凝聚态物理范文

导语：如何才能写好一篇凝聚态物理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

l. m. sander著

凝聚态是由大量的原子和分子“粘合”而成的状态,固体和液体是最典型的实例。由于集团效应起决定性的作用,这样系统的物理与个体或少体的分子或原子物理完全不同。凝聚态物理涵盖的领域极为广泛,它包括传统的固体物理(如晶体物理)、磁性、流体力学、弹性理论、材料物理、聚合物物理以及一些生物物理。而实际上这些领域之间,使用的工具和技巧有不同程度的重叠。

本书是基于作者在美国密歇根大学物理系多年讲授凝聚态物理研究生课程的经验编写的一部教科书。作者尝试不采用诸如green函数等高等方法来引进现代凝聚态物理的尽可能多的概念,认为那些复杂而抽象的形式可能会掩盖对基本物理特性的理解,本书代之以强调基本物理推理。这样做的代价是不得不舍弃一些现代研究工作中的重要课题。学习本书要求学生们有比较好的统计物理和非相对论量子理论的基础知识并学过kittel水平的大学凝聚态物理。

全书内容共分成10章,它们分别为: 1. 凝聚态物质的性质; 2.有序与无序; 3.晶体、散射和关联; 4.表面和晶体生长; 5.经典和量子波; 6.无相互作用的电子模型; 7.无相互作用电子的动力学; 8.介电和光学性质; 9.电子相互作用; 10.超流和超导。

篇2

1凝聚态物理学与材料概述

凝聚态物理学，是指研究凝聚态物质的物理性质、微观结构等之间的关系。简而言之，通过对构成凝聚态物质电子、离子等运行形态、规律进行探索，充分认识物质的物理性质。随着研究不断深入，针对凝聚态物理学的研究已经由初级层面朝着高级层面发展。如有固体形态向外拓展上升至液氮、熔盐等液态物质，甚至还有气态物质。另外，随着技术的发展，一些全新的概念体系逐渐渗透，产生了更多新的研究成果，赋予材料新特点，在很大程度上帮助学者解决疑难问题提供了极大的支持。

就广义角度来看，材料是帮助人类生产和生活，制造有用器件的物质。随着人类社会发展，自然资源和能源日益减少，对于材料概念的理解也发生了变化，因此材料是人类社会能够接受、且经济性地创造有用器件的物质，更加强调资源、环境等因素。从实用层面来划分，材料分为金属、无机及有机3种。

2凝聚态物理学与材料研究前沿问题分析

2.1表面与界面方面

表面与界面作为物理学与材料学交叉的重要领域，很多相互作用都建立在材料表面和界面基础之上。物体自身状态直接决定材料热力学效应。作为重点研究领域，界面与表面是当今该领域研究的一大难点。凝聚态物理学研究成果，在很大程度上为材料界面与表面理论发展提供了支持，如离子束的提出，使得人们自20世纪60年代开始运用离子束，注入到材料表面，对材料表面特性进行优化和调整，使其在具体实践中能够更好地发挥积极作用，为人们生产和生活提供便利。

催化和腐蚀是表面控制的2个主要过程。截止到今天，催化和腐蚀机理尚未得到完善的研究成果。此外，薄膜功能材料的提出，也成为该领域研究的重点。如光的干涉效应能够引起透射和反射。表面与界面在为电子学方面也具有非常重要的作用，如半导体和金属界面等，能够对器件性能的发挥产生不同程度的影响。综合来看，表面和界面的研究处于前沿地位，且每个关键问题的有效解决都能够给相关领域带来巨大的经济价值。

2.2微结构方面

凝聚态物理学很多基本理论，如固体能带理论、元级法理论等都是建立在粒子数无限大基础之上。这些理论证明了铜、铝具有导电性，为实践生产奠定了理论基础。现如今，运用能带理论，能够对晶体的参量进行计算，并获取准确的结果。由于该项理论非常成熟，要想进一步突破难度非常大。对此要想发现全新的结果，需要从不同的道路着手。正如R.Feynman曾指出当我们得以对细微尺度的事物进行操控，将会在很大程度上拓展我们获得的范围，其所要強调的是未来新材料的发展和研究动向，即通过设计和控制材料在细节上的差异性，从而在现有材料中探索出意想不到的物理性能。

