今年七夕，中二所带你重新定义爱情！（文末有彩蛋哦~）
很快啊，转眼又到了一年一度的七夕佳节，去年单身的你今年还单着吗？
作为中二所重点关注的节日，今年小编接过这把火炬，向大家阐述爱情的定义。让我们跟随一首打油诗开启今年的七夕之旅。
又是一年七夕到
物理给你支妙招
若论爱情为何物
且听小编絮絮叨
巴黎奥运会正在如火如荼的进行着
中国奥运健儿们英姿飒爽，愈战愈勇
每天金牌不断线
甚至多个项目包揽金银牌。
在巴黎这座“浪漫之都”上演的不仅有精彩的比赛，还有甜美的爱情。
在巴黎奥运会羽毛球混双决赛中，中国队组合郑思维/黄雅琼夺得金牌，为国羽摘得本届奥运会首金。颁奖典礼结束后，黄雅琼的男友——国羽男双选手刘雨辰现场向她求婚，让单身狗们羡慕不已。
图源 | 人民日报公众号
大家纷纷感叹，奥运选手也是懂浪漫的，一场求婚，让全世界都见证了他们的爱情。
图源 | 公众号留言
每逢情人节和七夕，物理所的小编们总会用物理学原理来分析，为什么天下有情人终将分手，又或是为什么表白可能巨亏，分手一定血赚，再或是，为什么最快乐的事就是把所有的异性处成朋友，抑或是，量子力学告诉我，七夕一人最稳妥。让广大单身狗们看的热泪盈眶，终于为自己为什么还在单身找到了科学的解释心理上的安慰。
但是也有小编在帮广大网友支招，物理学定律也可以助大家“科学表白”，甚至还有小编给出了恋爱攻略，可是大家似乎并不买账。对比往年的数据，小编明白了一个道理，单不单身跟物理一点关系也没有。要不然小编也不至于看了这么多文章还一直单着。
虽说物理不一定能帮你得到甜甜的爱情，但是跟物理打交道久了，对爱情也逐渐有了自己的理解。
*点击绿色的字有惊喜哦
爱情是什么
爱情，是世界上最浪漫的事情。爱情不分国界，不分种族。什么是爱情，爱情是我和你互帮互助，互相补充，携手共进；爱情是我和你手牵手，就能风雨无阻，勇往直前；爱情是我们要不离不弃，共同奔赴。
什么是爱情，超导体中的Copper对就是爱情。
一个电子会遇到阻力，可是当两个电子结合在一起便能够形成超导体，无阻地前行。
超导，顾名思义就是超级导电。1911年Onnes发现在4.2K附近金属汞的电阻突然下降到一个仪器测不到的值，这就是最早发现的超导态。1986年，Bednorz和Muller发现了铜基超导，2006年，日本细野秀雄团队发现了铁基超导。一直以来世界各地的科学家们都在致力于解释高温超导体的超导机理，寻找能在室温实现超导的材料。
华君武先生漫画“双结生翅成超导、单行苦奔遇阻力”
1957年，Bardeen、Cooper、Schrieffer提出了解释超导的微观理论BCS理论，并于1972年获得诺贝尔物理学奖。BCS理论认为电子通过和声子（晶格振动产生的准粒子）相互作用使得费米面附近两个自旋和动量都相反的电子结合在一起，形成束缚态，这就是Copper对。
为此，李政道先生授意著名画家华君武做了一副关于BCS 超导理论的漫画，在C60组成蜂巢上，蜜蜂只有单只翅膀，只有左翅膀蜜蜂抱住右翅膀蜜蜂，成双成对后，才可以畅行纷飞。可见科学家也是懂浪漫的。
超导就象征着爱情的甜蜜，只有两个电子一起才能克服阻力，飞向远方。对超导机理的研究和对室温超导的追求也象征着人类对美好爱情的向往吧。
什么是爱情，形成激子的电子-空穴对就是爱情。
在激子绝缘体中，电子-空穴对可以形成超流的状态，一起运动，这是系统能量能量最低的稳态。
电子和空穴都牵手了，你和你的那个ta呢
激子是在研究绝缘晶体和半导体光吸收过程时提出的一个概念。晶格具有周期性，周期性的晶格会形成能带，固体材料中有很多电子，电子填充时通常先填充能量最低的带，电子填充的能量最高的满带称为价带，没有电子填充的能量最低的带称为导带。导带中的载流子为电子，价带中的载流子为空穴，电子带负电，空穴带正电，由于电子和空穴带相反电荷，它们之间的库伦吸引作用会导致电子和空穴形成束缚对，即激子。
处在导带低的电子拉上处在价带顶的空穴，二者一起，才能激发出美妙的物理，比如激子绝缘体。这不正像极了爱情的样子，两个人一起才能创造出爱情的结晶。
什么是爱情，ARPES和STM 之间就是爱情。
你负责实空间的测量，我负责倒空间的表征。携手共进，才能把一个问题研究清楚。
不信你去看，很多文章都是既做了STM实验，又做了ARPES实验。很多课题组都是既有ARPES，又有STM。比如，小编的课题组就是。那么说了这么久，ARPES和STM到底是什么，它们又是如何工作的呢？且听小编娓娓道来~
众所周知，物理所是北京凝聚态物理国家研究中心，有着先进的研究凝聚态物理的实验设备，其中很出名的两个就是ARPES和STM。
ARPES实物图和STM结构图。图源 | EX07组主页
