物理
引用检索 快速检索
友情链接
   » 中国科学院
   » 中国科学院物理研究所
   » 中国物理学会
   » 中国科学技术协会
图片显示    年代列表    列表显示    封面列表

2022,51 (4)

2022,51 (3)

2022,51 (2)

2022,51 (1)

2022,51 (4) 
封面故事:随着深空探索和卫星导航对测量精度要求的不断提升,世界各国都在计划将空间原子钟替换为光钟。作为世界上最强的时间频率测量平台,锶原子光晶格钟成为重要的候选者。然而阻碍其走向太空的重要因素之一,即是如何在没有重力的环境下,压制浅晶格间量子隧穿导致的谱线展宽。近日,常宏研究员领导的中科院国家授时中心—重庆大学锶光钟研究团队结合量子模拟的弗洛凯设计技术,通过周期性驱动晶格激光,成功地在浅晶格中将千赫兹级谱线压窄到赫兹级别,从而在国际上首次实现非重力压制下的浅光晶格赫兹窄谱。该成果对我国部署中的高性能空间站载光钟具有重要的科学意义。该工作发表于Phys. Rev. Lett.,2022,128:073603。(封面设计:孙光磊)


2022,51 (3) 
封面故事:医生给病人做手术是再寻常不过的了,但我们是否想过给一个细胞进行手术呢?对单细胞进行微手术和活检有助于从单细胞甚至是细胞器等亚细胞层面了解细胞特性,便于进一步深入了解细胞的生命过程及疾病的产生原因。暨南大学纳米光子学研究院辛洪宝教授等提出了一种热等离激元结合光学捕获的新技术,在不干扰邻近细胞的情况下,实现对单个癌细胞的原位精准光学手术,进而实现了靶向高效基因递送和细胞内线粒体的提取与操控。该方法为单细胞微手术、基因递送和细胞内细胞器操控提供了一种新的光学方法,为从单细胞和亚细胞层面深入了解细胞病变过程及揭示与细胞器病变相关的疾病机理提供了新的研究思路。详细工作发表于Nano Letters,2022,22:402。


2022,51 (2) 
封面故事:核子是自然界一切可见物质的主要组分。自核子发现以来,其基本性质一直是研究的前沿热点。近期,依托北京正负电子对撞机,第三代北京谱仪实验在2.0 GeV至3.08 GeV能量范围内,使用虚光子探针逐能量点扫描出中子的电磁形状因子。实验团队解决了包括反中子、中子和光子等中性粒子的重建、鉴别和效率校准等一系列挑战,通过综合分析探测器中的信号特征,在数十亿事件中成功地找到了数千个信号事件。与之前的实验结果相比,统计量提高了约60倍。由此,该研究取得了目前为止世界范围内最精确的中子电磁形状因子的测量结果,澄清了在该领域中持续20余年的光子核子相互作用反常之谜,并首次发现了中子精细电磁结构中的振荡现象。该研究结果以封面文章发表在Nature Physics 2021年第17卷11期。


2022,51 (1) 
封面故事:如果把谐振腔内弛豫振荡的光子比作驰骋在高速公路上的汽车,刹车必不可少。类似刹车的基本原理,通过向激发的光学谐振腔内注入损耗,改变腔内非稳态光子的阻尼,从而减小其弛豫时间而迅速“停稳”,则可以实现“光子刹车”,这一操控的时间尺度往往在皮秒甚至飞秒量级。最近,南方科技大学丛龙庆课题组与合作者采用超材料构造的谐振腔,利用光泵浦—太赫兹探测技术成功演示了“光子刹车”效应,在皮秒尺度观察到刹车过程中光子简并模式的剥离、线性频率转化等现象。“光子刹车”效应结合超表面可实现超快波束扫描,助力激光雷达、太赫兹通信应用;线性频率转换在太赫兹波段尤为重要,有望绕开非线性参量过程对强场太赫兹源的依赖。相关成果发表在Nature Communications,2021,12:6940。(南方科技大学宣传与公共关系部丘妍供图)


2021,50 (12) 
封面故事:中国科学院国家天文台邓李才领导的团队自2017年底,在青海冷湖地区经过三年多的野外工作,克服野外高海拔(4200米)、无后勤支撑等重重困难,积累了超过三年的连续监测数据。数据分析显示,可观测时间和视宁度,这两个关键技术指标,与设置了目前尖端天文设施的美国夏威夷和智利北部最优台址基本持平。此外,大气可沉降水汽柱密度(PWV)越低,越利于开展早期宇宙观测和发现地外生命等重大科学问题的观测研究。PWV参数上横向比较,冷湖台址相对更好。光学/红外观测台址是极其宝贵、稀缺的战略资源,是国家空天战略蓝图上的核心元素之一。冷湖台址的发现,打破了缺乏国际一流台址这一长期制约我国光学天文观测和相关科学领域发展的瓶颈。而且冷湖所在的地理经度区域内,尚属世界大型光学望远镜的空白区,因此,冷湖台址对开展国际合作意义重大。相关成果于2021年8月18日在国际顶级科学期刊Nature在线发表。


