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物理凝聚态：全量子效应

目录

内容概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.2研究内容概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.3研究方法与技术路线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

凝聚态物理学基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.1凝聚态物质的基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.1.1固体、液体和气体的相变．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.1.2晶体结构与缺陷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

2.2经典凝聚态理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

2.2.1统计力学．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

2.2.2热力学性质．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

2.3现代凝聚态理论的发展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

2.3.1量子力学与凝聚态的关系．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

2.3.2量子场论在凝聚态中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

全量子效应的理论框架．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

3.1量子力学在凝聚态中的作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

3.1.1电子的波函数描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

3.1.2自旋与轨道耦合．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

3.2量子多体系统的处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

3.2.1量子蒙特卡洛方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

3.2.2量子动力学模拟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

3.3全量子效应的实验检验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

3.3.1超导电性与拓扑绝缘体．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

3.3.2磁有序与超导性关联．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

全量子效应在材料科学中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

4.1高温超导体的研究进展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

4.1.1材料的发现与合成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

4.1.2超导机制的理解．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

4.2拓扑绝缘体与量子计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

4.2.1拓扑保护与量子比特稳定性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

4.2.2拓扑序与量子算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

4.3其他全量子效应材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

4.3.1铁电材料与铁磁共振．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

4.3.2二维材料与量子点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

全量子效应的挑战与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

5.1理论模型的完善．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

5.1.1复杂系统下的量子效应分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

5.1.2非均匀介质中的量子传输．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48

5.2实验技术的创新与发展．．．．．．．