Fysik av kondenserad materia

Condensed matter physics (från engelska  condensed matter physics ) är ett fysikområde som studerar materiens (materia) makroskopiska och mikroskopiska egenskaper. I synnerhet gäller detta "kondenserade" faser, som uppstår när antalet komponenter (atomer, molekyler, kvasipartiklar ) som utgör ämnet i systemet är extremt stort och interaktionerna mellan komponenterna är starka. De mest kända exemplen på kondenserade faser är fasta ämnen och vätskor, som uppstår från interaktioner mellan atomer. Fysik i den kondenserade materien försöker förstå och förutsäga beteendet hos dessa faser med hjälp av fysiska lagar . I synnerhet omfattar de kvantmekanikens lagar , elektromagnetism och statistisk mekanik .

Förutom fasta och flytande faser finns det mer exotiska kondenserade faser såsom den supraledande fasen, som finns i vissa material vid låg temperatur , ferromagnetiska och antiferromagnetiska faser, bestående av elektronsnurr av atomer i kristallgitter , och Bose -Einstein-kondensat , upptäckt i ultrakalla atomsystem. Studiet av den kondenserade materiens fysik inkluderar mätning av olika materialegenskaper med hjälp av experimentella sonder , såväl som användning av teoretiska fysikmetoder för att utveckla matematiska modeller som hjälper till att förstå systemens fysiska beteende .

Olika grenar av fysiken som kristallografi , metallurgi , elasticitetsteori , magnetism och så vidare behandlades som separata fält fram till 1940-talet då de grupperades under namnet fasta tillståndets fysik . Runt 1960-talet lades studiet av vätskors fysikaliska egenskaper till denna lista, och denna gren av fysiken började kallas för den kondenserade materiens fysik [1] .

Titel, mål och mål

Runt 1960-talet började olika sektioner av fast tillståndsfysik och sektioner som ägnas åt vätskors fysikaliska egenskaper att separeras i en stor sektion av kondenserad materiens fysik på grund av spridningen av allmänna teoretiska tillvägagångssätt för sådana medier [2] . Enligt fysikern Philip Warren Anderson populariserades termen av honom i USA när han ändrade namnet på sin grupp vid Cavendish Laboratories från solid state -teori till teori om kondenserad materia 1967 [3] [4] eftersom de trodde att det inte var det. utesluter deras intressen i studiet av vätskor, kärnämne [5] . Namnet "kondenserad materia" har funnits i Europa i flera år, särskilt i form av en tidskrift publicerad av Springer-Verlag på engelska, franska och tyska under titeln " Physics of Condensed Matter " sedan 1963 [6] . Finansieringsvillkoren och kalla krigets politik på 1960- och 1970-talen var också faktorer som fick vissa fysiker att föredra namnet "kondenserad materiens fysik", vilket belyste de allmänna vetenskapliga problem som fysiker möter när de studerar fasta ämnen, vätskor och andra komplexa ämnen, jämfört med till "solid state physics", som ofta förknippas med industriell tillämpning av metaller och halvledare [7] . Bell Telephone Laboratories var ett av de första instituten som genomförde ett forskningsprogram inom den kondenserade materiens fysik [8] .

Referenser till det "kondenserade" tillståndet kan spåras tillbaka till tidigare källor. Till exempel, i inledningen till sin bok The Kinetic Theory of Liquids från 1943, föreslog Yakov Frenkel att "Den kinetiska teorin om vätskor borde vara en generalisering och förlängning av den kinetiska teorin om fasta ämnen. I själva verket skulle det vara mer korrekt att kombinera dem under ett namn av kondenserade kroppar” [9] .

Mångfalden av system och fenomen som är tillgängliga för studier gör den kondenserade materiens fysik till det mest aktiva fältet inom modern fysik: en tredjedel av alla amerikanska fysiker identifierar sig som fysiker av kondenserad materia [10] , och Division of Condensed Matter Physics  är den största divisionen i American Physical Society [11] . Området är nära besläktat med kemi , materialvetenskap och nanoteknik , samt atomfysik och biofysik . Teoretisk kondenserad materiens fysik använder viktiga begrepp och metoder för elementarpartikelfysik och kärnfysik [12] . I fysiken för materiens kondenserade tillstånd intar begreppet kvasipartiklar , som elementära excitationer av mediet, en central plats. Därför betraktar de också en alternativ definition av materiens kondenserade tillstånd som "en ensemble av partiklar, vars volym, under givna yttre förhållanden, bestäms enbart av krafterna i interaktion mellan partiklar" [13] .

Omfattningen av den kondenserade materiens fysiks intressen tyder på att dess uppgift är att förklara hela den materiella världen runt omkring, det vill säga att hitta en förklaring till de strukturella och elektroniska egenskaperna hos fasta material och vätskor [14] . Teorin är nödvändig för att avslöja sambandet mellan mikroskopiska modeller och makroskopiska manifestationer av de studerade fenomenen i kondenserade medier [15] . Walter Kohn , en av skaparna av teorin för kvantmekaniska beräkningar av fasta ämnen, sa i slutet av 90-talet av XX-talet [2] :

Under detta århundrade har den kondenserade materiens fysik genomgått en spektakulär utveckling, ofta med revolutionerande framsteg inom tre sammanhängande områden: nya experimentella upptäckter och mättekniker; kontroll av materialsammansättning och atomkonfigurationer; nya teoretiska begrepp och metoder. Beskriv kort och tydligt denna utveckling extremt svår på grund av den extraordinära mångfalden av PCS och många relationer.

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Under loppet av detta århundrade har den kondenserade materiens fysik haft en spektakulär utveckling, ofta genom revolutionära steg, i tre sammanflätade avseenden: nya experimentella upptäckter och mättekniker; kontroll av materialsammansättningar och atomkonfigurationer; och nya teoretiska begrepp och tekniker. Att ge en kort och läsbar redogörelse för denna utveckling är oerhört svårt på grund av CMP:s extraordinära mångfald och många sammankopplingar.

Historik

Klassisk fysik

En av de första forskarna av materiens kondenserade tillstånd var den engelske kemisten Humphrey Davy , som arbetade under de första decennierna av 1800-talet. Davy märkte att av de fyrtio kemiska grundämnena som var kända vid den tiden, hade tjugosex metalliska egenskaper, såsom briljans , plasticitet och hög elektrisk och termisk konduktivitet [16] . Detta tydde på att atomerna i John Daltons atomteori inte var odelbara, som vetenskapsmannen hävdade, utan hade en inre struktur. Davy hävdade också att element som då ansågs vara gaser, såsom kväve och väte , kunde göras flytande under lämpliga förhållanden och sedan bete sig som metaller [17] [18] [K 1] .

År 1823 gjorde Michael Faraday , då assistent i Davys laboratorium, framgångsrikt flytande klor och började göra alla kända gasformiga grundämnen flytande utom kväve, väte och syre [16] . Kort därefter, 1869, studerade den irländska kemisten Thomas Andrews fasövergången från vätska till gas och myntade termen kritisk punkt för att beskriva det tillstånd där gas och vätska inte kunde särskiljas som faser [19] , och den holländska fysikern Johannes van der Waals infört en teoretisk grund som gjorde det möjligt att förutsäga kritiskt beteende baserat på mätningar vid mycket högre temperaturer [20] :35–38 . År 1908 lyckades James Dewar och Heike Kamerling-Onnes flytande väte och den nyupptäckta gasen helium [21] .

