凝聚態物理范文

導語：如何才能寫好一篇凝聚態物理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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l. m. sander著

凝聚態是由大量的原子和分子“粘合”而成的狀態,固體和液體是最典型的實例。由于集團效應起決定性的作用,這樣系統的物理與個體或少體的分子或原子物理完全不同。凝聚態物理涵蓋的領域極為廣泛,它包括傳統的固體物理(如晶體物理)、磁性、流體力學、彈性理論、材料物理、聚合物物理以及一些生物物理。而實際上這些領域之間,使用的工具和技巧有不同程度的重疊。

本書是基于作者在美國密歇根大學物理系多年講授凝聚態物理研究生課程的經驗編寫的一部教科書。作者嘗試不采用諸如green函數等高等方法來引進現代凝聚態物理的盡可能多的概念,認為那些復雜而抽象的形式可能會掩蓋對基本物理特性的理解,本書代之以強調基本物理推理。這樣做的代價是不得不舍棄一些現代研究工作中的重要課題。學習本書要求學生們有比較好的統計物理和非相對論量子理論的基礎知識并學過kittel水平的大學凝聚態物理。

全書內容共分成10章,它們分別為: 1. 凝聚態物質的性質; 2.有序與無序; 3.晶體、散射和關聯; 4.表面和晶體生長; 5.經典和量子波; 6.無相互作用的電子模型; 7.無相互作用電子的動力學; 8.介電和光學性質; 9.電子相互作用; 10.超流和超導。

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1凝聚態物理學與材料概述

凝聚態物理學，是指研究凝聚態物質的物理性質、微觀結構等之間的關系。簡而言之，通過對構成凝聚態物質電子、離子等運行形態、規律進行探索，充分認識物質的物理性質。隨著研究不斷深入，針對凝聚態物理學的研究已經由初級層面朝著高級層面發展。如有固體形態向外拓展上升至液氮、熔鹽等液態物質，甚至還有氣態物質。另外，隨著技術的發展，一些全新的概念體系逐漸滲透，產生了更多新的研究成果，賦予材料新特點，在很大程度上幫助學者解決疑難問題提供了極大的支持。

就廣義角度來看，材料是幫助人類生產和生活，制造有用器件的物質。隨著人類社會發展，自然資源和能源日益減少，對于材料概念的理解也發生了變化，因此材料是人類社會能夠接受、且經濟性地創造有用器件的物質，更加強調資源、環境等因素。從實用層面來劃分，材料分為金屬、無機及有機3種。

2凝聚態物理學與材料研究前沿問題分析

2.1表面與界面方面

表面與界面作為物理學與材料學交叉的重要領域，很多相互作用都建立在材料表面和界面基礎之上。物體自身狀態直接決定材料熱力學效應。作為重點研究領域，界面與表面是當今該領域研究的一大難點。凝聚態物理學研究成果，在很大程度上為材料界面與表面理論發展提供了支持，如離子束的提出，使得人們自20世紀60年代開始運用離子束，注入到材料表面，對材料表面特性進行優化和調整，使其在具體實踐中能夠更好地發揮積極作用，為人們生產和生活提供便利。

催化和腐蝕是表面控制的2個主要過程。截止到今天，催化和腐蝕機理尚未得到完善的研究成果。此外，薄膜功能材料的提出，也成為該領域研究的重點。如光的干涉效應能夠引起透射和反射。表面與界面在為電子學方面也具有非常重要的作用，如半導體和金屬界面等，能夠對器件性能的發揮產生不同程度的影響。綜合來看，表面和界面的研究處于前沿地位，且每個關鍵問題的有效解決都能夠給相關領域帶來巨大的經濟價值。

