前沿凝聚态物理.docx
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前沿凝聚态物理
微结构物理的兴起
1．纳米物理学的诞生
纳米结构指尺度为纳米数量级的超细微粒，它们属于原子与一般物质的中间领域的物质。
由于它们的尺度与电子的德布罗意波长数量级相差不多，因而具有许多异常的特性。
对纳米微粒及纳米固体的研究，开辟了人类认识世界的新层次。
早在1959年，美国著名物理学家费因曼（Feynman，RichardPhilips1918～）在加州理工学院对美国物理学会的一次演讲时，曾卓有见地地预言：
“如果有一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会有什么奇迹？
……我毫不怀疑，当在很小的尺度上控制物体的结构时，我们就能使物体具有极端丰富多彩的性质。
”
研究远古陨石结构发现，它们是由原子构成的纳米团簇（cluster）在引力下凝集而成。
有人估计，这种纳米结构材料始于宇宙大爆炸。
从海贝壳到人体等生物系统中，也能找到许多天然的纳米结构，但是，人类有控制地制造纳米结构却非易事。
60年代，东京大学的久保亮五（R.Kubo）曾发表一篇关于量子约束理论的论文①。
这篇论文中谈到了超细微粒粒子的独特性质，但在当时并未引起人们的注意。
在70年代，麻省理工学院的德雷克斯勒提出一个用模拟细胞生物分子的分子装置，制造超细微粒的设想，并把它命名为纳米技术。
此后，他与斯坦福大学联合成立了纳米技术（NST）研究组。
真正对纳米物理展开系统研究始于90年代初。
1982年，本尼格（G.Binnig）和罗若尔（H.Rohrer）发明了扫描隧道显微镜（STM），它以高分辨率向人们展现了一个可见的原子、分子世界。
到了80年代末，扫描隧道显微镜已经由一个助视仪器发展为费因曼所设想的排布原子的工具。
90年代初，纳米物理学已经作为独立的学科研究领域正式诞生。
1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际NST会议。
此时，两种专业国际刊物《Nonotechnology》与《Nonobiology》已经或即将出版；日本与英国等少数科技先进国家制定了发展纳米技术的国家科学规划；美国自然科学基金会将纳米技术作为优先发展项目；冠以纳米（Nano）的新名词和新概念，如纳米电子学、纳米材料、纳米加工和纳米生物学等，正式在各种科技书籍与文献中出现。
这一切都表明，纳米物理学已经作为一门正式的独立学科领域，步入了物理学的殿堂，它的诞生与发展，不仅对物理学，同样对整个自然科学与技术产生着重大的影响①。
2．AB与AC效应研究
1959年，阿哈勒诺夫（Y.Aharonov）和玻姆（D.Bohm）发表一篇论文②，该论文认为，在电子运动的空间中，无论是否存在电磁场，电子波函数的位相都会受到空间中电磁势的影响。
由此他们做出结论，在量子理论中，电磁势要比经典电磁理论中的电场与磁场强度更有意义。
他们同时建议了几种能证实上述理论的实验途径，图1所示就是其中的一种。
入射电子束在A点被分为两束，磁场B处于与图面垂直的螺线管中。
两支电子束在观察屏S处相遇形成干涉。
在电子经过的路径上，磁感应强度为零，但是磁矢势A却不为零。
正是由于磁矢势的存在，使两束电子产生了附加位相差，该值恰好为电子路径包围磁通量的e/h倍。
他们认为，改变B值，影响磁通量，将使位相差改变，电子的干涉图样就会受到影响。
同样，如果在两束电子的路径上各加一只金属筒，当电子进入筒时，在两筒上加不同的电势，电子出离筒后，即将电势撤消，电子束也会因电势的不同产生附加位相差，导致干涉图样变化。
发表这一理论的时候，阿哈勒诺夫正在美国南卡罗莱纳大学物理与天文学系及以色列特拉维夫大学物理系任教。
阿哈勒诺夫很善于研究那些通常被人们忽视的物理现象。
他所预言的一些效应先后被实验证实，由于具有重要意义，都在物理界引起不小的波澜。
AB效应就是其中一个，是他与任教于伦敦大学的玻姆共同提出的。
1960年，AB效应被钱伯斯（Chambers）实验证实①。
随后，美国、联邦德国、意大利等几个实验小组也陆续进行了类似的实验，都支持了这一预言。
尽管如此，由于电子的波长很短，限制磁场的区域很小，螺线管半径不但必须很小，长度还要无限长，这些条件很难得到实验保证，因而有人对实验结果的可靠性表示怀疑。
直到80年代中期，日本物理学家用超导材料将磁场屏蔽以后②，所证实的AB效应才被物理界普遍接受。
AB效应的证实对物理学的影响是深远的。
本世纪初，相对论与量子论的问世，给人类对物理世界的认识带来了崭新的图象与观念，使物理学发生了天翻地覆的变化。
然而，麦克斯韦电磁理论却仍然保持原有风貌，似乎不受其影响。
这一点却也不难理解，因为麦克斯韦方程自身的协变性，使其天然地与相对论的要求和谐一致。
此外，这一方程又能满足电磁波量子性的要求。
然而，深究起来，在经典电磁理论与量子理论之间，也有一点不一致，这就是所谓的AB之争。
从表面看来，AB之争所涉及的似乎只是两个物理量的问题。
在经典电磁理论中，描述场的两个基本量是电场强度和磁感应强度，电标势?