2.3理论与模型方面

理论与模型对材料科学贡献较大。计算物理学是材料科学家运用的主要工具，定量模型的发展是物理学与材料科学交叉的产物，通过构建模型能够对物品的物理性质等进行分析和了解。目前，很多物理学概念在材料研究中应用较广。如相变、裂变等，与之相对应的仪器设备也层出不穷。如今空间分辨率能够在特定环境下观察到单个原子，因此可以说，没有这些研究成果，材料科学就不能够获得更大的进步。但是微结构的定量描述始终是材料科学的主要课题，也是物理学家和材料学家合作的重点方向。

2.4材料方面

凝聚态理论日渐完善，使得我们能够更加明确材料的物理特性，但是随着人类社会的发展，仍然面临着很多疑难问题。如强关联体系中的材料宝藏。电子关联，是电子之间形成的库仑作用。就现有理论研究成果来看，处理固体电子系统时，需要适当忽略电子之间的相互作用，在理想条件下进行研究。但得出的结论依旧不能够掩盖这一缺陷，且不能够适用于实践当中。可见，电子之间的库伦作用关联重要性受到了广泛关注。

通常来说，强关联物质存在于特定范围当中，如金属与绝缘体界限附近，即电子处于完全离域化拓展状态。因此要想实现对电子具体状态的有效判断，研究人员需要从其他方面入手，分析各个元素之间的关系，然后对其形态进行排序，最后获取到相应的规则。值得关注的是，现阶段，我们针对强关联体系的认知水平处于初级阶段，无论是理论、还是实践方面都有待进一步深入。而从材料方面来说，多元复杂结构的氧化物尚未得到开发和研究，因此，可以将此作为未来全新的研究课题，并利用强关联理论，进而实现对新材料的勘探和开发，为人类社会进一步发展提供更多支持和参考。

2.5工艺方面

凝聚态物理学发展建立在新技术及传统工艺优化进程当中。如上文提到的离子束技术，能够对材料表面的相互作用进行分析。针对处于温度较低的条件下，能够建设成为不同的材料。因此可以广泛应用于高性能、功能丰富的薄膜当中，从而形成全新的材料。另外，激光技术的提出为科学研究带来了诸多发展契机。如激光拉曼光谱与XRD技术的有机整合，能够帮助我们重新认识晶体结构，进而为半导体的进一步探索提供相应的技术支持。外延作为一种制作单晶薄膜的技术，其之所以能够发展起来，究其根本是在凝聚态物理学的支持存在密不可分的联系。随着社会进步，人们对技术将会提出更高要求。因此还应加大对全新工艺的研究，与此同时，加大对现有工艺不足和缺陷的优化和改正，进而为实践研究做好充分的准备。

篇3

人类生存的世界，是一个物质的世界.过去，人们只知道物质有三态，即气态、液态和固态.20世纪中期，科学家确认物质有第四态，即等离子体态（Plasma），另外，科学巨匠爱因斯坦在70多年前预言的一种新物态，后来在l995年，被美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组，研究创造出物质的第五态，叫做“玻色一爱因斯坦凝聚态”，2004年1月29日，还是这个研究小组又宣布，他们创造出了物质的第六种形态：费米子凝聚态（Fermionic Condensate），神奇的凝聚态物质如图1所示.

除此之外，还有一种物质有八态的说法：第四态还是等离子态、物质第五态：超密态、物质第六态：辐射场态、物质第七态：反物质和有“物质第八态之谜”称号的：暗物质.

2物质新态引发社会变迁

首先，我们来看等离子态，他是1879年英国物理学家克鲁克斯在研究阴极射线时，发现了具有独特性质的等离子体，从而发现了物质的第四态.