2.2微結構方面

凝聚態物理學很多基本理論，如固體能帶理論、元級法理論等都是建立在粒子數無限大基礎之上。這些理論證明了銅、鋁具有導電性，為實踐生產奠定了理論基礎。現如今，運用能帶理論，能夠對晶體的參量進行計算，并獲取準確的結果。由于該項理論非常成熟，要想進一步突破難度非常大。對此要想發現全新的結果，需要從不同的道路著手。正如R.Feynman曾指出當我們得以對細微尺度的事物進行操控，將會在很大程度上拓展我們獲得的范圍，其所要強調的是未來新材料的發展和研究動向，即通過設計和控制材料在細節上的差異性，從而在現有材料中探索出意想不到的物理性能。

2.3理論與模型方面

理論與模型對材料科學貢獻較大。計算物理學是材料科學家運用的主要工具，定量模型的發展是物理學與材料科學交叉的產物，通過構建模型能夠對物品的物理性質等進行分析和了解。目前，很多物理學概念在材料研究中應用較廣。如相變、裂變等，與之相對應的儀器設備也層出不窮。如今空間分辨率能夠在特定環境下觀察到單個原子，因此可以說，沒有這些研究成果，材料科學就不能夠獲得更大的進步。但是微結構的定量描述始終是材料科學的主要課題，也是物理學家和材料學家合作的重點方向。

2.4材料方面

凝聚態理論日漸完善，使得我們能夠更加明確材料的物理特性，但是隨著人類社會的發展，仍然面臨著很多疑難問題。如強關聯體系中的材料寶藏。電子關聯，是電子之間形成的庫侖作用。就現有理論研究成果來看，處理固體電子系統時，需要適當忽略電子之間的相互作用，在理想條件下進行研究。但得出的結論依舊不能夠掩蓋這一缺陷，且不能夠適用于實踐當中。可見，電子之間的庫倫作用關聯重要性受到了廣泛關注。

通常來說，強關聯物質存在于特定范圍當中，如金屬與絕緣體界限附近，即電子處于完全離域化拓展狀態。因此要想實現對電子具體狀態的有效判斷，研究人員需要從其他方面入手，分析各個元素之間的關系，然后對其形態進行排序，最后獲取到相應的規則。值得關注的是，現階段，我們針對強關聯體系的認知水平處于初級階段，無論是理論、還是實踐方面都有待進一步深入。而從材料方面來說，多元復雜結構的氧化物尚未得到開發和研究，因此，可以將此作為未來全新的研究課題，并利用強關聯理論，進而實現對新材料的勘探和開發，為人類社會進一步發展提供更多支持和參考。

2.5工藝方面

凝聚態物理學發展建立在新技術及傳統工藝優化進程當中。如上文提到的離子束技術，能夠對材料表面的相互作用進行分析。針對處于溫度較低的條件下，能夠建設成為不同的材料。因此可以廣泛應用于高性能、功能豐富的薄膜當中，從而形成全新的材料。另外，激光技術的提出為科學研究帶來了諸多發展契機。如激光拉曼光譜與XRD技術的有機整合，能夠幫助我們重新認識晶體結構，進而為半導體的進一步探索提供相應的技術支持。外延作為一種制作單晶薄膜的技術，其之所以能夠發展起來，究其根本是在凝聚態物理學的支持存在密不可分的聯系。隨著社會進步，人們對技術將會提出更高要求。因此還應加大對全新工藝的研究，與此同時，加大對現有工藝不足和缺陷的優化和改正，進而為實踐研究做好充分的準備。

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人類生存的世界，是一個物質的世界.過去，人們只知道物質有三態，即氣態、液態和固態.20世紀中期，科學家確認物質有第四態，即等離子體態（Plasma），另外，科學巨匠愛因斯坦在70多年前預言的一種新物態，后來在l995年，被美國標準技術研究院和美國科羅拉多大學的科學家組成的聯合研究小組，研究創造出物質的第五態，叫做“玻色一愛因斯坦凝聚態”，2004年1月29日，還是這個研究小組又宣布，他們創造出了物質的第六種形態：費米子凝聚態（Fermionic Condensate），神奇的凝聚態物質如圖1所示.

除此之外，還有一種物質有八態的說法：第四態還是等離子態、物質第五態：超密態、物質第六態：輻射場態、物質第七態：反物質和有“物質第八態之謎”稱號的：暗物質.