ARPES全称角分辨光电子能谱（Angle-resolved Photoemission Spectroscopy），是对材料能带进行表征的一种实验手段。对能带的表征可以反映材料内部的电子信息，从而研究材料的拓扑、超导等性质。
要理解角分辨光电子能谱的原理首先要知道什么是光电效应，这是我们在三年级就学过的内容，如果你忘了，那就简要回顾一下。
光电效应原理图。图源 | 高中物理选修3-4
一束光照射在金属板上，能够使电子从金属表面逸出，这就是光电效应。1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花，这就是最早的光电效应，也是赫兹细心观察的意外收获。
直到1905年，爱因斯坦才从光的量子化角度对这一现象做出了解释。
光电效应，就是爱情最好的诠释，你给信号，我就有呼应。虽然光电效应存在截止频率，但是两个人之间的爱情没有门槛。
光电子的产生是有一定条件的，不是所有的光照射在材料表面都会产生光电子，只有当入射光的频率大于材料的截止频率时，才会有电子从材料表面逸出。电子能否逸出以及逸出光电子的能量与入射光的强度和照射时间无关，只与入射光的频率有关。
这是因为光是不连续的，是由一个个的光子组成的，每一个光子的能量为hv（v为光的频率），材料中的电子对光子的吸收是一份一份的，只有光的频率大于材料的截止频率时，电子才能吸收光子，克服材料的逸出功，逃离材料的束缚，从材料中逸出形成光电子。
出射光电子的能量为：
其中W₀是材料逸出功。
角分辨光电子能谱的基本原理就是光电效应。入射光打到样品表面，会有光电子从表面逸出，光电子经过透镜汇聚从狭缝进入分析器，经过分析器偏转后到达接收器，接收器可以同时记录光电子的能量和动量信息，从而得到材料的能带结构。
ARPES原理图
而STM恰恰相反。
STM全称扫描隧道显微镜（Scanning Tunning Microscopy），可以从实空间直接探测样品表面形貌。扫描隧道显微镜的基本原理是量子隧穿效应。
STM实物图。图源 | N04课题组主页
由于实物粒子具有波粒二象性，（就是说，既可以是电子，也可以是波），在量子力学的世界里，电子就会展现出波动性的一面。
通过对薛定谔方程进行一番猛烈的推导（此处省略三千字……），我们发现即使是电子前面的势垒能量大于电子能量，电子仍然有一定的概率可以穿过势垒，到达对面，并且电子能量与势垒高度差越小，电子穿过的概率就越大。
量子隧穿效应
这在经典的世界里是不可能发生的，你很难想象一只老虎冲向一个山坡，然后一头穿了过去。
但是在爱情的世界里可以。我喜欢你，就是不管我们之间存在多高的壁垒，多大的阻碍，我都能跃过去。两个人的爱情就像隧穿电流，尽管有势垒，但依然能够双向奔赴。
量子力学的世界就是这么神奇，很少人能真正理解它，毕竟物理学大师费曼就说过“谁要是懂得量子力学，那他就是真的不懂量子力学”。
扫描隧道显微镜就是利用了量子隧穿的原理。
扫描隧道显微镜原理。图源 | Wikipedia
针尖和样品表面之间有一层空气势垒，针尖和样品虽然没有接触，但是电子依然有一定的概率可以穿过这层势垒，形成电流，从而获得样品表面的形貌信息。
扫描隧道显微镜有两种工作模式。一种是保持针尖高度不变，样品表面的起伏会带来针尖和样品之间空气层厚度的变化，从而引起电流的变化，通过电流反应样品表面的起伏；一种是通过改变针尖的高度保持电流不变，利用针尖的高度变化反应样品表面的起伏。
STM形貌图。图源 | Wikipedia
STM和ARPES相互补充，互为表里，成为表征样品结构和性质的有力手段。
祝有情人终成眷属
学物理的人固然有严谨客观冷静求真的一面
但他们并不是冷冰冰的
他们也有自己的浪漫
尽管学物理不一定能帮你脱单
但可以助你早日找到属于自己的另一半~
一些物理情话送给大家
快去告诉属于你的那个ta
就算磁铁的南极和北极分离，我也会和你在一起。
你就像牛顿的苹果，自然而然地就砸中了我。
我和你互相纠缠，即使相隔万里，我也能瞬间读懂你的心意。
你就是我的黑洞，一靠近你，我的一切都被吸了进去。
你就像一块石头，只一下，就在我心里留下了阵阵涟漪。
自从遇见你，我就成了薛定谔的猫，是好是坏只取决于你在不在。
你就是我的偏振片，透过你，世界变得很美丽。
“好了，不想再说了”
参考文献：
1、《物理（选修3-5）》，人民教育出版社
2、《超导物理》，张裕恒，中国科学技术大学出版社
3、《固体理论》，李正中，高等教育出版社
编辑：阿白
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