Pinkyo
首先來說一下什麼是凝聚態物理。
凝聚態物理是物理學的一個分支，它的主要研究對象就是凝聚態物質。什麼是凝聚態物質呢？顧名思義，就是粒子之間粘附在一起產生相互作用的狀態。具體的可以是固體或者液體，但並不止於此。凝聚態物理就是利用各種物理學實驗手段和理論去研究這些不同物相以及它們之間的相變關係的科學。具體的細分的話可以涉及到量子力學、電磁學、統計物理、量子場論、量子光學等等其它許多學科的知識和手段。
除了我們熟知的液體和固體屬於凝聚態的研究對象之外，還有哪些物相是凝聚態物理學研究對象呢？這裡我們舉三個例子，晶體中的鐵磁和反鐵磁相、玻色-愛因斯坦凝聚和拓撲物相等等。
研究體系和物理現象的多樣性使得凝聚態物理成為當今世界物理學學科研究人數最多的一個領域。在美國有三分之一的人都在研究凝聚態物理。
接下來我們從不同的角度來看一看凝聚態物理中有哪些前沿研究領域。
從大的角度來分，凝聚態物理可以分為三個方向：實驗方向、理論方向以及計算方向。
凝聚態實驗
凝聚態實驗方向可以根據研究手段或者研究的物理再進行細分。比如從研究手段來看，可以分為低溫和量子輸運、譜學和高分辨率探測、冷原子實驗和精密測量；從研究的物理來看的話，可以分為新奇物態的尋找和研究，新型材料的生長和研究，相變的研究等等。
在此，列舉幾個我所瞭解的比較前沿的領域。
1. 霍爾效應
霍爾效應大家在高中就學過，但是在量子物理發展之後，又出來了很多新奇的霍爾效應。比如反常霍爾效應（它的機制涉及到了量子力學中的貝利相位），量子霍爾效應（包括整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應），熱霍爾效應等等。
由於很多類型的霍爾效應涉及到了物質的基態類型和性質，因此需要在低溫或者強磁場下來研究。目前這個領域仍然是研究的熱點。
圖1. 量子霍爾效應
2. 拓撲物相
近幾年大家越來越多地聽到了拓撲這個概念。在凝聚態物理中的拓撲概念已經得到了很大的發展和應用。拓撲絕緣體、拓撲半金屬的發現和研究使物理學家更清楚地認識到了物質的量子性質以及量子材料的分類。
目前，量子材料的發展和研究仍然是凝聚態物理的研究熱點。除了以上提到的拓撲絕緣體和拓撲半金屬，拓撲超導體也是一種新奇的拓撲相，它的低能激發態作為一種準粒子可能存在傳說中的“馬約拉納費米子”，而這可能對未來的信息存儲和量子計算有所影響。
3. 新型磁性
大家最常見到的磁性狀態有鐵磁、順磁。其實除此之外還有很多新奇的磁學狀態，比如反鐵磁態、磁性的阻挫態、磁性的拓撲態（比如斯格明子）等等，這些特殊的磁狀態為未來的磁學存儲提供了一種新思路。
4. 高溫超導
高溫超導發現已經有三十多年的歷史。但是關於超導現象的理解我們還欠缺很多。此外，作為超導領域的終極目標，發現室溫超導也耗費了歷代物理學家的許多心血。這無論對於基礎科研還是一個國家的工業化發展都是至關重要的。儘管近些年來超導領域沒有太多大的突破，但是關於超導的研究還是被很多研究人員青睞。
圖2. 超導體的完全抗磁性
理論和計算
這兩個方向涉及的點沒有凝聚態實驗那麼多，這裡總體來說一下。
理論方面的研究有高溫超導的研究、自旋電子學和拓撲絕緣體的研究、超冷原子氣的研究、幾何相位和量子輸運的研究等等。
計算方面主要有分子動力學模擬、表面動力學研究、相變的研究等等。
圖3. 冷原子氣體中的玻色-愛因斯坦凝聚
