凝聚态物理：从晶体管到超导与超流

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

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. 热金属里的电子怎样越过表面

   Richardson 怎样把热金属放出的电子，与气体引起的电流分开？

2. 第一只晶体管怎样把微弱信号放大

   点接触实验证明了什么，是普通电阻做不到的？

3. 隧道二极管的电流为什么会随电压升高而下降

   重掺杂结的电流曲线为什么会出现下降的一段？

4. 两种半导体的界面怎样留住电荷和光

   把两种不同半导体接在一起，器件多了什么自由度？

5. 怎样把一个完整电路做进同一块半导体

   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. 磁层的相对方向为什么会改变电阻

   交替的磁性薄层对齐后，为什么更容易导电？

7. CCD 怎样把一幅图像搬到输出端

   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控制的电子系统

   2004 年的薄碳片实验，除了剥得薄，还证明了什么？

9. 怎样让蓝光 LED 把电流高效变成光

   从晶体能发蓝光到高效器件，中间还缺哪几步？

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. 液氦怎样打开低温世界并带来超导发现

   把氦液化，为什么既是技术突破，也是新的科学工具？

2. 朗道怎样用集体激发解释超流液氦

   液氦几乎不受阻地流动，为什么还能传热、拖慢振动物体？

3. 同一杯超流液氦，为什么流动与振动测出不同响应

   同一杯液氦，为什么通过窄缝时阻力极小，振动物体却仍会慢下来？

4. BCS 配对理论怎样解释超导能隙

   为什么激发能隙比又一套零电阻解释更有说服力？

5. 绝缘薄膜怎样让电流显出超导能隙

   薄绝缘层怎样把电流测量变成能谱测量？

6. 相位怎样驱动穿过绝缘薄层的超电流

   穿过绝缘势垒的超电流，新在哪里？

7. 一块铜氧化物陶瓷怎样打开高温超导研究

   什么证据让异常降阻变成了一个新的超导材料家族？

8. 液氦里的压力异常怎样被认出是超流转变

   压力与核磁共振怎样揭示液态氦三的转变？

9. 超导有序怎样在空间里变化

   尚不知道微观配对时，唯象场怎样预言界面与磁响应？

10. 磁通怎样进入超导体并排成涡旋晶格

    超导体里有磁通，为什么磁通芯之间还能超导？

11. 氦三怎样配对？核磁共振揭示了液体的内部有序

    核磁共振怎样看出超流氦三里的原子配对方式？

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. 膨胀的原子云怎样显露玻色—爱因斯坦凝聚

   怎样从膨胀的原子云看出大量原子进入了同一个量子态？

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. 一个电路的集体变量怎样显出量子隧穿和离散能级

   有偏置的 Josephson 电路，怎样揭示隧穿和离散能级？

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. 原子磁矩怎样排列整齐又彼此抵消

   原子小磁铁排得整齐，为什么整块材料的磁性仍很小？

2. 无序怎样让量子波停止扩散

   粒子波有能量越过障碍，为什么仍会停止扩散？

3. 电子彼此排斥，为什么会让材料绝缘

   电子附近还有空态，为什么材料仍然不导电？

4. 看似没有磁性的状态为何仍会响应磁场

   没有永久磁矩的状态，为什么仍会响应磁场？

5. 量子霍尔平台怎样成为电阻基准

   磁场在变，电子薄层的横向电阻为什么能停在平台上？

6. 三分之一霍尔平台怎样引出了分数电荷

   一段霍尔平台怎样引出了三分之一电子电荷的激发？

7. 二维超流为什么会消失？涡旋成对与解束缚

   把液体做成薄膜，为什么升温会让涡旋分开、超流消失？

8. 整数与半整数自旋链为何有不同的低能运动

   换一种自旋量子数，为什么一条磁链最低能量的运动就变了？

9. 波函数的几何怎样决定整数霍尔响应

   量子波的整体形状，怎样把霍尔响应固定在整数上？

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. 殷钢怎样减轻精密测量的温度误差

   一种特殊镍钢合金，怎样让长度测量更可靠？

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。