现在等离子态在日常生活中已经有了广泛的认识和应用：闪电作为一种自然现象，其实是由于空气放电形成了等离子体的缘故.在地球上，等离子态的物质并不多见，但在整个宇宙中恰好相反.由于高温或强烈的辐射，物质极易电离，宇宙空间中的许多弥漫星云以及某些恒星大气，都处于等离子态.作为恒星的太阳，其实就是一个高温的等离子火球.太阳的强烈辐射，使高空大气层呈等离子态.这一层大气由等离子体组成，称为电离层.远距离无线电通讯就是依靠电离层反射电磁波，传递信息.五光十色的霓虹灯就是氖或氩的等离子体在发光.把各种不同的惰性气体分别充入不同的灯管，通电时可以发出各种不同颜色的光.等离子态的研究，对于人工控制热核反应，磁流体发电等尖端科学技术具有十分重要的意义.

其次，美国的联合研究小组1995年研究创造出“玻色一爱因斯坦凝聚态”后，负责该项研究的三位科学家获得了2001年度诺贝尔物理学奖.2004年他们研究创造出物质的第六种形态：费米子凝聚态后，国际物理学界认为，这一成果为人类认识物质世界打开了又一扇大门，具有重大的理论和实践意义，将成为年度重大科技成果之一.

这项成果有助于下一代超导体的诞生.而下一代超导体技术可在电能输送、超导磁悬浮列车、超导计算机、地球物理勘探、生物磁学、高能物理研究等众多领域和学科中大显身手.

再看超密态物质：在通常状况下，铁的密度是每立方厘米7.9克，为普通岩石密度的的两倍多.铂的密度是每立方厘米21.5克，约为铁的密度的2.8倍，其密度在地球上可谓大矣.然而，在宇宙中有些天体的密度却大得惊人.如白矮星，按地球引力计算，其中心密度为每立方厘米一百吨左右；根据地球引力计算，中子星的密度每立方厘米达十亿吨左右，相当于，一粒小桃核那么小的中子星物质，需要十万艘万吨级巨轮才能拖动它.了解了其密度如此之大的原因是电子全部被压进原子内层或者被压进原子核，并且认识到宇宙中已发现的中子星就有300多颗，如果航天技术及其他技术都发展到了相当的程度，能够把中子星上的超密态物质取回到地球上来为人类所用，那将是一个什么样的概念呢？

篇4

玻色子和费米子

在介绍费米子冷凝态之前，必须了解两个问题，第一个是关于玻色子和费米子的区别，另一个是什么是玻色一爱因斯坦冷凝态。首先，介绍一下玻色子和费米子。一般人对于这两个概念并不熟悉。当谈到物质的粒子时，人们首先想到的是原子、电子、光子等。其实任何物质的粒子都可以归为两类：玻色子或费米子。玻色子和费米子的区别体现在“自旋”这个量子力学的特性上，自旋量子数为整数的粒子为玻色子，而自旋量子数为半整数的粒子为费米子。这种自旋的差异造成费米子和玻色子有完全不同的特性。

玻色子是一些性格“温顺”的粒予，它们可以共处于同一量子状态。玻色子的分布与温度有关，温度高时，玻色子的原子“各自为政”：当温度很低，低于临界温度时，会出现大量玻色子原子在最低能级集聚的情况，普通的钠原子就是玻色子。而费米子却是一些具有很强独立性的“不合群”粒子，它们之间互相排斥，互不相让。如果一个费米子占据了一个能量级位置，其它的费米子就不得不跑到能量较高的量子级上。费米子，包括电子、夸克及半数元素周期表中的原子不会自己集聚在一起，必须借助外力改变它们的特性后才能聚在一起。

玻色－爱因斯坦冷凝态

如果我们让一些玻色子的原子不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷，例如，接近绝对零度(－273.15℃)，这时奇迹出现了――所有的原子不再各自为政，再也分不出你我他了，它们似乎都变成了一个超大原子!这就是物质第五态――玻色－爱因斯坦冷凝态。

为什么将它称为玻色－爱因斯坦冷凝态，里面还有个故事。1924年，年轻的印度物理学家玻色提出了一种关于原子的新理论，他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)的不同。由于这个理论与传统的、认为可以辨别同类原子中每个原子“面孔”的理论不同，被剥夺了发表权。玻色于是将他的文章寄给爱因斯坦。爱因斯坦对玻色的文章十分重视，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上，但在非常低的温度下，原子会突然跌落到最低的能级上，处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子，具有完全相同的物理性质。后来物理界将物质的这种状态称为玻色一爱因斯坦冷凝态。

