美国凝聚态物理专业研究领域

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一些凝聚态物质实验涉及实验探针(例如X 射线、光学光子、中子等)在材料成分上的散射。散射探头的选择取决于感兴趣的观测能量尺度。可见光的能量为1电子伏(eV)，可用作散射探针来测量介电常数和折射率等材料特性的变化。X射线的能量约为 10 keV，因此能够探测原子长度尺度，并用于测量电子电荷密度和晶体结构的变化。

中子还可以探测原子长度尺度，并用于研究原子核散射、电子自旋和磁化(因为中子有自旋但不带电荷)。库仑和莫特散射测量可以通过使用电子束作为散射探针来进行。同样，正电子湮灭可以用作局域电子密度的间接测量。激光光谱是研究介质微观特性的绝佳工具，例如，用非线性光谱研究介质中的禁戒跃迁。

二、外部磁场

在实验凝聚态物理中，外部磁场充当热力学变量，控制材料系统的状态、相变和特性。核磁共振(NMR)是一种利用外部磁场寻找单个原子核共振模式的方法，从而提供有关其环境的原子、分子和键结构的信息。核磁共振实验可以在强度高达60特斯拉的磁场中进行。更高的磁场可以提高 NMR 测量数据的质量。量子振荡是另一种实验方法，其中使用高磁场来研究材料特性，例如费米表面的几何形状。高磁场将有助于对各种理论预测进行实验测试，例如量子磁电效应、图像磁单极子和半整数量子霍尔效应。

　　三、核光谱

凝聚态物质的局域结构(最近邻原子的结构)可以用核光谱方法来研究，核光谱方法对微小的变化非常敏感。使用特定的放射性原子核，原子核成为与其周围电场和磁场相互作用的探针(超精细相互作用)。这些方法适用于研究缺陷、扩散、相变、磁性。常见的方法有NMR、穆斯堡尔谱或扰动角相关(PAC)。特别是 PAC 由于该方法不依赖于温度，因此非常适合研究 2000°C 以上极端温度下的相变。

四、冷原子气体

在超冷铷原子气体中观察到的第一个玻色-爱因斯坦凝聚态。蓝色和白色区域代表更高的密度。

光学晶格中的超冷原子捕获是凝聚态物理以及原子、分子和光学物理中常用的实验工具。该方法涉及使用光学激光器形成干涉图案，该图案充当晶格，离子或原子可以在非常低的温度下放置在其中。光学晶格中的冷原子被用作量子模拟器，也就是说，它们充当可控系统，可以模拟更复杂系统(例如受挫磁体)的行为。特别是，它们用于为Hubbard 模型设计一维、二维和三维晶格具有预先指定的参数，并研究反铁磁和自旋液体排序的相变。

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