美國凝聚態(tài)物理學(xué)專業(yè)是一門以物質(zhì)的宏觀物理性質(zhì)作為主要研究對象的學(xué)科。所謂“凝聚態(tài)”是指由大量粒子(原子、分子、離子、電子)組成，并且粒子間有很強的相互作用的系統(tǒng)。美國凝聚態(tài)物理專業(yè)研究領(lǐng)域有散射、外部磁場、核光譜和冷原子氣體，下面跟著托普仕老師一起來看看具體內(nèi)容吧！
一、散射
一些凝聚態(tài)物質(zhì)實驗涉及實驗探針(例如X 射線、光學(xué)光子、中子等)在材料成分上的散射。散射探頭的選擇取決于感興趣的觀測能量尺度?？梢姽獾哪芰繛?電子伏(eV)，可用作散射探針來測量介電常數(shù)和折射率等材料特性的變化。X射線的能量約為 10 keV，因此能夠探測原子長度尺度，并用于測量電子電荷密度和晶體結(jié)構(gòu)的變化。
中子還可以探測原子長度尺度，并用于研究原子核散射、電子自旋和磁化(因為中子有自旋但不帶電荷)。庫侖和莫特散射測量可以通過使用電子束作為散射探針來進行。同樣，正電子湮滅可以用作局域電子密度的間接測量。激光光譜是研究介質(zhì)微觀特性的絕佳工具，例如，用非線性光譜研究介質(zhì)中的禁戒躍遷。
二、外部磁場
在實驗?zāi)蹜B(tài)物理中，外部磁場充當熱力學(xué)變量，控制材料系統(tǒng)的狀態(tài)、相變和特性。核磁共振(NMR)是一種利用外部磁場尋找單個原子核共振模式的方法，從而提供有關(guān)其環(huán)境的原子、分子和鍵結(jié)構(gòu)的信息。核磁共振實驗可以在強度高達60特斯拉的磁場中進行。更高的磁場可以提高 NMR 測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。量子振蕩是另一種實驗方法，其中使用高磁場來研究材料特性，例如費米表面的幾何形狀。高磁場將有助于對各種理論預(yù)測進行實驗測試，例如量子磁電效應(yīng)、圖像磁單極子和半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。
三、核光譜
凝聚態(tài)物質(zhì)的局域結(jié)構(gòu)(最近鄰原子的結(jié)構(gòu))可以用核光譜方法來研究，核光譜方法對微小的變化非常敏感。使用特定的放射性原子核，原子核成為與其周圍電場和磁場相互作用的探針(超精細相互作用)。這些方法適用于研究缺陷、擴散、相變、磁性。常見的方法有NMR、穆斯堡爾譜或擾動角相關(guān)(PAC)。特別是 PAC 由于該方法不依賴于溫度，因此非常適合研究 2000°C 以上極端溫度下的相變。
四、冷原子氣體
在超冷銣原子氣體中觀察到的第一個玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。藍色和白色區(qū)域代表更高的密度。
光學(xué)晶格中的超冷原子捕獲是凝聚態(tài)物理以及原子、分子和光學(xué)物理中常用的實驗工具。該方法涉及使用光學(xué)激光器形成干涉圖案，該圖案充當晶格，離子或原子可以在非常低的溫度下放置在其中。光學(xué)晶格中的冷原子被用作量子模擬器，也就是說，它們充當可控系統(tǒng)，可以模擬更復(fù)雜系統(tǒng)(例如受挫磁體)的行為。特別是，它們用于為Hubbard 模型設(shè)計一維、二維和三維晶格具有預(yù)先指定的參數(shù)，并研究反鐵磁和自旋液體排序的相變。
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