理论有了，但要证明这个理论却十分困难，必须能够创造出这种冷凝物才能令人信服。要生成玻色－爱因斯坦冷凝物可不是一件容易的事。一方面需要创造使原子可以凝聚在一起的极低温度，另一方面还需要这时的原子处于气态。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，物理学家发现一些碱金属，还有氦原子和钙等的原子气体不会因制冷出现液态，更不会高度聚集形成常规的固体。实验对象有了，创造出可以冷却到足够低温度的条件却不具备。随着科学技术的发展，激光冷却技术和电磁操纵的磁阱技术产生了，终于在玻色一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色一爱因斯坦冷凝态。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，目前世界上已有几十个研究组在稀薄原子气中实现了玻色一爱因斯坦冷凝态。

费米子冷凝物

费米子冷凝态是怎样创造出来的呢?由于没有任何两个费米子能拥有相同的量子态，费米子的凝聚一直被很多人认为不可能实现。但是，从事费米子冷凝态研究的科学家们秉承着“大胆假设，小心求证”的科学精神，慎重地向这块未知的科学领域推进。终于在2003年12月，美-国物理学家黛博拉・金负责的研究组创造出了世界上第一个费米子冷凝物。

由于费米子的“不合群”特性，不能凝聚在一起。科学家们认为如果采用一些方法改变费米子的特性，将它们改变成像玻色子一样，就可能实现凝聚。后来，他们发现了一种对付这些不合群赞米子的方法。他们小心翼翼地，就像爱神“丘比特”那样利用磁场作为金箭，射到费米子身上，促使费密子配对。这样，两个半整数自旋的费米子就组成一个整数自旋的费米子对。科学家们还可以通过调整磁场来控制配对的力量。配对后费米子保留了它们自己的一些特性，但去掉了“不合群”的坏习惯，能够像玻色子一样，在极低温度下，一对费米子和另一对融合，不停地融合，结果所有气体原子突然冷凝到像玻色～爱因斯坦冷凝物一样的凝聚态，最终形成一个费密子冷凝物。不同的研究小组采用促使费米子配对的具体对象和方法不同。奥地利英斯布瑞克大学的科学家将锂－6原子冷却，同时施加稳定磁场，促使费米子结合在一起；美国科罗拉多“实验室天体物理学联合研究所”采用的技术略有不同，他们将钾40原子冷却后施加磁场，通过磁场变化让每个原子强烈吸引附近的原子，诱发它们形成成对原子，然后凝聚成玻色一爱因斯坦凝聚态。

在进行费米子冷凝态的研究中，为什么选用钾和锂作为实验对象呢?这种选择不是任意的，而是与采用的冷凝技术有关。将一个气体冷却到极端低温要通过几个步骤。第一步是采用“激光制冷”技术，将气体冷却到接近绝对零度。然后，将这种原子放到一个磁场陷阱中，在这种情况下允许其中最高能量的原子“逃脱”，就像人皮肤汗液蒸发一样。制冷后剩下的原子，使它们处于lOOnK的温度里。最后一步是将原子转移到一个“光学”陷阱中，继续蒸发冷却，最后达到临界温度，在那里气体将被浓缩到一种超液体状态，这时的温度大约是50nK。

在进行激光冷却这步操作时，最好使用化学元素周期表第一列的元素，在第1列的7个元素中，只有锂－6和钾－40是稳定的，是一种“长命的”费米子。所以，进行费米子研究的所有研究组使用的是这两个元素中的一个。对于玻色一爱因斯坦冷凝物来说，用的是化学元素周期表第一列中的钠和铷。

篇5

在认识量子反常霍尔效应之前，让我们先来了解一下量子霍尔效应。

量子霍尔效应，于1980年被德国科学家发现，是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛，比如，我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。实际上，量子霍尔效应就是粒子在低温条件下所发生的一种奇特现象。普通状态的电子是杂乱无章的，它们无序运动，不断发生碰撞。而处于量子霍尔态的电子则好像置身在一条“高速公路”上，中间有隔离带，将两个方向的“车流”隔开。

也就是说，量子霍尔效应能解决电子碰撞发热的问题，因而在未来的量子计算、量子信息存储方面具有巨大的应用潜力，据此设计新一代大规模集成电路和元器件，将会具有极低的能耗。

