大飞机、航空母舰、海洋石油钻井平台、新一代汽车等装备用新材料的发展，都离不开材料科学与工程的进步与发展，而材料物理专业是材料科学中至关重要的二级学科。本文将系统地介绍材料物理专业及其发展历程，讲述北京科技大学材料物理专业的悠久历史以及材料物理学什么、未来做什么，使莘莘学子全面地了解材料物理专业，特别是北京科技大学材料物理的深厚底蕴。

材料物理专业简介

什么是材料物理？

材料物理从字面上看是由两个词构成，材料和物理。同学们从初中就开始学习物理，对其有较深入的理解。那么什么是材料呢？百度百科给出的解释是“材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质”。简而言之，材料是人类赖以生存和发展的物质基础。物质必然由原子、分子构成，相同的成分，原子或分子排列方式不同就会产生不同的性能。例如，碳原子排列成正四面体就是金刚石，而排列成正六边形片层结构就是石墨，虽然都由碳原子构成，但排列方式不同，其性能完全不同，如图1所示，正是基于对材料和物理的深入理解，科学家解决了将石墨转化为金刚石的难题[1]。另外，如果把石墨的碳原子排列成单层二维结构就变成石墨烯。石墨烯不仅具有奇异的光学和电学性质还具有高的强韧性。假设元素周期表中的所有元素的原子都能进行排列组合成不同的物质，那么就有可能会组成无限多的物质，而与这些物质的原子或分子的不同排列方式相对应的物质性能也必然产生巨大差异，如何探究、揭示并掌控原子(分子)排列方式和声、光、电、磁、热、力等材料性能之间的关系就是材料人的不断追求。因此，为人类开发出所需要的各种材料就是材料物理学科的最根本任务。

图1 石墨(左)与金刚石(右)及其转化[1]

材料物理的发展历程

材料科学的快速发展可以追溯到18世纪工业革命时期，可以说现代材料技术兴起于工业革命，1779年英国大铁桥的建设就是大规模制造材料的标志之一[2]。1856年转炉炼钢技术的发展使人们可以高效地生产金属材料，极大地推动了社会的发展[3]。1912年不锈钢的发明及使用改善了钢铁材料的性能，使人们的生活和生产水平有了进一步的提高。同时，20世纪也是近代物理学飞速发展的时代，而近代物理学的发展对材料科学的发展具有巨大的推动作用。卢瑟福、波尔提出原子模型的理论，并且建立了完整的晶体学理论(7大晶系)。晶体学理论的建立为材料科学的飞速发展奠定了基础。1912年X射线劳埃衍射斑点的观察是对材料科学具有重大影响的物理实验[4]，该实验不仅证明了X射线的波动性与粒子性，也发展了X射线衍射晶体学，为探知晶体物质内部的结构奠定了基础。

随着材料科学的进步与物理科学的发展，20世纪40年代伯明翰大学丹尼尔·汉森教授课题组根据二者之间的相关性，把物理学的知识用于对材料的描述，对材料的工艺过程和性质进行客观描述，通过物理学的模型认识材料内部的本质，即把材料的微观结构和性能联系起来研究材料的规律和行为，材料物理专业由此建立。

北科大材料物理专业

北京科技大学的材料物理专业具有深厚的底蕴，始于1956年柯俊院士创立的中国第一个金属物理专业，1987年发展为材料物理专业[5]，所依托的学科是首批国家级重点学科。北京科技大学材料物理专业是首批硕士点和博士点，是国家“211工程”重点建设学科和国家“双一流”建设学科，设有博士后流动站。2019年成为首批国家级一流本科专业建设点(图2)。

图2 北京科技大学材料物理专业历史沿革

目前共有42人的专职教师队伍，其中教授25人，包括中国科学院院士1人，国家杰青4人，长江学者3人，国家优青人才3人，教育部新世纪优秀人才12人，北京市科技新星9人等。北京科技大学材料物理专业每年招收本科生50～80名，师生比平均为1∶1.5，是国内外具有最高师生比的专业之一。材料物理专业所有教授不但从事着最前沿的科学研究而且他们都会为本专业本科生上课，将科研最新成果融入到教学中，为本专业的学生快速打开一扇通往科学殿堂的大门。高师生比、强大的师资队伍为理工融合的材料物理专业卓越人才培养提供了优质的师资保障。

材料物理学什么和未来做什么？

材料物理专业学什么？

北京科技大学材料物理专业的本科生进入大学第一年的学习任务主要是基础课的学习，包括数学类、普通物理类、化学类、人文社科类、经济管理类的课程学习。大学第一年结束后就进入专业基础课程学习，专业核心课程包括两部分的内容：一是主要的物理专业课程，如理论力学、量子力学、统计物理、固体物理等；二是主要的材料类课程，如材料科学基础、材料微观结构、材料物理、功能材料、现代材料测试分析方法等。通过每门专业核心课程在课内或单独设实验课并安排专门实习和实践课，加强学生的实践能力培养。材料物理专业极为重视学生的创新能力培养，所有实验室向本科生开放，学生的毕业论文课题100%来源于国家各类科研计划、行业共性技术需求等真实课题。