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物理  
  物理--2017, 46 (8)   发布日期: 2017-08-12

现有的理论认为宇宙中可能存在三种类型的费米基本粒子,即狄拉克(Dirac)、外尔(Weyl)和马约拉纳(Majorana)费米子。固体中电子的集体激发也可以产生类似的费米准粒子。与时空连续的宇宙空间不同,电子所处的固体材料只满足不连续的分立空间对称性,这就可能导致传统理论中所没有的新型费米子。中国科学院物理研究所的理论预言、材料制备和实验测量团队合作,预言并实验证实了第一个突破传统分类的新型费米子,MoP材料中的三重简并费米子。这一研究成果以“Observation of three-component fermions in the topological semimetal molybdenum phosphide”为题于2017年6月19日在线发表在Nature,2017,546:627上。

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评述

量子力学诠释问题 Hot!

孙昌璞
2017, 46(8): 481-498     全文: PDF (5548 KB)   ( 下载: 2178 )
摘要

量子力学的建立不仅奠定了当代科学的基础,而且在推动当代技术革命方面取得了惊人的成功。然而,对于量子力学诠释(interpretation of quantum mechanics)——理解波函数如何刻画微观世界,人们迄今为止并未形成共识。量子力学发展的这种二元状态不仅带来了认识论方面的误导,而且依据备受争议的哥本哈根诠释建立起来的量子技术会有许多根本性问题。
量子力学的哥本哈根诠释存在二元结构的问题:微观世界的运动用量子力学描述,是一个幺正演化,而观察或测量却依赖于量子系统外部的经典世界(仪器、观察者、环境),表现出来的波包塌缩是非幺正的。为此,包括爱因斯坦、薛定谔、温伯格等在内的一些著名学者对哥本哈根诠释提出了尖锐的批评。80年过去了,为克服量子力学的哥本哈根诠释二元论困境,人们提出各种各样的量子力学诠释,包括多世界诠释、量子退相干诠释、自洽历史诠释以及量子达尔文主义等。文章将简要介绍和评述这些量子力学诠释的基本思想、它们之间的逻辑关系及其实验检验的可能性。进一步澄清量子力学诠释中的基本概念,可以避免量子观念滥用导致的意识论上的问题和量子技术发展误入歧途。

高温超导专题

非常规超导体及其物性 Hot!

罗习刚,吴涛,陈仙辉
2017, 46(8): 499-513     全文: PDF (4927 KB)   ( 下载: 1566 )
摘要

1986年高温铜氧化合物超导体的发现开辟了超导研究的新纪元,人们开始大量探索具有非常规超导机制的新型超导材料,以期发现具有更高超导转变温度的超导体。文章将结合作者多年来的研究,简要介绍具有代表性的非常规超导体材料家族及其物性,以及对非常规超导体材料研究的未来展望。

高温超导研究面临的挑战 Hot!

向涛,薛健
2017, 46(8): 514-520     全文: PDF (1999 KB)   ( 下载: 1625 )
摘要

自1986年铜氧化物高温超导体发现以来,高温超导研究取得了丰硕的成果,确定了高温超导材料的相图和超导配对的对称性,发现了赝能隙、电荷自旋分离、线性电阻、强超导位相涨落等大量新的物理现象。但是,高温超导机理依然还是一个谜,高温超导材料中发现的大量反常量子现象也不能在已有的固体量子理论的框架下得到解释。要解决高温超导问题,必须发展新的实验探测技术和新的量子多体理论及计算方法。特别是要发展能够直接调节和探测电子与固体中各种元激发相互作用的实验探测技术,从相互作用的源头来直接探测并判定高温超导电子配对的机理。

铜氧化物高温超导体中的电子有序态 Hot!

阮威,王亚愚
2017, 46(8): 521-527     全文: PDF (2743 KB)   ( 下载: 1185 )
摘要

铜氧化物高温超导现象自30年前被发现以来,对现代凝聚态物理的发展产生了极其重要的影响,然而其微观机制至今依然是一个谜。近年来,多种实验手段的研究结果发现,在铜氧化物高温超导体中电子除了形成库珀对,还可能形成多种其他新奇的有序态,例如自旋有序态、电荷有序态以及库珀对密度波等。这些有序态的起源及其与赝能隙态和超导态的关联对于理解高温超导机理可能具有重要的意义。文章将主要从实验的角度对铜氧化物超导体中的电子有序态做一个概述。

高温超导太赫兹辐射源与检测器 Hot!

