в нанометровом масштабе и послужили поводом для изучения нанотехнологий.

В квантовых вычислениях информация представлена ​​квантовыми битами или кубитами . Кубиты могут быстро декогерировать, прежде чем полезные вычисления будут завершены. Эта серьезная проблема должна быть решена до того, как можно будет реализовать квантовые вычисления. Для решения этой проблемы в физике конденсированного состояния предлагается несколько многообещающих подходов, включая кубиты джозефсоновских контактов , спинтронные кубиты, использующие спиновую ориентацию магнитных материалов, или топологические неабелевы энионы из состояний дробного квантового эффекта Холла .

Физика конденсированного состояния также имеет важные применения в биофизике , например, в экспериментальном методе магнитно-резонансной томографии , который широко используется в медицинской диагностике.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Андерсон, Филип В. (2018-03-09). Основные понятия физики конденсированного состояния . CRC Press. ISBN  978-0-429-97374-1 .
  • Гирвин, Стивен М .; Ян, Кун (2019-02-28). Современная физика конденсированного состояния . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-1-108-57347-4 .
  • Коулман, Пирс (2015). «Введение в физику многих тел». Кембриджское ядро . Проверено 18 апреля 2020.
  • Чайкин П.М., Любенский Т.С. (2000). Принципы физики конденсированного состояния , Cambridge University Press; 1-е издание, ISBN  0-521-79450-1
  • Мудрый, Кристофер (2014). Конспект лекций по теории поля в физике конденсированного состояния . World Scientific. Bibcode : 2014lnft.book ..... M . DOI : 10.1142 / 8697 . ISBN 978-981-4449-10-6.
  • Хан, Абдул Кадир (21 ноября 1998 г.). "Размерная анистрофия в физике конденсированного состояния" (PDF) . Семь национальных симпозиумов по физическим границам . 7. 7 (7) . Проверено 21 октября 2012 года .
  • Александр Альтланд и Бен Саймонс (2006). Теория поля конденсированного состояния , Cambridge University Press, ISBN  0-521-84508-4 .
  • Майкл П. Мардер (2010). Физика конденсированного состояния, второе издание , John Wiley and Sons, ISBN  0-470-61798-5 .
  • Лилиан Ходдсон, Эрнест Браун, Юрген Тайхманн и Спенсер Веарт, ред. (1992). Из кристаллического лабиринта: главы из истории физики твердого тела , Oxford University Press, ISBN  0-19-505329-X .

внешние ссылки