馬明毅

摘要 近年來，隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，學術界對各個學科加大了研究力度。凝聚態(tài)物理學與材料科學交叉取得了豐富的研究成果，為相關領域發(fā)展帶來了諸多發(fā)展機遇。本文從凝聚態(tài)物理學與材料概念入手，從表面等角度深入探討凝聚態(tài)物理學與材料研究前沿問題，為未來學科發(fā)展提供參考。

關鍵詞 凝聚態(tài)物理學；材料；前沿問題

中圖分類號 04 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）13—0003—02

材料科學與物理學之間存在密切的聯(lián)系，物理學作為一門基礎性學科，在人類社會發(fā)展過程中占據(jù)至關重要的位置。同時，材料科學遇到的難題吸引著物理學家分析和研究，因此，物理學與材料學深度結(jié)合形成了一門交叉學科。其中凝聚態(tài)作為物理學的一部分，加強對其與材料研究前沿問題的研究能夠為學者后續(xù)研究提供更多支持，且能夠在很大程度豐富研究成果。

1凝聚態(tài)物理學與材料概述

凝聚態(tài)物理學，是指研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構等之間的關系。簡而言之，通過對構成凝聚態(tài)物質(zhì)電子、離子等運行形態(tài)、規(guī)律進行探索，充分認識物質(zhì)的物理性質(zhì)。隨著研究不斷深入，針對凝聚態(tài)物理學的研究已經(jīng)由初級層面朝著高級層面發(fā)展。如有固體形態(tài)向外拓展上升至液氮、熔鹽等液態(tài)物質(zhì)，甚至還有氣態(tài)物質(zhì)。另外，隨著技術的發(fā)展，一些全新的概念體系逐漸滲透，產(chǎn)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(chǎn)和生活，制造有用器件的物質(zhì)。隨著人類社會發(fā)展，自然資源和能源日益減少，對于材料概念的理解也發(fā)生了變化，因此材料是人類社會能夠接受、且經(jīng)濟性地創(chuàng)造有用器件的物質(zhì)，更加強調(diào)資源、環(huán)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(tài)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(tài)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(tài)物理學研究成果，在很大程度上為材料界面與表面理論發(fā)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(yōu)化和調(diào)整，使其在具體實踐中能夠更好地發(fā)揮積極作用，為人們生產(chǎn)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?qū)ζ骷阅艿陌l(fā)揮產(chǎn)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(jīng)濟價值。

2.2微結(jié)構方面

凝聚態(tài)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(shù)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(chǎn)奠定了理論基礎?，F(xiàn)如今，運用能帶理論，能夠?qū)w的參量進行計算，并獲取準確的結(jié)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(fā)現(xiàn)全新的結(jié)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(diào)的是未來新材料的發(fā)展和研究動向，即通過設計和控制材料在細節(jié)上的差異性，從而在現(xiàn)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(fā)展是物理學與材料科學交叉的產(chǎn)物，通過構建模型能夠?qū)ξ锲返奈锢硇再|(zhì)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(huán)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(jié)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(tài)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(fā)展，仍然面臨著很多疑難問題。如強關聯(lián)體系中的材料寶藏。電子關聯(lián)，是電子之間形成的庫侖作用。就現(xiàn)有理論研究成果來看，處理固體電子系統(tǒng)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(jié)論依舊不能夠掩蓋這一缺陷，且不能夠適用于實踐當中?？梢?，電子之間的庫倫作用關聯(lián)重要性受到了廣泛關注。

通常來說，強關聯(lián)物質(zhì)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(tài)。因此要想實現(xiàn)對電子具體狀態(tài)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(tài)進行排序，最后獲取到相應的規(guī)則。值得關注的是，現(xiàn)階段，我們針對強關聯(lián)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(jié)構的氧化物尚未得到開發(fā)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(lián)理論，進而實現(xiàn)對新材料的勘探和開發(fā)，為人類社會進一步發(fā)展提供更多支持和參考。

2.5工藝方面

凝聚態(tài)物理學發(fā)展建立在新技術及傳統(tǒng)工藝優(yōu)化進程當中。如上文提到的離子束技術，能夠?qū)Σ牧媳砻娴南嗷プ饔眠M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(fā)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(jié)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(fā)展起來，究其根本是在凝聚態(tài)物理學的支持存在密不可分的聯(lián)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(xiàn)有工藝不足和缺陷的優(yōu)化和改正，進而為實踐研究做好充分的準備。

3結(jié)論

根據(jù)上文所述，針對凝聚態(tài)物理學與材料的研究，本文從不同的方面給予了分析和論述，匯總起來能夠發(fā)現(xiàn)，對于該學科的研究貫穿著簡單到復雜這條主線。因此，在未來研究中，專家和學者要從實際情況入手，結(jié)合現(xiàn)有理論研究成果，針對尚未成熟的領域，要堅持由簡及難原則，從獨特的角度進行思考和論證，同時加大對新工藝、新材料的研究力度，對不同元素進行融合處理，不斷豐富理論研究成果，創(chuàng)新更多性能更好的材料，為人類生產(chǎn)和生活提供更多支持，從而促進我國相關領域又好又快發(fā)展。endprint