2物質新態引發社會變遷

首先，我們來看等離子態，他是1879年英國物理學家克魯克斯在研究陰極射線時，發現了具有獨特性質的等離子體，從而發現了物質的第四態.

現在等離子態在日常生活中已經有了廣泛的認識和應用：閃電作為一種自然現象，其實是由于空氣放電形成了等離子體的緣故.在地球上，等離子態的物質并不多見，但在整個宇宙中恰好相反.由于高溫或強烈的輻射，物質極易電離，宇宙空間中的許多彌漫星云以及某些恒星大氣，都處于等離子態.作為恒星的太陽，其實就是一個高溫的等離子火球.太陽的強烈輻射，使高空大氣層呈等離子態.這一層大氣由等離子體組成，稱為電離層.遠距離無線電通訊就是依靠電離層反射電磁波，傳遞信息.五光十色的霓虹燈就是氖或氬的等離子體在發光.把各種不同的惰性氣體分別充入不同的燈管，通電時可以發出各種不同顏色的光.等離子態的研究，對于人工控制熱核反應，磁流體發電等尖端科學技術具有十分重要的意義.

其次，美國的聯合研究小組1995年研究創造出“玻色一愛因斯坦凝聚態”后，負責該項研究的三位科學家獲得了2001年度諾貝爾物理學獎.2004年他們研究創造出物質的第六種形態：費米子凝聚態后，國際物理學界認為，這一成果為人類認識物質世界打開了又一扇大門，具有重大的理論和實踐意義，將成為年度重大科技成果之一.

這項成果有助于下一代超導體的誕生.而下一代超導體技術可在電能輸送、超導磁懸浮列車、超導計算機、地球物理勘探、生物磁學、高能物理研究等眾多領域和學科中大顯身手.

再看超密態物質：在通常狀況下，鐵的密度是每立方厘米7.9克，為普通巖石密度的的兩倍多.鉑的密度是每立方厘米21.5克，約為鐵的密度的2.8倍，其密度在地球上可謂大矣.然而，在宇宙中有些天體的密度卻大得驚人.如白矮星，按地球引力計算，其中心密度為每立方厘米一百噸左右；根據地球引力計算，中子星的密度每立方厘米達十億噸左右，相當于，一粒小桃核那么小的中子星物質，需要十萬艘萬噸級巨輪才能拖動它.了解了其密度如此之大的原因是電子全部被壓進原子內層或者被壓進原子核，并且認識到宇宙中已發現的中子星就有300多顆，如果航天技術及其他技術都發展到了相當的程度，能夠把中子星上的超密態物質取回到地球上來為人類所用，那將是一個什么樣的概念呢？

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玻色子和費米子

在介紹費米子冷凝態之前，必須了解兩個問題，第一個是關于玻色子和費米子的區別，另一個是什么是玻色一愛因斯坦冷凝態。首先，介紹一下玻色子和費米子。一般人對于這兩個概念并不熟悉。當談到物質的粒子時，人們首先想到的是原子、電子、光子等。其實任何物質的粒子都可以歸為兩類：玻色子或費米子。玻色子和費米子的區別體現在“自旋”這個量子力學的特性上，自旋量子數為整數的粒子為玻色子，而自旋量子數為半整數的粒子為費米子。這種自旋的差異造成費米子和玻色子有完全不同的特性。

玻色子是一些性格“溫順”的粒予，它們可以共處于同一量子狀態。玻色子的分布與溫度有關，溫度高時，玻色子的原子“各自為政”：當溫度很低，低于臨界溫度時，會出現大量玻色子原子在最低能級集聚的情況，普通的鈉原子就是玻色子。而費米子卻是一些具有很強獨立性的“不合群”粒子，它們之間互相排斥，互不相讓。如果一個費米子占據了一個能量級位置，其它的費米子就不得不跑到能量較高的量子級上。費米子，包括電子、夸克及半數元素周期表中的原子不會自己集聚在一起，必須借助外力改變它們的特性后才能聚在一起。

