凝聚态：从材料读到证据

动手控制实验

八种仪器，八个不同问题

每种仪器采用明确的教学模型与合成数据。沿可见过程追到曲线和读数，模型说明中保留相应假设。

1. 01

   控制晶体管

   载流子注入与输出曲线

2. 02

   穿过材料界面

   带阶与载流子注入

3. 03

   点亮蓝光

   复合与效率

4. 04

   搬运电荷图像

   时钟转移与读出噪声

5. 05

   转动自旋阀

   相对磁化与电阻

6. 06

   给超导环穿入磁通

   磁通与双结干涉

7. 07

   比较重复开关

   热激活与隧穿逃逸极限

8. 08

   看磁通进入超导体

   转变附近的临界场

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控制电流与光的材料

从载流子供给出发，追到实际电信号或光信号。

1. 热电子发射：热表面怎样给电流设上限

   Richardson 怎样把热金属放出的电子，与气体引起的电流分开？

2. 第一只晶体管：小输入怎样控制大电流

   点接触实验证明了什么，是普通电阻做不到的？

3. Esaki 隧道二极管：电压升高，电流为何反降

   重掺杂结的电流曲线为什么会出现下降的一段？

4. 异质结构：界面怎样变成器件的控制手段

   把两种不同半导体接在一起，器件多了什么自由度？

5. 集成电路：把一个电路做进同一块材料

   把元件集成起来，为什么是不同于发明晶体管的另一项突破？

6. 巨磁阻：磁化方向怎样改变电阻

   交替的磁性薄层对齐后，为什么更容易导电？

7. CCD 成像：先搬运电荷，再读出信号

   时钟驱动的电荷阱，怎样把曝光变成电图像？

8. 石墨烯：薄片怎样成为可测的电子系统

   2004 年的薄碳片实验，除了剥得薄，还证明了什么？

9. 蓝 LED：宽带隙只是起点

   高效蓝光为何还需要晶体生长和空穴注入的突破？

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低温液体与超导有序

低温揭示了什么，理论怎样跟进，又怎样接受独立测量检验。

1. 液氦：怎样打开新的低温范围

   把氦液化，为什么既是技术突破，也是新的科学工具？

2. Landau 的液氦：先描述整个液体的激发

   集体激发怎样把热、声和超流运动连起来？

3. Kapitsa 的液氦流动：怎样测黏性很重要

   为什么 lambda 转变以下的液氦，不能只用一种普通黏度来理解？

4. BCS 理论：一个配对态要同时解释几类实验

   为什么激发能隙比又一套零电阻解释更有说服力？

5. Giaever 的结：电流怎样显出超导能隙

   薄绝缘层怎样把电流测量变成能谱测量？

6. Josephson 的预言：相位能驱动零电压电流

   穿过绝缘势垒的超电流，新在哪里？

7. 铜氧化物超导：陶瓷怎样改变了温度尺度

   什么证据让异常降阻变成了一个新的超导材料家族？

8. 氦三：一个压力异常怎样改变了解释

   压力与核磁共振怎样揭示液态氦三的转变？

9. Ginzburg—Landau 理论：超导有序怎样在空间变化

   尚不知道微观配对时，唯象场怎样预言界面与磁响应？

10. Abrikosov 涡旋：磁通进入，超导却还存在

    超导体里有磁通，为什么磁通芯之间还能超导？

11. Leggett 的氦三：共振怎样辨认配对有序

    很小的自旋相关相互作用，为什么能揭示配对液体的结构？

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稀薄气体凝聚的证据

从制备和释放图像读起，再区分占据、相干与超流响应。

1. 稀薄气体 BEC：膨胀云团带来了什么证据

   制备过程与飞行时间图，怎样共同建立 Bose—Einstein 凝聚的证据？

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集体电路变量怎样显出量子性质

比较开关统计与离散能级的微波证据。

1. 宏观量子电路：逃逸与共振各说明了什么

   有偏置的 Josephson 电路，怎样揭示隧穿和离散能级？

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磁性、无序与拓扑响应

分清磁有序、相干无序和多电子关联分别做了什么。

1. Néel 的磁有序：总磁矩为零，也可能排列整齐

   原子磁矩已经有序，材料为何仍不像普通铁磁体？

2. Anderson 局域化：无序怎样阻止扩散

   晶格仍有连通路径，量子波为什么还会局域？

3. Mott 的绝缘态：数一数能带还不够

   独立电子图景看起来应当是金属，电子为什么仍不导电？

4. Van Vleck 磁化率：未被占据的能态也会影响磁响应

   量子态的虚跃迁，怎样影响磁化？

5. 整数量子 Hall 效应：平台怎样成为电阻基准

   Hall 电阻在一段范围内保持平台，为什么比碰巧过一个数值更有力？

6. 分数量子 Hall 效应：平台需要关联液体来解释

   最低 Landau 能级只填一部分时，什么超出了整数 Hall 图景？

7. 涡旋解束缚：二维流体怎样越过普通有序的限制

   二维系统里，涡旋对怎样驱动相变？

8. Haldane 自旋链：整数与半整数为何走向不同

   改变自旋量子数，为什么会改变反铁磁链的低能行为？

9. Thouless 与 Hall 拓扑：一个整数怎样组织响应

   已占据量子态的几何，怎样解释稳健的整数 Hall 电导？

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材料选择怎样改善测量

从合金实测热膨胀，追到精密仪器。

1. Invar：温度改变时，长度怎样更稳定

   一种特殊镍钢合金，怎样改善精密测量？

沿着时间读联系

实验、理论与后来的奖项

前一个日期标出文中讨论的工作节点，后一个日期标出相应诺奖。有的是实验，有的是理论；具体先后与来源见文章。