是在电场基础上，利用环路积分引入的，它具有物理意义，虽然数值不唯一，却是可以实验测量的。
磁矢势却不同，虽然它也是在磁场的基础上引入的，却不具有明确的物理意义，数值不唯一，也不能实验观测。
因此，在经典电磁理论中，常把作为描述磁场的基本量，纯属于为计算方便而引入的过渡量或辅助量。
在量子电动力学中，A和B的地位则皆然相反。
出现在方程中的电磁量是Φ和A，而不再是E与B。
A与B相比，A成为第一位的物理量。
A与B哪一个更为本质的问题，在本世纪20年代量子理论创建时即被提出，直到1959年才被阿哈勒诺夫及玻姆所解决。
AB效应表明，描述磁场的矢量与磁场相比，是更为本质的。
这一点仅能通过量子效应才能显现出来。
对固体材料AB效应的观察是近几年来的事。
最初观察的是线度很小的金环。
金环的直径0.8μm，宽0.4μm，附在硅片上。
沿直径接入电极后，通过电流测量金环的电压。
整个实验在0.06K的超低温下进行。
垂直环面加入磁场，电子沿金环的各一半，分两路流出。
在汇合处，两路电子波产生干涉，由合振幅的模即可确定磁阻。
实验结果发现，金环磁阻随磁场周期性地变化。
振荡周期与样品面积的乘积，恰好与AB效应所要求的h/e值相等，从而证实了固体材料中，电子波的量子干涉AB效应。
AB效应的观测，很自然地涉及到纳米物理学的进展。
观测到该效应的前提条件是电子波能现出可观测到的相干性。
在真空条件下，电子束的干涉比较容易观察到，然而在固体材料中，电离杂质与晶格的振动都能破坏材料的理想周期性，因而造成电子散射。
由于电离杂质的质量比电子大得多，对电子静电作用的结果，离子受影响较小，电子却偏离了原来方向的运动而发生散射。
这种散射属于弹性散射，它虽然能使电子波的位相发生变化，却不改变电子波的相干性；然而，晶格振动造成的散射，涉及声子的发射与吸收，属于非弹性散射，将严重地影响电子波的相干性。
可见，若能在固体材料中观察到AB效应，对材料的纯度要求并不高，但对材料的线度有一定的要求。
因为电子必须在受到非弹性散射之前，也即在连续两次非弹性散射发生之间，穿过样品。
根据电子的平均自由程时间，可以计算出电子波相干长度λ。
一般金属在温度1K下，相干长度可达μm数量级。
在现代科技条件下，制造长度在μm以内、线宽在几十个nm以内的环状样品已不困难，因而这一领域的研究得以迅速发展。
当材料的线度L≤λ时，材料内将可能包含108～1011个原子，因此，无论观测的对象、观测的手段以及观测的量值（如电流或电压等）都仍属于宏观范畴。
然而实验的结果却能反映电子的波动性和体系微观物理的规律，这再一次表明，纳米结构物理学研究的特殊意义。
它开辟了用宏观领域的研究方法与概念探讨微观物理规律的新途径。
AB效应的研究仍在继续发展中。
由于电磁场是一种最简单的U
（1）规范场，人们很自然地会联想到，是否能把AB效应推广到其它规范场中。
华裔美籍物理学家杨振宁和吴大峻曾在一篇论文①中讨论过杨—米尔斯SU
（2）规范场的AB效应问题。
而阿哈勒诺夫和卡谢又于1984年根据电与磁的对偶性，提出了AC效应的预言。
AC效应的提出与证实，是纳米物理学的又一重要进展。
它由阿哈勒诺夫与在特拉维夫大学的同事卡谢（A.Casher）共同提出来的，用他们两人姓氏的第一个字母，简称为AC效应。
阿哈勒诺夫与卡谢认为，如果存在有磁场作用的AB效应，根据电与磁的对偶性，一定会存在着一种AB效应的对偶效应。
在电磁场的张量相对论理论中，电磁场张量Fuv应有16个分量。
由于这一张量的反对称性，四个对角元素为零外，两侧对称量等量反号，所余的独立分量即只有6个，这就是3个电场分量与3个磁场分量。
根据张量理论，电场与磁场互为对偶场，当电与磁量按一定规则互换时，对应的物理规律相互对偶。
这样，在相应的AB效应示意图中，把螺线管替换成一条垂直图面的无限长带正电线，把电子束替换成中子束。