玻色－愛因斯坦冷凝態

如果我們讓一些玻色子的原子不斷冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷，例如，接近絕對零度(－273.15℃)，這時奇跡出現了――所有的原子不再各自為政，再也分不出你我他了，它們似乎都變成了一個超大原子!這就是物質第五態――玻色－愛因斯坦冷凝態。

為什么將它稱為玻色－愛因斯坦冷凝態，里面還有個故事。1924年，年輕的印度物理學家玻色提出了一種關于原子的新理論，他認為在原子尺度上我們根本不可能區分兩個同類原子(如兩個氧原子)的不同。由于這個理論與傳統的、認為可以辨別同類原子中每個原子“面孔”的理論不同，被剝奪了發表權。玻色于是將他的文章寄給愛因斯坦。愛因斯坦對玻色的文章十分重視，他將玻色的理論用于原子氣體中，進而推測，在正常溫度下，原子可以處于任何一個能級上，但在非常低的溫度下，原子會突然跌落到最低的能級上，處于這種狀態的大量原子的行為像一個大超級原子，具有完全相同的物理性質。后來物理界將物質的這種狀態稱為玻色一愛因斯坦冷凝態。

理論有了，但要證明這個理論卻十分困難，必須能夠創造出這種冷凝物才能令人信服。要生成玻色－愛因斯坦冷凝物可不是一件容易的事。一方面需要創造使原子可以凝聚在一起的極低溫度，另一方面還需要這時的原子處于氣態。極低溫下的物質如何能保持氣態呢?這實在令無數科學家頭疼不已。后來，物理學家發現一些堿金屬，還有氦原子和鈣等的原子氣體不會因制冷出現液態，更不會高度聚集形成常規的固體。實驗對象有了，創造出可以冷卻到足夠低溫度的條件卻不具備。隨著科學技術的發展，激光冷卻技術和電磁操縱的磁阱技術產生了，終于在玻色一愛因斯坦凝聚理論提出71年之后的1995年6月，兩名美國科學家康奈爾、維曼以及德國科學家克特勒分別在銣原子蒸氣中第一次直接觀測到了玻色一愛因斯坦冷凝態。這三位科學家也因此而榮膺2001年度諾貝爾物理學獎。此后，這個領域經歷著爆發性的發展，目前世界上已有幾十個研究組在稀薄原子氣中實現了玻色一愛因斯坦冷凝態。

費米子冷凝物

費米子冷凝態是怎樣創造出來的呢?由于沒有任何兩個費米子能擁有相同的量子態，費米子的凝聚一直被很多人認為不可能實現。但是，從事費米子冷凝態研究的科學家們秉承著“大膽假設，小心求證”的科學精神，慎重地向這塊未知的科學領域推進。終于在2003年12月，美-國物理學家黛博拉?金負責的研究組創造出了世界上第一個費米子冷凝物。

由于費米子的“不合群”特性，不能凝聚在一起。科學家們認為如果采用一些方法改變費米子的特性，將它們改變成像玻色子一樣，就可能實現凝聚。后來，他們發現了一種對付這些不合群贊米子的方法。他們小心翼翼地，就像愛神“丘比特”那樣利用磁場作為金箭，射到費米子身上，促使費密子配對。這樣，兩個半整數自旋的費米子就組成一個整數自旋的費米子對。科學家們還可以通過調整磁場來控制配對的力量。配對后費米子保留了它們自己的一些特性，但去掉了“不合群”的壞習慣，能夠像玻色子一樣，在極低溫度下，一對費米子和另一對融合，不停地融合，結果所有氣體原子突然冷凝到像玻色～愛因斯坦冷凝物一樣的凝聚態，最終形成一個費密子冷凝物。不同的研究小組采用促使費米子配對的具體對象和方法不同。奧地利英斯布瑞克大學的科學家將鋰－6原子冷卻，同時施加穩定磁場，促使費米子結合在一起；美國科羅拉多“實驗室天體物理學聯合研究所”采用的技術略有不同，他們將鉀40原子冷卻后施加磁場，通過磁場變化讓每個原子強烈吸引附近的原子，誘發它們形成成對原子，然后凝聚成玻色一愛因斯坦凝聚態。

