Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Vật lý vật chất ngưng tụ”

 

===Lý thuyết điện tử cho chất rắn===

Trạng thái kim loại có một ý nghĩa lịch sử quan trọng trong nghiên cứu tính chất của chất rắn.<ref name=ashcroft/mermin>{{chú thích sách|last=Ashcroft|first=Neil W.|last2=Mermin|first2=N. David|title=Solid state physics|year=1976|publisher=Harcourt College Publishers|isbn=978-0-03-049346-1}}</ref> Miêu tả lý thuyết đầu tiên về kim loại do [[Paul Drude]] đề xướng vào năm 1900 trong mô hình Drude, khi giải thích tính chất nhiệt và điện của kim loại bằng cách miêu tả nó như là một [[khí lý tưởng]] của những hạt [[electron]] vừa được phát hiện. Mô hình cổ điển này sau đó được [[Arnold Sommerfeld]] cải thiện khi ông kết hợp với các kết quả của thống kê Fermi–Dirac cho các electron và giải thích được những hành xử lạ thường của tính chất nhiệt dung riêng của kỉm loại nêu trong định luật Wiedemann–Franz.<ref name=ashcroft/mermin/> Năm 1913, thí nghiệm nhiễu xa [[tia X]] cho thấy các kim loại có cấu trúc dàn tinh thể tuần hoàn. Nhà vật lý Thụy Sĩ [[Felix Bloch]] đưa ra nghiệm hàm sóng từ [[phương trình Schrödinger]] với [[thế năng]] [[hàm tuần hoàn|tuần hoàn]], gọi là [[sóng Bloch]].<ref name=han-2010>{{chú thích sách|last=Han|first=Jung Hoon|title=Solid State Physics|year=2010|publisher=Sung Kyun Kwan University|url=http://manybody.skku.edu/Lecture%20notes/Solid%20State%20Physics.pdf}}</ref>

 

===Phá vỡ đối xứng===

[[File:Melting icecubes.gif|thumb|upright|[[Băng|Băng đá]] tan chảy thành nước. Nước lỏng có tính [[đối xứng tịnh tiến]], mà bị phá vỡ trong tinh thể băng đá.]]

Những trạng thái nhất định của vật chất thể hiện tính phá vỡ đối xứng, khi những định luật vật lý liên quan có chứa một số tính [[đối xứng (vật lý học)|đối xứng]] bị phá vỡ. Một ví dụ phổ biến là ở tinh thể chất rắn, ở đây chúng phá vỡ tính [[đối xứng tịnh tiến]]. Những ví dụ khác bao gồm vật liệu sắt từ phá vỡ tính đối xứng quay, và trạng thái kỳ lại hơn như trạng thái nền trong chất siêu dẫn [[lý thuyết BCS|BCS]], trạng thái này phá vớ đối xứng quay [[U(1)]].<ref name=cnayak>{{chú thích sách|last=Nayak|first=Chetan|title=Solid State Physics|publisher=UCLA|url=http://www.physics.ucla.edu/~nayak/solid_state.pdf}}</ref>

 

 

===Sự chuyển pha===

Nghiên cứu [[hiện tượng tới hạn]] và [[sự chuyển pha]] (hay chuyển tiếp pha) là một phần quan trọng trong vật lý vật chất ngưng tụ hiện đại.<ref>{{chú thích sách |title=Physics Through the 1990s|publisher=National Research Council|year=1986|chapter=Chapter 3: Phase Transitions and Critical Phenomena|url=http://books.google.com/books?id=bVq5_t9YwhYC&pg=PA7|isbn=0-309-03577-5}}</ref> Sự chuyển pha liên quan tới sự thay đổi pha của một hệ, dẫn tới sự thay đổi của những tham số bên ngoài như [[nhiệt độ]], dẫn điện... Đặc biệt, [[sự chuyển pha lượng tử]] là sự chuyển tiếp khi nhiệt độ của hệ tiến về 0, và pha của hệ coi như phân biệt với [[trạng thái nền]] của [[ma trận Hamilton]]. Các hệ trải qua sự chuyển pha thể hiện hành xử tới hạn, khi mà một số tính chất của chúng như tương quan độ dài (correlation length), nhiệt dung riêng và [[độ cảm từ]] trở lên phân kỳ. Sự chuyển pha liên tục được miêu tả trong lý thuyết Ginzburg–Landau, mà hoạt động trong xấp xỉ trường trung bình. Tuy nhiên, một vài tính chất quan trọng của sự chuyển pha, như chuyển pha [[cách điện Mott]]–[[siêu chảy]], được biết là không tuân theo mô hình Ginzburg–Landau.<ref name=balents-2005>{{cite journal|last=Balents|first=Leon|coauthors=Bartosch, Lorenz; Burkov, Anton; Sachdev, Subir and Sengupta, Krishnendu |title=Competing Orders and Non-Landau–Ginzburg–Wilson Criticality in (Bose) Mott Transitions|journal=Progress of Theoretical Physics|year=2005|volume=Supplement|issue=160|doi=10.1143/PTPS.160.314|arxiv = cond-mat/0504692 |bibcode = 2005PThPS.160..314B|pages=314 }}</ref> Nghiên cứu sự chuyển tiếp pha trong những hệ tương quan mạnh là một lĩnh vực nghiên cứu năng động.<ref name=Sachdev-LG-2010>{{cite journal|last=Sachdev|first=Subir|coauthors=Yin, Xi|title=Quantum phase transitions beyond the Landau–Ginzburg paradigm and supersymmetry|journal=Annals of Physics|year=2010|volume=325|issue=1|arxiv=0808.0191v2.pdf|doi=10.1016/j.aop.2009.08.003|pages=2|bibcode = 2010AnPhy.325....2S }}</ref>