Paul Drude föreslog 1900 den första teoretiska modellen för en klassisk elektron som rör sig i en metall [12] . Drude-modellen beskrev egenskaperna hos metaller i termer av en gas av fria elektroner och var den första mikroskopiska modellen som förklarade empiriska observationer som Wiedemann-Franz lag [22] [23] :27–29 . Men trots framgången med Drude-frielektronmodellen hade den ett anmärkningsvärt problem: den kunde inte korrekt förklara det elektroniska bidraget till den specifika värmen , de magnetiska egenskaperna hos metaller och temperaturberoendet av resistivitet vid låga temperaturer [24] : 366–368 .

År 1911, tre år efter den första flytande av helium, upptäckte Onnes, arbetande vid universitetet i Leiden, kvicksilvrets supraledning när han observerade hur dess elektriska resistivitet försvann vid temperaturer under ett visst värde [25] . Detta fenomen överraskade den tidens bästa teoretiska fysiker, det förblev oförklarligt i flera decennier [26] . Albert Einstein 1922 sa när det gäller moderna teorier om supraledning att "med vår långtgående okunnighet om de sammansatta systemens kvantmekanik är vi väldigt långt ifrån att kunna komponera en teori utifrån dessa vaga idéer" [27] .

Kvantmekanikens tillkomst

Den klassiska Drude-modellen utökades av Wolfgang Pauli , Arnold Sommerfeld , Felix Bloch och andra fysiker. Pauli insåg att fria elektroner i en metall måste följa Fermi-Dirac-statistiken . Med hjälp av denna idé utvecklade han teorin om elektrongasparamagnetism 1926. Kort därefter införlivade Sommerfeld Fermi-Dirac-statistiken i den fria elektronmodellen och fick en mer exakt förklaring av värmekapaciteten. Två år senare använde Bloch kvantmekanik för att beskriva en elektrons rörelse i ett periodiskt gitter [24] :366–368 . Matematiken för kristallstrukturer som utvecklats av Auguste Bravais , Evgraf Fedorov och andra användes för att klassificera kristaller enligt deras symmetrigrupper , och tabeller över kristallstrukturer var grunden för International Tables of Crystallography -serien av samlingar , som först publicerades 1935. Bandstrukturberäkningar användes först 1930 för att förutsäga egenskaperna hos nya material, och 1947 utvecklade John Bardeen , Walter Brattain och William Shockley den första halvledartransistorn , som förebådade en revolution inom elektronik [12] .

År 1879 upptäckte Edwin Herbert Hall , arbetande vid Johns Hopkins University , spänningen som uppstår i ledare i riktningen tvärs både den elektriska strömmen och magnetfältet vinkelrätt mot strömmen [28] . Detta fenomen, på grund av laddningsbärarnas natur i en ledare, kom att kallas Hall-effekten , men det förklarades inte ordentligt vid den tiden, eftersom elektronen inte upptäcktes experimentellt förrän 18 år senare. Efter tillkomsten av kvantmekaniken utvecklade Lev Landau Landaus kvantiseringsteori 1930 och lade grunden för en teoretisk förklaring av kvanthalleffekten , upptäckt ett halvt sekel senare [29] :458–460 [30] .

Magnetism som en egenskap hos materia har varit känd i Kina sedan 4000 f.Kr. e. [31] :1–2 De första moderna studierna av magnetism började dock inte förrän utvecklingen av elektrodynamiken av Faraday, Maxwell och andra på 1800-talet , som inkluderade klassificeringen av material som ferromagnetiska , paramagnetiska och diamagnetiska baserat på deras svar på ett magnetfält [32] . Pierre Curie undersökte magnetiseringens beroende av temperatur och upptäckte punktfasövergången i ferromagnetiska material uppkallade efter honom. 1906 introducerade Pierre Weiss begreppet magnetiska domäner för att förklara ferromagneternas grundläggande egenskaper [33] :9 . Det första försöket till en mikroskopisk beskrivning av magnetism gjordes av Wilhelm Lenz och Ernst Ising med hjälp av Ising-modellen , som beskrev magnetiska material som bestående av ett periodiskt gitter av snurr som kollektivt blev magnetiserade. Exakta lösningar av Ising-modellen visade att spontan magnetisering inte kan ske i en dimension, utan är möjlig i flerdimensionella gitter. Ytterligare forskning, i synnerhet Blochs arbete om spinnvågor och Neel om antiferromagnetism , ledde till utvecklingen av nya magnetiska material för minne på magnetiska medier [31] :36–38,g48 .

Modern mångakroppsfysik

Sommerfeld-modellen och spinnmodellerna för ferromagnetism illustrerar den framgångsrika tillämpningen av kvantmekanik på problem med kondenserad materia på 1930-talet. Men det fanns fortfarande flera olösta problem, i synnerhet beskrivningen av supraledning och Kondo-effekten [35] . Efter andra världskriget tillämpades flera idéer från kvantfältteorin på problem med kondenserad materia. Dessa inkluderade upptäckten av kollektiva excitationssätt i fasta ämnen som kallas kvasipartiklar . Den ryske fysikern Lev Landau använde idén om Fermi-vätsketeorin som han skapade , där lågenergiegenskaperna hos interagerande fermioniska system gavs i termer av Landau kvasipartiklar. Landau utvecklade också en medelfältteori för kontinuerliga fasövergångar, där ordnade faser beskrivs som spontana symmetribrott . Teorin introducerade också konceptet med en ordningsparameter för att skilja mellan ordnade faser. Som ett resultat utvecklade John Bardeen , Leon Cooper och John Schrieffer 1965 den så kallade BCS-teorin om supraledning, baserad på upptäckten att en godtyckligt liten attraktion mellan två elektroner med motsatta spinn, som bärs av gitterfononer, kan leda till att uppkomsten av ett bundet tillstånd som kallas Cooper-par [36] .

Studiet av fasövergången och det kritiska beteendet hos parametrar, kallade kritiska fenomen , var ett stort intresseområde på 1960 -talet [38] . Leo Kadanov , Benjamin Widom och Michael Fisher utvecklade Widoms idéer om kritiska exponenter och skalning. Dessa idéer kombinerades av Kenneth G. Wilson 1972 under renormaliseringsgruppen formalism i samband med kvantfältteori [39] . Renormaliseringsgruppen är formulerad i sammanhanget av den så kallade Kadanoff-mekanismen, vilket motsvarar möjligheten till en likvärdig beskrivning av egenskaperna hos ett makroskopiskt prov i närheten av fasövergångspunkten med hjälp av en sekvens av olika mikroskopiska modeller sammankopplade genom transformering förändringen i värdet av den "elementära" mikroskopiska skalan (till exempel kristallgitterkonstanten) med en samtidig lämplig förändringsinteraktionskonstanter [40] .

Kvant-Hall-effekten upptäcktes av Klaus von Klitzing 1980 när han upptäckte att Hall-konduktiviteten i ett tvådimensionellt ledande system är en heltalsmultipel av grundkonstanten (se figur). Effekten beror inte på sådana parametrar som storleken på systemet och närvaron av föroreningar [37] . 1981 föreslog Robert Laughlin en teori för att förklara Hallplatåernas oförutsedda noggrannhet. Det antydde att Hall-konduktiviteten kan karakteriseras i termer av en topologisk invariant som kallas Zheng-talet [41] :69, 74 . Kort därefter, 1982, observerade Horst Stormer och Daniel Tsui en fraktionerad kvant Hall-effekt , där konduktiviteten var en rationell multipel av en konstant . Laughlin insåg 1983 att detta är en konsekvens av kvasipartikelinteraktionen i Hall-tillstånd och hittade en lösning med hjälp av variationsmetoden , senare kallad Laughlin-vågfunktionen [42] .

