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物理  
  物理--2015, 44 (12)   发布日期: 2015-12-12

量子材料的电子相干性对于多体相互作用及关联调控具有重要意义。已知的实验方法大多是非相干的且在集体行为的探测方面缺乏优势,实现电子相干性的产生和调控并非易事。我们设想通过光与物质相互作用将光的相干性传递给量子材料,以实现电子的相干性。通过纯相干的空间自相位调制(SSPM),在层状量子材料MoS2中诱导出非局域的交流的电子相干性。不同MoS2片层中的电子之间本来互不相干,在激光照射下它们都与超快激光脉冲的相位保持一致,于是电子波函数相位之间也被锁定。提出“风铃模型”描述了这一演生现象,被SSPM衍射环的形成时间所证实。依赖于带隙的变波长SSPM实验表明这种电子相干性的产生适用于普遍的二维层状量子材料。研究首次实现了基于SSPM的全光开关效应,为二维层状量子材料在光子学中的应用提供了基础。图中的双色全光开关利用了光诱导的电子相干性。具体论文参见Proc. Natl. Acad. Sci. USA,2015,112(38):11800-11805。

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特约专稿

中微子振荡的发现及未来 Hot!

曹俊,李玉峰
2015, 44(12): 787-794     全文: PDF (4341 KB)   ( 下载: 603 )
摘要

2015年诺贝尔物理学奖授予日本物理学家·田隆章和加拿大物理学家阿瑟·麦克唐纳,奖励他们发现中微子振荡现象,从而证明中微子具有非零的静止质量。这是粒子物理学唯一具有确凿实验证据的超出标准模型的新物理现象,改变了人类对物质世界基本规律的认识。文章将回顾中微子振荡现象的发现过程,介绍太阳中微子和大气中微子振荡实验的实验结果和理论解释,以及近期反应堆和加速器中微子振荡的研究成果,并展望中微子研究的前景。

评述

浅谈5/2量子霍尔态:偶数分母与拓扑量子计算 Hot!

林熙
2015, 44(12): 796-802     全文: PDF (3431 KB)   ( 下载: 486 )
摘要

已发现的绝大部分分数量子霍尔态以奇数为分母,5/2态是一个例外。在5/2态可能的波函数中,有一些携带非阿贝尔统计,可以用于拓扑量子计算。文章将简单介绍分数量子霍尔效应、5/2态、非阿贝尔统计以及相关最新的科研进展。

前沿进展

硅基纳米光波导微腔全光开关新进展 Hot!

李淳飞
2015, 44(12): 803-809     全文: PDF (3759 KB)   ( 下载: 515 )
摘要

全光开关研究已有50年历史,至今尚未全面达到实用开关器件所要求的技术指标。近几年来基于SOI材料(做在绝缘层上的硅材料)、工作在光通信波长、采用成熟CMOS工艺(互补金属氧化物半导体工艺)的硅基纳米波导微腔结构全光开关已成为国际科学界的研究热点,大大推进了全光开关的实用化。文章介绍了国际上近十年研究硅基纳米波导微腔全光开关的5种典型方案,包括脊形和槽形纳米光波导;环腔和F-P腔两种微腔结构;纳米光波导、光子晶体、表面等离子体激元三种工作原理。分析总结了它们的共同特点和值得借鉴的研究经验,以便推动国内相关研究工作的开展。

麦克斯韦方程创立150周年

麦克斯韦方程组的建立及其作用 Hot!

刘觉平
2015, 44(12): 810-818     全文: PDF (2218 KB)   ( 下载: 723 )
摘要
麦克斯韦提出了描述经典电磁场运动及其与带电粒子相互作用规律的完备方程组,将电学、磁学和光学统一为电磁场动力学理论。这一理论具有洛仑兹协变性和U(1)局域规范不变性,成为构造粒子物理标准模型的经典模板,在物理理论和实验发展中起着不可估量的巨大作用。
研究快讯

BESIII实验发现新粒子X(3823)

