相态列表

相态列表是关于各种常见（固态，液态，气态，等离子态）和不常见的相态（物质在一定温度压强下所处的相对稳定的状态）的列表，列表是根据能量密度由低到高排列。

简介相态列表是关于各种常见（固态，液态，气态，等离子态）和不常见的相态（物质在一定温度压强下所处的相对稳定的状态）的列表，列表是根据能量密度由低到高排列。1

低能量态负绝对温度（Negative Absolute Temperature）：不是一种负能量，只是一种反的能量分布，目前的实验达到了低于绝对零度数十亿分之一度。有可能制造出新的物质相负温度物质。负绝对温度气体还能模拟暗能量。

量子霍尔态（Quantum Hall state）：这个状态发生于量子霍尔电压测量的方向垂直于电流的流动方向，会使得导线中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上凝聚，在聚集地点的电子与空穴之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子空穴受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子空穴能顺利通过而不会发生偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。

量子反常霍尔态（unusual Quantum Hall state）：量子反常霍尔效应不依赖于强磁场而是由材料本身的自发磁化产生，在零磁场中就可以实现量子霍尔态。

量子自旋霍尔态（Quantum spin Hall state）：根据上述的霍尔效应，量子自旋霍尔态可能会为发展浪费更少的能源，产生较少热量的电子设备的理论阶段铺平道路。这是一个推导的量子霍尔状态。

玻色气体（Bose gas）：是一个经典的量子力学中的理想气体模型。结合萨特延德拉·玻色和爱因斯坦共同提出的理想的玻色气体，指的是在接近绝对零度一群玻色子会形成所谓的固化物，而固化物的形成即玻色–爱因斯坦凝聚。

费米气体（Fermi gas）：又称为自由电子气体（free electron gas）、费米原子气体，是一个量子统计力学中的理想模型，指的是一群不相互作用的费米子。在金属、半导体内的电子或中子星里的中子，都可以视为近似于费米气体。

玻色-爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein condensate，BEC）：有大量玻色子占据同一量子态形成。1995年首次使用铷原子和钠原子制造出玻色-爱因斯坦凝聚体，2003年创造了分子玻色-爱因斯坦凝聚物，2010年实现光子玻色-爱因斯坦凝聚。

费米子凝聚态（Fermionic condensate）：和玻色-爱因斯坦凝聚态相似，但由费米子组成。根据泡利不相容原理，不同费米子不能占据同一量子态，但费米子在存在吸引相互作用的情况下，费米子先进行配对形成库柏（cooper）对，然后库柏对发生凝聚，称为巴丁-库珀-徐瑞弗超流（Bardeen-Cooper-Schrieffer，BCS），从而占据同一量子态。2003年实现费米凝聚，2004年将具有费米子特征的钾原子气体成功实现简并费米气体（Degenerate Fermi Gas，DFG）。

多级有序态（multipolar order）：在这种相态中，电子以一种非同寻常的方式排列。相态很可能是由一对对自旋方向相反的电子组成的，称为磁四极（magnetic quadrupole）。用晶体对光学谐波的反应来判断多极有序态是否出现，第二谐频的反射光揭示了一种与已知晶体结构完全不同的对称性，而在反射回的基频光中完全观察不到这一效果，这清晰的显示了一种特定的多极有序态的存在。

超导体（Superconductor）：可以在在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。

超流体（Superfluid）：极少数流体，比如液氦，在极低温下会形成一种完全无摩擦的流体，这种现象叫做超流现象（Superfluidity）。如果将超流体放置于环状的容器中，由于没有摩擦力，它可以永无休止地流动。在常压下，液态的He和He，在绝对零度时也不能凝结成固体。它们的量子效应显著，在各自对应的温度和压力下，发生由黏性液体转变为无黏滞的超流体的相变，同时还存在其他的特殊现象，这些液体称为量子液体（Quantum liquid）。又可区分为费米液体（Fermi liquid）（如液态He）和玻色液体（Bose liquid）（如液态He）两类。