2021,50 (11) 
封面故事:氢燃料电池是未来能源脱碳的重要方向,而制备电池所需的铂基催化剂,存在活性低、用量大、成本高的问题,是导致氢燃料电池“叫好不叫座”的关键。近日,中国科学技术大学梁海伟教授课题组与合作者通过高温“硫固体胶”的合成方法,成功研发出46 种高性能氢燃料电池铂基合金催化剂“家族”。基于该催化剂“家族”,研究团队发现了铂合金电催化氧还原活性与其二维晶面应力之间的强关联性,并从中成功筛选出几种高活性催化剂,使低铂氢燃料电池性能达到了目前世界先进水平。该成果有望大幅提升燃料电池中铂的利用率并降低燃料电池成本,推动其大规模产业化。该工作发表于Science,2021,374:459。(封面设计:陈磊)


2021,50 (10) 
封面故事:一种可以发电的“果冻”,这是南方科技大学的刘玮书课题组开发的一种以离子作为载能子实现热到电的转换的特殊准固态离子热电凝胶材料,其基体材料与小朋友所喜欢的果冻一样,是生物质明胶。该离子热电凝胶材料获得了高达17 mV/K的热电势,将25个5×5×1.8 mm3的单元组装成柔性可穿戴设备,利用人体温差实现高达2.2 V的电压和5 μW的最大输出功率,为未来物联网系统中传感器及电子设备实现所需电能自供给提供了一种选择。该工作还揭示了此类凝胶材料中离子输运选择性强化效应,从而产生离子扩散诱导的高热电势,并与热电化学效应协同作用,拓宽了热电材料的研究领域。该研究成果发表于Science,2020,368:1091。


2021,50 (9) 
封面故事:探索新的计算硬件和新的计算方案来实现大规模并行计算,实现信息处理速度的不断提升,是未来计算领域一个广受关注的议题。近日,南京大学缪峰教授团队利用连续时间的信息加载方式和频分复用技术,首次提出并实验验证迄今最高并行度的神经形态计算方案。作为验证,团队利用两个级联的忆阻器交叉阵列,成功实现了对16张字母图片的并行识别。该技术可广泛应用于相变存储器、磁隧穿结存储器、浮栅器件等其他神经形态计算硬件。该工作为回答“计算机处理速度是否有上限”的前沿科学问题提供了新的思路,并为利用大规模并行计算技术在神经形态计算领域实现应用提供了科学基础,有望为未来人工智能时代,填补海量数据计算需求所面临的算力缺口提供可行的技术途径。该工作发表于Nature Nanotechnology,2021,DOI:10.1038/s41565-021-00943-y。


2021,50 (8) 
封面故事:量子中继可以解决光纤直接传输的指数损耗问题,实现远程的量子纠缠分发,是构建大尺度量子网络的基础。目前已有的量子中继基本链路的演示均基于发射型量子存储器,其纠缠光子是由存储器本身发射出来的,难以同时支持确定性光子发射和多模式复用存储,从根本上限制了纠缠分发的速率。基于吸收型量子存储器的量子中继可以解决这一问题,其结构同时兼容确定性光子源和多模式复用。近期,中国科学技术大学李传锋、周宗权研究团队利用固态量子存储器和外置纠缠光源,首次实现两个吸收型量子存储器之间的可预报量子纠缠,演示量子中继的基本链路。实验实现了4个时间模式的复用,实测的纠缠保真度达到了80.4%。该研究证实了基于吸收型量子存储构建量子中继的可行性,首次展现了多模式复用在量子中继中的加速作用,为实用化高速量子网络的构建打下了坚实的基础。该工作发表于Nature,2021,DOI:10.1038/s41586-021-03505-3。


2021,50 (7) 
封面故事:红外光电探测器由于在国防领域的重要性,是现代科技追逐的制高点之一,也是科学技术壁垒极高的研究领域。暗电流抑制是长期以来制约红外探测器实现高工作温度的瓶颈问题。然而在传统的pn结探测器中,耗尽区过高的SRH复合和表面复合严重限制暗电流抑制的理论极限。因此,红外领域的学者们一直致力于寻求一种超越pn结的新器件结构。中国科学院上海技术物理研究所胡伟达研究员和复旦大学周鹏教授独辟蹊径,利用二维原子层堆叠实现了能带局域态操控,构建的范德瓦耳斯单极势垒探测器突破性地解决了传统材料势垒结构晶格失配以及组分能带梯度控制的瓶颈问题。器件在中波红外区域室温下显示出优异的黑体探测率2.3×1010cm·Hz1/2·W-1,这意味着该工作实现了范德瓦耳斯单极势垒光电探测器跨入红外实用领域的关键突破。该工作发表于Nature Electronics,2021,4:357。