刘智青
2015, 44(12): 819-822     全文: PDF (2085 KB)   ( 下载: 581 )
摘要

粒子物理学是一门研究自然界中物质最基本组成单元的科学。现在人们已经知道,自然界的物质都是由微观原子构成的。而微观原子也是有内部结构的,它由位于中心的原子核和核外电子构成。那么原子核有没有进一步的结构呢?答案是有的。粒子物理学家已经探明,原子核由质子和中子构成。那么质子和中子是不是就是物质世界最基本的组成单元?粒子物理学的研究表明,质子和中子还有更基本的内部结构!目前粒子物理学普遍接受的观点认为,物质最基本的组成单元叫做夸克。自然界存在6 种夸克,分别是上夸克(up)、下夸克(down)、粲夸克(charm)、奇夸克(strange)、顶夸克(top)和底夸克(bottom)。由这些夸克就可以构成形形色色的粒子。在人们已知的夸克模型中,粒子都是由3 个夸克或者由正反夸克对构成。由3 个夸克构成的粒子称为重子,例如构成原子核的质子和中子;而由正反夸克构成的粒子称为介子,例如π介子、K介子等。由于夸克组合成重子和介子是通过一种相互作用很强、作用范围很短(原子核尺寸,约1 fm=10-15 m)的力(叫做强作用力)束缚在一起的,所以重子和介子通常也被称之为强子。

物理攫英

光量子存储

龙桂鲁、李涛 译
2015, 44(12): 823-824     全文: PDF (1701 KB)   ( 下载: 545 )
摘要
光纤通信改变了人们感知信息的方式,人们可以充分利用网络获取或者交换信息。在量子领域,光纤内传输的单光子就是一种几乎理想的量子信息载体,它具有自由度多(包括极化、空间、相位和振幅等)、易探测、传输速度快、距离长、损耗低等优点。科学家们正致力于发展量子信息网络中的各类技术以便实现远距离加密传输、分布式量子计算以及量子感知等。为了实现这些远大目标,人们需要克服很多核心技术困难,包括紧凑的纠缠光子源、高效的单光子探测器和可操控频率、波形以及时空自由度的单光子传输设备等。此外,量子存储也是需要突破的核心技术之一,它可作为量子网络中的节点,暂时存储光子量子态,以便进行下一步的量子信息处理。

揭示气球爆裂的两种模式

王树峰
2015, 44(12): 825-825     全文: PDF (1425 KB)   ( 下载: 609 )
摘要
当气球爆裂时,它会裂成多少碎片呢?研究人员利用高速摄像机来研究这一现象,观察到两种不同的爆裂模式,即单片撕裂模式和多片撕裂模式,并对它们产生的原因进行了解释。研究人员将扁平的橡胶气球充气,随后让它们炸裂,通过充气量的控制,使实验得以准确重复。经过分析视频数据,他们发现爆裂方式依赖于橡胶壁承受的张力,该张力由充入气球气体的压力决定。在低压下,单一的裂缝就可以释放压力,在一定压力阈值之上时,多裂缝就不可避免了。在好奇心的驱动下,巴黎高等师范学校(ENS)的Sébastien Moulinet 开始思索这一问题。他说:“当我看到一幅描绘气球爆裂的艺术照片时,我开始对这个问题感兴趣。我注意到这些裂痕似乎具有相同的间距”,而且呈现平行排列。这种特性让碎片产生了一种“肋笼”式的结构。

在膨胀超冷原子气中发展出量子有序

戴闻 译
2015, 44(12): 826-826     全文: PDF (1383 KB)   ( 下载: 614 )
摘要
“远离平衡”状态在我们生活中普遍存在。在生命科学、经济学,乃至物理学中,它产生无穷无尽的复杂效应、丰富的概念和现象。的确,非平衡态物理包括许多领域,例如:关于早期宇宙的研究,在重离子碰撞中夸克—胶子喷注的产生,在致密流体中玻璃的形成,以及固体中激光驱动的对称破缺。然而,对非平衡现象的解释经常会出现歧义,因为非平衡效应缺乏一个通用的组织原则。基于这个原因,系统的动力学实验(可以控制在微观水平上,并且能够很好地与环境隔绝)对于获取具体答案变得越发重要。
物理学史和物理学家

大师是如何炼成的——王竹溪留学英国始末

尹晓冬,段菲菲
2015, 44(12): 827-833     全文: PDF (2670 KB)   ( 下载: 1039 )
摘要

文章通过描述狄拉克在访华过程中与王竹溪的交往经历,以及周培源对王竹溪留学过程的安排来厘清王竹溪留英的过程。尤其是新发现的几封王守竞、周培源与狄拉克之间的往来通信,从中还原了王竹溪成功前往英国剑桥大学留学始末,反映了叶企孙、吴有训、周培源等人对出国留学的中国物理学家的高瞻远瞩及细致安排。