拓扑超流体（Topological Superfluid）：包括拓扑超导体（Topological Superconductor）、拓扑超流体，其内部受能隙保护，而在系统边缘却可以激发出无能隙的马约拉纳费米子，不同边界处马约拉纳费米子的传播应该是反向的，由于该粒子不受外界环境的干扰，用它们携带量子化的信息，所以可以用于拓扑量子计算的研究。利用对称性可以将拓扑超流态分为时间反演不变的拓扑超流态和时间反演对称破坏的拓扑超流态。具有时间反演不变的拓扑超流态在体系统里面有配对能隙，其表面态具有Majorana费米子。自旋轨道耦合超导体是常见的时间反演不变的拓扑超导体。自旋向上的费米子配对为px+ipy态，自旋向下的费米子配对为px-ipy态。这类拓扑超导态在体系统里面有能隙，在材料边界上有相向传播的马约拉纳费米子。新的研究对自旋轨道耦合的冷费米气体提出了一系列新奇的量子相，包括空间各项异性的超流， 由横向磁场引起的Fulde-Ferrell (FF)配对超流， 以及纵向磁场驱动的基于Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)配对的拓扑超流。破坏时间反演的拓扑超流态由拓扑整数来进行分类。拓扑量子数为奇数的拓扑超导的量子涡旋里面有奇数个马约拉纳费米子，此类拓扑态的准粒子满足非阿贝尔统计，并且由于具有非局域的拓扑性，可以抵抗局域的噪声干扰，所以己经有方案指出可以利用这些优势来做拓扑量子计算。p+ip超导是常见的破坏时间反演不变对称性的拓扑超导。在弱配对相里面，p+ip的手征超导体在边界上具有手征性的马约拉纳边缘态。2014年中国的新研究提出了无能隙拓扑超流态，这一新物质相具有空间不均匀的序参量，在动量空间中体系内部的能隙关闭点形成环（如果是二维体系）或面（三维体系）， 在实空间中体系的两个相对边界上能同向传播马约拉纳费米子。

偏振子超流体（Polariton Superfluid）：一种加入了大量被减速和囚禁的偏振子的固体，具有激光和超导体性质的物质态。在超导体中，这种加入能够获得完美的电荷流动。这种行为会产生一种类似激光但是能量效率要高得多的纯光束。2007年美国的研究者做出了这项发现。

量子液晶（Quantum liquid crystals）：2012年美国研究者用金属镝创造出偶极量子费米气体（Dipolar Quantum Fermi gas），该费米子气体具有晶体和超流体二者看似矛盾的特征，有望据此发现量子液晶或超固体。中国研究者提出了三维偶极费米气体的外尔（Wely）超流体。

超流气体（Superfluid gas）：在高温下（约五百亿分之一绝对温度，使粒子处于正常密度的最高温度）拥有超流动性的气态铷原子，可以自由流动没有阻力，在超冷费米气体的实验中观察到量子旋涡。

超固体（Supersolid）：可以（在保持自身形状，不发生形变的情况下）完成完全无摩擦的运动，同时具有固体与流体的特征。2004年美国的研究者发现了超固体。当He在高压下冷却至2K以下，超流体便相变成超固体，它可以零粘度流动。

超玻璃（Superglass）：同时拥有超流体和冷冻晶体结构的特性的物质状态。

拉廷格液体（Luttinger liquid）：全称朝永-拉廷格液体（Tomonaga-Luttinger liquid），一维电子气体作为玻色子的低能量激发，将一条很细的纯净度极高的量子线冷却到接近绝对零度(-273 ℃)，再对材料施加一个横穿磁场，消除杂质的破坏性作用，材料中的自由电子云将变成只有左、右方向运动的电子，电子互相连接着，就象火车车厢一样一起运动，1994年的美国一个研究证实了这种物质形态。

