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  物理--2015, 44 (06)   发布日期: 2015-06-12
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微纳光子学专题

微纳光子学中超快光谱的若干应用 Hot!

孙洪波,王雷,王海宇
全文: PDF (2447 KB)   ( 442 )
摘要

在光电器件的工作单元已经小到微米甚至纳米尺寸的今天,只有充分研究和了解单一元件及其复合系统的光物理性质,才能为进一步提高器件性能提出更好的可行性方案。将研究物质激发态过程的超快光谱技术引入微纳光子学,用来研究可能成为微纳光电器件中基本功能单元的纳米光电材料的光物理特性,探索微纳尺度下光与物质的相互作用基本规律,便能为更好地理解现有微纳光电器件的工作机理提供重要的研究手段,为以后新型微纳光电器件的制备和改进提供可靠的实验依据。文章简单介绍了超快光谱的工作原理,重点介绍了超快光谱技术在半导体纳米晶和荧光碳纳米材料的光物理性质研究中的应用及其在微纳光子学中的应用前景。最后,对同时具有高时间分辨与高空间分辨能力的四维时间分辨显微光谱进行了简要介绍。

微纳光纤及其应用 Hot!

伍晓芹,王依霈,童利民
全文: PDF (4003 KB)   ( 303 )
摘要

微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的波导,由物理拉伸方法制得,具有表面光滑、直径均匀性好、机械性能高、强光场约束、强倏逝场、表面场增强效应及反常波导色散等特性,在光通信、激光、传感检测、非线性光学、量子光学等领域具有重要的应用前景。

电磁超表面 Hot!

孙树林,何琼,周磊
全文: PDF (6819 KB)   ( 200 )
摘要

光学是认识光和控制光的科学,其中光相位的调控扮演着重要角色。最近人们提出了电磁超表面的概念,通过设计非均匀人工微结构来实现亚波长尺度下的任意电磁相位分布,根据惠更斯原理进而实现任意波前调控。

研究快讯

量子信息实验新进展:首次实现多自由度量子体系隐形传态 Hot!

汪喜林,刘乃乐,陆朝阳,潘建伟
全文: PDF (2445 KB)   ( 169 )
摘要

量子隐形传态在概念上非常类似于科幻小说中的“星际旅行”,可以利用量子纠缠把量子态传输到遥远地点,而无需传输载体本身。量子隐形传态作为量子信息处理的基本单元,在量子通信和量子计算网络中发挥着至关重要的作用。1997 年,国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证。此后,作为国际学术界量子信息实验领域的重要研究热点,量子隐形传态又先后在包括冷原子、离子阱、超导、量子点和金刚石色芯诸多物理系统中得以实现。然而,迄今为止,所有的实验实现都存在着一个根本的局限,即只能传输单个自由度的量子状态,而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质,即使是一个最简单的基本粒子,如单光子,它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。多自由度的量子隐形传态作为发展可拓展量子计算和量子网络技术的必经途径,成为近二十年来量子信息基础研究领域的一个巨大挑战。

物理攫英

迟来的原子核裂变

左维 编译
全文: PDF (1530 KB)   ( 122 )
摘要
与其他的物理发现不同,裂变的发现完全是出人意料的。当哈恩和斯特拉斯曼发现铀元素被中子轰击后会导致钡元素的出现时,他们是如此震惊,以至于在宣布这一发现的论文中写道:“我们还没有准备好迈出如此巨大的一步,它与所有已知的核物理实验相背离”。 哈恩和斯特拉斯曼的发现刚好发生在二战爆发前9 个月,一个历史命运的关键时刻。六年后,恰恰是这一来自纳粹德国的发现直接导致了核武器的诞生,从而终结了这场战争。 裂变对于世界历史进程蕴含的影响是如此巨大。对于裂变的发现,长达四年的迟误确实显得非同寻常。

单电子回旋辐射

周书华 编译
全文: PDF (1430 KB)   ( 59 )
摘要
由来自美国和德国的科学家组成的合作组正在进行一项称作Project8 的实验,探测做轨道转动的单个电子发出的辐射频率。这一频率,从而电子的能量,可以非常精确地测量。如果能够进一步提高能量分辨率,Project 8 实验可能成为一种新的测量中微子质量的方法。 实验装置的核心是一个小的低压气室,放置在1 T 的磁铁内。气室中含有少量的氪-83 气体,当其原子核发生β衰变时产生电子。这些电子在磁场作用下沿圆形轨道运动,同时发射出频率大约为25 GHz的回旋辐射,可以用灵敏的微波放大器探测。 在探测到的辐射功率随时间和频率变化的关系图中,向斜上方排列的辐射条纹是单个电子发出的辐射(见附图)。理论上已知,做圆周运动的电子会连续地发出辐射,导致电子逐渐损失能量,转动速率随着时间线性增加。所探测到的辐射条纹具有理论预言的线性关系。据此,研究人员将这些条纹与单个电子联系起来(图中频率的跃增对应于电子与气室中剩余的原子或分子的碰撞)。通过测量与第一个条纹相关的频率,能够确定氪-83 核发射的电子能量,精度达到30 eV。