量子霍尔效应可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的市区街道前进，而在量子霍尔效应下，则可以在“各行其道、互不干扰”的高速路上前进。

然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，相当于外加10个计算机大的磁铁，这不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。而量子反常霍尔效应的美妙之处就是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。

在当今信息社会，半导体技术飞速发展，但电脑运行中热量如何散发成为困扰半导体和信息产业发展的一个瓶颈问题。而量子反常霍尔效应的发现将有望解决这一难题。科学家可使电子在不需要强磁场的情况下，按照固定轨迹运动，减少电子无规则碰撞导致的发热和能量损耗。也许不久的将来，量子反常霍尔效应能够得到广泛应用，通过密度集成，计算机的体积也将大大缩小，千亿次的超级计算机有望做成现在的IPAD那么大，未来电脑也可能不再需要散热器。

篇6

本书对固体物理前沿的许多重要课题给出了简明的介绍，以清晰的教学方式提供了该领域已经得到很好确立的基础的背景材料。把导论性的介绍与不断更新的高等论题成功地整合在一起，相关领域的研究生与高水平的研究人员将会从中受益并引起广泛的兴趣。而对于希望对当代固体物理巨大的知识挑战得到一些概览的其他领域的学者也很有价值。

本书详细阐述了固体物理中的标准论题，可以满足刚刚进入物理领域学习的研究生希望对该领域进行追踪研究的需求，并尽可能使学生能容易地与当前的前沿研究衔接。作者重点强调了物理理论而不是技术。同时给出详细推导，使学生读过这本书后，能立即领会相关课题的研究文章。

本书的第1版由Westview Press于2003年出版。这里介绍的是2012年由Cambridge University Press出版的第2版。这一版除保留了原书的写作风格，订正了第1版中的所有印刷错误之外，还包括了本应该纳入第1版但成书时放弃的一些材料。此外也增加了一些反映快速发展而又对于学生最有用的新内容。对于现代高等固体物理的概念提供了一个最新的和清晰的介绍。第2版利用最小的数学知识给学生们介绍重点研究课题，涵盖了许多尖端的主题，包括电子输运和固体磁性。该书第一次以明确和详细的方式阐释了拓扑绝缘体和强关联电子系统。书中还收入了50多个习题，让学生们检验他们的知识。习题的解答都可以在网上在线找到，网址为/solidstate。

本书作者Philip Phillips 是Illinois大学物理系教授。作为一位理论凝聚态物理学家，他因无序和强关联低维系统的出色研究工作而在国际上享有盛誉。本书的绝大部分内容是以作者在Illinois 大学讲授的高等固体物理课程讲义为基础的。

篇7

1、北京师范大学物理学系具有百年历史，它可追溯到1904年在京师大学堂优级师范馆开设的物理学课程。1911年创建数学物理部，1923年正式成立物理系，是全国最早单独设立物理系的高校之一。1952年院系调整，原辅仁大学物理系并入北京师范大学物理系。

2、北师大物理学系在全国具有很高声誉。其理论物理为国家级重点学科；凝聚态物理为北京市重点学科。是“国家理科基础学科研究人才培养基地”；“物理学一级学科博士学位授予权单位”；“物理学一级学科博士后科研流动站”；是“首批国家级特色专业”；“985”工程和“211”工程重点建设学科。

3、在2016年QS世界大学学科排名中，“物理学与天文学”世界排名201-250名，位居内地高校第8位。是我国物理学教学与科研的重要力量之一。

（来源：文章屋网 ）

篇8

关键词 拓扑绝缘体；含时点接触； 拉廷格液体；量子输运

中图分类号 O413.2 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2016）05-0061-04

Abstract The novel topological insulator material has provided the physical foundation for the dissipationless spin transport， possibly constructed the brand-new spintronic devices. The edge state of the topological insulator shows unusual helical feature due to the electron spin-momentum locking. Using the Luttinger liquid theory and nonequilibium Green function， the quantum transport in a quantum spin Hall bar with three quantum point contacts （QPCs） was studied. The currents display very different pump frequency dependence for weak and strong e-e interaction. These unique properties were induced by the helical feature of the edge states， and therefore can be used to detect and control edge state transport.