准三维电子晶体（quasi-three-dimensional electron crystal）：介于二维和三维之间的一种物质，将最纯净的半导体材料置入超低温环境下，然后暴露在强磁场中，其中的电子呈现了奇特的量子态。

里德伯态（Rydberg matter）：里德伯态属于强力的非理想等离子的其中一种介稳定状态。当电子处于很高的激发态后冷凝而形成。当到达某个温度时，这些原子会变成离子和电子。在2009年研究员成功由一粒里德伯原子和一粒基态原子中创造出里德伯分子（实验中用极冷的铷原子）。

透明铝（Transparent aluminium）：2009年利用德国汉堡电子同步加速器中心的自由电子激光装置（FLASH）产生的极短软X射线脉冲，集中发射到头发丝直径1/20的金属铝点上，每个铝原子都失去一个核心电子，同时却没有破坏铝内部的晶体结构，从而使金属铝在极短紫外线辐射的状态下变得近乎透明，维持了约40飞秒。这一光化电离方式是研制类似新态物质的理想方式，极强的X射线源可催生新的物质状态。

二维电子气（2DEG）：是指电子可以在二维方向自由移动，而在第三维上则受到限制的现象。在过渡金属氧化物（TMO）材料表面，电子密度很高，是一种平面电子集合，一种二维液体。

光子态（Photonic matter）：在一个量子非线性介质中，光子可以表现得有质量，并能相互作用，形成光子分子（Photonic molecule）。2013年美国的研究团队成功诱使两个光子结合成分子形态，而这种光子束缚态以前只存在于纯理论中。光子分子的物理特性和激光不一样，更像科幻电影里面的光剑（lightsaber）。

液态光（Liquid Light）：一种猜想，2002年的一项研究认为在激光束中的光子是可以凝聚为具有液态性质的光滴（light droplets）的。当激光通过非线性光学介质时， 可以产生自聚焦。液态光应保持成光滴状，但这些光滴并不静止，它们以光速进行着运动。1

固态（Solid）塑性晶体（Plastic crystal）：又称为柔粘性结晶，固体分子有固定位置，但保留了组成分子自由的旋转。

导体、半导体、绝缘体、拓扑绝缘体：一般固体材料依照其导电性分为绝缘体、半导体、导体。绝缘体在费米能处存在着有限大小的能隙，所以没有自由载流子；导体在费米能级处存在着有限的电子态密度，所以拥有自由载流子；半导体包括陈半导体和狄拉克半导体，在费米能处没有能隙，但是费米能级处的电子态密度仍然为零。拓扑绝缘体是一类特殊的绝缘体，材料内的能带结构是典型的绝缘体类型，在费米能处存在着能隙，但是在该类材料的表面总是存在着穿越能隙的狄拉克型电子态，所以导致其表面总是导电的。这一特殊的结构是由其能带结构的特殊拓扑性质所决定的。

非晶形固体（Amorphous solid）：或称非晶体、无定形体，固体中不存在远程有序的原子。常见的非晶态固体有高分子聚合物、氧化物玻璃、非晶形玻璃（Amorphous glassy solid）、非晶形橡胶（Amorphous rubbery solid）、非晶态金属和非晶态半导体等。

结晶固体（Crystalline solid）：组成的固体原子，分子或离子，有一个有序，重复的模式。

半晶态（part-crystalline））：复杂体系中由于化学键的复杂性，随着外场条件发生变化，材料体系表现为部分晶态-部分无序（part-crystalline part-amorphous）和部分晶态-部分液体（part-crystalline part-liquid）的特殊状态，材料宏观上表现为固体状态，但由于物质内部部分原子的剧烈无序和局部流动特性，经典固体理论中的基于小参数（small parameter）近似的声子输运理论不再适用，处于这样状态的物质普遍表现出反常的热输运行为和极低晶格热导率等。

