凝聚态反应是什么 凝聚态研究的领域

不够成熟2022-09-09 11:02:371577

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凝聚态物理学是什么意思

凝聚态

凝聚态,指的是由大量粒子组成,并且粒子间有很强相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态,超导态,玻色- 爱因斯坦凝聚态,磁介质中的铁磁态,反铁磁态等,也都是凝聚态。

凝聚态最新理论

如果物质不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去,比如说,接近绝对零度(-273.16℃)吧,在这样的极低温下,物质又会出现什么奇异的状态呢?

这时,奇迹出现了——所有的原子似乎都变成了同一个原子,再也分不出你我他了!这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态(以下简称“玻爱凝聚态”)。

这个新的第五态的发现还得从1924年说起,那一年,年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文,提出了一种关于原子的新的理论,在传统理论中,人们假定一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的,我们可以给一个原子取名张三,另一个取名李四……,并且不会将张三认成李四,也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定,认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子(如两个氧原子)有什么不同。

玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视,他将玻色的理论用于原子气体中,进而推测,在正常温度下,原子可以处于任何一个能级(能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列),但在非常低的温度下,大部分原子会突然跌落到最低的能级上,就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方,练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”,于是他们迅速集合起来,像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC),它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。

然而,实现玻爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾:一方面需要达到极低的温度,另一方面还需要原子体系处于气态。极低温下的物质如何能保持气态呢?这实在令无数科学家头疼不已。

后来物理学家使用稀薄的金属原子气体,金属原子气体有一个很好的特性:不会因制冷出现液态,更不会高度聚集形成常规的固体。实验对象找到了,下一步就是创造出可以冷却到足够低温度的条件。由于激光冷却技术的发展,人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温。并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进,终于在玻色—爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月,两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。此后,这个领域经历着爆发性的发展,目前世界上己有近30个研究组在稀薄原子气中实现了玻爱凝聚态。

玻爱凝聚态有很多奇特的性质,请看以下几个方面:

这些原子组成的集体步调非常一致,因此内部没有任何阻力。激光就是光子的玻爱凝聚,在一束细小的激光里拥挤着非常多的颜色和方向一致的光子流。超导和超流也都是玻爱凝聚的结果。

玻爱凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波,这种波带电,传播中形成一束宏观电流而无需电压。

原子凝聚体中的原子几乎不动,可以用来设计精确度更高的原子钟,以应用于太空航行和精确定位等。

玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性正是利用这种特性,前年哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零,将光储存了起来。

玻爱凝聚态的研究也可以延伸到其他领域,例如,利用磁场调控原子之间的相互作用,可以在物质第五态中产生类似于超新星爆发的现象,甚至还可以用玻色-爱因斯坦凝聚体来模拟黑洞。

随着对玻爱凝聚态研究的深入,又一次彻底的技术革命的号角已经吹响

凝聚态说明什么

所谓“凝聚态”,指的是由大量粒子组成,并且粒子间有很强相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态,超导态,玻色-

爱因斯坦凝聚态,磁介质中的铁磁态,反铁磁态等,也都是凝聚态。

凝聚态研究的领域

凝聚态

凝聚态,指的是由大量粒子组成,并且粒子间有很

强相互作用

的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态,

超导态

玻色

-

爱因斯坦凝聚态,

磁介质

中的

铁磁

态,反铁磁态等,也都是凝聚态。

凝集和凝聚

指的是由大量粒子组成,并且粒子间有很强的相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态,超导态,玻色-爱因斯坦凝聚态,磁介质中的铁磁态,反铁磁态等,也都是凝聚态。

在凝聚相中伴生元素与待测元素发生了化学反应,从而引起待测元素分析信号降低的现象。凝聚相干扰,是指当雾化微滴挥发为气态分子前所产生的干扰,它包括阳离子、阴离子和阴阳离子混合干扰。

相关信息:

固相以及液相是人们最为熟悉的凝聚相。除了这两种相之外,凝聚相还包括一些特定的物质在低温条件下的超导相、晶体与自旋有关的铁磁相及反铁磁相、超低温原子系统的玻色-爱因斯坦凝聚相等等。对于凝聚态的研究包括通过实验手段测定物质的各种性质,以及利用理论方法发展数学模型以深入理解这些物质的物理行为。

由于尚有大量的系统及现象亟待研究,凝聚态物理学成为了物理学最为活跃的领域之一。仅在美国,该领域的研究者就占到该国物理学者整体的近三分之一,凝聚态物理学部也是美国物理学会最大的部门。

此外,该领域还与化学,材料科学以及纳米技术等学科领域交叉,并与原子物理学以及生物物理学等物理学分支紧密相关。该领域研究者在理论研究中所采用的一些概念与方法也适用于粒子物理学及核物理学等领域。

凝聚态物理的基本范式

凝聚态物理学是研究凝聚态物质的物理性质与微观结构以及它们之间的关系,即通过研究构成凝聚态物质的电子、离子、原子及分子的运动形态和规律,从而认识其物理性质的学科。

一方面,它是固体物理学的向外延拓,使研究对象除固体物质以外,还包括许多液态物质,诸如液氦、熔盐、液态金属,以及液晶、乳胶与聚合物等,甚至某些特殊的气态物质,如经玻色-爱因斯坦凝聚的玻色气体和量子简并的费米气体。

另一方面,它也引入了新的概念体系,既有利于处理传统固体物理遗留的许多疑难问题,也便于推广应用到一些比常规固体更加复杂的物质。

起源发展:

凝聚态物理学起源于19世纪固体物理学和低温物理学的发展。19世纪,人们对晶体的认识逐渐深入。1840年法国物理学家A·布拉维导出了三维晶体的所有14种排列方式,即布拉维点阵。

1912年,德国物理学家冯·劳厄发现了X射线在晶体上的衍射,开创了固体物理学的新时代,从此,人们可以通过X射线的衍射条纹研究晶体的微观结构。

19世纪,英国著名物理学家法拉第在低温下液化了大部分当时已知的气体。1908年,荷兰物理学家H·昂内斯将最后一种难以液化的气体氦气液化,创造了人造低温的新纪录-269 °C(4K),并且发现了金属在低温下的超导现象。

超导具有广阔的应用前景,超导的理论和实验研究在20世纪获得了长足进展,临界转变温度最高纪录不断刷新,超导研究已经成为凝聚态物理学中最热门的领域之一。

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