在進行費米子冷凝態的研究中，為什么選用鉀和鋰作為實驗對象呢?這種選擇不是任意的，而是與采用的冷凝技術有關。將一個氣體冷卻到極端低溫要通過幾個步驟。第一步是采用“激光制冷”技術，將氣體冷卻到接近絕對零度。然后，將這種原子放到一個磁場陷阱中，在這種情況下允許其中最高能量的原子“逃脫”，就像人皮膚汗液蒸發一樣。制冷后剩下的原子，使它們處于lOOnK的溫度里。最后一步是將原子轉移到一個“光學”陷阱中，繼續蒸發冷卻，最后達到臨界溫度，在那里氣體將被濃縮到一種超液體狀態，這時的溫度大約是50nK。

在進行激光冷卻這步操作時，最好使用化學元素周期表第一列的元素，在第1列的7個元素中，只有鋰－6和鉀－40是穩定的，是一種“長命的”費米子。所以，進行費米子研究的所有研究組使用的是這兩個元素中的一個。對于玻色一愛因斯坦冷凝物來說，用的是化學元素周期表第一列中的鈉和銣。

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在認識量子反常霍爾效應之前，讓我們先來了解一下量子霍爾效應。

量子霍爾效應，于1980年被德國科學家發現，是整個凝聚態物理領域中重要、最基本的量子效應之一。它的應用前景非常廣泛，比如，我們使用計算機的時候，會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下芯片中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發生能量損耗。實際上，量子霍爾效應就是粒子在低溫條件下所發生的一種奇特現象。普通狀態的電子是雜亂無章的，它們無序運動，不斷發生碰撞。而處于量子霍爾態的電子則好像置身在一條“高速公路”上，中間有隔離帶，將兩個方向的“車流”隔開。

也就是說，量子霍爾效應能解決電子碰撞發熱的問題，因而在未來的量子計算、量子信息存儲方面具有巨大的應用潛力，據此設計新一代大規模集成電路和元器件，將會具有極低的能耗。

量子霍爾效應可以對電子的運動制定一個規則，讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進。這就好比一輛高級跑車，常態下是在擁擠的市區街道前進，而在量子霍爾效應下，則可以在“各行其道、互不干擾”的高速路上前進。

然而，量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場，相當于外加10個計算機大的磁鐵，這不但體積龐大，而且價格昂貴，不適合個人電腦和便攜式計算機。而量子反常霍爾效應的美妙之處就是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實現量子霍爾態，更容易應用到人們日常所需的電子器件中。

在當今信息社會，半導體技術飛速發展，但電腦運行中熱量如何散發成為困擾半導體和信息產業發展的一個瓶頸問題。而量子反常霍爾效應的發現將有望解決這一難題。科學家可使電子在不需要強磁場的情況下，按照固定軌跡運動，減少電子無規則碰撞導致的發熱和能量損耗。也許不久的將來，量子反常霍爾效應能夠得到廣泛應用，通過密度集成，計算機的體積也將大大縮小，千億次的超級計算機有望做成現在的IPAD那么大，未來電腦也可能不再需要散熱器。

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本書對固體物理前沿的許多重要課題給出了簡明的介紹，以清晰的教學方式提供了該領域已經得到很好確立的基礎的背景材料。把導論性的介紹與不斷更新的高等論題成功地整合在一起，相關領域的研究生與高水平的研究人員將會從中受益并引起廣泛的興趣。而對于希望對當代固體物理巨大的知識挑戰得到一些概覽的其他領域的學者也很有價值。

本書詳細闡述了固體物理中的標準論題，可以滿足剛剛進入物理領域學習的研究生希望對該領域進行追蹤研究的需求，并盡可能使學生能容易地與當前的前沿研究銜接。作者重點強調了物理理論而不是技術。同時給出詳細推導，使學生讀過這本書后，能立即領會相關課題的研究文章。

