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物理  
  物理--2021, 50 (7)   发布日期: 2021-07-12

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。

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量子自旋液体专题

磁体“沙漠”中的月牙泉——量子自旋液体 Hot!

刘正鑫,王孝群,张清明
2021, 50(7): 429-442     全文: PDF (6559 KB)   ( 下载: 1335 )
摘要

当温度趋于零时,如果阻挫自旋系统不呈现长程磁序也不破缺晶格对称性,而且其低能物理性质表现出分数化的量子特征,这种状态称为量子自旋液体态。量子自旋液体随着高温超导的发现而被大量研究,它超越了朗道对称自发破缺的理论框架,并促进了拓扑序理论的发展,其分类理论是以投影对称群为代表的现代数学工具。量子自旋液体中的元激发是分数化的自旋子和演生规范场的光子或量子化磁通,有能隙的量子自旋液体可应用于拓扑量子计算。研究量子自旋液体的理论工具还包括严格可解格点模型、各种不同的数值计算方法和量子场论等。实验上,三角晶格、笼目晶格、六角晶格甚至三维格点系统中的量子自旋液体候选材料相继被发现和深入研究,探测手段包括核磁共振、中子散射、热输运等,调控方法包括高磁场、高压强等。确切的量子自旋液体材料的寻找仍在持续进行中,近些年发展尤其迅速。中国研究人员做出了很多努力,并在部分方向上逐步开始起引领作用。量子自旋液体是一个充满困难和挑战的研究领域,也是一个充满魅力和活力的领域。

通往量子自旋液体的新路径——Kitaev模型的材料实现 Hot!

冉柯静,王靖珲,温锦生
2021, 50(7): 443-453     全文: PDF (10505 KB)   ( 下载: 1211 )
摘要

Kitaev模型是一种建立在二维六角蜂窝状格子上的有效自旋为1/2的量子自旋液体模型。该模型可严格求解,具有拓扑序,分数化激发产生马约拉纳费米子与Z2规范场,提供了对拓扑物理学与非易失性存储技术研究的新思路。区别于三角晶格与笼目格等材料中由于几何阻挫导致的量子自旋液体态,Kitaev量子自旋液体的形成来源于自旋空间中各向异性的Kitaev相互作用。近年来,在真实材料体系中寻找这种相互作用成为了实现量子自旋液体的新途径。其中,具有六角蜂窝状结构的莫特绝缘体 α-RuCl3被认为是众多候选材料中最具潜力的一种。文章将从实验角度出发,以α-RuCl3为主要代表体系,介绍近年来在Kitaev量子自旋液体实验研究方面的重要进展,特别是以中子散射为主要手段对材料中与Kitaev量子自旋液体态相关的自旋激发态研究的结果。

稀土元素三角格子体系中的阻挫磁性与量子涨落 Hot!

秦亚媛,沈瑶,陈钢,赵俊
2021, 50(7): 454-462     全文: PDF (9905 KB)   ( 下载: 1228 )
摘要

稀土元素三角格子阻挫体系在近几年受到了广泛的关注,稀土元素中存在较强的自旋轨道耦合作用,容易形成各向异性的磁相互作用,结合复杂的晶体场结构,可以产生很多新奇的物理性质,实现包括量子自旋液体、内禀量子伊辛磁体和隐藏序在内的一系列新奇量子态。文章以最近的中子散射研究为例,介绍稀土元素三角格子体系中的新奇磁关联与量子涨落现象。

评述

脑磁图仪的前世今生与未来 Hot!

盛经纬,高家红
2021, 50(7): 463-469     全文: PDF (13241 KB)   ( 下载: 1226 )
摘要

脑磁图仪通过记录大脑神经活动在头皮外产生的磁场来进行脑活动的成像,它具备超高的时间分辨率和较高的空间分辨率,是一种重要的无创脑功能成像技术。文章介绍了脑磁信号的神经生理起源、生物物理特征及其与脑电信号的联系和区别,回顾了当前基于超导量子干涉仪的脑磁图设备与相关技术,并针对制约当前超导脑磁图发展的技术瓶颈,介绍了基于原子磁强计的新型脑磁探测技术及国内相关研究的最新进展,指出了脑磁图在脑科学研究及临床应用中不可或缺的地位和其硬件技术未来发展的方向。

研究快讯

基于吸收型量子存储器的多模式量子中继 Hot!

刘肖,周宗权,李传锋
2021, 50(7): 471-473     全文: PDF (3999 KB)   ( 下载: 1072 )
摘要

量子网络的基本资源是远程的量子纠缠态,它可以支持包括量子密钥分发、量子计算机互联、分布式量子精密测量等众多量子信息的应用。光子是量子信息传输的最佳载体,然而由于不可避免的信道损耗,目前基于光纤的纠缠分发距离被限制在百千米量级。在经典通信中,这个问题可以通过中继放大器对经典信号不断放大来解决。不幸的是,由于量子不可克隆定理的限制,即未知的量子态不能被精确复制,传统的中继放大器不适用于量子通信。远程量子纠缠分发也就成为了量子信息领域的核心挑战之一。

新型范德瓦耳斯单极势垒红外探测器 Hot!

