[科普中国]-软凝聚态物质物理学

软凝聚态物理以复杂流体、液晶、多层膜、蛋白质的折叠等为研究对象。软凝聚态物理学的诞生，以法国著名物理学家P．G．de Gennes 1991年获得诺贝尔物理学奖为标志。当年，P．G．de Gennes提出软物质的概念，以后每年发表于各类物理学杂志的有关软物质的论文逐年增加。从此软物质研究作为物理学的一个重要研究方向得到了广泛的认可。

概念软物质是指其某种物理性质在小的外力作用下能产生很大变化的凝聚态****物质，典型的例子包括液晶、高分子体系、胶体、微乳液等。软物质的结构和性质主要不是由内能，而是由熵来决定。文章较通俗地介绍了软物质的概念。仔细分析了熵在软物质中所起的作用。同时详细介绍了聚合物体系、胶体及生物膜等几种典型的软物质。通过硫化橡胶和无管虹吸等十分有趣的例子，说明了聚合物对流变性质的影响；通过分析硬球胶体的相变及相分离等行为说明了熵力的概念；仔细分析了电稳定胶体的相互作用。并介绍了DLVO理论以及近年来发现的对这一理论的偏离,特别是约束条件下同号带电胶球的长程吸引相互作用及其对此现象的一些解释；对生物膜也作了初步介绍。人们对软物质的研究和理解目前还处于一个非常原始的阶段，深入研究和理解软物质的各种性质必将促进人类对自然和人类自身的认识。

简言之，软物质是处于固体与理想流体的复杂态物质，软物质对于外界微小扰动的敏感性、非线性相应、自组织行为等特征，决定了此类物质与通常的固体、气体和液体大不相同。软物质具有流体热涨落和固态的约束共存的新行为。体现了其组成、结构和相互作用的复杂性和特殊性。软物质的丰富内涵和广泛的应用背景引起越来越多物理学家的兴趣，是具挑战性和迫切感的重要研究方向，已成为凝聚态物理研究的重要前沿领域。

软物质领域广阔、内容丰富，涉及几乎所有的现代探测手段，如：原子力显微镜、扫描近场光学显微镜、共聚焦显微镜、低温电镜、X射线、中子散射、单分子操纵与检测、荧光技术等等。目前，对其研究已从宏观水平深人到分子级水平，尤其对其结构和性质的研究已有很大进展。但是由于相应体系的极端复杂性，人们对于软物质的研究正方兴未艾。1

种类胶体与高分子软物质材料胶体与高分子材料的结构和性能的设计与控制在软物质科学研究中占有重要地位。“软物质”概念的提出使胶体物质和软性高分子材料的界限变得愈来愈模糊，两者的科学内容在‘软物质’的大框架内相互渗透；在纳米科技需求的驱动下，两者都得到了快速的发展。传统的高分子胶体是由单体通过乳液或微乳液聚合得到的，如今通过已有聚合物的自组装构建具有规则结构的软物质，已成为高分子和胶体科学研究中十分重要和有很好前景的主题。“软物质”的“弱扰动引起大变化”特征在材料制备和结构构筑领域有着重要意义。

生物体系中的软物质软物质在生物体系中无处不在。生物膜、细胞中蛋白质的聚集态结构、蛋白质的折叠等均是软物质特性的反映。经过自然进化和选择，生物体系中软物质的结构和性能具有最优化特性。生物体系中的一些现象至今尚不能为人们所理解和复现，实现仿生一直是材料学家的梦想。探讨生物体系中的一些软物质现象和问题将对了解生命现象、生命遗传过程中出现的问题和缺陷以及对新材料的结构设计和性能控制等都具有重要的启发意义。

研究内容低维物理和介观物理以量子阱、量子线、量子点、纳米环等为代表的低维结构，由于它们至少有一个维度的尺寸小到纳米尺度范围，故电可称为低维纳米结构。

低维物理的研究对象当前以量子点最为活跃和最受关注，而“量子点结构”与当前正在兴起的‘‘纳米结构”有着几乎相同或相近的范围和含义。纳米结构指尺度在1～100 nm范围内的原子集合体，它的大小介于分子和微米结构之间。

所以可以说，低维物理同纳米结构物理有着某种平行和共生的关系。

在低维物理中，量子点研究的进展非常迅速，表明它已成为低维材料科学与技术中最引人注目的前沿。究其原因，首先是因为它将对新一代量子功能器件的设计与制造产生革命性的影响。2

低维纳米材料纳米材料的制备技术在当前纳米材料科学研究中占据极为重要的地位。其关键是控制颗粒的大小和获得较窄的粒度分布。所需的设备也尽可能结构简单、易于操作。制备要求一般要达到表面洁净，粒子的形状及粒径、粒度分布可控（防止粒子团聚），易于收集，有较好的热稳定性，产率高等几个方面。

磁学与磁性材料目前磁性材料的发展以跃进的态势进行。仅以磁存储材料为例，其存储信息密度以每30年1000倍的速度在增加。永磁体的磁能积也在急剧增加。因为相关性能的跳跃增加，因此每每发现的新磁性材料，冠以“巨”字词头，如巨磁矩材料、巨磁电阻材料、巨磁光偏转材料、巨磁致伸缩材料，等等。

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学