第四节　凝聚态物理的进展

一、概述

　　1.凝聚态：物质的固态和液态的总称。

　　2.凝聚态物理学

　　是研究凝聚态物质的宏观及微观本质的学科。由它衍生出了半导体物理、超导物理、液体物理、固体表面物理等分支，已成为当前物理学的重要发展方向。

二、从电子管到晶体管、集成电路

　　1.1904年世界上第一只真空二级电子管由英国人弗莱明发明，因此于1929年获爵士爵位。1906年美国人弗雷斯特又发明了真空三级电子管，卖专利获39万美元。

　　2.巴丁、肖克莱、布拉坦发现晶体管

　　晶体管的发明是固体物理理论发展的产物，也是一些科学家不怕困难集体努力的结果。

　　巴丁： 1908年5月生于美国，是贝尔研究所所长。

　　肖克莱：1910年2月生于英国，主要研究固体物理，提出著名P－N结理论。

　　布拉坦：1902年2月生于中国，实验物理学家。

　　经历了多次试验失败，但百折不挠，终于在1947年12月23日，研制成功第一个晶体管。经多年来不断改进，1999年9月法国科学家研制出的晶体管直径仅为20纳米，表面积仅为第一个晶体管的两亿分之一。

　　晶体管廉价、耐久、耗能小，显示出电子管不可比的优越性，奏响了微电子革命的序曲，半导体物理学应运而生。

　　3.集成电路

　　但晶体管仍然存在着太大、过重和不可靠的缺点，人造卫星，计算机等的发展需要更优越的半导体电路。美国科学家达默首先提出集成电路的创意，即把二极管、三集管、电阻、电容、电感等元件直接做在一块芯片上，按某种功能连接成电路。1959年，美国制成第一块集成电路，现已可以制成集成密度达70万个元件/的芯片。真是鬼斧神工，人类所具有的无限创造力的确令人赞叹！

三、超导物理和超导材料

　　1.1911年，昂纳斯首先发现4.2K水银电阻突然消失。

　　2.1933年，迈斯纳发现超导体内部的磁场实际为零。

　　3.1935年，伦敦兄弟提出了伦敦方程，解释超导体的完全抗磁性。

　　4.1957年，巴丁、库柏、施里佛共同提出了超导电性的微观理论，即B.C.S理论，获诺贝尔奖。

　　5.高温超导的探索

　　人们看到超导体所具有的科学和经济价值。近年来，科学家们为找寻高温超导材料的确花费了力气。

　　有人预测，掺杂金属原子的有可能成为室温超导体。

　　６.超导电性的应用展望

　　1)可制成时速超过500千米的磁悬浮列车，现德国、英国、日本都试制运行。

　　2)可实现无损耗长距离输电。而目前30%的电能因长距离输送而浪费，而用超导材料输电可实现无损耗。

四、其他

　　对凝聚态理论的深入研究，将促进材料科学的新的革命，超微颗粒的纳米材料由于其奇特的性质，在21世纪将迎来它的黄金时代；而被誉为足球分子的，碳的这种同素异形体，可制成杂质半导体、人造金刚石等。假如掺加金属原子的能成为室温超导体，那必将成为材料领域的一代天骄。

　　对凝聚态理论的深入研究，也将带来各种技术手段的提高，比如扫描隧道显微镜的出现。

　　凝聚态物理理论可以转化为各种重要的技术应用，促进了技术的发展，从而孕育着无限的生命力。