凝聚态物理，实际上就是在固体物理学基础上演化而来的。换句话说，凝聚态物理学是固体物理学的向外延拓。而固体物理建立在本世纪30年代，第一本全面论述固体物理的书是1941年塞兹（F · Seitz）写的《近代固体理论》，它作为固体物理学奠基性的专著发表50余年以来，对该门学科的发展影响深远。

固体物理基本的研究对象是三维周期结构。传统的固体物理是强调无穷大的周期结构，能带理论和晶格动力学成为其理论的核心。而凝聚态物理学则是从四、五十年代以后发展起来的，它一方面扩大了研究对象，从晶体到非晶体，还可包括许多液体；另一方面，在理论处理中更多地考虑了粒子之间的相互作用。凝聚态物理学的发展，导致了一系列重要的技术突破和变革，对社会和科学技术的发展发生深远的影响。

纳米科学应该是一个新的领域，是崭新的高科学技术。因为凝聚态物理和固体物理处理对象，一般来讲，粒子数为无限大的系统，原子物理处理单个原子系统，分子物理处理几个原子的构成系统。纳米科学所研究的对象处在凝聚态物质与原子与分子之间的中间区域，一般而言是小的体系，尺寸在几个纳米到几十个微米的范围。

1947年晶体管诞生，到50年代末集成电路发展起来了。微电子学的进展体现于单元电路的尺寸日益缩小，集成度日益增大。后者几乎以每10年以千倍的速率递增。制备集成电路普遍采用光刻技术。最初是采用可见光，后来也有采用紫外光和同步辐射的X射线及电子束。随着器件尺寸的缩小，微蚀刻技术也愈来愈精细。目前，采用扫描隧道显微术（STM）可以获得线宽只有几个纳米的细线。如果前一阶段微电子学技术的发展单纯是几何尺寸的缩减，在一段时期之后，就要碰到物理学的壁垒的限制。近年来在微细线圈（直径约为1微米，线宽数10纳米）中发现了体现相干性的量子输运现象，说明了从微米到纳米尺寸的细型器件可能具有全新的物理内容，构成了当今纳米科学的一个侧面。

我们还可以从单纯缩小块状物体的尺寸，从微粒到超细微粒来接近纳米科学的领域。就铁磁体而言，微粒尺寸在1纳米以下，磁畴界就消失了，微粒具有高的矫顽力，是优良的硬磁材料；微粒尺寸进一步缩小，又将导致铁磁性转变为超顺磁性，又成为理想的软磁材料。微粒的量子尺寸效应，也是一个非常引人注目的课题。它将导致发射和吸收光谱线随粒子尺寸缩小而蓝移，从而改变其光谱特征。近年来，通过化学腐蚀在硅单晶表面上形成多孔硅，在可见光波段产生发光效应，可能就是量子尺寸效应的结果。

我们也可以反其道而行之，从原子堆集成团簇，扩大其尺寸向大块材料靠近。

蒸气通过超声喷注构成了团簇束，再由质谱分析束来获得丰度-粒子数的数据。实验结果表明存在一系列丰度特高的粒子数，被称为幻数。幻数系列随团簇的类型而有差异。

从氙为代表的惰性元素簇，其幻数序列为13、19、25、55、71、87、147……。这一序列的幻数可以由团簇中原子的几何排列得到理解。13个原子正好对应于马凯（Mackay）20面体结构：一个原子周围有12个原子分处于20面体的顶点上。其余的幻数可以几何结构来类推。

以钠为代表的金属团簇，其幻数序列为8、20、40、58、92……。这一序列的幻数可以从团簇的电子结构得到理解。值得注意这一幻数序列与原子结构的幻数及原子核结构的幻数有相似之处：可以归结为中心力场中电子按壳层结构分布的结果。

在原子的场合，正电荷集中原子核，电子处在库仑场中f在金属簇的场合，正电荷像浆汁一样弥散分布于团簇体内，而电子则分布在浆汁之内，有一些类似于本世纪初被否定掉的汤姆孙（J · J · Thomson）原子模型的翻版，而壳层结构则是电子具有波动性，反映量子力学波序的结果。

共价键簇则几何结构与电子结构都起了重要的作用。1985年对激光蒸发石墨所形成的团簇进行了研究，克罗多（H · W · Kroto）发现粒子数为60的碳团簇，丰度特高，对应于特定碳分子结构。他们提出了C₆₀的足球模型。我们知道一个足球是由20个正6边形和12个正5边形拼缝起来的。如果在顶点都安放一个碳原子，正好是60个碳原子。如果设想双键与单键交替，则每个碳原子的4价键都得到满足，这样一种特别分子结构，将具有高度的稳定性。到1990年克雷希梅（W · Kratschmer）等用在氦气氛中石墨电极的电弧放电，制备了数量较多的C₆₀固体，即一个C₆₀分子按密集结构排列起来，为C₆₀的研究开创了新路。后来发现碱金属掺杂C₆₀固体具有超导性，其超导转变温度可达到30 K左右。这样，有关C₆₀的物理、化学等方面的研究已成为学术界注意的焦点。这一开辟新研究领域的例子也可以用来说明纳米科学的重要性是不容忽视的。

（陈福林根据报告录音整理）

——————

* 冯端教授执教于南京大学。本文是作者于1991年3月12日在中国科学院上海原子核研究所作的学术报告，经过作者1993年7月17日修改定稿。