王华兵,许伟伟,吴培亨
2017, 46(8): 528-535     全文: PDF (3308 KB)   ( 下载: 924 )
摘要

利用超导约瑟夫森器件中的约瑟夫森效应,超导材料可用于制备太赫兹辐射源和高灵敏的检测器。由于高温超导材料的能隙较高,因此用高温超导材料制备的太赫兹辐射源与检测器具有工作频率广、工作温度高等优点。文章将简要介绍南京大学超导电子学研究所在高温超导双晶晶界约瑟夫森结检测器和高温超导本征约瑟夫森结太赫兹辐射源等方面的工作进展。

YBCO超导体的电工学应用研究进展 Hot!

肖立业,古宏伟,王秋良,张国民, 刘建华,邱清泉,张志丰,郭文勇,张京业,张东,赵勇,丘明,焦玉磊
2017, 46(8): 536-548     全文: PDF (4864 KB)   ( 下载: 1017 )
摘要

超导体具有一些完全区别于传统电工导体和电工磁性材料的电磁特性,因而在电工学领域具有广泛的应用价值。自从1987年发现高温超导体以来,高温超导体的电工学应用研究得到了快速的发展。YBCO超导材料具有比BSCCO超导材料更加优越的电工学应用性能,因而随着YBCO超导材料逐渐实现小批量供货,近年来有关YBCO超导体的电工学应用研究得以广泛的开展。文章重点介绍国内外在YBCO材料(包括块材和带材)及其在电力技术和磁体技术等方面的应用研究进展,以此纪念YBCO超导体发现30周年。

研究快讯

费米子家族新成员——突破传统分类的三重简并费米子的实验发现

吕佰晴,钱天,丁洪
2017, 46(8): 549-552     全文: PDF (5591 KB)   ( 下载: 1451 )
摘要

1928 年,著名理论物理学家狄拉克(Dirac)提出描述带有相对论效应电子态的狄拉克方程。第二年,外尔(Weyl)指出狄拉克方程无质量的解描述的是一对具有相反手性的新粒子,这就是外尔费米子。1937 年,马约拉纳(Majorana)预言,当狄拉克方程加上反粒子是自身的限制条件后,则描述的是另一种类型的费米子,即马约拉纳费米子。根据目前的理论,在宇宙空间中,由于受到洛伦兹不变性的限制,仅存在以上三种类型的费米基本粒子,分别被三个基本方程来描述。狄拉克费米子已经被发现,大家所熟知的电子、质子、中子等都是狄拉克费米子,而外尔费米子和马约拉纳费米子还没有在粒子物理实验中被观测到。

物理攫英

冰火两重天:为什么日冕如此炽热而日珥却如此清凉?

张枚 编译
2017, 46(8): 553-554     全文: PDF (1612 KB)   ( 下载: 904 )
摘要

近几十年来,太阳物理学家在回答两个长期存在的问题上取得了稳步的进展。
本月21 日,数百万天文爱好者将在美国享受一场被称为日全食的盛宴。如果天气好的话,在两分钟的黑暗中,他们将看到太阳外部的光度极度微弱的大气——日冕,以及沉浸在日冕中被称为日珥的红色羽状物质。
从20 世纪40 年代开始,天文学家就已经知道,日冕比太阳的表面—— 光球—— 要热一百万度。然而,沉浸于其中的日珥却与光球有着几乎相同的温度。这两个观测现象都同样令人困惑。为什么在温度5500 K的光球以外存在着一个百万度高温的日冕?日珥是如何在热的日冕中形成并维持的?