Key words topological insulator； time dependent quantum point contacts； Luttinger liquid； quantum transport

全电操纵的自旋电子学器件的制备和性能研究是当今凝聚态物理领域的前沿研究课题[1-2].拓扑绝缘体是现代凝聚态物理中的一个重要研究主题.拓扑绝缘体不是常规的超导体，它只能携带很小的电流，不能用于超高效电源线，但它为微芯片开发的范式转移铺平了道路，这将导致自旋电子学的新应用，即利用电子自旋来携带信息.从电子能带结构上来说，拓扑绝缘态不能用传统的金属、绝缘体来描述，而是一种全新的物质态.它的体电子态是有能隙的绝缘态，但它的表面（对三维体系）或者边缘（对二维体系）电子态则是零能隙有手性的金属态[3-7].螺旋的表面电子态具有线性色散关系并且自旋与动量满足特定的手性关系.由于其独特的能带结构和手征特性，电子的输运、磁学和光学性质将明显不同于普通体系[8-13]. 这个快速成长的领域中的关键问题之一是如何检测和控制的拓扑边缘态.到目前为止，量子自旋霍尔坝的边缘态已经通过直流偏压下测量源极和漏极之间电导检测到.最近，文献[14-17]提出使用量子点接触，即带间耦合， 来控制边缘态的输运.量子霍尔效应不是唯一的拓扑绝缘体，最近物理学家陆续预言并实验发现了一系列二维材料由于其自身的自旋轨道耦合导致新的拓扑绝缘态.在该类材料中，自旋轨道耦合会在体能带打开一个带隙分开完全占据的价带和空的导带，并在带隙里面建立起边缘态.量子自旋霍尔边界状态有重要的自旋过滤性质，它可以使自旋向上的电子向一个方向传播，而使自旋向下的电子向另一个方向传播.类比于一种螺旋型粒子的自旋和动量间的关系，后来把这种边界状态称作“螺旋形状态”.

1 螺旋Luttinger 液体的哈密顿量

螺旋Luttinger 液体的自旋与动量方向锁定的，只有准一维系统一半的自由度.考虑一个由右移自旋向上，左移自旋向下的螺旋Luttinger 液体[18].由于时间反演对称性，单粒子的背散射过程被禁止.自由电子的哈密顿量

3 结论

采用玻色化、重整化群及格林函数的方法从理论上研究了3个含时点接触存在对拓扑边缘态输运性质的影响.得到泵浦电流随偏压和温度变化的解析表达式，以及依赖于电子间相互作用幂指数变化规律.研究结果提供了一种调控纳米结构中输运性质的手段.

参考文献：

[1]WOLF S A， AWSCHALOM D D， BUHRMAN R A， et al. Spintronics： a spin-based electronics vision for the future [J]. Science， 2001，294（16）：1488-1495.

[2]UTIC' I， FABIAN J， SARMA S D. Spintronics： funda-mentals and applications [J]. Rev Mod Phys， 2004，76（2）：323.

[3]QI X L， ZHANG S C. The quantum spin Hall effect and topological insulators [J]. Phys Today， 2010，63（1）：33.

[4]HASAN M Z， KANE C L. Topological insulators [J]. Rev Mod Phys， 2010，82（4）：3045C3067.

[5]MOORE J E. Perspective article the birth of topological insulators [J]. Nature， 2010，464（6）：194-198.

[6]SHI L， ZHANG S C， CHANG K. Anomalous electron trajectory in topological insulators [J]. Phys Rev B， 2013，87（5）：161115.

[7]CHEN M N， SHENG L， SHEN R， et al. Spin Chern pumping from the bulk of two-dimensional topological insulators [J]. Phys Rev B， 2015，91（12）：125117.

[8]SHENG D N， WENG Z Y， SHENG L， et al. Quantum spin-hall effect and topologically invariant chern numbers [J]. Phys Rev Lett， 2006，97（3）：036808.

[9]FU L， KANE C L， MELE E J. Topological insulators in three dimensions [J]. Phys Rev Lett， 2007，98（11）：106803.