准晶态（Quasicrystaline）：亦称为拟晶（mimetic crystal），是一种介于晶体和非晶体之间的固体。在准晶的原子排列中，其结构是长程有序的，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。

磁序状态（Magnetically ordered）：在过渡金属的原子中有电子单独存在于原子轨域而且不形成化学键，所以在净自旋不是0的情况下拥有净磁矩，不同原子的磁矩都是有规则地排列，因此可以制成亚铁磁体（Ferrimagnetics）、磁铁（Ferromagnet）和反铁磁体（Antiferromagnet）。自旋玻璃（Spin glass）是一种亚稳定状态的磁性材料。自然界有三种基本的磁性状态，磁性和反磁性以及量子自旋液（又称为液态自旋量子，Quantum spin liquid，简称QSL），物质本身是固态晶体，而其磁性却表现为液态行为。

微相分离（Microphase-separated）：共聚物可以进行微相分离，以形成一个多元化的周期纳米结构阵列。这个尺寸是微观或亚微观的，外观上是均匀的看不出分层现象，但是用微观手段仍能观察到两相结构的存在。

二维晶体（2D crystals）：是一种由原子组成的平面薄膜，只有一个原子厚度的二维材料，比如石墨烯以及新近发现的锗烯（germanene）。

分子监狱（Carcerand）与半-分子监狱（Hemicarcerand）：分子监狱是指一类闭合的分子容器，据有较大空腔没有出入口。能够使客体分子完全陷入其中，即使在高温条件下也不能脱离出来。这种类型的分子是在1985年由唐纳德·詹姆斯·克莱姆 (Donald James Cram)首次描述的。由于其构造和监狱相类似，而且形成稳定络合物分子，所以也称此种络合物为牢笼式络合物（Carceplex）。与分子监狱相对的是半-分子监狱，在常温下则会形成稳定的络合物，但在高温下能让客体分子自由进出其空腔，这种络合物是也称半牢笼式络合物（Hemicarceplexes）。这些客体分子存在的物态不同于常见的相态。这些分子容器内的化合物作为内相时，可观察到完全非同一般的络合反应，可防止它们与其他分子发生反应。

姜-泰勒金属（Jahn-Teller Metallic）：集绝缘体、超导体、金属和磁体的特性于一体的新物质形态。2015年日本化学家通过将铷原子引入C60中，改变了碳原子之间的距离，强迫其形成了一种新的晶体结构。这个名字来自姜-泰勒(Jahn-Teller)效应，该效应形容在低压环境下，电子状态下呈几何排列的分子和离子能发生扭曲，这种新物质状态能通过简单施压将绝缘体变为导体，且这种效果能持续一段时间，而分子还能维持其原有的形状。因此这种物质形态会有各种重叠，暗示着能将绝缘材料变为超导体。这种C60晶体结构在相对较高的临界温度下能变为超导体。1

弦状网液态（String-net liquid）原子的这种状况是不稳定的排列，像液体一样，但仍有固定的总体格局，像一个固体。1

液态（Liquid）非牛顿流体（Non-Newtonian fluid）:部分液体摩擦应力的大小受作用力和剪应力所影响，在某一个流动情况之下便变成无定形体。除与当前的运动状态外还与液体过去的运动状态有关，此种液体有记忆效应。非牛顿流体可以分为纯粘性非牛顿流体与粘弹性非牛顿流体两类。

液晶（Liquid crystal）：性质在液体和晶体之间。一般来说，能像液体一样流动，但也表现出长程有序。

酯膜结构（Acetate membrane structure）：酯膜结构和液晶一样具有柔性排列结构的特性，但分子间的连结程度又较液晶更小，与液体相同，因此物质可以像在液体中一样地通过酯膜结构的物质。1

