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物理  
  物理--2017, 46 (5)   发布日期: 2017-05-12

随着超导量子干涉仪、原子磁强计等超高精度磁测量技术的广泛应用,高效磁屏蔽技术具有越来越重要的作用,尤其是对于野外环境工作更加迫切。最近,北京航空航天大学微纳测控与低维物理教育部重点实验室王三胜课题组提出一种新型的高性能主被动磁屏蔽装置,即采用实时的动态磁补偿系统与高温超导磁屏蔽相结合。其中,实时动态磁补偿由三轴赫姆霍兹线圈和高精度三轴磁通门计等组成,用来实时补偿外界磁场;高温超导磁屏蔽位于三轴赫姆霍兹线圈中心位置,利用超导材料的迈斯纳效应进一步屏蔽主动补偿后的剩余磁场。该屏蔽装置可以高效屏蔽横向与轴向磁场,屏蔽因数最高可达80 dB,同时对高低频磁场信号都有屏蔽作用。

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评述

一种新的物质形态——夸克胶子等离子体 Hot!

黄旭光,庄鹏飞
2017, 46(5): 273-280     全文: PDF (2429 KB)   ( 下载: 669 )
摘要

进入21世纪以来,随着美国Brookhaven国家实验室的相对论重离子对撞机和欧洲核子中心的大型强子对撞机的相继运行,对于物质深层次状态的认识达到了前所未有的高度。特别是对于夸克胶子等离子体这种新的物质形态的研究得到蓬勃发展,取得很多成就。文章主要介绍:(1)强相互作用和量子色动力学的相结构;(2)夸克胶子等离子体的物理性质;(3)夸克胶子等离子体在重离子碰撞实验中的信号。

自旋电子学专题

磁性斯格明子:拓扑磁性的展现 Hot!

栗佳
2017, 46(5): 281-287     全文: PDF (2491 KB)   ( 下载: 554 )
摘要

磁性斯格明子是一种具有准粒子特性并且受拓扑保护的自旋结构。目前,磁性斯格明子已经在许多空间对称性破缺的磁性体系中被观测到。磁性斯格明子的拓扑性质可以通过拓扑霍尔效应、拓扑自旋动力学性质、拓扑湮灭等现象得到揭示。磁性斯格明子和电流之间极为有效的相互作用,使得磁性斯格明子非常有希望在自旋电子学相关领域得到应用。

自旋轨道转矩 Hot!

王天宇,宋琪,韩伟
2017, 46(5): 288-298     全文: PDF (3363 KB)   ( 下载: 651 )
摘要

信息磁存储技术在日常生活中,特别是目前的“大数据”时代,扮演着极其重要的角色。随着物理学的深入研究和发展,磁存储技术也发生着翻天覆地的变化。磁性随机存储器被视为未来磁存储技术的一颗新星,低功耗、读写快的特点使其拥有着巨大并且广泛的应用前景。磁存储技术很大程度上依赖于写入和读取磁存储单元信息的效率。近年来,基于自旋轨道耦合这一基本物理原理发展而来的自旋轨道转矩,由于能够有效地控制磁存储单元的磁矩,而受到了凝聚态物理和电子信息领域的广泛关注。涉及自旋轨道转矩的物理效应,如自旋轨道耦合、自旋霍尔效应、Edelstein效应等,都正在被全世界科学家深入地研究中。文章涵盖了近年来自旋轨道转矩领域的最新研究进展,重点介绍了重金属、二维材料体系、拓扑绝缘体以及反铁磁体系中的自旋轨道转矩。文章最后展望了自旋轨道转矩未来的发展方向及其潜在的工业应用价值。

二维过渡金属二硫化物中自旋能谷耦合的谷电子学 Hot!

刘雪峰,马骏超,孙栋
2017, 46(5): 299-306     全文: PDF (2710 KB)   ( 下载: 642 )
摘要

电子的电荷自由度与自旋自由度是现代电子器件的基础核心之一。随着二维材料,尤其是二维过渡族硫化物(TMDCs)的研究深入,另一个自由度——能谷——也引起了人们极大的研究兴趣。由于TMDCs中自旋与能谷的强耦合,自旋(能谷)可以通过能谷(自旋)方便地进行调控和探测,为电子自旋和能谷的相关领域提供了新的手段和方法。文章首先对能谷自由度以及TMDCs中自旋与能谷的强耦合进行了介绍,然后介绍基于圆偏振光激发和自旋注入两种方式进行的自旋调控和探测的理论和实验工作,最后对基于能谷的自旋调控进行了总结和展望。

