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物理  
  物理--2020, 49 (6)   发布日期: 2020-06-12

封面故事:单线态和三线态是有机分子激发态的两种主要状态。由于三线态回归基态属于自旋对称性禁阻,因此三线态材料具有不同于单线态材料的新颖性质,在光电和生物等领域具有广泛的应用前景。如何通过分子设计开发高性能三线态有机半导体材料,是一项非常具有挑战性的工作。近期,中国科学院大学黄辉团队通过结合D-A结构和扭曲构象,制备了具有大π中心的三线态受体材料,基于该材料的有机太阳能电池能量转换率超过了15%,研究表明该材料的三线态激子被分离利用,有利于太阳能电池性能的提升。同时,该团队通过碲吩和吡咯单体摩尔比的调节,实现了三线态聚合物纳米粒子的光动力和光热性能的精准调控(如图),在近红外激光辐射下,该类纳米粒子对小鼠肿瘤具有显著的治疗效果。该系列成果已经于近期发表于《德国应用化学》(2020, DOI:10.1002/anie.202006081; DOI: 10.1002/anie.202004181)。

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磁科学专题

宇宙磁场 Hot!

韩金林,徐钧
2020, 49(6): 349-358     全文: PDF (4847 KB)   ( 下载: 1028 )
摘要

磁场在宇宙中无处不在,贯穿各种天体。磁场对天体形成、辐射和演化起重要作用,也是宇宙线研究的基础。以前人们对宇宙磁场的理解主要是来自对地球和太阳磁场的测量和物理解释。近20年来,对宇宙更大尺度天体的磁场测量取得很大进展:发现了银河系具备沿着银河旋臂的几万光年尺度磁场,强度为2—4 μG;发现了银河系晕里具有环向磁场,在银道面上下方向相反;发现了银河系中心有极向磁场的观测证据;发现了邻近旋涡星系可能具有万光年尺度磁场的证据;发现了星系团几千万光年范围内磁场存在的证据。宇宙学模拟也显示在宇宙超大纤维结构中应该有磁场存在。这些磁场可能都是宇宙早期产生并在天体形成和演化过程中得以发扬光大。

基于金刚石量子传感的纳米磁成像及凝聚态物理应用 Hot!

丁哲,石发展,杜江峰
2020, 49(6): 359-372     全文: PDF (9531 KB)   ( 下载: 1011 )
摘要

作为凝聚态物理的重要方向,磁性的研究不仅是发展自旋电子学器件的基础,也是突破已有材料和器件功能壁垒的关键之一。磁性材料的纳米分辨率成像对认识和理解物质微观性质至关重要。金刚石中的氮—空位(NV)色心是一种对磁信号敏感的原子缺陷,经过十余年的深入研究,其已经发展为兼具高灵敏度和高空间分辨率的磁量子传感器,能够以纳米分辨率对单层磁性材料进行成像。它作为一种广谱(DC-GHz)、高灵敏度(nT/Hz1/2)、高空间分辨率(~10 nm,理论极限~1 nm)的磁成像技术,可以对包括二维磁性材料、电流分布、电导率分布乃至单个电子自旋,少数个核自旋进行纳米磁成像。文章从NV色心微观结构和性质出发,介绍其作为量子传感进行磁信号探测和成像的原理;进一步从技术层面介绍谱仪的构成和探针制备;最后选取有代表性的工作,简要介绍 NV扫描显微镜在各方面的应用。

稳态磁场对血流、骨骼和疼痛的影响 Hot!

张欣
2020, 49(6): 373-380     全文: PDF (2940 KB)   ( 下载: 874 )
摘要

将磁场作为一种干预手段应用于医疗健康领域,俗称“磁疗”,在过去的几千年人类历史中曾有过多次的争论与起伏。由于结果不一和机制不清等多方面原因,“磁疗”目前作为一个整体还未被广泛接受。然而,近年来不仅有利用脉冲磁场的经颅磁刺激被批准应用于临床,并且有越来越多的实验证据显示,基于稳态磁场的健康干预也有着良好的应用前景。文章主要围绕稳态磁场对血流、骨骼和疼痛三方面的影响,总结其研究现状并分析其局限与困境,期待不同学科背景的研究者能够涉足此领域,进行更规范化、系统化的深入研究,在明确其机制的前提下对磁场参数进行优化,从而可以早日科学地、有效地将稳态磁场作为一种干预或辅助手段应用于医疗健康领域。

磁性纳米材料的生物医学应用 Hot!

