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物理  
  物理--2019, 48 (4)   发布日期: 2019-04-12

封面故事 本期封面显示的是由中国科学院理化技术研究所饶伟研究员和宋恺研究员团队发现的基于液态金属结构色的可伪装柔性机器人。相应的研究结果发表于ACS Applied Materials & Interfaces (Hou Y et al. Coloration of Liq-uid-Metal Soft Robots:From Silver-White to Iridescent)。镓基合金液态金属一直以闪亮的银白色金属光泽示人。研究团队提出液态金属在牺牲金属或电场的刺激下可产生变色现象,使得液态金属具备了类似章鱼等头足纲动物柔软可变形变色的特点。封面图像显示的是液态金属仿章鱼柔性机器人,它不仅可以实现身体的灵活变形,还可以改变成彩虹色的外形进行自适应伪装。研究表明,镓基液态金属的变色机制是由于其表面产生了百纳米厚的三氧化二镓介孔薄膜,其色彩来源有干涉和散射两种形式。此结果为开发具有智能伪装功能的柔性机器人的设计提供了重要思路。

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评述

同步辐射纳米成像技术的发展与应用 Hot!

袁清习,邓彪,关勇,张凯,刘宜晋
2019, 48(4): 205-218     全文: PDF (6452 KB)   ( 下载: 1347 )
摘要

伴随着相关技术的进步,X射线纳米成像方法近年来得到了长足的发展,并在能源材料、工业催化、生命科学和环境科学等多个科研领域中发挥着重要的作用。文章总结了同步辐射纳米成像技术的发展现状,并结合实例讨论了其在若干学科领域的前沿应用。在此基础上,作者强调了先进数据分析手段和科研大数据发掘等在多尺度、多维度X射线成像领域中所扮演的重要角色。希望通过文章将同步辐射纳米成像技术系统地介绍给读者,以期进一步发掘该技术的潜力,促进其在各个科研领域的应用和推广。

前沿进展

太阳耀斑环——射电微波及相关波段的研究 Hot!

黄光力
2019, 48(4): 219-226     全文: PDF (2802 KB)   ( 下载: 1232 )
摘要

与大多以光学波段为主的耀斑研究不同的是,作者拟以射电微波(厘米波段)的频谱和成像观测为主及相应的辐射机制研究太阳活动的基本单元——耀斑环及其物理参数的空间分布和时间演化规律。特别是中国研制的具有国际最高的时间、空间和频率分辨率的射电日像仪(MUSER)已投入运行,文章将为推动该设备即将开展的科学研究提供重要的参考工具。此外,文中也加入了与射电微波辐射密切相关的X射线、紫外和光学波段的研究,符合太阳物理乃至整个天体物理多波段研究的大趋势。文章集中介绍作者最具特色的研究,由于篇幅所限只能给出基本物理思想和概念、主要结论和代表性插图,对相应的理论推导、观测数据处理等细节,读者可根据需要参阅对应的参考文献。

实验技术

磁共振成像发展与超高场磁共振成像技术 Hot!

杨文晖
2019, 48(4): 227-236     全文: PDF (4393 KB)   ( 下载: 1315 )
摘要

20世纪70年代磁共振成像技术的发明为生物医学成像开辟了一个极富生命力的领域。随着技术的进步和生命科学研究的深入,磁共振成像技术正向超高场发展。文章将在介绍磁共振成像技术发展的历史后,结合作者的认识,简要介绍超高磁共振成像技术的发展现状和关键技术方面的进展。

物理学常数

基本电荷的精密测量及电流单位安培的重新定义 Hot!

沈乃澂
2019, 48(4): 237-242     全文: PDF (2848 KB)   ( 下载: 1382 )
摘要

1990年1月1日,为了建立电压和电阻及其他电学量在测量中的国际一致性,国际计量委员会引入了分别基于约瑟夫森效应和量子霍尔效应的伏特V和欧姆Ω新的实际表示,以及KJRK的约定值(即采用值)。本文给出了由国际科技数据委员会推荐的2014年电学量基本常数自洽组的最新数值。

研究快讯

在重费米子体系中发现外尔费米子激发 Hot!

郭春煜,刘洋,曹超,袁辉球
2019, 48(4): 243-245     全文: PDF (2139 KB)   ( 下载: 1320 )
摘要

凝聚态物质中的拓扑序和拓扑相变是物理学中的一个重要发现,它突破了基于对称性破缺的经典朗道理论,解释了包括涡旋激发、量子霍尔效应等在内的许多新现象。近年来,人们在凝聚态材料中发现了一系列受对称性保护的拓扑量子物态,例如拓扑绝缘体、狄拉克半金属、外尔半金属等[1—4]。这些拓扑材料表现出独特的电子性质,在自旋电子器件以及量子计算等方面具有独特的应用前景。寻找新型拓扑材料、揭示新的拓扑物性仍是当今前沿热点研究问题。

物理攫英

一场学习革命

赵鹏巍
2019, 48(4): 246-247     全文: PDF (1733 KB)   ( 下载: 1216 )
摘要
机器学习的基础工作早在上世纪中叶已经奠定。然而,正如Marric Stephens所发现的,越来越强大的计算机以及过去十年间不断改进的算法,正推动着机器学习在从医学物理到材料科学等诸多方面应用的爆发。

