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

Lĩnh vực nghiên cứu sự chuyển pha và quan sát các điểm tới hạn (hoặc giới hạn) là một trong những hướng nghiên cứu chính của thập niên 1960.<ref name=Fisher-rmp-1998>{{cite journal|last=Fisher|first=Michael E.|title=Renormalization group theory: Its basis and formulation in statistical physics|journal=Reviews of Modern Physics|year=1998|volume=70|issue=2|doi=10.1103/RevModPhys.70.653|url=http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v70/i2/p653_1|accessdate=ngày 14 tháng 6 năm 2012|bibcode = 1998RvMP...70..653F|pages=653 }}</ref> [[Leo Kadanoff]], [[Benjamin Widom]] và [[Michael Fisher]] phát triển khái niệm [[lũy thừa tới hạn]] (critical exponent) và giả thuyết Widom (Widom scaling). Những ý tưởng này được [[Kenneth G. Wilson|Kenneth Wilson]] thống nhất vào năm 1972 dưới hình thức luận của [[nhóm tái chuẩn hóa]] trong khuôn khổ của lý thuyết trường lượng tử.<ref name=Fisher-rmp-1998>{{cite journal|last=Fisher|first=Michael E.|title=Renormalization group theory: Its basis and formulation in statistical physics|journal=Reviews of Modern Physics|year=1998|volume=70|issue=2|doi=10.1103/RevModPhys.70.653|url=http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v70/i2/p653_1|accessdate=ngày 14 Junetháng 6 năm 2012|bibcode = 1998RvMP...70..653F|pages=653 }}</ref>

Tính toán cấu trúc điện tử trong kim loại bằng cách giải hàm sóng của hệ nhiều vật thường là một nhiệm vụ rất khó, và do vậy, các kỹ thuật xấp xỉ đã được phát minh ra để thu được những tiên đoán có ý nghĩa vật lý.<ref name=perdew-2010>{{cite journal|last=Perdew|first=John P.|coauthors=Ruzsinszky, Adrienn |title=Fourteen Easy Lessons in Density Functional Theory|journal=International Journal of Quantum Chemistry|year=2010|volume=110|pages=2801–2807|url=http://www.if.pwr.wroc.pl/~scharoch/Abinitio/14lessons.pdf|accessdate=ngày 13 tháng 5 năm 2012|doi=10.1002/qua.22829|issue=15}}</ref> [[Mô hình Thomas–Fermi|Lý thuyếtThomas–Fermi]], phát triển trong những năm 1920, được sử dụng để ước tính mức năng lượng của electron khi coi mật độ cục bộ của electron như là tham số biến phân. Sau đấy trong thập niên 1930, [[Douglas Hartree]], [[Vladimir Fock]] và [[John C. Slater|John Slater]] phát triển [[phương pháp Hartree–Fock|hàm sóng Hartree–Fock]] nhằm mở rộng mô hình Thomas–Fermi. Phương pháp Hartree–Fock tính đến thống kê trao đổi của hàm sóng cho từng hạt electron, nhưng ngoại trừ cho tương tác Coulomb giữa chúng. Cuối cùng vào năm 1964–65, [[Walter Kohn]], [[Pierre Hohenberg]] và [[Lu Jeu Sham]] phát triển [[lý thuyết phiếm hàm mật độ]] cho phép miêu tả gần với thực tại của tính chất bề mặt và khối tích của kim loại. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) được ứng dụng rộng rãi từ thập niên 1970 đối với tính toán cấu trúc dải năng lượng của nhiều chất rắn khác nhau.<ref name=perdew-2010>{{cite journal|last=Perdew|first=John P.|author2=Ruzsinszky, Adrienn |title=Fourteen Easy Lessons in Density Functional Theory|journal=International Journal of Quantum Chemistry|year=2010|volume=110|pages=2801–2807|url=http://www.if.pwr.wroc.pl/~scharoch/Abinitio/14lessons.pdf|accessdate=ngày 13 Maytháng 5 năm 2012|doi=10.1002/qua.22829|issue=15}}</ref>

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>{{citechú bookthích 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> 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>{{citechú bookthích sách|last=Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications|title=Condensed Matter Physics|year=1986|publisher=National Academies Press|isbn=978-0-309-03577-4|url=http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=628&page=258}}</ref>

Trong thực nghiệm của vật lý vật chất ngưng tụ, các [[từ trường]] ngoài tác dụng như là các biến nhiệt động lực học (thermodynamic variable) điều khiển trạng thái, sự chuyển pha và các tính chất của hệ vật liệu.<ref name=iupap-report>{{chú thích web|last=Committee on Facilities for Condensed Matter Physics|title=Report of the IUPAP working group on Facilities for Condensed Matter Physics: High Magnetic Fields|url=http://www.iupap.org/wg/wg3/hmff/file_50963.pdf|publisher=International Union of Pure and Applied Physics|year= 2004}}</ref> [[Cộng hưởng từ hạt nhân]] (NMR) là kỹ thuật sử dụng từ trường ngoài để tìm ra các mốt (mode) cộng hưởng của từng electron, từ đó thu được thông tin về nguyên tử, phân tử và cấu trúc liên kết của các electron lân cận. Thí nghiệm NMR có thể thực hiện trong từ trường có cường độ mạnh tới 65 [[Tesla (đơn vị)|Tesla]].<ref>{{chú thích sách|title=High Magnetic Fields|chapter=Nuclear Magnetic Resonance in Solids at very high magnetic fields|author=Moulton, W. G. and Reyes, A. P. |editor=Herlach, Fritz |series=Science and Technology|publisher=World Scientific|year=2006|url=http://books.google.com/books?id=tN8CbCHzBmcC&pg=PA185|isbn=9789812774880}}</ref> Dao động lượng tử (quantum oscillations) là một kỹ thuật thực nghiệm khác khi sử dụng từ trường mạnh để nghiên cứu tính chất vật liệu như hình học của [[bề mặt Fermi]].<ref name=doiron-leyraud2007>{{cite journal|last=Doiron-Leyraud|first=Nicolas|coauthors=et al.|title=Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor|journal=Nature|year=2007|volume=447|pages=565–568|doi=10.1038/nature05872|arxiv = 0801.1281 |bibcode = 2007Natur.447..565D|issue=7144|pmid=17538614 }}</ref> [[Hiệu ứng Hall lượng tử]] cũng sử dụng các từ trường ngoài mạnh để nghiên cứu các tính chất tô pô như góc Chern–Simons có thể đo được bằng thí nghiệm.<ref name=nap-cmp>{{citechú bookthích sách|last=Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications|title=Condensed Matter Physics|year=1986|publisher=National Academies Press|isbn=978-0-309-03577-4|url=http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=628&page=258}}</ref>