中子不带电，却由于其自旋而具有磁矩，令中子束中，每个中子的磁矩与带电线平行。
AB效应中，电子不受磁场力；AC效应中，中子不受电场力。
AB效应中，由于磁矢势的存在，引起电子相移；AC效应中，将由于电势Φ的存在，引起中子相移发生。
阿哈勒诺夫与卡谢还预言，中子相移的大小，与荷电线的带电密度成正比，对于一般的荷电线密度，他们估算结果，相移约为1.5mrd。
1989年，他们的这一预言被墨尔本大学、密苏里大学和纽约州立大学组成的联合研究组所实验证实。
实验中使用的带电线为45kV的细丝高压正电极，而中子束来源于反应堆。
由于很难获得磁偶极矩顺向排列的极化中子束，他们把非极化的中子束加了补偿措施，以消除非极化的影响。
先使中子束通过一个狭缝，经过单晶硅片分为两束通过带电线的两侧附近，再经第二片单晶硅片折射，改变方向后相交。
分别用两台3He正比计数器测量。
为使中子数累计到理论所要求的107个，整个实验持续了几个月。
最后测得相移为2.19±0.52mrd，这个结果证实了AC效应的存在①。
3．超微结构的量子效应研究
在大块金属样品中，电子的能级分布是连续的，然而当物质颗粒尺寸极小时，例如电子数目减少到103～104个时，电子能级则表现为不连续的离散分布。
日本物理学家久保亮五于1962年提出了能级离散分布的条件式，这是费密能级间距δN与颗粒中所含原子数N的关系式，对于大颗粒或一般物体，N→∞，δN→0；但对于纳米颗粒，N虽然大却有限，δN为一个定值，因而能级是分离的①。
当能级间距大于热能、磁能、静电能、光子能量或者超导态的凝聚能时，相关的物理现象就会表现出量子效应。
因此，纳米颗粒的热、电、光、磁以及超导等宏观特性将与大颗粒或一般尺寸的物体，有着显著的不同，这种差异即称为量子尺寸效应。
科研中国SciE。
量子尺寸效应对超微粒的物理性质有重要影响。
然而，超微粒子的尺寸大小各异，粒子的集合体可能呈离散态、链状、网络状或聚合状；承载粒子的载体也有千百种；载体与粒子的界面也变化多端，上述各种因素的影响，使粒子的物理性能也多种多样。
由于量子尺寸效应，粒子的熔点均比同样块状材料低得多，其热导也具有奇异特性。
多孔状超微粒子集合体，在低温或超低温下的热阻几乎为零。
此外，大块样品的电子比热与温度呈线性关系，而超微粒子电子比热与温度的关系却是CP∝Tn+1（n=0，1，2……）。
由于量子尺寸效应，超微粒子还具有奇偶特性。
例如，颗粒的磁化率、比热及催化性质就与所含电子数的奇偶有关。
1988年，英国②与荷兰③的两个研究小组又分别发现了另一种独特的超微粒量子效应，称为量子导线电导量子化现象。
英国小组应用分裂门技术，在二维电子气上制作了一条量子导线。
它的长为0.5μm，比电子的平均自由程小。
电子从一端运动到另一端不受任何散射。
实验发现，随着门电压的加大，它的电导呈量子化地加大，电导的基本量子为2e^2/h。
令人惊异的是，这个值恰与整数量子霍耳效应的基本量子相同。
所不同的是，量子导线电导量子化发生在一维，而且没有外磁场。
超微粒结构的量子化效应还表现在隧道效应上。
早在50年代末，日本物理学家江崎玲于奈（LeoEsaki1925～）和美国物理学家加埃沃（Giaever，Ivar1929～）等人就发现，微观粒子具有贯穿垫垒的本领，这一效应反映了微观粒子具有波动性的基本属性，并由此，江崎玲于奈发明了隧道二极管，这一发明开创了研究固体中隧道效应的新阶段，并推动了半导体电子学的大发展。
到了80年代末，人们在研究超微粒物理特性时，对于隧道效应又有了令人惊奇的发现，描述颗粒的一些宏观量，如磁化强度、磁通量等，也显现有隧道效应的特点。
例如里德（M.A.Reed）在研究Fe-Ni薄膜中畴壁的运动速度时发现，在低于临界温度时，畴壁速度大小基本上与温度无关。