气态（Gas）可压缩流体。形状和体积都由容器限定。1

胶体（Colloid）凝胶（Gel）：又称冻胶。高分子溶液和某些溶胶在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体，干凝胶也称为气凝胶），整个体系会转变成一种弹性的半固体状态的稠厚物质，失去流动性。这种现象称为胶凝作用（gelation），所形成的产物叫做凝胶或冻胶。气凝胶（Aerogel）是指分散系为气态的，如：云，雾等，固凝胶，液凝胶就是呈液态的胶体，如氢氧化铁胶体。1

高能量态奇异物质（Strange matter）：是夸克物质的一种特例，包含上夸克、下夸克和奇夸克的流体。这是与核物质（质子、中子等构成的普通物质）及非奇异夸克物质（non-strange quark matter，除奇异物质外的夸克物质）相对的概念。

金属氢（Metallic hydrogen）：是由氢原子核（即质子）组成的晶体结构，其原子间隔小于玻尔半径，与电子波长长度相当。电子脱离了分子轨道，表现为一般金属中的传导电子。金属氢中的质子既是普通阳离子，又是原子核，因此金属氢也是唯一既属于超金属，又属于通常金属的物质。

电子简并态（Electronic degenerate matter）：又称为超金属，白矮星的组成物质，密度很大。电离的电子在被电离的离子能态上形成的简并态物质。

中子简并态（Neutron-degenerate matter）（中子态Neutronium）：中子星的组成物质。恒星引力坍缩的巨大压力将电子压入原子核，成为原子核的一部分，与质子结合为中子，形成主要由中子组成的密度极大质量极大的物质。

夸克物质（Quark matter））：也被称为量子色动力学物质（QCD matter），夸克突破夸克禁闭（quark confinement）也称色禁闭。可能存在一些特别大的中子星，可形成稳定在较低的能量状态。

辐射场态（Radiation field matter）：又叫真空场态物质，真空中，即便没有实体粒子，也存在引力场和热辐射。具有辐射作用的场，包括电磁场（包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线和γ射线等）和引力场等。满足一定条件场和实体粒子可以相互转化。

量子场态（Quantum field matter）：量子场论中，物质的质量仅被视为场的平方项之系数，并不具备实质物理意义。

超离子态（Superionic）： 在一些物质中观察到，有些原子固定在晶格上， 其它的原子则可在晶体中自由移动。水在高温及超高压的状态下可能形成超离子态，氧原子被冻结在不规则的晶格上，氢原子核则可在氧原子间自由活动，使水具有导电性，水中的氢原子核如同导体中的电子。

超临界流体（Supercritical fluid）：在超过临界点的温度及压力时，出现液体,气体无法区分的物质状态。

等离子态（等离子，Plasma）：在高温下，电子完全从原子中电离出来，所组成的自由电子气体。

夸克-胶子等离子体（Quark-gluon plasma，简称QGP）：一种量子色动力学下的相态，所处环境为极高温与极高密度。自由夸克存在于胶子海洋中的物质状态。

彩色玻璃冷凝物（Color-glass condensate）：质子相互撞击还会产生一种液状物波胶子。

简并态（Degenerate matter）：物质有非常高的压力，由泡利不相容原理支持。1

甚高能量态弱对称物质（Weakly symmetric matter）：大爆炸后10秒后，弱相互作用和电磁相互作用统一时产生。

强对称物质（Strongly symmetric matter）：大爆炸后10秒后， 随着宇宙的扩大，温度和密度下降，强作用力的分离，这个过程被称为对称破缺。

引力奇点（Gravitational singularityr）：也称时空奇异点或奇点，是一个体积无限小、密度无限大、时空曲率无限大的点。引力异常所预测的广义相对论存在的黑洞中心，它不是一个物质的相态（虽然大规模的能源有助于其创造物质）。1

暗物质（Dark matter）2012年加拿大佩里米特理论物理研究所研究员文小刚在美国《科学》杂志的发表文章提出一种能够最终对相态进行分类的新理论体系，物质有500多种相态。该理论可以在任何维度、任何对称性的基础上对保有对称性的相态实施构筑和分类。1

参见相态

物质状态

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学