陈小勇,刘晓丽,樊海明
2020, 49(6): 381-389     全文: PDF (4827 KB)   ( 下载: 762 )
摘要

自本世纪初科学家实现高单分散纳米氧化铁的可控制备以来,基于高生物学安全性的纳米氧化铁或者掺杂纳米铁氧体磁性材料的生物医学应用研究出现了爆发式增长,成为目前纳米生物学和纳米医学领域前沿热点之一,特别是其独特的磁学性质,使得磁性纳米材料能够介导外磁场产生纳米尺度的物理效应,并作用于微纳尺度的生物靶点。通过多学科交叉研究,有望建立基于磁性纳米材料的可控、组织可穿透、安全和精准的疾病诊断和治疗新模式,提高疾病的治疗疗效并改善预后。文章综述了近年来氧化铁颗粒在生物医学应用中的一些最新进展,主要集中讨论了磁性纳米材料在新型磁共振成像对比剂、肿瘤磁热治疗和磁力生物调控等应用方向的机遇与发展。

经典回顾

论黑体辐射定律的基础 Hot!

马克斯·普朗克 著,曹则贤 译
2020, 49(6): 391-396     全文: PDF (2849 KB)   ( 下载: 796 )
摘要

至今从考察单色振动的、既吸收又发射辐射能量之线性振子出发的关于黑体辐射谱能量分布公式的推导,正如曾多次强调的那样,有一个非常敏感的缺陷。为了确定辐射强度对温度的依赖关系,振子的能量一方面同空间中自由传播的波动辐射的强度联系起来,另一方面又被用作计算此种振子所构成体系之熵的基础。

研究快讯

锡烯超导中的第二类伊辛配对机制 Hot!

张定,薛其坤
2020, 49(6): 397-399     全文: PDF (3005 KB)   ( 下载: 828 )
摘要
超导体在外加一定的磁场时会通过产生超流来保证磁力线不进入到体内,这个现象就是著名的迈斯纳效应。对于第二类超导体,当磁场超过一临界值——下临界磁场(Bc1)——时,超导体体内会出现许多不再超导的“核”,磁力线以量子磁通的形式穿过它们。超流环绕这些“核”而形成涡旋,这保证体内其他区域仍处于超导态。随磁场的增加,涡旋密度会逐渐增加。

二维量子磁晶体中的“幽灵软模”与KT物理 Hot!

李伟,孟子杨,戚扬
2020, 49(6): 400-402     全文: PDF (3634 KB)   ( 下载: 771 )
摘要

通过大尺寸的量子多体热力学与动力学计算,来自北京航空航天大学、复旦大学、中国科学院物理研究所和香港大学的研究团队,成功“破译”了二维阻挫磁性晶体 TmMgGaO4(TMGO)的“材料基因”——三角晶格量子伊辛模型及其精确模型参数。籍此,研究者预言指出,磁性晶体TMGO将在特定的温度范围内展现出Kosterlitz—Thouless(KT)相。

物理攫英

不让塑料祸害地球

姬扬 编译
2020, 49(6): 403-405     全文: PDF (2687 KB)   ( 下载: 907 )
摘要
随着有害塑料污染的大量增加,全世界的科学家和创新者正在研发回收和再利用塑料的巧妙方法。但是,重大的挑战仍然存在。

随身携带的物理实验室——智能手机

朱星 编译
2020, 49(6): 406-406     全文: PDF (1314 KB)   ( 下载: 861 )
摘要
疫情改变了全球的大学和中学,搅乱了教师们正常的课堂授课方式而转为网课。网上授课很快取代了传统的粉笔加黑板的讲课方式。但是,由于学校的示波器、光度计和气压计仍在紧锁的门后,进行远程实验课程变得非常困难。
谈书说人

谈书说人之一:《理论物理学教程》是怎样写成的?

刘寄星
2020, 49(6): 407-413     全文: PDF (3326 KB)   ( 下载: 766 )
摘要
朗道、栗夫席兹的《理论物理学教程》是一套被称为“理论物理学百科全书”的教程,既是国际理论物理学界一致公认的经典著作,也是朗道学派对国际理论物理学界的最重要贡献之一。
走近天文

走近天文之四:太阳系——熟悉又陌生的家园

施韡
2020, 49(6): 414-417     全文: PDF (3557 KB)   ( 下载: 821 )
摘要
如果说地球是人类的摇篮,那么太阳系就是人类的家园。然而,虽然人类文明已经发展了几千年,我们对自己的家园是否真正了解呢?
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