有人认为，这是由于量子力学零点振动引起的热起伏，使低温情况下，超微颗粒磁化矢量的重取向保持有限的弛豫时间，因而在零度附近，仍然存在非零的磁化反转率。
利用这一观点，还可以解释高磁各向异性单晶体在低温下，具有阶梯式反转磁化模式，以及一些量子干涉器件中的有关现象。
超微颗粒的新特点还表现在表面活化特性上。
纳米微粒的尺寸虽小，在表面及表面附近的原子数与内部原子数的比值却比大块物体大得多。
例如，颗粒尺寸从10nm降到1nm时，线度降低后，表面原子数所占比例将上升为原来的5倍。
表面原子数比例的加大，极大地增加了颗粒的活性。
金属纳米粒子会在空气中燃烧，无机材料的纳米粒子会吸附气体并进行反应。
表面活性的增加，不仅使纳米粒子表面原子输运和构型发生变化，也会使表面电子的自旋构型及电子能谱发生变化。
此外，这种表面效应还会使纳米微粒具有极强的光吸收能力。
总之，超微颗粒及由超微颗粒组成的纳米固体在光学性质、导电性、机械特性、热学特性、磁学性质、超导电性等方面，都具有与一般大块物体不同的特点。
这些奇异性质表明，人们所熟知的基础物理学规律，将有可能在宏观与微观的中介地带有突破性的进展。
这一进展不仅将成为微电子学领域的理论基础，为电子技术的发展开辟新的纪元，而且还有人估计可能在这一突破之中，出现下一位诺贝尔奖的得主。
纳米结构的研究将是一个十分激动人心的领域。
4．纳米科学技术进展
纳米的基础物理研究，是介观物量、量子力学与混沌物理的交叉结合。
它与现代计算机、微电子学与扫描隧道显微技术相结合，形成了纳米科学技术群。
自本世纪90年代起，这门全新的科学技术群，广泛地在全世界范围内兴起，它不仅包括了纳米生物学、纳米电子学、纳米机械学、纳米地质学、纳米天文学……，而且正以惊人的速度，向着一切科学技术领域渗透着。
纳米学科的研究，不仅在研究对象的空间尺度上具有特殊性，而且还在对传统概念的革新中，表现出全新的观点与思维方式。
纳米电子学的发展就说明了这一点。
目前的半导体理论，即P-N结原理把电子视为微粒，它的有效范围只到亚微米尺度。
作为微电子技术核心——集成电路——朝向超大规模发展的同时，微电子器件的尺寸在日益缩小。
迟早会进入到一个新的阶段，到那时，经典电磁理论将不再适用，电子将不能再被视为微粒，在纳米尺度上，电子的表现即以波动性为主，纳电子学必须计入量子力学效应，这些效应表现为量子隧道效应、量子尺寸效应、特殊的伏安特性、特殊的磁性质等。
纳电子学的任务就是研究纳米量子微粒的这些全新性质，在此基础上，设计、制作全新的量子电子器件与集成电路。
人们预计，新型量子电子器件及全新集成电路的实现，将为第六代或第七代计算机设计、制造成功奠定基础。
与此同时，超小尺寸量子电子器件也为物理基础理论的研究提供了微型实验室，使人们能对量子线、量子点、量子环以及量子点接触等超微结构的各种量子效应，如量子尺寸效应、量子隧道效应、量子相干性、量子波动性、电子反常输运及库仑阻塞等现象进成富有成效的研究。
液晶物理学进展
1．液晶的早期发现与研究①
液晶的发现通常追溯到1888年，奥地利植物学家赖尼泽尔（Reinitzer,F.）的实验工作。
他把胆甾醇苯酸酶加热到145.5℃时，发现晶体融成一片混浊的液体，继续加热到178.5℃时，混浊的液体又变得清澈透明。
把液体冷却，液体又从紫、橙到绿各色变化。
开始时，他认为这种物质具有两个熔点，并怀疑是由某种不纯因素造成的。
在同年，他把这一现象告诉德国卡斯鲁尔大学物理学家勒曼（Lehmann,O.）。
勒曼是晶体光学研究的创始人，并首次把偏光显微镜用于晶体研究。
在偏光显微镜下，勒曼发现，这种奇异的液体具有与晶体类似的双折射性质。
他首次把这种状态的液体命名为液晶。
液晶的发现本应成为诺贝尔获奖的项目，未能实现的原因之一是确定首先发明人比较困难。