1986 upptäckte Karl Müller och Johannes Bednorz den första högtemperatursupraledaren  , ett material som var supraledande vid temperaturer upp till 50 Kelvin . Det visade sig att högtemperatursupraledare är exempel på starkt korrelerade material där elektron-elektroninteraktioner spelar en viktig roll [43] .

Teori

Teoretisk fysik för kondenserad materia innebär användning av teoretiska modeller för att förstå egenskaperna hos materiens tillstånd. Dessa inkluderar modeller för att studera de elektroniska egenskaperna hos fasta ämnen som Drude-modellen , bandteori och densitetsfunktionella teorin . Teoretiska modeller har också utvecklats för att studera fasövergångarnas fysik , såsom Ginzburg-Landau-teorin , kritiska exponenter och användningen av matematiska metoder för kvantfältteorin och renormaliseringsgruppen . Modern teoretisk forskning inkluderar användningen av numeriska beräkningar av elektronisk struktur och matematiska verktyg för att förstå sådana fenomen som högtemperatursupraledning , topologiska faser och mätsymmetrier [44] [45] [46] .

Symmetri och dess överträdelse

Symmetri är en viktig aspekt av alla fysikaliska teorier och ofta, även utan att veta en detaljerad bild av ett fenomen, tillåter det oss att dra några konstruktiva slutsatser. De flesta exakta påståenden inom fysiken följer av systemets symmetriegenskaper [47] . Ett vanligt exempel är de kristallografiska punktsymmetrigrupperna av fasta ämnen och deras förhållande till den elektroniska bandstrukturen [48] .

I vissa tillstånd av materien observeras symmetribrytning , när motsvarande fysiklagar har brutit symmetri . Ett typiskt exempel är kristallina fasta ämnen , som bryter kontinuerlig translationssymmetri . Andra exempel inkluderar magnetiserade ferromagneter , som bryter rotationssymmetri , och mer exotiska tillstånd som BCS supraledarens jordtillstånd , som bryter U (1) rotationssymmetri [49] [50] .

Goldstone-satsen i kvantfältteorin säger att i ett system med bruten kontinuerlig symmetri kan excitationer av godtyckligt låg energi, kallade Goldstone- bosoner , existera. Till exempel, i kristallina fasta ämnen motsvarar de fononer , som är kvantiserade versioner av vibrationer av kristallgittret [51] .

Elektronisk teori om fasta ämnen

Historiskt sett har det metalliska tillståndet varit en viktig byggsten för att studera fasta ämnens egenskaper. Den första teoretiska beskrivningen av metaller gavs av Paul Drude 1900 med Drude-modellen , som förklarade de elektriska och termiska egenskaperna genom att beskriva metallen som en idealisk gas av nyupptäckta elektroner . Han kunde härleda den empiriska Wiedemann-Franz-lagen och få resultat som är i nära överensstämmelse med experiment [23] :90–91 . Arnold Sommerfeld förbättrade denna klassiska modell genom att inkludera elektronstatistik och kunde förklara det anomala beteendet hos metallernas specifika värme i Wiedemann-Franz lag [23] :101–103 . 1912 studerades strukturen hos kristallina fasta ämnen av Max von Laue och Paul Knipping när de observerade kristallernas röntgenmönster och drog slutsatsen att kristaller har en atomstruktur i form av periodiska gitter [23] :48 [52] . 1928 presenterade den schweiziske fysikern Felix Bloch en lösning på Schrödinger-ekvationen med en periodisk potential, kallad Bloch-vågen [53] .

Att bestämma metallers elektroniska egenskaper genom att hitta multipartikelvågfunktionen är i allmänhet en beräkningsmässigt svår uppgift, och därför måste ungefärliga metoder användas för att göra meningsfulla förutsägelser [54] . Thomas-Fermi-teorin , utvecklad på 1920-talet, användes för att uppskatta systemets energi och elektrontäthet genom att behandla den lokala elektrondensiteten som en variationsparameter . Senare, på 1930-talet, utvecklade Douglas Hartree , Vladimir Fock och John Slater den så kallade Hartree-Fock-metoden för att förbättra Thomas-Fermi-modellen. Hartree-Fock-metoden tog hänsyn till utbytesstatistiken för enpartikelelektronvågsfunktioner. I allmänhet är det mycket svårt att lösa Hartree-Fock-ekvationen. Endast fallet med en fri elektrongas har en exakt lösning [55] :330–337 . Slutligen, 1964-65, föreslog Walter Cohn , Pierre Hohenberg och Lou Je Cham densitetsfunktionella teorin , som gav realistiska beskrivningar av metallernas bulk- och ytegenskaper. Densitetsfunktionsteori har använts i stor utsträckning sedan 1970-talet för att beräkna bandstrukturen för olika fasta ämnen [54] . För att studera många-partikeleffekterna av elektron-elektron-interaktion, bättre överensstämmelse med experimentet med förbjudna band av halvledare och exciterade tillstånd, metoderna för många-partikel Greens funktioner och dess approximationer används, till exempel GW-approximationen [56 ] , Bethe-Salpeters ekvation [57] .

Växande beräkningskapacitet och framsteg inom numeriska metoder, som i allt högre grad attraheras av maskininlärningsalgoritmer , gör det möjligt att gå från den experimentella metoden att upptäcka nya material till att förutsäga strukturella och andra egenskaper hos nya föreningar, i synnerhet nya databaser skapas för miljontals kemiska föreningar och kristaller: Materials Project [58] , Open Quantum Materials Database [59] , Automatic Flow for Materials Discovery [60] ; och tvådimensionella material: C2DB [61] , 2DMatPedia [62] . Moderna gratis och kommersiella paket för att beräkna elektronisk struktur från första principer kännetecknas av användningen av parallell beräkning , som används i grafikprocessorer . Bland de mest använda programmen är Abinit [63] , VASP [64] , WIEN2k [65] , Quantum ESPRESSO [66] .

Fasövergång

Fasövergång avser en förändring i fasen i ett system som orsakas av en förändring i en extern parameter såsom temperatur . Den klassiska fasövergången sker vid en ändlig temperatur, när systemets ordning förstörs. Till exempel, när is smälter och blir till vatten, förstörs den ordnade kristallstrukturen. Kvantfasövergångar har temperatur vid absolut noll och använder icke-termiska parametrar för att kontrollera fasövergången, såsom tryck eller magnetfält, när ordningen förstörs av kvantfluktuationer , som härrör från Heisenbergs osäkerhetsprincip . Här hänvisar olika kvantfaser av systemet till olika grundtillstånd i den Hamiltonska matrisen. Att förstå beteendet hos en kvantfasövergång är viktigt i de komplexa problemen med att förklara egenskaperna hos magnetiska isolatorer av sällsynta jordartsmetaller, högtemperatursupraledare och andra ämnen [67] .

Det finns två klasser av fasövergångar: första ordningens övergångar och andra ordningens eller kontinuerliga övergångar . För en kontinuerlig övergång samexisterar inte de två inblandade faserna vid övergångstemperaturen, även kallad den kritiska punkten . Nära den kritiska punkten genomgår system ett kritiskt beteende där vissa av deras egenskaper, såsom korrelationslängd, specifik värme och magnetisk känslighet , divergerar exponentiellt [67] . Dessa kritiska fenomen utgör ett allvarligt problem för fysiker eftersom de vanliga makroskopiska lagarna inte längre gäller inom detta område, och nya idéer och metoder måste uppstå för att hitta de lagar som beskriver systemet [68] :75 .

