理论物理专业的凝聚态理论跟凝聚态物理专业有什么区别?

bdqnwqk7个月前基础14

凝聚态物理学是目前所有物理学研究领域中最大的一个分支。它早期研究的主要对象是金属和半导体等。从对称性的角度说,它研究的主要是具有平移对称性的系统,使用的方法是量子力学,这类研究一般被称为固体物理。

固体物理的研究有很重要的应用背景,比如金属是重要的结构材料,而半导体是重要的功能材料,金属(最重要的金属材料是钢铁)和半导体都是工业社会的基础。比如钢铁是造船、建筑等行业的基础,而半导体是芯片和信息社会的基础等等。

在金属物理和半导体物理之后,固体物理本身也逐渐突破原来的界限,“进化”为所谓的凝聚态物理学,在这个过程中朗道和安德森这两位科学家最为重要,他们都被称为凝聚态物理学之父。

安德森(1923-)固体物理假设材料具有理想的三维周期结构,在此基础上我们用量子力学研究其中晶格本身的运动,电子的运动,或磁性等等。而在凝聚态物理学的研究中我们不假设材料有理想的三维周期结构,最典型的例子有准晶,无序,掺杂,超晶格等。最近的一些进展,我们甚至会研究具有拓扑序的一些物质结构等。

换句话说所谓凝聚态物理专业就是研究以上课题的,从方法上说有的物理学家偏重实验,有的偏重计算,有的偏重理论。但他们面对的物理问题是一样的,比如都研究高温超导问题,或都研究石墨烯等等。

泛泛而言凝聚态物理专业会有偏理论和偏实验的两大方向,凝聚态理论会学很多高级的理论课程,比如要掌握不少量子场论的技巧,从这个角度好的理论凝聚态物理学家也是好的理论物理学家,因为他们使用的基本工具是一样的。

劳伏林(1950-)是一位著名的理论凝聚态物理学家。(华人科学家张首晟和文小刚按其研究领域也是理论凝聚态)现在从事凝聚态实验工作的物理学家会比较依赖于实验仪器,传统上我们认为凝聚态物理是小科学,但现在凝聚态物理学家也正在使用越来越大,越来越昂贵的科学仪器,比如中国最近正在建设的散裂中子源就是研究凝聚态物理学的大型实验仪器。

位于广东东莞的中国散裂中子源。现在计算在凝聚态物理学研究中的地位越来越重要,而且相对来说掌握的门槛不高,因为主要是通过标准的商业化软件来对材料进行模拟和计算,不论是实验背景的还是理论背景的凝聚态物理学家都能从中受益,并且不大受条件的限制(理论太难,实验太贵)。

VASP是一种常见第一性原理计算软件。