2021,50 (6) 
封面故事:量子电容是电子填充费米面所引起的内禀电容效应,在低维材料中尤为显著,被广泛应用于电子态密度测量与电子多体效应的研究。南方科技大学电子与电气工程系陈晓龙、香港科技大学物理系王宁研究团队合作,基于单层石墨烯材料制备了新型量子电容器件,并构造了电致可调谐振电路,在2 V栅控电压下实现了电容值50%的改变与20%谐振频率的改变。模型理论进一步预测了石墨烯量子电容器的工作极限,其可以在0.3 V的超低栅控电压下实现700%的电容值调制与200%的谐振频率调制。石墨烯量子电容可调谐电路与目前主流的可调谐振电路相比,如微电子机械系统与半导体变容二极管,具有面积小、功耗低、可调谐范围大等优势。本文的研究工作表明,石墨烯量子电容器的研制对进一步提高芯片集成度具有重要促进作用。该工作发表于Advanced Electronic Materials,2021,7:2001009 (10.1002/aelm.202001009)。
(南方科技大学 丘姸  供图)



2021,50 (5) 
封面故事:光学相干断层成像技术(OCT)是一种先进的光学成像技术,能够对半透明介质实现微米尺度的光学“解剖”,并兼具高扫描速率等优点,已经被广泛应用于医学领域。近期,南方科技大学李炜怡团队深度开发OCT的表征功能,将其推广应用于水处理技术领域,对膜蒸馏过程中的结垢现象开展了创新型探索。该研究开发了一系列数值算法,实现对结垢层演化的高精度定量解析。不但展现了结垢层生成过程中不同的动态效应,还首次揭示了结垢层的耗散结构,对于深刻理解膜蒸馏过程中传热与传质的高度非线性耦合效应具有重要意义,进而为推动膜蒸馏技术的发展提供有力武器。该系列工作发表于Water Research (DOI:10.1016/j.watres.2021.116809) 和Journal of Membrane Science (DOI:10.1016/j.memsci.2021.119257)。


2021,50 (4) 
封面故事:加速器光源作为综合性、基础性大科学设施,是推动科学和技术进步的有力工具。目前加速器光源的主力军为同步辐射光源和自由电子激光,二者可分别提供高重频和高峰值亮度的辐射光,而在短波长范围内鲜有光源能同时实现二者的特性。近期,清华大学工程物理系唐传祥课题组与合作者,首次实验验证了一种新型加速器光源——稳态微聚束(steady-state microbunching,SSMB)的工作机理。其原理是,将储存环内电子束的高回旋频率与微聚束的强相干辐射有机结合,产生高功率、高重频(兆赫兹至连续波)、窄带宽的相干辐射,波长可覆盖从太赫兹到极紫外波段。SSMB光源未来有潜力应用于极紫外光刻和角分辨光电子能谱学等领域。该工作发表于Nature,2021,DOI:10.1038/s41586-021-03203-0。


2021,50 (3) 
封面故事:传统意义来说,半金属或窄带隙材料在光电探测中受暗电流的限制影响其探测波长范围与器件性能。因此,窄带隙材料的高质量生长与集成问题一直是制约长波探测器发展的关键瓶颈。近期,中国科学院上海技术物理研究所王林、陈效双和陆卫研究团队提出从微观原子操控的角度出发来构造特定输运与光电特性,设计了具备C3V反演结构特征的第二类狄拉克半金属——碲化钯太赫兹探测器结构,表现出较强光电流响应、低噪声的优异性能,并获得拓扑半金属器件的低功耗成像功能,且具有偏振敏感的各向异性光电流。该成果对于探索以第二类狄拉克半金属为平台的光电子器件提供了新的思路,将在新一代无线通讯、智能传感、成像等对太赫兹长波技术的重要需求中发挥巨大的潜力。该工作发表于Science Advance,2020,DOI:10.1126/sciadv.abb6500。


2021,50 (2) 
封面故事:光子晶体是由人工“原子”周期排列而成的人造材料,其在动量空间中具有光子能带结构。通过能带设计,人们可利用光子晶体实现对光场的操控。因此,探索光子能带中新的可调控自由度,始终是光子学的研究核心。近年,复旦大学光子晶体课题组持续挖掘光子晶体中隐藏在动量空间能带上的远场辐射偏振场及其拓扑奇点,提出基于动量空间偏振场设计的光场调控方案并在实验上证实。团队利用动量空间偏振场中的涡旋拓扑构型,在光子晶体无任何实空间结构奇点的情况下,仍旧可以通过几何相位调控波前,实现高斯光束到具有轨道角动量光束的转换。新的思路和方案使器件无需进行光学对准,极大降低了器件在实际使用中的难度。该工作发表于Nature Photonics,2020,DOI:10.1038/s41566-020-0658-1。


2021,50 (1) 
封面故事:中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,通过自主研制具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源,同时满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于99.5%、通过率优于98%的100模式干涉线路,相对光程10-9以内的锁相精度,高效率100通道超导纳米线单光子探测器,成功构建了76个光子的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”。根据现有理论,“九章”处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍。同时,“九章”克服了谷歌随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。基于“九章”的高斯玻色取样在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用,将是后续发展的重要方向。

第1页,共32页 共512条记录
版权所有 ©  物理
地址:北京市海淀区中关村南三街八号 邮编:100190
电话:010-82649470, 82649266 传真:010-82649029 E-mail: physics@aphy.iphy.ac.cn