Den enklaste teorin som kan beskriva kontinuerliga fasövergångar är Ginzburg-Landau-teorin , som verkar i den så kallade medelfältsapproximationen . Den förklarar dock bara ungefär den kontinuerliga fasövergången för ferroelektrik och supraledare av typ I, som involverar mikroskopiska interaktioner på stora avstånd. För andra typer av system som inkluderar nära interaktioner nära den kritiska punkten behövs en förbättrad teori [69] :8–11 .

Nära den kritiska punkten förekommer fluktuationer i ett brett spektrum av skalor, medan egenskapen för hela systemet är skalinvariant. Metoder för renormaliseringsgrupp ger genomgående ett genomsnitt av de kortaste svängningarna i steg, vilket sparar deras inflytande till nästa steg. På så sätt är det möjligt att systematiskt undersöka förändringar i det fysiska systemet, betraktade i olika skalor. Dessa metoder, tillsammans med kraftfulla datorsimuleringar, ger ett stort bidrag till förklaringen av kritiska fenomen förknippade med kontinuerliga fasövergångar [68] :11 .

Experiment

Experimentell fysik av kondenserad materia innebär användning av experimentella metoder och instrument för att upptäcka och förklara nya egenskaper hos material. Sådana instrument mäter effekterna av elektriska och magnetiska fält , svarsförändringsfunktioner , transportegenskaper och termometri [70] . Vanligt använda experimentella tekniker inkluderar spektroskopi med detektorer för röntgenstrålar , infraröd strålning och oelastisk neutronspridning; studie av termisk respons med specifik värmekapacitet och mätning av värmeöverföring och värmeledningsförmåga , elektriska mätningar.

Spridning

Flera experiment med kondenserad materia involverar spridning av röntgenstrålar , optiska fotoner , neutroner av materialkomponenter. Valet av spridningsstrålning beror på skalan på den observerade energin. Synligt ljus har en energi på skalan 1 elektronvolt (eV) och används för att mäta permittivitet och brytningsindex . Röntgenstrålar har en energi i storleksordningen 10 keV och kan därför mäta atomlängdskalor och används för att mäta elektronladdningstätheten [71] :33–34 .

Neutroner används för att studera atomskala, för att studera spridning av kärnor, elektronsnurr och magnetisering (eftersom neutroner har spin men ingen laddning). Mätningar av Coulomb- och Mott-spridning utförs med hjälp av elektronstrålar med efterföljande detektering av spridda partiklar [71] :33–34 [72] :39–43 . På liknande sätt används positronförintelse för indirekta mätningar av lokal elektrontäthet [73] . Laserspektroskopi är ett utmärkt verktyg för att studera de mikroskopiska egenskaperna hos ett medium, till exempel för att studera förbjudna övergångar i media med en olinjär optisk susceptibilitet [68] :258–259 .

Lågenergielektroner (upp till 1 keV ) penetrerar svagt kristaller på grund av det stora spridningstvärsnittet och är därför idealiska för att studera kristallytor genom elektrondiffraktion [74] . Önskan att känna till egenskaperna hos områden nära ytan motiveras av skapandet av nya material med tillväxtkontroll, till exempel i molekylär strålepitaxi [75] . Tvådimensionella material skiljer sig från tredimensionella i frånvaro av volym, därför gör transmissionselektronmikroskopi , som arbetar med energier i storleksordningen tiotals keV med aberrationskorrigering, det möjligt att övervaka positionen för enskilda atomer i amorfa två- dimensionella strukturer, som ett resultat av vilka det är möjligt att erhålla en bild av plastiska deformationer i tvådimensionellt glas under inverkan av skjuvspänningar med komplex rörelse enskilda atomer [76] .

Externa magnetfält

I experimentell kondenserad materiens fysik fungerar externa magnetfält som termodynamiska variabler som styr materialsystemens tillstånd, fasövergångar och egenskaper [77] . Kärnmagnetisk resonans (NMR) är en teknik genom vilken externa magnetfält används för att hitta resonanslägen för enskilda elektroner, vilket ger information om atom-, molekyl- och koordinationsstrukturen i deras omgivning. NMR-experiment utförs i magnetfält upp till 60 Tesla . Högre magnetfält kommer att förbättra kvaliteten på NMR-mätdata [78] :69 [79] :185 . Kvantoscillationsforskning är en annan experimentell teknik som använder starka magnetfält för att studera materialegenskaper som Fermi-ytans geometri [80] . Starka magnetfält kommer att vara användbara vid experimentell testning av olika teoretiska förutsägelser, såsom den kvantiserade magnetoelektriska effekten, den magnetiska monopolen som observeras i fasta ämnen och halvheltalskvantum Hall-effekten [78] :57 .

Materia under högt tryck

Alla gaser blir fasta vid en tillräckligt låg temperatur och ett tryck som inte överstiger 15 GPa [81] . Fasta ämnens egenskaper beror på strukturen hos kristallgittret, därför leder externt tryck till en förändring i bandstrukturen hos material och de kan förvärva ovanliga egenskaper, uppleva fasomvandlingar, som till exempel sker med diamanter i kimberlitrör [82] . Höga tryck erhålls i laboratoriet i celler med diamantstäd . Med hjälp av en sådan uppställning demonstrerades supraledning vid rumstemperatur i CSH 8 [83] 2020 .

Kalla atomära gaser

Infångningen av ultrakalla atomer i optiska gitter är ett experimentellt verktyg som vanligtvis används i fysik av kondenserad materia, såväl som i atom-, molekyl- och optisk fysik . Denna metod innebär användning av optiska lasrar för att bilda ett interferensmönster som fungerar som ett gitter i vilket joner eller atomer fångas vid mycket låga temperaturer. Kalla atomer i optiska gitter används som kvantsimulatorer , det vill säga de fungerar som kontrollerade system som simulerar beteendet hos mer komplexa system som frustrationsmagneter [84] . I synnerhet används de för att skapa en-, två- och tredimensionella gitter av Hubbard-modellen med förutbestämda parametrar, samt för att studera fasövergångar i antiferromagnetiska material och spinnvätskor [85] [86] .

1995 användes en gas av rubidiumatomer , kyld till en temperatur av 170 nK, för att experimentellt realisera Bose-Einstein-kondensatet , ett nytt materiatillstånd som ursprungligen förutspåddes av C. Bose och Albert Einstein , där ett stort antal atomer uppta ett kvanttillstånd [87] .

Quantum Computing

Vid kvantberäkning representeras information av kvantbitar eller kvantbitar . Qubits kan genomgå dekoherens innan beräkningarna slutförs och förlora lagrad information. Detta allvarliga problem begränsar den praktiska tillämpningen av kvantberäkning [88] . För att lösa detta problem har flera lovande tillvägagångssätt inom den kondenserade materiens fysik föreslagits, inklusive qubits baserade på Josephson-korsningar , spintroniska qubits som använder magnetiska material, eller topologiska icke-abeliska anjoner från tillstånd av fraktionerad kvant Hall-effekt [89] . Trots det faktum att kvantdatorer måste innehålla tusentals qubits för praktiskt användbara beräkningar, tillåter vissa resultat oss att dra slutsatser om implementeringen av kvantöverlägsenhet på ett system med 49 qubits, det vill säga att lösa ett problem som visar sig vara vara för svårt för klassiska datorer [90] . Ett annat användningsområde för qubits är simuleringen av verkliga kvantsystem i den så kallade kvantsimulatorn som föreslogs av Yuri Manin och Richard Feynman i början av 1980-talet [91] [92] . Istället för att utforska det ursprungliga kvantsystemet kan man överväga dess implementering genom qubits, som återger samma fysiska effekter, men i ett mer kontrollerat system. På detta sätt har en Mott-isolator implementerats i ett Bose-Hubbard-system med kontrollerad dissipation, och fasövergångar i gitter av supraledande resonatorer kopplade till qubits har studerats [93] [94] .