勒曼曾被数次提名参加诺贝尔奖候选，由于赖尼泽尔与之争夺液晶发明权而未能成功。
事实上，谁先发明液晶确实难以确定。
在1887年，第一个诺贝尔化学奖的得主，荷兰化学家范托夫（Van′tHoff，JacobusHenricus1852～1911）就发现了螺旋状液晶的光活性。
他曾把这一发现写信告诉勒曼。
这封信已被印在一些有关液晶的书籍上。
液晶发现未获诺贝尔奖的第二个原因是，当时的一些知名学者对是否存在液晶表示怀疑。
曾因建立热力学第二定律获得1920年诺贝尔化学奖的能斯脱（Nernst，HermannWalter1864～1941）就坚持认为，液晶只不过是液体与晶体的胶体体系。
尽管在早期，也就是本世纪20年代以前，已经用各种方法合成出300多种以上的液晶，不少人为液晶的生存权向权威人士努力抗争，例如弗里德尔（G.Fritdel）曾在20年代以200页左右的论文详细地论证了液晶与液体、晶体的区别，并把液晶分为层状相、丝状相和螺旋相三大类，然而在当时，许多物理学与化学工作者的兴奋点转向了繁荣兴起的量子力学，液晶研究已被量子力学成功的浪潮所淹没。
1933年，法拉第学会召开的研讨会上，液晶首次得到正式承认。
在这次会议上，弗里德里克兹（Freedericksz）报告了磁场对液晶分子排列的转变效应。
从30到60年代的30多年间，关于液晶形成了两大理论体系。
一是宏观的连续体理论，该理论利用质心速度和分子平均单位取向矢量——指向矢——描述液晶长棒状分子的运动。
1961年和1968年，J.埃里克森和F.M莱斯利分别建立了向列相和胆甾相的流体动力学非线性方程。
该理论表明，向列相和胆甾相具有五个粘滞系数，质心运动与分子转动互有影响。
胆甾相的运动与温度有关，它的流体力学方程已被实验所证实。
另一个理论为液晶的微观理论，它的建立经历了一段很长的曲折过程。
液晶发现后，曾吸引玻恩、德布罗意、玻色等一些著名物理学家投身到这一领域研究。
早期液晶的微观理论，称为分子群落学说，它就是由玻色所倡导，后经洛仑兹的学生奥恩斯丁（Ornstein）与卡斯特（Kast）正式上升为理论。
该学说认为，液晶是分子群落的混成体。
根据丝状液晶的散射本领比普通液体强得多这一实验事实，该理论认为，普通液体的散射来自单个分子的布朗运动；而液晶的散射则来自分子群落的起伏涨落。
他们根据液晶对光的散射强度，推算出散射截面的直径为0.1μm，因而每个分子群落约含有105个分子。
群落间的相互作用很弱，排列杂乱无章，由于折射率不均匀而造成混浊，然而在外场作用下，极化扭转致使分子群落趋向排列整齐，而使液晶透明。
这一理论在物质的分子、原子层次之上，又增添了一个“群落”的新层次。
无论证实还是否定它，都将是对物理学的基础性贡献。
2．德燃纳对液晶基础性研究的贡献
德燃纳（deGennes，PierreGilles1932～）年仅26岁时，便被任命为巴黎大学固体物理学教授，在该校讲授金属与合金的超导理论。
在这一时期，正处于液晶显示技术发明所掀起的世界性液晶研究高潮之中，此时，德燃纳受命在巴黎大学组建液晶研究小组。
很快地，这一研究组在液晶光电效应的研究方面做出了卓越的贡献。
与世界同行，特别是与美国同行相比，德燃纳研究组更侧重于液晶的基础性研究，使他很快地成为该学科中有影响的人物。
德燃纳首先抓住了液晶光的反常散射这一基础性课题。
他放弃了分子群落学说，而以连续体理论中的指向矢作为基本概念，把指向矢的热起伏涨落作为液晶反常光散射的理论出发点。
他认为，由指向矢空间运动的傅立叶变换，可以把涨落转化为波矢空间谐振子的振动。
然后，根据经典统计力学的能量均分定理，就可以得出液晶与普通液体光散射截面之比，该比值为105～106，恰好为光波长与分子尺度比值的平方。
这一理论结果很快被实验所证实。