等离子体尾流场加速进展迅速

周书华
2019, 48(4): 248-248     全文: PDF (1329 KB)   ( 下载: 1194 )
摘要
等离子体尾流场加速技术是1979年首次提出的。在等离子体中,用驱动器(如激光脉冲)将带负电的电子与带正电的离子分离开,产生一个电场,如果驱动器的有效尺寸小于等离子体的波长,便可形成电荷分离的稳定结构,即所谓的尾流场。尾流场中电场梯度可达1 TV/m,而普通加速器只能达到100 MV/m。

产生特异光散射的超构材料

朱星
2019, 48(4): 249-249     全文: PDF (1311 KB)   ( 下载: 1125 )
摘要
光的散射是一种普通的光学现象,与反射、折射和吸收现象类似。小分子在大气中更有效地散射太阳光谱中短波部分,因此使得天空在晴朗天气时显出蓝色。较大的蒸汽水滴可以散射整个可见光谱中的光线,因而使得云彩呈现白色。一般而言,散射光的强度和散射方向取决于其波长和散射介质的性质,如尺寸、形状和折射率。
量子十问

量子十问之七:量子模拟到底是啥?

郭光灿
2019, 48(4): 250-251     全文: PDF (1514 KB)   ( 下载: 1120 )
摘要
随着计算机技术的发展,人类利用计算机来模拟现实世界的能力越来越强大:现在飞机和汽车性能的测试、核试验,都可以在超级计算机的赛博空间中进行;甚至,当前热门的人工智能研究,也可以看成是计算机对人类行为的模拟。但是,用计算机模拟现实世界就总是这样无往而不利吗?
晶体几何系列

晶体几何系列之三:准晶是高维晶体投影的证明

曹则贤
2019, 48(4): 252-255     全文: PDF (2614 KB)   ( 下载: 1019 )
摘要
晶体中原子的排列具有平移对称性,平移对称性限制了晶体只有n=1,2,3,4,6次转动对称。发现有8-次,10-次,12-次转动对称的准晶。准晶结构是高维晶体结构的投影。晶体和准晶的定义统一于点状衍射花样。
物理学漫谈

物理学交流的语言

姬扬
2019, 48(4): 256-257     全文: PDF (1497 KB)   ( 下载: 1044 )
摘要
几年前,我和几个朋友聊天的时候,大家谈起了各自都是如何思考问题的,又是如何交流的。我们都能说英语,分别来自中国、日本、韩国、美国、德国和以色列,但是有的母语就是英语,有的可以熟练地用英语进行口头交流和书面表达,也有些英语口语并不太好的。英语特别好的,在表达之前就是英语了;英语较差的,则有时候需要将母语转化为英语。然而,大家有个共同点:在思考问题的时候,都不是靠语言思考的(既不是英语也不是母语),而是靠类似于图像的方式。只有在考虑得比较成熟了以后,才会用母语或英语表达出来。
物理学史和物理学家

半月湾的永恒——怀念远去的首晟

余晓帆
2019, 48(4): 258-260     全文: PDF (2404 KB)   ( 下载: 1087 )
摘要
硅谷的冬春是多雨的季节,今年的雨水比往年更多,雨季更长,彷佛上帝也感知到了我的悲伤,陪着我一同哭泣。人们总说,雨是忧伤之物,可也许是首晟曾经在柏林生活过多年的缘故,他对雨天则有着不同的定义。雨水滋润万物,尤其能给干旱的加州带来绿色与生机,雨季是硅谷最美的季节。
天行见物理

天行见物理之四:历起图谶

李轻舟
2019, 48(4): 261-264     全文: PDF (2212 KB)   ( 下载: 1109 )
摘要
地皇四年(公元23年)十月戊申朔(殷正十月初一,即夏正九月初一),奉刘玄为汉帝(建元更始)的绿林军攻入新都常安(长安),与效忠王莽的军队激战于北阙之下。次日,城中的反莽势力趁机响应,纵火焚烧未央宫。王莽避火宣室、前殿,惊惶失措的宫人见证了他们的“圣人天子”最后一次施展“厌胜之术”……
科学咖啡馆

火山,大自然的骄子——中国科学院物理研究所“神奇的火山”主题讨论侧记

龚则周,李淼,魏红祥
2019, 48(4): 265-266     全文: PDF (1807 KB)   ( 下载: 997 )
摘要
火山是地球及其他星球上最壮观的地质景观,是星球的灵魂和有生命力的象征。2019年3月25日晚,由科技部引进国外智力管理司、中国科学院科学传播局、北京科学技术委员会支持,中国科学院物理研究所承办的第36期科学咖啡馆活动在物理所M楼咖啡厅举行。中国科学院地质与地球物理研究所刘嘉麒院士以科学的视角严谨而又风趣地讲述了关于火山的故事。
物理新闻和动态

黑洞或能披露未知极轻粒子

徐仁新
2019, 48(4): 267-267     全文: PDF (2569 KB)   ( 下载: 1044 )
摘要
在实验上,超出标准模型的新物理往往关注较重粒子的搜寻。然而,一些理论也预言标准模型之外的极轻粒子,它们不会在对撞机实验或暗物质探测器中表现出来。阿姆斯特丹大学的Daniel Baumann及其同事的计算表明,在双黑洞并合时发出的引力波信号或可披露黑洞周围极轻玻色子云的存在。如此看来,引力波能提供一种全新的途径来探测一般实验难以俘获的极轻粒子。
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