1911年巴克拉在研究X射线的实验中发现，以不同元素作产生X射线的靶子，会得到元素的特征X射线。他因此获1917年物理奖。1912年，冯·劳厄发现X射线对晶体的衍射现象，获1914年物理奖，1913年理查兹重新精确核定了60多种元素的原子量，还发现了铅的三种同位素，证明和支持了同位素理论，进一步肯定了元素衰变或嬗变理论。他获1914年化学奖。1914年，莫莱斯研究各种元素的X射线谱时，发现各种元素所产生的特征X射线的波长，其顺序恰好与元素周期表的次序一致又发现元素的原子序数和它的物征X射线波长之间之间存在着简单的数学关系。
泡利1915年索末菲把玻尔的原子核结构理论从两方面加以扩充，一是认为电子绕核运动不仅限于圆形轨道，而且也包括椭圆形轨道。二是把相对论与玻尔理论结合起来，考虑到电子的质量会随电子的运动速率的变化而变化。1925年，泡利提出不相容原理，描述了电子在轨道上的分布，因此获1945年物理奖。随着量子力学的建立，原子结构理论有了重大发展，玻尔的电子轨道概念为电子云概念所取代。
化学键理论的发展
鲍林1931年，化学家鲍林和物理学家斯莱脱合作从电子的波动性出发，认为波可以叠加，在碳原子成键时，电子所用的轨道不完全是原来纯粹的单一轨道，而是两个轨道经过叠加而成的“杂化轨道”，这个理论能很好地解释甲烷的四面体结构，也满意地解答了乙烯分子及其化许多分子的构型，因此获1954年诺贝尔化学奖。
莫立肯利用量子力学方法，用计算机计算了在分子内电子运动的途径，主张把轨道看成是围绕原子核散开的电子云，轨道面向空间，可以互相重叠，形成化学键，为分子轨道理论建立作出贡献，因此获1966年化学奖。
1965年，化学家伍德瓦德与霍夫曼共同提出并阐明了“各种分子在反应中总是倾向于循着（或力图保持）其轨道对称性不变的方向发展”的分子轨道对称守恒原理。
肖克利、巴丁、布拉顿1928年，布洛赫提出能带理论的雏形。能带理论用单电子独立运动的量子描述解释了固体的导电性质。1947年肖克利、巴丁、布拉顿发明了点接触型晶体管，获1956年物理奖。1957年基比尔发明集成电路。1957年江崎玲于奈用发现半导体的隧道效应，并制造了隧道二极管，获1973年物理奖。
1980年克利青从金属－氧化物－半导体效应管的氧化物表面上发现了量子霍尔效应，获1985年物理奖。
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