物理学漫谈

进行科学人文演讲小记

林志忠
2015, 44(12): 834-835     全文: PDF (1831 KB)   ( 下载: 803 )
摘要

“呦呦鹿鸣,食野之苹。我有嘉宾,鼓瑟吹笙。” —— 《诗经·小雅·鹿鸣》
“子当为我击筑,我为子高歌。”——(清)张惠言《水调歌头》
作为一位“平凡”的、没有闪亮头衔和长串职位的物理学家,我们该进行科学人文演讲吗?我们该进行科普写作吗?我们能够吸引听众(研究生、博士后,和年轻的教研人员)并带给他们足够之科学精神的启迪与人文心灵的感发吗?
2015 年是有趣的一年,不知何故,几个演讲邀请竟不约而同地来到,要求我谈些“科学人文”方面的话题,并且都刻意指定不要讲物理专业研究课题。对于这样的演讲邀约,一开始我是非常迟疑并且抗拒的,因为作为第一线的科学家,无疑地,最渴望的是学界同行能够认可我们的辛勤专业研究成果,以及熟悉我们所发表的期刊论文内容!

超导“小时代”

超导“小时代”之四:电荷收费站

罗会仟
2015, 44(12): 836-839     全文: PDF (3063 KB)   ( 下载: 846 )
摘要

18 世纪末到19 世纪初,牛顿力学的大厦已经落成,整个物理学界正以一个名门正派的身份走向体制化时代。研究物理的基本套路走向成熟:发现新物理现象——总结基本现象规律——针对特征现象进行详细实验测量及定量表征——从大量实验数据里找到合适的数学描述——得出相应公式化的定律——用定律来解释或预测新的现象。至今,以实验为基、理论为辅的科学研究仍然是八股范式,几乎所有的自然科学研究都是这个模式。长期以来,它在描述我们生活的自然过程中取得的成功证明了:实践是检验真理的唯一标准。对于实验物理来说,关键在于获得可靠的定量化的实验数据,否则建立理论只能是空谈。在当时如火如荼的电学研究领域,如何定量地描述电学实验现象,成为各位科学玩家最头疼的问题。

物理学讲堂

广义相对论与黎曼几何系列之八:平行移动和协变微分

张天蓉
2015, 44(12): 840-842     全文: PDF (1857 KB)   ( 下载: 1149 )
摘要

什么是平行移动?简单地说,就是将一个矢量在保持与原来的方向平行的前提下沿着空间里的一条曲线移动。怎样才算是“保持与原来的方向平行”呢?在平坦的欧几里德空间里,对直角坐标而言,这种移动方式一目了然。比如说,让我们想象有一个极小极扁的平面生物“扁先生”,生活在一张平坦的纸上。扁先生会使用坐标系,他对他的世界进行观察和测量。他感受到的几何,是与我们中学学过的平面几何一致的标准欧几里德几何:三角形的三个内角之和等于180°;过不在同一直线上的三点可以作一个圆;直角三角形两条直边的平方和等于斜边的平方……等等。

会讯

全国半导体物理学术会议简史

中国物理学会半导体物理专业委员会
2015, 44(12): 843-844     全文: PDF (3412 KB)   ( 下载: 834 )
摘要

2015年7月16—19日,第二十届全国半导体物理学术会议在山西临汾召开。本次会议由中国物理学会半导体物理专业委员会主办,山西师范大学承办,参加人员包括全国80多家单位的350多名专家学者。
这次会议共4 个大会报告:复旦大学龚新高教授的《多元半导体光伏材料中关键物理问题的理论研究》、中国科学院长春光学精密机械研究所申德振研究员的《氮掺杂p型氧化锌的复合受主机理》、北京大学俞大鹏教授的《半导体ZnO 纳米线中激子的发光动力学性质》,以及中国科学技术大学杜江峰教授的《固态自旋的精确量子调控》。北京大学徐洪起教授做了关于2016 年将在北京召开第33 届国际半导体物理大会准备情况的特别报告。会议还有约50 个邀请报告、70 个口头报告和90 个张贴报告,最后评出了10 名“最佳张贴报告奖”。

总目次

2015 年第44 卷第1—12 期总目次


2015, 44(12): 848-858     全文: PDF (1394 KB)   ( 下载: 675 )
摘要
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