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「十万个为什么」什么是凝聚态物理学？

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凝聚态物理学家做研究的动力，一般是来自凝聚态现象本身非常有趣，谁不会被超导、超流，或者是量子霍尔效应这样的奇观所吸引呢？《十万个为什么》节目邀请 中科院物理研究所丁洪研究员 讲述凝聚态物理学家们究竟在研究些什么？CmQ高三网

什么是“凝聚态物理学”CmQ高三网

从物理学和量子力学上看，“凝聚态物理学”是一个多体问题，因此很难对其进行解答。这一类问题有不可确定性，人们对于这种无解问题发明了一种近似方法，进而能解释固体的多体问题，推动了整个固体物理的发展。“凝聚态物理学”最开始的用途是半导体，人们将搬到一制成半导体器件，进而发明了集成电路，推动了人类文明的发展。CmQ高三网

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“凝聚态”到底包含了哪些形态呢？CmQ高三网

物体的形态主要有三种，分别为固态、液态和气态。“凝聚态”是前两种，固态和液态。因为这两种状态下的分子距离特别短，它们凝聚在一起，统称“凝聚态”。CmQ高三网

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“凝聚态”固体的研究CmQ高三网

在“凝聚态物理学”的研究中，大多数研究的对象都是固体，也就是晶体。因为晶体内部有一个周期性的排布规律，相比非晶体比较易于研究。非晶体如玻璃，以及液体、流体实际上很难研究，只有在有规律地排成晶格的时候，做近似研究才比较容易。非晶体的非周期排布是非常难研究的，有着过大的计算量。CmQ高三网

当凝聚态物理学家研究固体时，通常会研究它的三个性质：力学性质、电学性质、光学性质。晶体的原子排布形成晶格，晶格的不同排布形成物体的不同性质。一般情况下，使用改变结构、掺杂的方法就可以改变某种晶体的性质。因为晶体内部原子的排列方式决定了这种晶体的性质。CmQ高三网

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“凝聚体”如何对人们的生活是否有改变呢？CmQ高三网

在我们日常生活中使用的半导体、合金、航空器件、光伏电缆、量子材料等都源于”凝聚体”，它的研究还能用于改变一些材料的硬度。 CmQ高三网

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单晶硅CmQ高三网

单晶硅是硅的单晶体。它是一种具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，主要用于制作半导体元件，CmQ高三网

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石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。CmQ高三网

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。 CmQ高三网

编辑：张莹莹CmQ高三网

监制：袁林辉、龙敏CmQ高三网

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