[10]BERNEVIG B A， HUGHES T L， ZHANG S C. Quantum spin hall effect and topological phase transition in HgTe quantum wells [J]. Science， 2006，314（6）：1757.

[11]CHANG K， LOU W K. Helical quantum states in HgTe quantum dots with inverted band structures [J]. Phys Rev Lett， 2011，106（2）：206802.

[12]MIAO M S， YAN Q， WALLE C G， et al. Polarization-driven topological insulator transition in a GaN/InN/GaN quantum well [J]. Phys Rev Lett， 2012，109（8）：186803.

[13]ZHANG D， LOU W K， MIAO M， et al. Interface-induced topological insulator transition in GaAs/Ge/GaAs quantum wells [J]. Phys Rev Lett， 2013，111（7）：156402.

[14]STRM A， JOHANNESSON H. Tunneling between edge states in a quantum spin hall system [J]. Phys Rev Lett， 2009，102（9）：096806.

[15]SCHMIDT T L. Current correlations in quantum spin hall insulators [J]. Phys Rev Lett， 2011，107（9）：096602.

[16]TEO J C Y， KANE C L. Critical behavior of a point contact in a quantum spin Hall insulator [J]. Phys Rev B， 2009，79（23）：235321.

篇9

哈尔滨工业大学研究生院专业有计算数学、概率论与数理统计、应用数学、运筹学与控制论、物理学、理论物理、粒子物理与原子核物理、原子与分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、声学、光学、无线电物理、无机化学等专业。

哈工大研究生院国家重点培育学科2个；博士学位授权一级学科27个，硕士学位授权一级学科41个，博士专业学位授权点1个，硕士专业学位授权点10个，博士后科研流动站24个。

在教育部第三轮学科评估中，哈尔滨工业大学研究生院有10个一级学科排名位居全国前五位，其中力学学科排名全国第一。材料科学、工程学、物理学、化学、计算机科学、环境与生态学、数学、生物学与生物化学等8个学科进入ESI全球前百分之1的研究机构行列，其中材料科学、工程学已进入全球前千分之1的研究机构行列。

篇10

【关键词】　N8分子 双质子化 势能曲面 稳定性

（1）通过对双五原子环N8进行双质子化得到四种异构体，其几何参数及相对能如图1，总能量以及相对能量列于表1。

双五原子环N8H22+有四种异构体（如图1），N-N键的键长介于1.27-1.36之间。说明N-N键都介于单键和双键之间，具有较大的能量。其中A结构为能量最低态，其他异构体的能量分别比他高10.2、20.6和26.8kcal/mol。由此可知，四种异构体中热力学稳定性的关系为A>B>C>D。

（2）N8H22+的异构体的动力学稳定性。

对四种异构体分别进行势能曲面的研究找到其分解路径，所涉及的各物质的对称性、总能量及相对能分别列于表2。

N8H22+-A有两种分解路径，分别对应两个过渡态A-TS1和A-TS2。分解势垒分别为40.9和58.6kcal/mol。由此可知，A结构的动力学稳定性很高，在实验室中合成后不易分解，较为稳定。N8H22+-B有三种分解路径，分别对应三个过渡态B-TS1、B-TS2和B-TS3。分解势垒分别为22.1、1.4和35.0kcal/mol。由此可知，B结构的动力学稳定性很低（最低分解势垒仅为1.4kcal/mol），在实验室中合成后易分解，不稳定。N8H22+-C有两种分解路径，分别对应两个过渡态C-TS1和C-TS2。分解势垒分别为1.0和21.1kcal/mol。由此可知，C结构的动力学稳定性更低（最低分解势垒仅为1.0kcal/mol），在实验室中合成后极易分解，非常不稳定。N8H22+-D有三种分解路径，分别对应三个过渡态D-TS1、D-TS2和D-TS3。分解势垒分别为14.5、5.4和11.8kcal/mol。由此可知，D结构的动力学稳定性也很低（最低分解势垒仅为5.4kcal/mol），在实验室中合成后易分解，不稳定。

参考文献：

[1]王广厚.物理学的新进展（I）.物理学进展，1994，14（2）：121-172.

[2]王广厚.团簇物理学.上海科学技术出版社，2003.