本書的第1版由Westview Press于2003年出版。這里介紹的是2012年由Cambridge University Press出版的第2版。這一版除保留了原書的寫作風格，訂正了第1版中的所有印刷錯誤之外，還包括了本應該納入第1版但成書時放棄的一些材料。此外也增加了一些反映快速發展而又對于學生最有用的新內容。對于現代高等固體物理的概念提供了一個最新的和清晰的介紹。第2版利用最小的數學知識給學生們介紹重點研究課題，涵蓋了許多尖端的主題，包括電子輸運和固體磁性。該書第一次以明確和詳細的方式闡釋了拓撲絕緣體和強關聯電子系統。書中還收入了50多個習題，讓學生們檢驗他們的知識。習題的解答都可以在網上在線找到，網址為/solidstate。

本書作者Philip Phillips 是Illinois大學物理系教授。作為一位理論凝聚態物理學家，他因無序和強關聯低維系統的出色研究工作而在國際上享有盛譽。本書的絕大部分內容是以作者在Illinois 大學講授的高等固體物理課程講義為基礎的。

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1、北京師范大學物理學系具有百年歷史，它可追溯到1904年在京師大學堂優級師范館開設的物理學課程。1911年創建數學物理部，1923年正式成立物理系，是全國最早單獨設立物理系的高校之一。1952年院系調整，原輔仁大學物理系并入北京師范大學物理系。

2、北師大物理學系在全國具有很高聲譽。其理論物理為國家級重點學科；凝聚態物理為北京市重點學科。是“國家理科基礎學科研究人才培養基地”；“物理學一級學科博士學位授予權單位”；“物理學一級學科博士后科研流動站”；是“首批國家級特色專業”；“985”工程和“211”工程重點建設學科。

3、在2016年QS世界大學學科排名中，“物理學與天文學”世界排名201-250名，位居內地高校第8位。是我國物理學教學與科研的重要力量之一。

（來源：文章屋網 ）

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關鍵詞 拓撲絕緣體；含時點接觸； 拉廷格液體；量子輸運

中圖分類號 O413.2 文獻標識碼 A 文章編號 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

全電操縱的自旋電子學器件的制備和性能研究是當今凝聚態物理領域的前沿研究課題[1-2].拓撲絕緣體是現代凝聚態物理中的一個重要研究主題.拓撲絕緣體不是常規的超導體，它只能攜帶很小的電流，不能用于超高效電源線，但它為微芯片開發的范式轉移鋪平了道路，這將導致自旋電子學的新應用，即利用電子自旋來攜帶信息.從電子能帶結構上來說，拓撲絕緣態不能用傳統的金屬、絕緣體來描述，而是一種全新的物質態.它的體電子態是有能隙的絕緣態，但它的表面（對三維體系）或者邊緣（對二維體系）電子態則是零能隙有手性的金屬態[3-7].螺旋的表面電子態具有線性色散關系并且自旋與動量滿足特定的手性關系.由于其獨特的能帶結構和手征特性，電子的輸運、磁學和光學性質將明顯不同于普通體系[8-13]. 這個快速成長的領域中的關鍵問題之一是如何檢測和控制的拓撲邊緣態.到目前為止，量子自旋霍爾壩的邊緣態已經通過直流偏壓下測量源極和漏極之間電導檢測到.最近，文獻[14-17]提出使用量子點接觸，即帶間耦合， 來控制邊緣態的輸運.量子霍爾效應不是唯一的拓撲絕緣體，最近物理學家陸續預言并實驗發現了一系列二維材料由于其自身的自旋軌道耦合導致新的拓撲絕緣態.在該類材料中，自旋軌道耦合會在體能帶打開一個帶隙分開完全占據的價帶和空的導帶，并在帶隙里面建立起邊緣態.量子自旋霍爾邊界狀態有重要的自旋過濾性質，它可以使自旋向上的電子向一個方向傳播，而使自旋向下的電子向另一個方向傳播.類比于一種螺旋型粒子的自旋和動量間的關系，后來把這種邊界狀態稱作“螺旋形狀態”.

