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物理  
  物理--2020, 49 (2)   发布日期: 2020-02-19

封面故事:本期封面展示了北京大学物理学院量子材料科学中心王健研究组与电子科技大学李言荣、熊杰研究团队以及布朗大学的James M. Valles Jr 教授等合作,在高温超导钇钡铜氧(YBCO)纳米多孔薄膜中证实了二维反常金属态(一种新物质态)的存在。图中黑色材料为钛酸锶(STO)衬底,蓝紫色材料为具有周期性孔洞阵列的YBCO薄膜。薄膜表面红色和蓝色的小球和箭头,以及它们中间的黑色曲线,代表自旋方向相反的电子组成的库珀对玻色子。这种非长程相干的玻色子构成了反常金属态,亦被称为玻色金属或量子金属。相关研究发表于Science (C. Yang et al. Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition,Science, 2019, 366: 1505)。这一发现结束了是否存在二维反常金属态这一长达三十多年的学术争议,对量子材料的认知具有重要意义,并有望开启新的物理学。

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斯格明子材料及器件专题

在尺寸受限体系中的磁斯格明子 Hot!

田明亮
2020, 49(2): 69-76     全文: PDF (3133 KB)   ( 下载: 0 )
摘要

磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度磁涡旋结构。由于其具有尺寸小、稳定性高和可操控等粒子特性,在未来构建高密度、高速度、低能耗、非易失性磁存储器件方面具有潜在的应用价值,引起了人们的广泛关注。文章就斯格明子产生的基本原理、性质,尤其是在尺寸受限条件下的稳定性机制、实空间观察、器件应用及面临的挑战等进行简单阐述。

磁性多层膜中斯格明子的前景与挑战 Hot!

江万军
2020, 49(2): 77-83     全文: PDF (3684 KB)   ( 下载: 0 )
摘要

拓扑磁学是近年内磁学领域内衍生出的一个子学科,它以寻找、研究和利用磁性材料中的拓扑自旋结构为核心目标,相关研究在凝聚态物理领域内已成为一个较大的分支。这些拓扑自旋结构包括:磁涡旋(magnetic vortex)、磁性斯格明子(magnetic skyrmion)、磁浮子(magnetic bobber)等。文章将以磁性多层膜中的斯格明子为对象,从材料优化、拓扑物理、表征、操控、探测等角度出发,详细讨论当前的主要研究热点,以及未来功能器件应用方面的一些挑战。

高温度稳定性磁斯格明子的材料发现及性能调控 Hot!

侯志鹏,王文洪,吴光恒
2020, 49(2): 84-90     全文: PDF (3073 KB)   ( 下载: 0 )
摘要

文章报道了阻挫型磁体Fe3Sn2中高温度稳定性磁斯格明子材料的发现以及利用电流实现斯格明子自旋手性翻转的一系列工作。作者首先基于合金化设计的思想,解决了晶体取向生长困难和易发生包晶反应这两个关键技术难题,生长出了高质量的Fe3Sn2单晶样品。通过原位洛伦兹电镜观测发现,该材料体系具有室温磁性斯格明子,并具有多种拓扑形态,而且在外部磁场作用下可以相互转化。作者进一步利用聚焦离子束(FIB)技术,采用空间几何受限方法,制备出了磁斯格明子单链排列的“赛道”纳米条带样品。实验发现,该样品中斯格明子可以在室温到630 K极宽温区内保持其尺寸及间距不变,这表明该材料中斯格明子具有极高的温度稳定性。在这些研究工作基础上,作者在“赛道”纳米条带样品中进一步实现了电流驱动的斯格明子自旋手性翻转。作者这一系列关于高温度稳定性磁斯格明子材料以及相关器件的探索工作,从材料和器件两个方面推进了磁斯格明子材料的实用化。

纪念量子力学诞生120周年

什么是量子力学? Hot!

曹则贤
2020, 49(2): 91-100     全文: PDF (3013 KB)   ( 下载: 0 )
摘要

1900~1928年间是物理学史上最激动人心的时代,一群天才,主要是年轻人,在不到三十年的时间里构造了崭新的量子力学体系,从而改变了物理学的面貌,也彻底地改变了人类社会的面貌。本文将系统地解释什么是量子(quantum)、什么是力学(mechanics),在对量子力学创建过程的回顾中讲述构成量子力学的具体内容,然后会介绍几例量子力学带来的新技术。量子力学从来都不是什么革命,它只是经典物理学自然的、逻辑的延续。量子力学一如物理学的其它分支,都是人类思想智慧的结晶。量子力学,还有相对论,这些百多年前的头脑风暴,今天应该成为受教育者的知识标配。

研究快讯

高温超导体系中二维反常金属态的证实 Hot!