 

 

===Tán xạ===

Một vài thí nghiệm vật chất ngưng tụ bao gồm bước tán xạ thăm dò, như dùng [[tia X]], [[photon]] quang học, [[neutron]], vv., về thành phần của vật liệu. Sự lựa chọn bước sóng tán xạ phụ thuộc vào phạm vi năng lượng cần quan sát.<ref name=chaikin-lubensky>{{chú thích sách|last=Chaikin|first=P. M.|last2=Lubensky|first2=T. C.|title=Principles of condensed matter physics|year=1995|publisher=Cambridge University Press|isbn=0-521-43224-3}}</ref> [[Bước sóng khả kiến]] có năng lượng vào khoảng 1 [[electron volt|eV]] và được dùng trong thí nghiệm tán xạ nhằm đo sự biến đổi tính chất của vật liệu như của [[hằng số điện môi]] và [[chiết suất]]. Tia X có mức năng lượng vào cỡ 10 keV và do vậy dùng để khám phá mức nguyên tử, và để đo sự biến đổi trong mật độ điện tích electron. Neutron cũng được dùng để thăm dò cấp độ nguyên tử và liên quan tới các thí nghiệm tán xạ hạt nhân, spin của electron và sự từ hóa (do neutron có spin nhưng không có điện tích).<ref name=chaikin-lubensky/> Các đo lường Coulomb và [[tán xạ Mott]] thực hiện bằng cách sử dụng tán xạ chùm electron,<ref>{{chú thích sách|last=Riseborough|first=Peter S.|title=Condensed Matter Physics I|year=2002|url=http://www.scribd.com/doc/74216869/179/Electron-Scattering-Experiments}}</ref> và tương tự, sự hủy [[positron]] có thể dùng như là thí nghiệm gián tiếp để đo năng lượng cục bộ của electron.<ref name=siegel-1980>{{cite journal|last=Siegel|first=R. W.|title=Positron Annihilation Spectroscopy|journal=Annual Review of Materials Science|year=1980|volume=10|pages=393–425|doi=10.1146/annurev.ms.10.080180.002141|bibcode = 1980AnRMS..10..393S }}</ref> [[Phổ học laser]] là công cụ để nghiên cứu các hiện tượng trong phạm vi ánh sáng khả kiến, như [[quang học phi tuyến]], sự chuyển pha bị cấm trong môi trường.<ref name=nap-cmp />

 

 

===Khí nguyên tử lạnh===

[[Bẫy ion|Bẫy ion lạnh]] trong dàn quang học là một công cụ thực nghiệm thường gặp trong vật lý vật chất ngưng tụ cũng như trong vật lý [[quang học]], [[phân tử]], [[nguyên tử]].<ref name=schmeid-iontrap2008>{{cite journal|last=Schmeid|first=R.|coauthors=Roscilde, T.; Murg, V.; Porras, D. and Cirac, J. I.|title=Quantum phases of trapped ions in an optical lattice|journal=New Journal of Physics|year=2008|volume=10|doi=10.1088/1367-2630/10/4/045017|arxiv = 0712.4073 |bibcode = 2008NJPh...10d5017S|issue=4|pages=045017 }}</ref> Kỹ thuật này bao gồm sử dụng laser bước sóng khả kiến để tạo ra những vị trí [[giao thoa]], mà hoạt động như một "dàn", tại đó đặt các ion hay nguyên tử có nhiệt độ rất thấp.<ref name=greiner-nature2008>{{cite journal|last=Greiner|first=Markus|coauthors=Fölling, Simon |title=Condensed-matter physics: Optical lattices|journal=Nature|year=2008|volume=453|pages=736–738|doi=10.1038/453736a|bibcode = 2008Natur.453..736G|issue=7196|pmid=18528388 }}</ref> Nguyên tử lạnh trong các dàn quang học được sử dụng như những "máy mô phỏng lượng tử", tức là chúng hoạt động như những hệ điều khiển được mà có thể dùng để mô hình hóa sự hoạt động của những hệ phức tạp.<ref name=buluta-science2009>{{cite journal|last=Buluta|first=Iulia|coauthors=Nori, Franco |title=Quantum Simulators|journal=Science|year=2009|volume=326|issue=5949|doi=10.1126/science.1177838|bibcode = 2009Sci...326..108B|pages=108–11|pmid=19797653 }}</ref> Đặc biệt, chúng được sử dụng trong các dàn một chiều, hai chiều và ba chiều trong mô hình Hubbard với các tham số cho trước,<ref name=jaksch-aop2005>{{cite journal|last=Jaksch|first=D.|coauthors=Zoller, P. |title=The cold atom Hubbard toolbox|journal=Annals of Physics|year=2005|volume=315|issue=1|pages=52–79|doi=10.1016/j.aop.2004.09.010|arxiv = cond-mat/0410614 |bibcode = 2005AnPhy.315...52J }}</ref> và để nghiên cứu sự chuyển pha đối với trật tự chất lỏng spin (spin liquid) và [[nhiệt độ Néel]].<ref name=schmeid-iontrap2008 />