不务正业也有好处

吴宝俊 编译
2017, 46(8): 555-556     全文: PDF (1339 KB)   ( 下载: 759 )
摘要

有时候好的灵感会在你放着正事不干、四处瞎晃荡时冷不丁冒出来。我和漫画家豪尔赫·陈(Jorge Cham)的合作就是在我偷懒不干正事的时候开始的,并且在最近我们的合作达到了高潮,出版了WeHave No Idea: a Guide to the Unknown Universe 一书,以幽默漫画的形式来介绍物理学中一些最深奥的未知问题。

拓扑缺陷形成规律的激光束模拟

朱星 编译
2017, 46(8): 557-557     全文: PDF (1306 KB)   ( 下载: 952 )
摘要

利用环形排列的相互作用激光束作为一种探索拓扑缺陷及无序结构的新模型体系,演示了一些看来不相关体系的各种现象。

观察原子在稀薄环境中的扩散

戴闻 编译
2017, 46(8): 558-558     全文: PDF (1342 KB)   ( 下载: 889 )
摘要

观察原子在低温稀薄环境中的扩散,揭示出单次冲击对原子运动随机化所产生的影响。

物理学史和物理学家

跟从杨振宁先生学习45年

赵午
2017, 46(8): 559-560     全文: PDF (1674 KB)   ( 下载: 1241 )
摘要

我是杨振宁先生的学生,到如今45 年了。45 年来我跟从杨先生经历的学习过程可回忆的事情很多,借今天给杨先生祝寿的机会,从一个学生的角度来分享一些对我有特别意义的我所知道的杨先生。

超导“小时代”

超导“小时代”之二十二:天生我材难为用

罗会仟
2017, 46(8): 561-564     全文: PDF (3674 KB)   ( 下载: 1376 )
摘要

铜氧化物超导材料面临的境地,就是看似有才,实难尽其材。从材料本身来看,铜氧化物属于陶瓷材料,天生就属于易碎品。诸如Bi 系、Tl 系、Hg系等材料,它们往往具有很强的各向异性,几乎是层状二维材料,极其容易撕成薄片,用刀片一划拉就可以分离,也非常脆弱,稍加压力就会成一堆碎片。因此,表面上十分光洁漂亮的铜氧化物单晶材料,在力学性能上却十分脆弱(图3)。如果将铜氧化物超导材料做成超导线材或带材,放到显微镜下去一看,就会发现存在无数个脆脆的小碎片堆在一起,或者是无数个分叉的裂纹存在于材料之中,同样极大地拉低了整体力学性能(图4)。加上许多情况下,铜氧化物的临界温度取决于氧的浓度,而要控制氧的浓度需要通过许多复杂的手段如高温退火处理等来实现,所以要在超导线材中实现均匀的超导温度分布,技术难度非常大。而且铜氧化物的各向异性,还特别体现在超导电性本身上,也就是说,在同等磁场环境下,沿着Cu-O面内和垂直于Cu-O面的超导电性差异非常大。由于超导电缆往往采用的是多晶粉末样品制备,Cu-O面的取向是杂乱无章的,这意味着每个小晶粒的超导“下限”将决定外界磁场的极限值,结果就是大家一起按最低标准走。好好的高温超导,却不让人好好地用!

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之八十九:Parity

曹则贤
2017, 46(8): 565-568     全文: PDF (2226 KB)   ( 下载: 1228 )
摘要

Parity在物理文献中被译为宇称,“宇”字是强加的,在数学中parity就被简单地译为奇偶性。Parity反映的是某种对等关系,parity symmetry是物理学的一个信条,parity breaking的发现带有革命性的戏剧色彩。生物学意义的parity另有词源。

中国物理学会通讯

2016—2017 年度中国物理学会各项物理奖获奖者工作介绍

中国物理学会
2017, 46(8): 569-570     全文: PDF (1363 KB)   ( 下载: 1082 )
摘要

1 胡刚复物理奖获得者张广宇
中国科学院物理研究所张广宇研究员的主要研究方向为二维材料及其异质结构的构筑、加工,以及界面调控下的输运性质和电子器件研究。他与合作者取得的主要成果包括:(1)发展了独特的二维材料图形化方法,加工了洁净、高质量、结构可控的石墨烯以及二硫化钼纳米结构;(2)在六方氮化硼表面实现了石墨烯的单晶外延,研究了摩尔超晶格调制下的电子输运行为;(3)利用二维材料本征表介面性质,构筑了高性能场效应晶体管、应力与气体传感器等原型器件。

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