2D-material

Först 2004 skapade forskare från University of Manchester den första fälteffekttransistorn från grafen  , en tvådimensionell modifiering av kol [95] . Flexibiliteten i att hantera 2D-material och deras unika egenskaper har lockat många forskare, och därmed växer familjen av 2D-material snabbt. Tvådimensionella material uppvisar välkända effekter som ferromagnetism [96] , supraledning [97] [98] , ferroelektricitet [99] , men möjligheten att påverka egenskaperna hos ett tvådimensionellt material genom fälteffekten öppnar stora möjligheter för praktiska tillämpningar inom elektronik [100] . Det är känt att när en supraledare och en vanlig metall kommer i kontakt tränger Cooper-par in i en normal metall, det vill säga en normal metall får egenskaperna hos en supraledare - denna effekt kallas för närhetseffekten . För tvådimensionella material manifesteras egenskaperna hos närliggande material, vare sig det är en supraledare, en ferromagnet eller ett material med en stark spin-omloppsinteraktion, delvis i angränsande material i försvagad form. Grafen, till exempel, kan uppvisa supraledning vid kontakt med en supraledare, ferromagnetism vid kontakt med en ferromagnetisk isolator, eller spin-omloppsinteraktion vid kontakt med lämpliga material [101] . Materialens egenskaper får nya egenskaper med effekten av närhet mellan magnetiska material [102] . Rena och ideala gitter av tvådimensionella material förändrar egenskaperna hos väl studerade material på grund av bildandet av en supergitterpotential; som ett resultat har ett sådant forskningsfält som twistronics uppstått [97] . Den relativa rotationen av två lager av grafen kan demonstreras med hjälp av nålen i ett atomkraftmikroskop [103] . Alla dessa effekter kan kontrolleras med hjälp av ett elektriskt fält [104] . I vakuum avdunstar vätskor vid rumstemperatur, vilket gör det omöjligt att använda elektronmikroskopi för att studera organiska föremål som proteiner och levande celler. Grafen, som är ogenomträngligt för alla kemiska element och är tillräckligt tunt, skyddar den levande cellen från att torka ut i det ultrahöga vakuumet i ett svepelektronmikroskop [105] .

Applikationer

Forskning inom den kondenserade materiens fysik har lett till många viktiga tillämpningar såsom utvecklingen av halvledartransistorn [ 12] , laserteknik [68] och ett antal fenomen som studerats inom ramen för nanoteknik [ 106] :111ff . Skannade tunnelmikroskopi används för att styra processer i nanometerskala , vilket har lett till utvecklingen av nanoteknik [89] .

Det största bidraget från den kondenserade materiens fysik till det tillämpade fältet är förknippat med upptäckten av transistorer. Styrbarheten hos plana fälteffekttransistorer beror på kapacitansen mellan grinden och transistorns kanal. Modern elektronik går mot 3D-transistorarkitekturer, de så kallade FinFETs (Vertical Gate Field Effect Transistor), där frekvensrespons och läckage kan förbättras avsevärt [107] . För att ytterligare öka prestandan bör grinden placeras runt en ledande kanal (fälteffekttransistor med en all-around gate), som har formen av en nanotråd [108] . Trots kiselteknologins dominerande roll i produktionen av integrerade kretsar finns det framgångsrika försök att använda nya material för produktion av processorer, i synnerhet tvådimensionell molybdendisulfid [109] och kolnanorör [110] .

Mellantillståndet mellan vätskor och fasta ämnen upptas av mjuk materia , som används flitigt i vardagen när det gäller polymerer, tyger och trä, som reagerar starkt på yttre störningar på grund av svagheten i bindningarna mellan deras ingående partiklar (främst den svagaste skåpbilen ). der Waals och vätebindningar ) [111] . Den låga densiteten av kolfiber och de mekaniska egenskaperna hos kolfiber tillåter användning av kompositmaterial i områden där styrka-till-vikt-förhållandet mellan materialet är viktigt, såsom flygplanskonstruktion och sportutrustning [112] . Flytande kristaller har funnits i elektronik [113] . Fysik av kondenserad materia har också viktiga tillämpningar för biofysik , till exempel har en experimentell metod för magnetisk resonanstomografi skapats , som används flitigt inom medicinsk diagnostik [89] .

Internet of Things kräver kraftkällor utan behov av periodisk kontaminering, och det antas att energikällan för sådana system kommer att vara miljökällor: vibrationer, radiosignaler, värme. Insamlingen av energi åtföljs av dess omvandling till elektrisk energi och lagring i batterier. Mikroelektromekaniska anordningar används för att omvandla vibrationer , genom att använda olika fysiska fenomen, såsom den omvända piezoelektriska effekten , magnetostriktion , antenner och signallikriktning krävs för att samla in radiofrekvensspektrumet . Upp till 70 % av huvudenergin omvandlas vanligtvis till värme, vilket kräver utveckling av olika termoelement för att fånga upp och återanvända denna förlorade energi [114] .