陈允枫,周鹏,胡伟达
2021, 50(7): 474-476     全文: PDF (4351 KB)   ( 下载: 1014 )
摘要

红外光电探测器由于在制导、反导、夜视、侦查等军事领域的重要性和敏感性,是现代科技追逐的制高点之一,也是科学技术壁垒极高的一个研究领域。其中,暗电流的抑制是长期以来制约红外探测器实现高工作温度(high operating temperature,HOT)的核心瓶颈问题。自1935年贝尔实验室制造出第一个硅基pn结以来,利用耗尽区内建电场阻挡多子扩散已经成为降低探测器暗电流的主流手段。然而在传统 pn结红外探测器中,耗尽区过高的Shockley-Read-Hall(SRH)复合和表面复合严重限制了其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和设计一种超越pn结的新型器件结构——单极势垒结构。目前,传统的单极势垒红外探测器受材料生长、能带匹配以及晶格匹配等问题的制约,极大地限制了室温高性能红外探测器的发展。

物理攫英

无疑,这就是拓扑

钱冬 译
2021, 50(7): 477-478     全文: PDF (2646 KB)   ( 下载: 918 )
摘要
对流体的崭新认识是固体物理学中最热门的课题之一。正如Jon Cartwright所报道的那样,流体动力学中拓扑行为所产生的结果,可能会远超我们对自然界和其他复杂系统(比如托卡马克核聚变反应堆)的理解。

藏在暗原子云中的光

王树峰 译
2021, 50(7): 479-479     全文: PDF (1890 KB)   ( 下载: 898 )
摘要
集体效应减缓了致密原子云中受激原子的衰减,研究者可以制备并操纵这一亚辐射态。
物理学史和物理学家

深切怀念冯端先生

都有为
2021, 50(7): 480-483     全文: PDF (7367 KB)   ( 下载: 932 )
摘要
人生的短促缘于岁月无情,人生的永恒在于对社会的贡献。
量子多体中的呐喊与彷徨

量子多体中的呐喊与彷徨之十:关于纠缠的十四行诗

孟子杨
2021, 50(7): 485-488     全文: PDF (3497 KB)   ( 下载: 994 )
摘要
十四行诗,英文叫Sonnet,老一辈翻译家还曾根据音译翻成商籁体,很好听。其实是欧洲的格律诗,最初是小诗、小歌谣,也不一定十四行,随着历史的演进十四行诗句的格式逐渐被定型下来,而且押韵结构也有了严格的限制。在文艺复兴时的意大利,有了彼特拉克体(Petrarchan Sonnet),音韵优美,以歌颂爱情为主。一般分为两部分,前一部分由两段四行诗组成,韵脚为a-b-b-a,a-b-b-a;后一部分由两段三行诗组成,韵脚为c-d-e,c-d-e。后来流传到英国,莎士比亚创作了大量的十四行诗(其十四行诗集收录154 首,是莎翁全部作品中的重要一部分),内容也从描写爱情扩展到更加广泛的领域,结构变成了三段四句加最后两句,一般的韵脚为a-b-a-b,c-d-c-d,e-f-e-f,gg,是为莎士比亚体(Shakespearean Sonnet)。我们来举一个实际的例子,下面是著名的莎翁十四行诗第18篇 (Sonnet 18): Shall I compare thee to a summer′s day?(我能否将你比作夏天?)。
物理思想进课堂

创新与普及两翼齐飞,科普与科教同频共振

陈征,魏红祥,张玉峰,郑永和
2021, 50(7): 489-491     全文: PDF (5449 KB)   ( 下载: 933 )
摘要
物理学作为自然科学的基础学科,为其他学科提供思想、范式和方法,并为工程技术领域提供相关的知识、理论和方法。重视物理思想和物理方法在物理教育和物理科普中的重要作用,是实现物理教育与物理科普齐飞共舞的重要抓手,也是促进物理学发展的重要途径。
科学咖啡馆

新浪潮下的科学传播——中国科学院物理研究所“互联网与科学传播”主题讨论侧记

秦晓宇 成蒙 供稿
2021, 50(7): 492-493     全文: PDF (3577 KB)   ( 下载: 925 )
摘要
互联网的高速发展在各行各业催生出了各种形式的应用和服务,科普领域也不例外。近年来越来越多的科普工作者将优质的科普内容带向了人群,也带进了每个人的电脑屏幕和手机屏幕。
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