刘易,唐钺,王健
2020, 49(2): 101-103     全文: PDF (3894 KB)   ( 下载: 0 )
摘要

当超导体的厚度小于库珀对的相干长度时,库珀对在厚度方向的运动受限,可以看作是二维超导体。二维超导体系因其中的量子涨落或热力学涨落带来的诸多新奇现象,以及在低耗散或无耗散电子学方面的潜在应用价值,已成为超导领域的重要研究方向。

物理攫英

惠更斯钟摆同步之谜

于一真,王新刚
2020, 49(2): 105-107     全文: PDF (2065 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
350多年前惠更斯发现悬于同一木梁上的两个木摆能够以相同的频率摆动,且二者的相位总是相反。惠更斯可能不会想到他在病榻上的这一偶然发现会在三百多年后引起学术界的一场“轩然大波”,并对多个学科的发展产生深远的影响。时至今日,虽然人们对自然界中的各类同步现象及其机制进行了系统的研究,但对于350年前惠更斯的发现仍然“疑云重重”。

在引力波探测器中使用更强的量子压缩

戴闻
2020, 49(2): 108-108     全文: PDF (1496 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
安装在现行引力波探测器中的新硬件,使用量子效应来提高灵敏度,并将事件检出率提高50%。

原子核禁戒跃迁决定恒星命运

周书华
2020, 49(2): 109-109     全文: PDF (1320 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
每年约有1亿颗恒星诞生,又有同样多的恒星死亡。为了弄清恒星的生命周期,核物理学家与天体物理学家合作揭示了在恒星内部发生的物理过程。质量为太阳质量7—11倍的中等质量恒星,会经过两种不同的路径死亡:热核爆炸或引力坍缩。
物理学史和物理学家

希尔伯特与广义相对论场方程

卢昌海
2020, 49(2): 110-116     全文: PDF (2076 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
在爱因斯坦对物理学的诸多贡献中,广义相对论一向被认为是最没有竞争对手的。如果我们把视野放宽一点,那么在二十世纪前三十年的那场物理学革命里,主要有三个理论:量子理论、狭义相对论和广义相对论。这三个理论的创立过程如果用最简单的话来概括,那么量子理论可以说是“群雄并起、共襄盛举”,狭义相对论是“水到渠成、瓜熟蒂落”,而广义相对论,则除了一度得到过爱因斯坦的老同学格罗斯曼的协助外,几乎是爱因斯坦“一个人的战斗”,是没有爱因斯坦就没有广义相对论。这不仅是多数物理学家和科学史学家的共识,也是爱因斯坦本人的看法。
物理学漫谈

物理学家的两个定律

姬扬
2020, 49(2): 117-118     全文: PDF (4612 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
物理学研究包括实验和理论,而物理学家需要技巧和信心。李政道先生曾经提出过关于物理学家的两个定律[1],用来说明理论和实验的相互促进。第一个定律是:“没有实验物理学家,理论物理学家就要漂浮不定。”第二个定律是:“没有理论物理学家,实验物理学家就会犹豫不决。”
科学基金

2019年度物理科学二处科学基金项目评审工作综述

李会红,戴朝卿,章志明
2020, 49(2): 120-127     全文: PDF (1586 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
国家自然科学基金委员会(简称基金委)数理科学部物理科学二处(简称物理II)主要资助基础物理、粒子物理、核物理、核技术与应用、加速器物理与探测器技术、等离子体物理、同步辐射技术等领域的研究工作,同时负责受理国家自然科学基金委员会—中国工程物理研究院联合基金(简称NSAF联合基金)、国家自然科学基金委员会—中国科学院联合设立的大科学装置科学研究联合基金(简称大装置联合基金)、理论物理专款等特殊类型的项目,还有核技术创新联合基金和雅砻江联合基金中涉及物理II领域的项目。文章简要综述2019年度物理II基金项目受理、评审和资助情况以及2020年度科学基金改革新举措和申请注意事项。
科学咖啡馆

远古雪山下的生命延续——中国科学院物理研究所“青藏高原古生物科考”主题讨论侧记

田春璐,成蒙,魏红祥
2020, 49(2): 128-129     全文: PDF (1608 KB)   ( 下载: 0 )
摘要
在祖国的西南,有一种无法驾驭的神秘。风中翻飞藏传佛教的经幡,耳边传来崇高虔诚的祷念,眺望平均海拔4000米的高原宛如一片净土,让人内心信奉,也让人有所敬畏。被称作“世界屋脊”的青藏高原,人们感叹它的雄壮与威严;海拔8848米的珠穆朗玛峰让人们望而却步,也被这股神秘深深吸引,渴求攀上这座高峰,探寻皑皑雪山的远古奥秘。
中国物理学会通讯

中国物理学会2020年活动计划表

中国物理学会
2020, 49(2): 130-132     全文: PDF (410 KB)   ( 下载: 2 )
摘要
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