Anteckningar

Kommentarer
  1. ↑ Både väte och kväve har sedan blivit flytande; dock har vanligt flytande kväve och väte inte metalliska egenskaper. Fysikerna Eugene Wigner och Hillard Bell Huntington förutspådde 1935 att ett tillstånd av metalliskt väte existerar vid tillräckligt höga tryck (större än 25 GPa), vilket inte har observerats experimentellt.
Källor
  1. ↑ Kohn W. (1999). "En uppsats om den kondenserade materiens fysik under 1900-talet." Recensioner av modern fysik . 71 (2): 59-77. DOI : 10.1103/RevModPhys.71.S59 .
  2. ↑ 12 Kohn , 1999 , sid. S59.
  3. ↑ Martin Joseph D. När fysik av kondenserad materia blev kung  // Physics Today. - 2019. - T. 72 . - S. 30-37 . - doi : 10.1063/PT.3.4110 .
  4. ↑ Philip Andersson . Institutionen för fysik . Princeton Universitet. Hämtad: 27 mars 2012.
  5. ↑ Anderson Philip W. I fokus: Mer och annorlunda  //  World Scientific Newsletter. - 2011. - November ( vol. 33 ).
  6. ↑ Fysik av kondenserad materia . Tillträdesdatum: 20 april 2015.
  7. ↑ Martin Joseph D. Vad finns i ett namnbyte? Fasta tillståndets fysik, den kondenserade materiens fysik och materialvetenskap  // Fysik i  perspektiv : journal. - 2015. - Vol. 17 , nr. 1 . - S. 3-32 . - doi : 10.1007/s00016-014-0151-7 . — .
  8. ↑ Kohn W. En uppsats om kondenserad materiens fysik under det tjugonde århundradet  // Recensioner av modern fysik  : tidskrift  . - 1999. - Vol. 71 , nr. 2 . -P.S59 - S77 . - doi : 10.1103/RevModPhys.71.S59 . - . Arkiverad från originalet den 25 augusti 2013.
  9. ↑ Frenkel Ya. I. Kinetisk teori om vätskor. - Leningrad: Nauka, 1975. - S. 5. - 592 sid. — ISBN 5458328728 . — ISBN 9785458328722 .
  10. ↑ Jobb för kondenserad materienfysik: Karriärer i fysik för kondenserad materia . Fysik idag jobb . Hämtad 1 november 2010. Arkiverad från originalet 27 mars 2009.
  11. ^ Historia av den kondenserade materiens fysik . American Physical Society. Hämtad: 27 mars 2012.
  12. ↑ 1 2 3 4 Marvin L. Cohen. Uppsats: Fifty Years of Condensed Matter Physics  (engelska)  // Physical Review Letters  : journal. - 2008. - Vol. 101 , nr. 25 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.101.250001 . - . — PMID 19113681 .
  13. ↑ Brandt N. B., Kulbachinsky V. A. Kvasipartiklar i den kondenserade materiens fysik. - 3:a. - M. : Fizmatlit, 2010. - S. 19. - 632 sid. - ISBN 978-5-9221-1209-3 .
  14. ↑ Marder, 2010 , sid. xx.
  15. ↑ Marder, 2010 , sid. xxi.
  16. ↑ 12 David ; goodstein. Richard Feynman and the History of Superconductivity  // Fysik i  perspektiv : journal. - 2000. - Vol. 2 , nr. 1 . — S. 30 . - doi : 10.1007/s000160050035 . - .
  17. ↑ De samlade verken av Sir Humphry Davy: Vol. II  (engelska) / Davy, John. - Smith Elder & Co., Cornhill, 1839.
  18. ↑ Silvera, Isaac F.; Cole, John W. Metallic Hydrogen: The Most Powerful Rocket Fuel Yet to Exist  //  Journal of Physics: journal. - 2010. - Vol. 215 , nr. 1 . — S. 012194 . - doi : 10.1088/1742-6596/215/1/012194 . - .
  19. ↑ Rowlinson JS Thomas Andrews och det kritiska pekar   // Nature . - 1969. - Vol. 224 , nr. 8 . - s. 541-543 . - doi : 10.1038/224541a0 . — .
  20. ↑ Atkins Peter, av Paula Julio. Element av fysikalisk  kemi . - Oxford University Press , 2009. - ISBN 978-1-4292-1813-9 .
  21. ↑ Nobelpriset i fysik 1913: Heike Kamerlingh Onnes . Nobel Media AB. Hämtad: 24 april 2012.
  22. ↑ Kittel Charles. Introduktion till fasta tillståndets  fysik . - John Wiley & Sons , 1996. - ISBN 978-0-471-11181-8 .
  23. ↑ 1 2 3 4 Hoddeson, Lillian. Out of the Crystal Maze: Chapters from the History of Solid State Physics  (engelska) . - Oxford University Press , 1992. - ISBN 978-0-19-505329-6 .
  24. ↑ 12 Kragh Helge. Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century  (engelska) . — Omtryck. - Princeton University Press , 2002. - ISBN 978-0-691-09552-3 .
  25. ↑ Dirk van Delft. Upptäckten av supraledning  (engelska)  // Physics Today  : magazine. - 2010. - September ( vol. 63 , nr 9 ). - S. 38-43 . - doi : 10.1063/1.3490499 . — .
  26. ↑ Slichter Charles. Introduktion till superledningsförmågans historia . Moments of Discovery . American Institute of Physics. Hämtad: 13 juni 2012.
  27. ↑ Joerg Schmalian. Misslyckade teorier om supraledning   // Modern Physics Letters B : journal. - 2010. - Vol. 24 , nr. 27 . - P. 2679-2691 . - doi : 10.1142/S0217984910025280 . - . - arXiv : 1008.0447 .
  28. ↑ Hall Edwin. On a New Action of the Magnet on Electric Currents  (engelska)  // American Journal of Mathematics  : journal. - 1879. - Vol. 2 , nr. 3 . - s. 287-292 . - doi : 10.2307/2369245 . Arkiverad från originalet den 9 mars 2008.
  29. ↑ Landau LD, Lifshitz EM Kvantmekanik : Nonrelativistisk teori  . — Pergamon Press, 1977. - ISBN 978-0-7506-3539-4 .
  30. ↑ Lindley David. Fokus: Landmärken – oavsiktlig upptäckt leder till kalibreringsstandard . APS Fysik (15 maj 2015). Hämtad 9 januari 2016. Arkiverad från originalet 7 september 2015.
  31. ↑ 1 2 Teorin om magnetism gjort enkel  . — World Scientific .
  32. ↑ Sabyasachi Chatterjee. Heisenberg och ferromagnetism   // Resonans . - 2004. - Augusti ( vol. 9 , nr 8 ). - S. 57-66 . - doi : 10.1007/BF02837578 .
  33. ↑ Differentiella modeller av  hysteres . — Springer.
  34. ↑ Zeeya Merali. Kollaborativ fysik: strängteori hittar en bänkkompis  (engelska)  // Nature : journal. - 2011. - Vol. 478 , nr. 7369 . - S. 302-304 . - doi : 10.1038/478302a . — . — PMID 22012369 .
  35. ↑ Piers Coleman.  Many-Body Physics : Unfinished Revolution  // Annales Henri Poincaré : journal. - 2003. - Vol. 4 , nr. 2 . - S. 559-580 . - doi : 10.1007/s00023-003-0943-9 . - . - arXiv : cond-mat/0307004 .
  36. ↑ Cooper, Leon N. Bundna elektronpar i en degenererad Fermi-gas  // Fysisk översyn  : journal  . - 1956. - Vol. 104 , nr. 4 . - P. 1189-1190 . - doi : 10.1103/PhysRev.104.1189 . - .
  37. ↑ 1 2 Klitzin von Klaus. Den kvantiserade halleffekten . Nobelprize.org (9 december 1985).
  38. ↑ Fisher Michael E. Renormalization group theory: Dess grund och formulering i statistisk fysik  // Recensioner av modern fysik  : tidskrift  . - 1998. - Vol. 70 , nej. 2 . - s. 653-681 . - doi : 10.1103/RevModPhys.70.653 . - .
  39. ↑ Wilson K.  Renormaliseringsgruppen och ε-expansionen  // Physics Reports : journal. - 1974. - Vol. 12 , nr. 2 . - S. 75-199 . - doi : 10.1016/0370-1573(74)90023-4 . — .
  40. ↑ D.V. Shirkov, Renormalization group and functional self-similarity in different fields of physics, TMF, 1984, volym 60, nummer 2, 218-223.
