首先來(lái)說(shuō)一下哪些是匯聚態(tài)化學(xué)。
匯聚態(tài)化學(xué)是化學(xué)學(xué)的一個(gè)分支，它的主要研究對(duì)象就是匯聚態(tài)物質(zhì)。哪些是匯聚態(tài)物質(zhì)呢？顧名思義，就是粒子之間黏結(jié)在一起形成互相作用的狀態(tài)。具體的可以是固體或則液體，但并不止于此。匯聚態(tài)化學(xué)就是借助各類數(shù)學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)手段和理論去研究那些不同物相以及它們之間的相變關(guān)系的科學(xué)。具體的細(xì)分的話可以涉及到量子熱學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、量子場(chǎng)論、量子光學(xué)等等其它許多學(xué)科的知識(shí)和手段。
不僅我們熟知的液體和固體屬于匯聚態(tài)的研究對(duì)象之外，還有什么物相是匯聚態(tài)化學(xué)學(xué)研究對(duì)象呢？這兒我們舉三個(gè)事例，晶體中的鐵磁和反鐵磁相、玻色-愛(ài)因斯坦匯聚和拓?fù)湮锵嗟鹊取?span style="display:none">Ytg物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
研究體系和化學(xué)現(xiàn)象的多樣性促使匯聚態(tài)化學(xué)成為現(xiàn)今世界數(shù)學(xué)學(xué)學(xué)科研究人數(shù)最多的一個(gè)領(lǐng)域。在英國(guó)有三分之一的人都在研究匯聚態(tài)化學(xué)。
接出來(lái)我們從不同的角度來(lái)看一看匯聚態(tài)化學(xué)中有什么前沿研究領(lǐng)域。
從大的角度來(lái)分，匯聚態(tài)化學(xué)可以分為三個(gè)方向：實(shí)驗(yàn)方向、理論方向以及估算方向。
匯聚態(tài)實(shí)驗(yàn)
匯聚態(tài)實(shí)驗(yàn)方向可以依據(jù)研究手段或則研究的化學(xué)再進(jìn)行細(xì)分。例如從研究手段來(lái)看，可以分為高溫和量子輸運(yùn)、譜學(xué)和高幀率偵測(cè)、冷原子實(shí)驗(yàn)和精密檢測(cè)；從研究的化學(xué)來(lái)看的話，可以分為新奇物態(tài)的找尋和研究凝聚態(tài)物理學(xué)是什么，新型材料的生長(zhǎng)和研究凝聚態(tài)物理學(xué)是什么，相變的研究等等。
在此，列出幾個(gè)我所了解的比較前沿的領(lǐng)域。
1.霍爾效應(yīng)
霍爾效應(yīng)你們?cè)谛W(xué)就學(xué)過(guò)，然而在量子化學(xué)發(fā)展以后，又下來(lái)了好多新奇的霍爾效應(yīng)。例如反常霍爾效應(yīng)（它的機(jī)制涉及到了量子熱學(xué)中的貝利相位），量子霍爾效應(yīng)（包括整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)），熱霍爾效應(yīng)等等。
因?yàn)楹枚囝愋偷幕魻栃?yīng)涉及到了物質(zhì)的能級(jí)類型和性質(zhì)，因而須要在高溫或則強(qiáng)磁場(chǎng)出來(lái)研究。目前這個(gè)領(lǐng)域一直是研究的熱點(diǎn)。
圖1.量子霍爾效應(yīng)
2.拓?fù)湮锵?span style="display:none">Ytg物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
近幾年你們?cè)絹?lái)越多地看到了拓?fù)溥@個(gè)概念。在匯聚態(tài)化學(xué)中的拓?fù)涓拍钤缫训玫搅撕艽蟮陌l(fā)展和應(yīng)用。拓?fù)浣^緣體、拓?fù)浒虢饘俚陌l(fā)覺(jué)和研究使化學(xué)學(xué)家更清楚地認(rèn)識(shí)到了物質(zhì)的量子性質(zhì)以及量子材料的分類。
目前，量子材料的發(fā)展和研究一直是匯聚態(tài)化學(xué)的研究熱點(diǎn)。不僅以上提及的拓?fù)浣^緣體和拓?fù)浒虢饘伲負(fù)涑瑢?dǎo)體也是一種新奇的拓?fù)湎啵牡湍鼙虐l(fā)態(tài)作為一種準(zhǔn)粒子可能存在傳說(shuō)中的“馬約拉納費(fèi)米子”，而這可能對(duì)未來(lái)的信息儲(chǔ)存和量子估算有所影響。
3.新型磁性
你們最常看到的磁性狀態(tài)有鐵磁、順磁。雖然除此之外還有好多新奇的磁學(xué)狀態(tài)，例如反鐵磁態(tài)、磁性的阻挫態(tài)、磁性的拓?fù)鋺B(tài)（例如斯格明子）等等，這種特殊的磁狀態(tài)為未來(lái)的磁學(xué)儲(chǔ)存提供了一種新思路。
4.低溫超導(dǎo)
低溫超導(dǎo)發(fā)覺(jué)早已有三十多年的歷史。而且關(guān)于超導(dǎo)現(xiàn)象的理解我們還缺乏好多。據(jù)悉，作為超導(dǎo)領(lǐng)域的終極目標(biāo)，發(fā)覺(jué)溫度超導(dǎo)也花費(fèi)了歷朝化學(xué)學(xué)家的許多心血。這無(wú)論對(duì)于基礎(chǔ)科研還是一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化發(fā)展都是至關(guān)重要的。雖然近年來(lái)超導(dǎo)領(lǐng)域沒(méi)有太多大的突破，然而關(guān)于超導(dǎo)的研究還是被好多研究人員追捧。
圖2.超導(dǎo)體的完全抗磁性
理論和估算
這兩個(gè)方向涉及的點(diǎn)沒(méi)有匯聚態(tài)實(shí)驗(yàn)這么多，這兒總體來(lái)說(shuō)一下。
理論方面的研究有低溫超導(dǎo)的研究、自旋電子學(xué)和拓?fù)浣^緣體的研究、超冷原子氣的研究、幾何相位和量子輸運(yùn)的研究等等。
估算方面主要有分子動(dòng)力學(xué)模擬、表面動(dòng)力學(xué)研究、相變的研究等等。
圖3.冷原子二氧化碳中的玻色-愛(ài)因斯坦匯聚