实验技术

适用于超高灵敏磁测量的新型高效磁屏蔽研究

李园园,王祝宁,王三胜
2017, 46(5): 307-310     全文: PDF (2470 KB)   ( 下载: 672 )
摘要

高效磁屏蔽对于超高精度超导量子干涉仪(SQUID)等超高灵敏器件可靠稳定工作至关重要。实践中一般采用多层的高磁导率笨重复合磁屏蔽,或者用小型的轻量屏蔽桶配合差分式平面梯度计完成超高灵敏信号测量。文章作者提出并实现了一种新型的高性能磁屏蔽装置,采用实时的动态磁补偿与高温超导线圈相结合就可以实现。对该装置磁屏蔽效果进行了数值仿真计算,并实际测量了该屏蔽装置的轴向和横向磁场,装置屏蔽因数最高可达80 dB;实验测量发现,新型装置可以同时有效地屏蔽轴向与纵向磁场干扰。

研究快讯

探究微观世界的新方法——X 射线傅里叶变换鬼成像

谈志杰,喻虹,韩申生
2017, 46(5): 311-313     全文: PDF (1919 KB)   ( 下载: 808 )
摘要

鬼成像是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性,通过测量参考光场与目标探测光场之间的强度关联(二阶关联)函数,从而非局域地获取目标图像信息的新型成像技术。所谓非局域,可以通俗地理解为不用“盯”着物体,就能得到物体的像。鬼成像最初是利用具有纠缠特性的光子对完成的,所以早期人们认为只有具有量子纠缠特性才能实现鬼成像,这是一种量子效应。随后,人们发现量子纠缠不是实现鬼成像的必要条件,基于经典光场的强度(即光强)时空涨落和关联同样可以实现鬼成像。很快,对经典热光源实现关联成像也给出了理论解释。此后,人们对鬼成像的实现光源有了比较一致的认识,认为量子纠缠光源和经典的热光源都可以用来实现鬼成像。近年来,随着鬼成像技术的快速发展,为X射线高分辨成像提供了新思路。在无需透镜的情况下,可以利用非相干赝热X射线,在菲涅尔区获得与相干衍射成像相同的傅里叶变换图,即X射线傅里叶变换鬼成像(FGI)。FGI 对X射线源的空间相干性要求不高,可以使用实验室X射线源,具有广阔的应用前景。

物理攫英

物理教育改革:回顾与展望

罗莹、张墨雨 编译
2017, 46(5): 314-315     全文: PDF (1582 KB)   ( 下载: 648 )
摘要

几乎是在物理学成为高中课程的同时,物理学家就开始寻求教授物理学的方法。芝加哥大学的物理学家Charles Mann 于1906 年在《中学科学与数学》一书中指出:“想要掌握科学,就必须学习如何合理解释现象,并使之成为一种习惯。这一习惯只有通过科学研究才能习得。”
尽管Mann 的观点与众多物理学家是一致的,但直到物理学成为中学课程后200 多年的今天,这一愿景也未能实现,其主要障碍是缺少经过有效培训的物理教师。
下面简要回顾物理教育改革事件的时间线(图1),并努力探究其背后缘由。

磁性斯格明子:前景与挑战

丁海峰、缪冰锋 编译
2017, 46(5): 316-317     全文: PDF (1740 KB)   ( 下载: 375 )
摘要

来自德国汉堡大学的Kirsten von Bergmann 和André Kubetzka 介绍了一种准粒子——磁性斯格明子的特性,并展望了磁性斯格明子作为一种全新的信息载体在未来信息存储领域的发展前景。

没有磁体的磁涨落

戴闻 编译
2017, 46(5): 318-318     全文: PDF (1209 KB)   ( 下载: 312 )
摘要

在永久磁体中的磁波可以存活,即使材料的温度升到很高,以致于大范围的磁性不复存在。
磁体内部是高度有序的自旋排列状态。对这种秩序,小的扰动可以波的形式持续传播,它被称为磁振子。然而现在的实验表明,这种波也存在于高温下,即大尺度磁有序不再能够维持的温度下。磁振子存在于宽的环境条件下,比我们先前想象的范围更宽。因此,它们可能在信息处理工程中以某种方式被使用。