  41. ↑ Avron Joseph E. En topologisk titt på Quantum Hall Effect  // Fysik idag  : tidskrift  . - 2003. - Vol. 56 , nr. 8 . - S. 38-42 . - doi : 10.1063/1.1611351 . — .
  42. ↑ Wen Xiao Gang. Teorin om kanttillstånden i fraktionerade kvanthalleffekter  // International  Journal of Modern Physics C : journal. - 1992. - Vol. 6 , nr. 10 . - P. 1711-1762 . - doi : 10.1142/S0217979292000840 . - . Arkiverad från originalet den 22 maj 2005.
  43. ↑ Quintanilla George. The strong-correlations puzzle  (engelska)  // Physics World  : magazine. - 2009. - Juni. Arkiverad från originalet den 6 september 2012.
  44. ↑ Ashcroft Neil W., Mermin N. David. Fasta tillståndets fysik: [] . - New York: Saunders College Publishing , 1976. - ISBN 0-03-083993-9 .
  45. ↑ Mahan GD Många partikelfysik . — 2:a. - Springer, 1990. - ISBN 978-0-306-43423-5 .
  46. ↑ Kittel Charles. Introduktion till fasta tillståndets fysik. - New York: Wiley, 2005. - ISBN 978-0-471-68057-4 .
  47. ↑ Marder, 2010 , sid. fjorton.
  48. ↑ Marder, 2010 , sid. 17.
  49. ↑ Nambu Yoichiro. Spontant symmetribrott i partikelfysik: ett fall av korsbefruktning . Nobelprize.org (8 december 2008).
  50. ↑ Greiter Martin. Bryts elektromagnetisk gauge-invarians spontant i supraledare? (engelska)  // Annals of Physics : journal. - 2005. - 16 mars ( vol. 319 , nr 2005 ). - S. 217-249 . - doi : 10.1016/j.aop.2005.03.008 . - . - arXiv : cond-mat/0503400 .
  51. ↑ Leutwyler H. Phonons som Goldstone-bosoner   // Helv.phys.acta) . - 1997. - Vol. 70 , nej. 1997 _ - s. 275-286 . - . - arXiv : hep-ph/9609466 .
  52. ↑ Eckert Michael. Omtvistad upptäckt: början av röntgendiffraktion i kristaller 1912 och dess återverkningar   // Acta Crystallographica A : journal. - International Union of Crystallography , 2011. - Vol. 68 , nr. 1 . - S. 30-39 . - doi : 10.1107/S0108767311039985 . — . — PMID 22186281 .
  53. ↑ Han Jung Hoon. Fasta tillståndets  fysik . - Sung Kyun Kwan University, 2010. Arkiverad kopia . Hämtad 25 oktober 2019. Arkiverad från originalet 20 maj 2013.
  54. ↑ 1 2 Perdew John P. Fjorton enkla lektioner i densitetsfunktionella teorin  // International  Journal of Quantum Chemistry : journal. - 2010. - Vol. 110 , nr. 15 . - P. 2801-2807 . - doi : 10.1002/qua.22829 .
  55. ↑ Ashcroft Neil W., Mermin N. David. Fasta tillståndets  fysik . - Saunders College, 1976. - ISBN 978-0-03-049346-1 .
  56. ↑ Hedin Lars (1965). "Ny metod för att beräkna en-partikelgröns funktion med tillämpning på elektron-gasproblemet" . Phys. Rev. _ 139 (3A): A796-A823. Bibcode : 1965PhRv..139..796H . DOI : 10.1103/PhysRev.139.A796 .
  57. ↑ Bethe H., Salpeter E. (1951). "En relativistisk ekvation för problem med bundna tillstånd." Fysisk granskning . 84 (6): 1232. Bibcode : 1951PhRv...84.1232S . DOI : 10.1103/PhysRev.84.1232 .
  58. ↑ Materialprojektet  . _ Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  59. ↑ The Open Quantum Materials Database  . Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  60. ↑ FLYTANDE  _ _ Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  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- genomströmningsmodellering och upptäckt av atomärt tunna kristaller  // 2D-material. - 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, en öppen beräkningsdatabas med tvådimensionellt material från uppifrån och ner och nerifrån tillvägagångssätt  // Scientific Data volym. - 2019. - T. 6 . - S. 86 . - doi : 10.1038/s41597-019-0097-3 . - arXiv : 1901.09487 .
  63. ↑ Abinit  . _ Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  64. ↑ Vienna Ab initio-simuleringspaketet  . Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  65. ↑ WIEN2k  . _ Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  66. ↑ Quantum  ESPRESSO . Tillträdesdatum: 11 april 2021.
  67. ↑ 1 2 Vojta Matthias. Kvantfasövergångar  //  Reports on Progress in Physics : journal. - 2003. - Vol. 66 , nr. 12 . - P. 2069-2110 . - doi : 10.1088/0034-4885/66/12/R01 . - . - arXiv : cond-mat/0309604 .
  68. ↑ 1 2 3 4 Fysik för kondenserad materia, fysik genom 1990-talet . Nationella forskningsrådet.
  69. ↑ Magnetisk kritisk spridning  . — Oxford University Press .
  70. ↑ Richardson, Robert C. Experimentella metoder i den kondenserade materiens fysik vid låga temperaturer. - Addison-Wesley, 1988. - ISBN 978-0-201-15002-5 .
  71. ↑ 1 2 Chaikin PM Principer för fysik för kondenserad materia  . - Cambridge University Press , 1995. - ISBN 978-0-521-43224-5 .
  72. ↑ Wentao Zhang. Photoemission Spectroscopy on High Temperature Superconductor: A Study of Bi2Sr2CaCu2O8 by Laser-Based Angle-  Resolved Photoemission . — Springer Science & Business Media . — ISBN 978-3-642-32472-7 .
  73. ↑ Siegel RW Positron Annihilation Spectroscopy  // Årlig granskning av materialvetenskap  . - 1980. - Vol. 10 . - s. 393-425 . - doi : 10.1146/annurev.ms.10.080180.002141 . — .
  74. ↑ Marder, 2010 , sid. 82.
  75. ↑ Marder, 2010 , sid. 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. Imaging Atomic Rearrangements in Two-Dimensional Silica Glass: Tittar på Silica's Dance  // Vetenskap. - 2013. - T. 342 . - S. 224-227 . - doi : 10.1126/science.1242248 .
  77. ↑ Kommittén för faciliteter för fysik av kondenserad materia. Rapport från IUPAP-arbetsgruppen för anläggningar för fysik av kondenserad materia: Höga magnetfält . International Union of Pure and Applied Physics. "Det magnetiska fältet är inte bara ett spektroskopiskt verktyg utan är en termodynamisk variabel som tillsammans med temperatur och tryck styr tillståndet, fasövergångarna och materialens egenskaper."
  78. ↑ 1 2 Kommitté för att bedöma den nuvarande statusen och framtida riktningen för högmagnetisk fältvetenskap i USA; Styrelsen för fysik och astronomi; Avdelningen för teknik och fysikaliska vetenskaper; Nationella forskningsrådet. High Magnetic Field Science och dess tillämpning i USA : Nuvarande status och framtida riktningar  . — National Academies Press, 2013. - ISBN 978-0-309-28634-3 .
  79. ↑ Moulton WG, Reyes AP Kärnmagnetisk resonans i fasta ämnen vid mycket höga magnetfält // Höga magnetiska fält  / Herlach Fritz. - World Scientific , 2006. - (Science and Technology). - ISBN 978-981-277-488-0 .
  80. ↑ Nicolas Doiron-Leyraud. Kvantsvängningar och Fermi-ytan i en underdopad hög-Tc supraledare  //  Nature : journal. - 2007. - Vol. 447 , nr. 7144 . - s. 565-568 . - doi : 10.1038/nature05872 . — . - arXiv : 0801.1281 . — PMID 17538614 .
