凝聚态物理常见的实验方法和技术有哪些?

作者&投稿:祗翠 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
物理实验的方法有哪些~

1 控制变量法:这个应该是最常见的实验方法。
例如,在“探究压强与哪些因素有关”、“探究电流与电阻的关系”、“研究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系”等实验中都用到了该实验方法。
2 类比法:例如,在学习电流时,为了更好地理解,与生活中熟悉的水流作类比。
实验+推理法:有些理论只有在理想空间里才能通过实验得出,此时,我们可以在现实条件实验的基础上推导出来这些理论。
例如,在初二我们学过牛顿第一定律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。我们知道,物体在运动过程中必定会受到阻力作用,但是我们通过多次实验,可以推出这一结论。
3 描述法:例如,在生活中是不存在光线的,我们为了更好地学习光,才引进了“光线”这一词。
4 转换法:例如,我们在学习“声音是振动产生的”这一知识时,我们把音叉的微小振动转换为乒乓球的摆动。使实验现象更为明显。
5 模型法:我们在学习原子结构时,为了更好地认识原子的内部结构,用太阳系模型代表原子结构。

扩展资料:
物理实验是初高中阶段物理课程中包含的相关实验,包括电学实验、力学实验、热学实验、光学实验等等,常用于验证物理学科的定理定律。
实验物理是相对于理论物理而言,理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。
理论物理的研究领域涉及粒子物理与原子核物理、统计物理、凝聚态物理、宇宙学等,几乎包括物理学所有分支的基本理论问题。而实验物理主要是从实验上来探索物质世界和自然规律。
实验室使用守则
1、为保护实验仪器和保持环境卫生,学生必须脱鞋进入实验室。
2、实验室是全校师生进行实验教学和科研活动的场所,学生进入实验室后要保持肃静,遵守纪律。
3、做实验前,认真听教师讲解实验目的、步骤、仪器的性能操作、方法和注意事项,认真检查所需仪器设备是否完好齐全,如有缺损要及时向教师报告。
4、实验时要遵守操作规程,按照实验步骤认真操作。
5、实验时要注意安全,防止意外发生。
6、爱护实验室仪器设备。
7、实验完毕要认真清理仪器设备,关闭水源电源。
性质
1.真理性:物理学的理论和实验揭示了自然界的奥秘,反映出物质运动的客观规律。
2.和谐统一性:神秘的太空中天体的运动,在开普勒三定律的描绘下,显出多么的和谐有序。物理学上的几次大统一,也显示出美的感觉。牛顿用三大定律和万有引力定律把天上和地上所有宏观物体统一了。
麦克斯韦电磁理论的建立,又使电和磁实现了统一。爱因斯坦质能方程又把质量和能量建立了统一。光的波粒二象性理论把粒子性、波动性实现了统一。爱因斯坦的相对论又把时间、空间统一了。
3.简洁性:物理规律的数学语言,体现了物理的简洁明快性。如:牛顿第二定律,爱因斯坦的质能方程,法拉第电磁感应定律。
4.对称性:对称一般指物体形状的对称性,深层次的对称表现为事物发展变化或客观规律的对称性。如:物理学中各种晶体的空间点阵结构具有高度的对称性。竖直上抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力与反作用力对称、正粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电等。
5.预测性:正确的物理理论,不仅能解释当时已发现的物理现象,更能预测当时无法探测到的物理现象。例如麦克斯韦电磁理论预测电磁波存在,卢瑟福预言中子的存在,菲涅尔的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮斑,狄拉克预言电子的存在。
6.精巧性:物理实验具有精巧性,设计方法的巧妙,使得物理现象更加明显。
参考资料:百度百科——物理实验

研究凝聚态物质的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质。研究领域包括固体物理、晶体物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学、固体光学性质、低温物理与超导电性、高压物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低维物理(包括薄膜物理、表面与界面物理和高分子物理)、液体物理、微结构物理(包括介观物理与原子簇)、缺陷与相变物理、纳米材料和准晶等。汉语中“凝聚”一词是由“凝”字双音演化而来的。“凝”在东汉许慎的“说文解字”一书中同“冰”,指的是水结成冰的过程。可见我们的祖先最初对凝聚现象的注意可能始于对水的观察,特别是水从液态到固态的现象。英语的condense来源于法语,后者又来源于拉丁文,指的是密度变大,从气或蒸汽变液体。看来西方人对凝聚现象的注意可能始于对气体的观察,特别是水汽从气态到液态的现象。这是很有意思的差别,大概与各自的古代自然生活环境和生活习惯有关。不过东西方二者原始意义的结合,恰恰就是今天凝聚态物理主要研究的对象—液态和固态。当然从科学的含义上来说,二者不是截然分开的。所以凝聚态物理还研究介于这二者之间的态。例如液晶等。液态和固态物质一般都是由量级为1023的极大数量微观粒子组成的非常复杂的系统。凝聚态物理正是从微观角度出发,研究这些相互作用多粒子系统组成的物质的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间关系的一门学科。
众所周知,复杂多样的物质形态基本上分成三类:气态、液态和固态,在这三种物态中,凝聚态物理研究的对象就占了二个,这就决定了这门学科的每一步进展都与我们人类的生活休戚相关。从传统的各种金属、合金到新型的各种半导体、超导材料,从玻璃、陶瓷到各种聚合物和复合材料,从各种光学晶体到各种液晶材料等等;所有这些材料所涉及到的声、光、电、磁、热等特性都是建立在凝聚态物理研究的基础上的。凝聚态物理研究还直接为许多高科学技术本身提供了基础。当今正蓬勃发展着的微电子技术、激光技术、光电子技术和光纤通讯技术等等都密切联系着凝聚态物理的研究和发展。
凝聚态物理以万物皆成于原子为宗旨,以量子力学为基础研究各种凝聚态,这是一个非常雄心勃勃的举措。凝聚态物理这个学科名称的诞生仅仅是最近几十年的事。如果追寻一下它的渊源。应该说出自于对固态中晶态固体的研究和对液态中量子液体的研究。在对这二种特殊态的长期研究中,人们积累了一些经验,也建立起了一些信心,并逐步把一些已有的方法推广用于非晶态和液晶乃至液态的研究,从而大大拓宽了视野,逐步形成了凝聚态物理。
今天,凝聚态物理的视野还在继续开拓。然而作为渊源的二种凝聚态即晶态固体和量子液体,时至今日仍然是它主要的研究对象,内容当然越来越丰富了,考虑的问题也越来越深入了。毕竟我们面临的是同一个自然界,许多现象和规律是普适的。人们正是通过对一系列特殊态的深入研究来逐步认识和掌握那些普适的规律。