压力下的超导体

戴闻 编译
全文: PDF (1442 KB)   ( 76 )
摘要
最近的一份报告称:实验已经表明,H2S 在加压条件下超导转变温度高达190 K。如果得到证实,这一发现将冲击铜氧化合物保持的超导转变温度最高记录(164 K),并朝室温超导体的发现迈出新的一步。超高临界温度被认为与非常规超导电性相关,其物理机制至今仍是未知的。但是,西班牙Donostia国际物理中心的Ion Errea 和他的同事们,已经证明了上述假设对于高压下的H2S 是不正确的。他们的理论计算表明,H2S 的行为更像是一个常规超导体,即超导电性由声子中介的配对机制所驱动。

利用宇宙线探究雷暴过程

徐仁新 编译
全文: PDF (1442 KB)   ( 120 )
摘要
雷暴过程中的电场难以捉摸,而宇宙线产生的射电波却能在这方面提供前所未有的信息。 因难以测量雷暴时电场分布,大气科学家仍然没有很好地理解闪电过程。以前往往利用气球或飞机来测量雷暴时的电场,但仅限于一段路径,且不能控制气球轨迹。另外,气球或其他飞行器的存在也会干扰电场,甚至招致雷击。然而,现在一个国际合作组开发了一个新的途径,以获取大气瞬间电场。这些研究人员利用一种特殊天文望远镜,来测量雷暴时宇宙线簇射产生的射电波。
物理百科

原子时标:闰秒和取消闰秒

高源,张爱敏,李天初
全文: PDF (2369 KB)   ( 98 )
摘要

为什么用原子秒(秒长)和原子时(时标)取代天文秒和天文时?目前,经过闰秒的原子时,即协调世界时,是全世界通用的时标。那么,为什么引入闰秒?又为什么要取消闰秒?从时间计量的角度,如何解读最近53年闰秒背后反映的地球自转数据?取消闰秒,时间会“日夜颠倒”吗?最后,人们还会经历几次“闰秒”?

物理学史和物理学家

其行如玉其道大光——王大珩与英国光学

刘晓,胡晓菁
全文: PDF (2959 KB)   ( 179 )
摘要

王大珩是中国著名光学家和战略科学家。1938—1948年间在英国的学习和工作经历,奠定了他从事光学事业的基础。他曾师从马丁、特纳等光学技术名师,后进入英国昌司玻璃公司,积累了实际的生产经验。文章通过实地考察和查找档案、专利文献,追寻王大珩的这段关键历史足迹,展现了他的工作成果,尤其是他所接触到的英国光学科技和工业状况,对理解王大珩的学术成长及中英科技联系具有重要意义。

物理学漫谈

中国科学家该有“中国style”

文小刚
全文: PDF (4853 KB)   ( 639 )
摘要
中国科学的积累已经到了创出自己风格的阶段,这个过程一定要改进学术评估系统,强调创造性。中国科学家要有自信,以自己的审美和判断为动力,坚持做自己欣赏的工作,自然就会形成自己的风格,进而引导世界新潮流。
物理学讲堂

广义相对论与黎曼几何系列之二:牛顿引力

张天蓉
全文: PDF (2601 KB)   ( 219 )
摘要

当年,18岁的克莱洛因为对空间曲线之曲率和挠率的研究而被选入了法国科学院,在那儿,他与皮埃尔·莫佩尔蒂成为了好朋友。莫佩尔蒂比克莱洛大15 岁,但在当时也算是一名相当年轻的科学院院士。莫佩尔蒂后来因为最小作用量原理而知名。在那个时代,欧洲数学界和物理学界的少年天才颇多,年轻学子意气风发、英雄辈出。比克莱洛大五岁的欧拉以及比克莱洛小五岁的达朗贝尔,都是在十二三岁的小小年纪就进了大学。后来,这三个人在研究牛顿引力定律的过程中还演绎了一段值得回味的故事。

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之七十三:劳—功的篇章

曹则贤
全文: PDF (2752 KB)   ( 328 )
摘要

Arbeit zieht Arbeit nach sich——德国谚语功、能量、熵、遍历性,还有协同学,这些看似不同的概念有着相同的词源和思想渊源。物理学是劳—功的篇章。

科学家沙龙

天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑

武向平
全文: PDF (2609 KB)   ( 432 )
摘要
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天”的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21 世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。 为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929 年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948 年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50 K(1956 年修正为6 K),并锁定在微波波段。而在1965 年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射)被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992 年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文实验,已经把大爆炸火球的脸谱勾画得越来越清晰,其测量精度甚至达到了百万分之一!
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