Nghiên cứu trong vật lý vật chất ngưng tụ đem đến một số thiết bị ứng dụng, như sự phát triển của tranzitor bán dẫn,<ref name=marvincohen2008 /> và công nghệ [[laser]].<ref name=nap-cmp>{{chú thích sách|last=Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications|title=Condensed Matter Physics|year=1986|publisher=National Academies Press|isbn=978-0-309-03577-4|url=http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=628&page=258}}</ref> Một số hiện tượng nghiên cứu trong lĩnh vực [[công nghệ nano]] trở thành nội dung nghiên cứu của vật lý vật chất ngưng tụ.<ref name=nato-lifshitz>{{cite journal|last=Lifshitz|first=R.|title=Nanotechnology and Quasicrystals: From Self-Assembly to Photonic Applications|journal=NATO Science for Peace and Security Series B|year=2009|series=Silicon versus Carbon|doi=10.1007/978-90-481-2523-4_10|isbn=978-90-481-2522-7|pages=119}}</ref> Các kỹ thuật như [[kính hiển vi quét chui hầm]] được sử dụng để điều khiển các quá trình ở cấp nano, và khai sinh ra ngành nghiên cứu lắp ráp và chế tạo thiết bị nano (nanofabrication).<ref name=yeh-perspective>{{cite journal|last=Yeh|first=Nai-Chang|title=A Perspective of Frontiers in Modern Condensed Matter Physics|journal=AAPPS Bulletin|year=2008|volume=18|issue=2|url=http://www.its.caltech.edu/~yehgroup/documents/AAPPS_v18_no2_pg11.pdf|accessdate=ngày 31 tháng 3 năm 2012}}</ref> Một vài hệ vật chất ngưng tụ đang được nghiên cứu với khả năng ứng dụng cho [[máy tính lượng tử]],<ref name=clarkson-grant>{{chú thích web|last=Privman|first=Vladimir|title=Quantum Computing in Condensed Matter Systems|url=http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA327465|publisher=Clarkson University|accessdate=ngày 31 tháng 3 năm 2012}}</ref> bao gồm các thí nghiệm về [[chấm lượng tử]], [[SQUID]], và các mô hình lý thuyết như mã vòng xuyến (toric code) và mô hình dimer lượng tử (quantum dimer model).<ref name=aguado-topology>{{cite journal|last=Aguado|first=M|coauthors=Cirac, J. I. and Vidal, G. |title=Topology in quantum states. PEPS formalism and beyond|journal=Journal of Physics: Conference Series|year=2007|volume=87|doi=10.1088/1742-6596/87/1/012003|bibcode = 2007JPhCS..87a2003A|pages=012003 }}</ref> Các hệ vật chất ngưng tụ có thể tinh chỉnh để cung cấp các điều kiện cần thiết cho tính kết hợp (coherence) và độ nhạy pha (phase-sensitivity) là những thành phần cần thiết trong lưu trữ thông tin lượng tử.<ref name=yeh-perspective>{{cite journal|last=Yeh|first=Nai-Chang|title=A Perspective of Frontiers in Modern Condensed Matter Physics|journal=AAPPS Bulletin|year=2008|volume=18|issue=2|url=http://www.its.caltech.edu/~yehgroup/documents/AAPPS_v18_no2_pg11.pdf|accessdate=ngày 31 Marchtháng 3 năm 2012}}</ref> [[Spintronics]] (điện tử học spin) là một lĩnh vực công nghệ mới nghiên cứu cách xử lý và truyền thông tin, dựa trên tính chất [[spin]] hơn là sự vận chuyển các [[electron]].<ref name=yeh-perspective>{{cite journal|last=Yeh|first=Nai-Chang|title=A Perspective of Frontiers in Modern Condensed Matter Physics|journal=AAPPS Bulletin|year=2008|volume=18|issue=2|url=http://www.its.caltech.edu/~yehgroup/documents/AAPPS_v18_no2_pg11.pdf|accessdate=ngày 31 Marchtháng 3 năm 2012}}</ref> Vật lý vật chất ngưng tụ cũng có ứng dụng quan trọng trong [[lý sinh học]], ví như trong kỹ thuật [[chụp ảnh cộng hưởng từ]] sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán y học.<ref name=yeh-perspective>{{cite journal|last=Yeh|first=Nai-Chang|title=A Perspective of Frontiers in Modern Condensed Matter Physics|journal=AAPPS Bulletin|year=2008|volume=18|issue=2|url=http://www.its.caltech.edu/~yehgroup/documents/AAPPS_v18_no2_pg11.pdf|accessdate=ngày 31 Marchtháng 3 năm 2012}}</ref>