科学实验方法 实验物理学 二、科学实验方法 计算模拟方法 计算物理学 在凝聚态物理学、材料物理与化学等领域应用普 遍。诺贝尔物理学奖的所有成果都必须有实验结果的 支持。 归根结底,为了透过现象看本质,找 三、计算机仿真模拟方法 到凝聚态物质的物理本质和规律,以致应 应用于物理学的各个分支。模拟核爆炸、集成电 用。 路设计、微纳电子器件设计等等。 凝聚态物理实验的一般步骤 样品制备 ? 样品的制备是研究凝聚态物质(材料)的基础。 一般实验步骤包括: 材料科学研究中,追求材料的功能意识的加强以 背景调研 及结构与性能内在联系意识的提高,人们期望以性能 样品制备 为导向,寻求和设计最适宜的结构物质材料,就是通 测量仪器 原理和性能 与校准 过制备样品付诸实现的。 ? 性能与结构相关,决定于材料成份和工艺参数等 测量与误差处理 条件。在新材料研制与开发、冶金生产过程、表面工 结果分析与讨论。 程(腐蚀、摩擦等等)等分析中均有重要应用。 结论 ? 宏观表象深入至微观认识。结构参数信息带来新 观念,为改进生产工艺,研制新材料样品、建立新理 论提供依据。H. Gleiter建立纳米材料的概念值得借 鉴…… 1 包括: 测试技术 1. 制备方法(设备)的选取。掌握其原理、性能参数、 ? 测试分析,能够揭示材料样品的结构、成份和性 操作规程和维护、实验室规章。 能。 2. 首先学习并且能够重复前人的结果,熟练操作规程和 维护。明确工艺参数条件。找到材料的结构及成分与工 ? 改变测试条件(温度、压强等),可以发现样品 艺参数条件的规律性关系。做好完整的记录。 的结构、成份和性能的变化规律。 3. 研究样品生长机制和生长规律。 ? 通过分析找到制备条件、结构和成份(改变)与 性能(的变化)的对应关系。 4. 通过全面深入的文献调研,查缺补漏 (包括工艺参数 条件是否全部使用、哪些结构及成分的材料还很少报 ? 以此为依据,发现新结构、新成份;找到新的规 道、是否存在缺陷、可否改进其方案)。 律,或纠正原有不正确的说法;提出新的模型和理 5. 创新制备、测量方法。 论。 测试样品的制备 仪器及其使用 ? 掌握仪器的原理、各项性能指标及其变化范围和步 按要求制备测试样品。 防污/去污:STM、AFM等试样。 长、真空度、污染源等等。熟悉仪器校准和运行,准确 防腐/氧化:如表面分析的试样。 分析被测样品实际结构与性能及变化规律。



样品生长:

bulk single crystal/polycrystal:自助溶剂法self flux,化学气相输运 chemical vapor transport, 光学浮区法,高压合成法

thin film: 分子束外延MBE,脉冲激光沉积PLD,磁控溅射,化学气相沉积CVD,电子束蒸发E beam Evaporation,原子层沉积ALD

nano wire:水热法,溶剂热法

器件制备:

电子束曝光 E beam Lithography,聚焦离子束 Focused ion beam,还有光刻技术,涉及到显影曝光干刻湿刻一系列的。

测量表征:

1、输运测量:电阻率,霍尔效应,磁阻

2、能带结构测量:角分辨光电子能谱ARPES,扫描隧道显微镜STM

3、红外光谱,拉曼光谱,X射线光电子能谱XPS,二次离子质谱SIMS,中子散射,核磁共振NMR

4、结构成分表征:XRD,SEM,TEM,AFM,EDS

5、此外还有用来测量磁化率的超导量子干涉仪SQUID和VSM,磁光克尔测量系统MOKE,磁力显微镜,比热测量,热输运测量(热导率,热电势,能斯特效应)等等。

以上有些是比较常见的表征手段,在很多高校的分析测试中心的网站都能找到,并且有仪器的介绍。

 其实还有很多,实验手段是列举不完的,因为人类的智慧是无穷的,总会有新的实验手段出现,并带动实验科学的发展。




凝聚态物质是什么意思
19世纪,英国著名物理学家法拉第在低温下液化了大部分当时已知的气体。超导具有广阔的应用前景,超导的理论和实验研究在20世纪获得了长足进展,临界转变温度最高纪录不断刷新,超导研究已经成为凝聚态物理学中最热门的领域之一。现今凝聚态物理学面临的主要问题高温超导体的理论模型。

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