德燃纳的这一成果，不仅说明了早期分子群落所说明的现象，而且还更具有说服力地证明了液晶散射光所表现出来的退极化，这正是1951年被卡特林（Chatelain）实验观测到，却不能由分子群落理论说明的一个关键的现象。
德燃纳的这一理论发现，使统治液晶研究几十年的分子群落理论走向衰亡。
在此同期，在随着液晶显示技术带来的液晶研究高潮中，不少物理与化学家被卷入到液晶研究。
其中有因Ising模型二维严格解，同时建立从普通铀238中分离铀235的气体扩散法基础理论而闻名于世，并获得1968年诺贝尔化学奖的美国化学家翁萨格（Onsager，Lars1903～1976），他建立了“硬柱”模型丝状液晶相变理论。
建立类似液晶理论的还有因研究高分子聚合物，并研制成功尼龙、氯丁橡胶而闻名于世，并获得1974年诺贝尔化学奖的美国化学家弗洛里（Flory，PaulJohn1901～）。
除此以外，有人还从平均场出发，提出了一些其它液晶分子的统计理论。
与这些人相比，德燃纳更为成功，他卓有见地地抓住了朗道在1937年建立的二级相变理论。
这一理论把系统的自由能密度在相变点附近，展开成序参数及空间微分的幂级数。
与平均场理论相比，它不仅数学上更简洁，还能得到平均场未能发现的新维数，而且更容易推广应用到一级相变，即丝状相——各向同性相变。
德燃纳首先构造出用于阐明丝状相与层状相的相变理论，这一研究使他注意到了液晶与超导体间的相似性。
在层状相分子层排列的周期性中，他增加了一个复数有序参量，用来描述分子的密度函数。
他发现，这一函数与描述电荷超流体的朗道-金兹堡自由能密度完全相似。
他首先指出，应该能在层状相液晶中找到超导体中对应的效应。
由于丝状相与层状相相变理论的研究成果，德燃纳获得了1991年诺贝尔物理奖。
德燃纳1973年出版的首部关于液晶理论的专著《液晶物理》已成为这一领域的权威性著作①。
70年代末，液晶基础理论研究获得的成果，促进了一些相关技术领域的飞速发展。
液晶显示广泛地应用到各种电器仪表，液晶平板彩色电视已从试制走向商品化大规模生产。
德燃纳被任命为巴黎物理化学学院院长。
此时，他的研究课题转向化学与物理的一门交叉学科——高分子聚合物物理。
由70年代发展起来的，如中子衍射、激光非弹性散射等新实验手段为高分子长链在大尺度范围的构型研究准备了条件。
而在70年代发展起来的密度泛函、费因曼图与重正化等理论工具，又使人们从高分子链排列的统计力学与相变理论联系间找到许多新的标度规律。
德燃纳运用他处理液晶相变时简捷的数学技巧，再一次在新的方向上做出了不少创造性的工作。
1979年他所出版的专著《高分子聚合物物理的标度概念》成为他又一部传世之作②。
1958年以来，这位液晶基础性研究的巨匠又开始了生物膜的研究。
根据与铁电液晶的类比，他敏锐地判断出，利用由日本两个实验室同时发现的人工合成手征生物膜的螺旋构形，可以解释生物膜的机理。
1988年他又出版了一部关于生物膜的专著③。
3．液晶生物膜研究④
早在1854年，对细胞学的创立做出决定性贡献的德国病理学家魏尔啸（Virchow，RudolphCarl1821～1902）就发现，神经细胞髓聚脂溶液具有偏光性，这本是液晶的重要特征之一。
1933年，法拉第液晶讨论会上，生物结构的液晶性质被正式提出来讨论。
1965年，在肯特（Kent）召开的第一届国际液晶会议上，生物液晶已被列为正式议题。
1974年，在斯德哥尔摩召开的第五届国际液晶会议上，人们把生物膜与溶致液晶正式联系在一起进行讨论。
生物液晶研究的起点是关于红血球的形状问题。
其实，固体与液面的形状自始至终都是凝聚态物理的难题。
晶体表面形状、各种液面的形状曾一次次地困扰着人们。
1901年，伍尔夫
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