10月24日下午，由北京大学图书馆和物理学院联合主办的“学科之美系列讲座——物理之美”第七场讲座在图书馆南配楼艺术鉴赏厅举行，北京大学物理学院量子材料科学中心副教授刘阳作了题为“凝聚态中的多体问题”的讲座。全校40余位师生参加现场讲座；17余万人次通过北京大学微信视频号、抖音、快手、现代物理知识杂志视频号等平台观看讲座直播。讲座由北京大学物理学院博士生王任飞主持。

刘阳讲座

刘阳首先以最简洁通俗的语言引入凝聚态物理的概念：用量子力学理解多粒子体系中由相互作用引起的丰富物理现象。他从最简单、经典的氢原子模型出发，逐步拓展到两个原子、多个原子，并引入费米子的交换关联，从而初步建立宏观的金属模型；再增加粒子数量，加入引力的作用，从而得到天文尺度上的有效模型。从这串推导，刘阳再次概括了凝聚态物理的研究对象、研究手段和感兴趣的问题。

讲座现场

随后，刘阳讲到了他所重点研究的二维电子。使用纯度极高的物质，使电子几乎自由移动，产生了丰富有趣的现象。在相互作用很强时，电子自旋极化，甚至自发形成周期性排列的电子晶体；相互作用稍稍减弱，则会形成更有意思的量子液态。在这种情况下，可以观察到电阻率随磁场的复杂变化，从而引发出整数和分数量子霍尔效应的有趣现象。刘阳谈到实验，提出他认为最好的实验是简单、直接的，并且无可置疑地给出结论，并举出电子干涉、电子公度振荡的例子。

刘阳说到，量子霍尔流体中电子的运动有独特之处。其有液态、关联性和不可压缩性，因此它既保护了电子的自由移动，又呈现出绝缘体的特性。在电场作用下电子发生的横向运动还具有超导的特征。他提到量子霍尔流体中的电子可以在弱声场驱动下定向移动形成电流，这是目前仍在研究中的前沿问题。刘阳还提到了实验中出现的意外，即高频电场驱动下出现的电子—核自旋耦合现象，并且生发出对电子晶体与原子晶体相似性的思考。

学生提问

讲座结束后，刘阳与在场师生进行了互动交流，耐心解答了听众的各种疑问。

主讲嘉宾简介：

刘阳，北京大学物理学院量子材料科学中心副教授。长期从事半导体异质结中超高迁移率二维电子气的实验研究，主要关注分数量子霍尔效应、Wigner 晶体等多体量子态之间的相互转变及其内部的精细结构。 

文字：李宇杰、周建超、刘秀文

照片：桑磊