  81. ↑ Grochala Wojciech, Hoffmann Roald, Feng Ji, Ashcroft Neil W. (2007). "Den kemiska fantasin i arbete på mycket trånga platser". Angewandte Chemie International Edition . 46 (20): 3620-3642. doi : 10.1002/anie.200602485 . PMID  17477335 .
  82. ↑ Hazen Robert M. Högtrycksfenomen  . https://www.britannica.com/ . Encyclopædia Britannica, Inc. Hämtad 17 april 2021.
  83. ↑ Snider Elliot, Dasenbrock-Gammon Nathan, McBride Raymond, Debessai Mathew, Vindana Hiranya, Vencatasamy Kevin, Lawler Keith V., Salamat Ashkan, Dias Ranga P. (oktober 2020). "Rumstemperatur supraledning i en kolhaltig svavelhydrid". naturen . 586 (7829): 373-377. DOI : 10.1038/s41586-020-2801-z .
  84. ↑ Julia; Buluta. Quantum Simulators  (engelska)  // Science. - 2009. - Vol. 326 , nr. 5949 . - S. 108-111 . - doi : 10.1126/science.1177838 . - . — PMID 19797653 .
  85. ↑ Markus; Greiner. Fysik av kondenserad materia: Optiska gitter   // Nature . - 2008. - Vol. 453 , nr. 7196 . - s. 736-738 . - doi : 10.1038/453736a . — . — PMID 18528388 .
  86. ↑ Jaksch D.  Den kalla atomen Hubbards verktygslåda  // Fysikens annaler : journal. - 2005. - Vol. 315 , nr. 1 . - S. 52-79 . - doi : 10.1016/j.aop.2004.09.010 . - . - arXiv : cond-mat/0410614 .
  87. ↑ Glanz James . 3 forskare baserade i USA vinner Nobelpriset i fysik , The New York Times  (10 oktober 2001). Hämtad 23 maj 2012.
  88. ↑ DiVincenzo David P. (1995). "Quantum Computing". vetenskap . 270 (5234): 255-261. Bibcode : 1995Sci...270..255D . CiteSeerX  10.1.1.242.2165 . DOI : 10.1126/science.270.5234.255 .  (prenumeration krävs)
  89. ↑ 1 2 3 Nai-Chang; Jaha. A Perspective of Frontiers in Modern Condensed Matter Physics  (engelska)  // AAPPS Bulletin: journal. - 2008. - Vol. 18 , nr. 2 .
  90. ↑ Arute Frank, Arya Kunal, Babbush Ryan, Bacon Dave, Bardin Joseph C. Quantum supremacy using a programmerbar supraconducting processor   // Nature . - 2019. - Oktober ( iss. 7779 , nr 574 ). - S. 505-510 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/s41586-019-1666-5 . Arkiverad från originalet den 23 oktober 2019.
  91. ↑ Manin Yu. I. Vychislimoe i nevychislimoe: [ rus. ] . — Sov. Radio, 1980. - S. 13-15.
  92. ↑ Feynman Richard (1982). "Simulera fysik med datorer". 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., (6 februari 2019). "En dissipativt stabiliserad Mott-isolator av fotoner." naturen . 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. (10 februari 2017). "Observation av en dissipativ fasövergång i en endimensionell krets QED-gitter." Fysisk granskning 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  // Vetenskap. - 2004. - T. 306 . - S. 666-669 . - doi : 10.1126/science.1102896 .
  96. ↑ Cheng Gong, Xiang Zhang. Tvådimensionella magnetiska kristaller och framväxande heterostrukturenheter  // Vetenskap. - 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. Direkt observation av ett brett avstämbart bandgap i tvåskiktsgrafen. (engelska)  // Natur: journal. - 2018. - doi : 10.1038/nature26160 . — . - 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. Korrelerat isolatorbeteende vid halvfyllning i grafen-supergitter med magisk vinkel. (engelska)  // Natur: journal. - 2018. - doi : 10.1038/nature26154 . — . - arXiv : 1802.00553 .
  99. ↑ Sharma Pankaj, Xiang Fei-Xiang, Shao Ding-Fu, Zhang Dawei, Tsymbal Evgeny Y., Hamilton Alex R. och Seidel Jan. En rumstemperatur ferroelektrisk halvmetall  // 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 Kasra Christopher, Momeni Kasra Christopher , Duin Adri van, Crespi Vin, Kar Swastik, Robinson Joshua A. A roadmap for electronic grade 2D materials  // 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. Närliggande material  // Material idag. - 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. Emergent fenomen och närhetseffekter i tvådimensionella magneter och heterostrukturer  // 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. Vridbar elektronik med dynamiskt roterbara heterostrukturer  // Vetenskap. - 2018. - T. 361 . - S. 690-693 . - doi : 10.1126/science.aat6981 .
  104. ↑ Žutić et al., 2019 .
  105. ↑ Wojcik Michal, Hauser Margaret, Li Wan, Moon Seonah, Xu Ke. Grafenaktiverad elektronmikroskopi och korrelerad superupplösningsmikroskopi av våta celler  // Nature Comm.. - 2015. - V. 6 . - S. 7384 . - doi : 10.1038/ncomms8384 .
  106. ↑ Kommittén för CMMP 2010; Solid State Sciences Committee; Styrelsen för fysik och astronomi; Avdelningen för teknik- och fysikaliska vetenskaper, Nationella forskningsrådet. Kondenserad materia och materialfysik: Vetenskapen om världen runt oss  . — National Academies Press. — ISBN 978-0-309-13409-5 .
  107. ↑ Digh Hisamoto, Chenming Hu, King Liu Tsu-Jae, Jeffrey Bokor, Wen-Chin Lee, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi, Kazuya Asano, (december 1998). "En MOSFET med hopfälld kanal för djup-under tiondels mikron era". International Electron Devices Meeting 1998. Technical Digest (Kat. nr. 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 & Mueller Thomas. En mikroprocessor baserad på en tvådimensionell halvledare  // Nature Comm.. - 2017. - V. 8 . - S. 14948 . - doi : 10.1038/ncomms14948 .
  110. ↑ Hills Gage, Lau Christian, Wright Andrew, Fuller Samuel, Bishop Mindy D., Srimani Tathagata, Kanhaiya Pritpal, Ho Rebecca, Amer Aya, Stein Yosi, Murphy Denis, Arvind, Chandrakasan Anantha & Shulaker Max M. Modern mikroprocessor byggd av komplementära kolnanorörstransistorer  // Nature. - 2019. - T. 572 . - S. 595-602 . - doi : 10.1038/s41586-019-1493-8 .
  111. ↑ Kohn, 1999 , sid. S75.
  112. ↑ Nguyen Dinh, Abdullah Mohammad Sayem Bin, Khawarizmi Ryan, Kim Dave, Kwon Patrick (2020). "Effekten av fiberorientering på verktygsslitage vid kantklippning av kolfiberförstärkta plastlaminat (CFRP). slitage . Elsevier BV 450–451: 203213. doi : 10.1016 /j.wear.2020.203213 . ISSN  0043-1648 .
  113. ↑ Zhen P.-J. de . Mjuka ämnen, Nobelföreläsning i fysik 1991  // UFN . - T. 162 , nr 9 . - S. 125-132 .
  114. ↑ Akinaga Hiroyuki. Nya framsteg och framtidsutsikter inom energiskördsteknik  // Jpn. J. Appl. Phys.. - 2020. - T. 59 . - S. 110201 . doi : 10.35848 /1347-4065/abbfa0 .

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Avsnitt av materialvetenskap
Grundläggande definitioner
Huvudriktningar
Allmänna aspekter
Andra viktiga anvisningar
Relaterade vetenskaper
 Avsnitt av statistisk fysik
Fysik av kondenserad materia