硬质与柔软的反弹导致小行星的表面结构

王树峰 编译
2017, 46(5): 319-319     全文: PDF (1322 KB)   ( 下载: 352 )
摘要

实验与计算模拟显示,小行星表面大、小岩石的分离来源于轰击表面的颗粒与已经存在的岩石发生的碰撞。
糸川(Itokawa)是由岩石堆积而成的小行星,是太阳系中的碎片经由自身的重力聚集而成。它具有不规则的形状,最大长度只有540 m。2005 年,日本“ 隼(Hayabusa) 号”无人探测飞船近距离地拍摄了它的照片,并出人意料地揭示了它的两种不同的表面类型。表面凹陷的区域主要填充了厘米以下的小石子和细碎的尘埃,而较高的区域则是大到40 m的巨型卵石。

物理学史和物理学家

纪念金星南先生

陈永寿
2017, 46(5): 320-321     全文: PDF (1280 KB)   ( 下载: 368 )
摘要

金星南先生(1919—2016), 上海青浦人,理论物理学家和计算数学家,我国核科学领域计算数学的开拓者,为中国核事业的建立和国防尖端科学技术的发展作出了重要贡献。我心中敬爱的博学多才的长者,远见卓识的能者。

物理学漫谈

二维材料领域的“新大陆”——范德瓦尔斯异质结

姚顺宇,王二印,周树云
2017, 46(5): 322-325     全文: PDF (2568 KB)   ( 下载: 419 )
摘要

乐高积木也许是每个孩子童年时最着迷,也是最能发挥想象力和创造力的益智玩具。虽然利用的是最简单的素材和最简单的结合方式,但是从这些简单的积木块出发,发挥创造力,却可以搭建出各种令人惊叹不已的作品。对物理和材料学家来说,自然界中的二维材料就是极好的乐高积木块;把不同的二维材料通过弱范德瓦尔斯作用力(存在于中性分子或原子之间的弱相互作用)堆叠在一起形成的“范德瓦尔斯异质结”,就是他们眼中最有趣的乐高作品,也是带给他们无穷研究乐趣的“新大陆”。

超导“小时代”

超导“小时代”之十九:二师兄的紧箍咒

罗会仟
2017, 46(5): 326-329     全文: PDF (2868 KB)   ( 下载: 442 )
摘要

此节要介绍的,就是超导界的著名“二师兄”——二硼化镁超导体,关于它如何有点二,又如何那么二,还如何犯了二的故事。当然,还得唠唠关于这位“超导二师兄”头上的紧箍咒——难以突破的临界温度上限。

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之八十六:导引

曹则贤
2017, 46(5): 330-333     全文: PDF (1311 KB)   ( 下载: 653 )
摘要

来自拉丁语动词ducere的词汇包括conduction,deduction,induction,introduction,production,reduction,transduction,等等,它们散布于各个学科,各有所指但又不离导引的原意。

书评和书讯

探索更高分辨本领的成像技术——兼评《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》

朱星
2017, 46(5): 334-335     全文: PDF (1293 KB)   ( 下载: 417 )
摘要

视觉是人类感知外部客观世界的重要方式。我们常说“眼见为实”,说明人们通过图形图像识别而理解世界本质的重要性。从天文望远镜到电子显微镜,人们的视野从遥远的宇宙延伸到单个分子、原子。由于当代光学、电子学的快速发展,尤其是激光、超灵敏度的光电转换器件、计算机控制及图像处理的快速发展,人们曾经梦寐以求的极远或者极小物体的成像已经成为现实。在诸多的成像技术中,光学显微由于其放大倍数可以覆盖几倍至上千倍,可以直接被人眼接收并成像,易于操作,便于进行偏振、反射、吸收等研究的特点,已经成为常规显微的主要方法之一。然而,随着科学技术向微观世界发展,微电子、微光电器件、纳米材料研究的重点急需观察亚微米、纳米、亚纳米尺度的结构和性能,生命科学也提出对于细胞内部结构的亚单元、染色体甚至DNA观察的需求。这些需求推动了新一代亚微米至纳米成像技术的发展。

读者和编者

Q&A 问答

中国科学院物理研究所
2017, 46(5): 336-337     全文: PDF (1542 KB)   ( 下载: 495 )
摘要

Q:在宇宙失重的条件下,人的血液循环有什么变化?
A:在地球上,重力是人体处在不同高度的身体部位的血压有梯度变化的原因之一,通常脚部的血压有近200 mmHg,头部的血压则只有60—80 mmHg。在失重环境下,头部血压将升高,脚部血压将降低,此时人体会因为大脑血压升高产生负反馈调节,人体的血液总量将减少,长时间的失重还可能导致心脏功能衰弱。

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