1 螺旋Luttinger 液體的哈密頓量

螺旋Luttinger 液體的自旋與動量方向鎖定的，只有準一維系統一半的自由度.考慮一個由右移自旋向上，左移自旋向下的螺旋Luttinger 液體[18].由于時間反演對稱性，單粒子的背散射過程被禁止.自由電子的哈密頓量

3 結論

采用玻色化、重整化群及格林函數的方法從理論上研究了3個含時點接觸存在對拓撲邊緣態輸運性質的影響.得到泵浦電流隨偏壓和溫度變化的解析表達式，以及依賴于電子間相互作用冪指數變化規律.研究結果提供了一種調控納米結構中輸運性質的手段.

參考文獻：

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哈爾濱工業大學研究生院專業有計算數學、概率論與數理統計、應用數學、運籌學與控制論、物理學、理論物理、粒子物理與原子核物理、原子與分子物理、等離子體物理、凝聚態物理、聲學、光學、無線電物理、無機化學等專業。

哈工大研究生院國家重點培育學科2個；博士學位授權一級學科27個，碩士學位授權一級學科41個，博士專業學位授權點1個，碩士專業學位授權點10個，博士后科研流動站24個。

在教育部第三輪學科評估中，哈爾濱工業大學研究生院有10個一級學科排名位居全國前五位，其中力學學科排名全國第一。材料科學、工程學、物理學、化學、計算機科學、環境與生態學、數學、生物學與生物化學等8個學科進入ESI全球前百分之1的研究機構行列，其中材料科學、工程學已進入全球前千分之1的研究機構行列。

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【關鍵詞】　N8分子 雙質子化 勢能曲面 穩定性

（1）通過對雙五原子環N8進行雙質子化得到四種異構體，其幾何參數及相對能如圖1，總能量以及相對能量列于表1。

雙五原子環N8H22+有四種異構體（如圖1），N-N鍵的鍵長介于1.27-1.36之間。說明N-N鍵都介于單鍵和雙鍵之間，具有較大的能量。其中A結構為能量最低態，其他異構體的能量分別比他高10.2、20.6和26.8kcal/mol。由此可知，四種異構體中熱力學穩定性的關系為A>B>C>D。

（2）N8H22+的異構體的動力學穩定性。

對四種異構體分別進行勢能曲面的研究找到其分解路徑，所涉及的各物質的對稱性、總能量及相對能分別列于表2。

N8H22+-A有兩種分解路徑，分別對應兩個過渡態A-TS1和A-TS2。分解勢壘分別為40.9和58.6kcal/mol。由此可知，A結構的動力學穩定性很高，在實驗室中合成后不易分解，較為穩定。N8H22+-B有三種分解路徑，分別對應三個過渡態B-TS1、B-TS2和B-TS3。分解勢壘分別為22.1、1.4和35.0kcal/mol。由此可知，B結構的動力學穩定性很低（最低分解勢壘僅為1.4kcal/mol），在實驗室中合成后易分解，不穩定。N8H22+-C有兩種分解路徑，分別對應兩個過渡態C-TS1和C-TS2。分解勢壘分別為1.0和21.1kcal/mol。由此可知，C結構的動力學穩定性更低（最低分解勢壘僅為1.0kcal/mol），在實驗室中合成后極易分解，非常不穩定。N8H22+-D有三種分解路徑，分別對應三個過渡態D-TS1、D-TS2和D-TS3。分解勢壘分別為14.5、5.4和11.8kcal/mol。由此可知，D結構的動力學穩定性也很低（最低分解勢壘僅為5.4kcal/mol），在實驗室中合成后易分解，不穩定。

參考文獻：

[1]王廣厚.物理學的新進展（I）.物理學進展，1994，14（2）：121-172.

[2]王廣厚.團簇物理學.上海科學技術出版社，2003.