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物理  
  物理--2021, 50 (3)   发布日期: 2021-03-12

封面故事:传统意义来说,半金属或窄带隙材料在光电探测中受暗电流的限制影响其探测波长范围与器件性能。因此,窄带隙材料的高质量生长与集成问题一直是制约长波探测器发展的关键瓶颈。近期,中国科学院上海技术物理研究所王林、陈效双和陆卫研究团队提出从微观原子操控的角度出发来构造特定输运与光电特性,设计了具备C3V反演结构特征的第二类狄拉克半金属——碲化钯太赫兹探测器结构,表现出较强光电流响应、低噪声的优异性能,并获得拓扑半金属器件的低功耗成像功能,且具有偏振敏感的各向异性光电流。该成果对于探索以第二类狄拉克半金属为平台的光电子器件提供了新的思路,将在新一代无线通讯、智能传感、成像等对太赫兹长波技术的重要需求中发挥巨大的潜力。该工作发表于Science Advance,2020,DOI:10.1126/sciadv.abb6500。

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评述

高精度可搬运钙离子光钟 Hot!

黄垚,管桦,高克林
2021, 50(3): 149-154     全文: PDF (5299 KB)   ( 下载: 1338 )
摘要

时间的计量一直是人们所关心的基本问题,它与人们的日常生产生活息息相关。随着科学技术的发展与进步,人类对时间的计量也越来越精确。近年来,光钟已经成为当前世界上最精确的计时工具。然而,往往因体积庞大、仅能在实验室环境工作,极大地限制了光钟的应用范围。实现可搬运、可靠、准连续运行的高精度光钟是科学家的愿望,也是对光钟科研工作者的挑战。文章将简单介绍光钟的原理,然后介绍可搬运钙离子光钟的研究进展,最后浅谈可搬运原子光钟的未来发展。

寻找另一个地球 Hot!

周济林,刘慧根,谢基伟
2021, 50(3): 155-162     全文: PDF (6570 KB)   ( 下载: 1425 )
摘要

系外行星尤其是宜居行星的搜寻与刻画,是天文学研究的热点前沿问题。寻找另一个地球,是回答“生命如何起源?”,“人类是否孤独?”等重大科学问题的关键。文章结合理论和观测,对现有的行星形成演化理论和系外行星探测方法做了简要介绍,并说明现有的探测技术很难探测到“另一个地球”。此外,主流的探测方法,如视向速度法、凌星法,都是通过恒星变化探测行星,属于间接探测。未来的系外行星刻画需要直接获取来自行星的光子,因此直接成像是未来系外行星探测的趋势。合成孔径光干涉成像法可以同时实现高对比度和高空间分辨率,未来可用于对“另一个地球”的直接成像。中国提出的“觅音”计划,有望首次实现系外行星的光干涉成像,在寻找“另一个地球”上取得重大突破。

“三·八”国际妇女节专题

挑战极限:我的人生及科学之旅 Hot!

Myriam P. Sarachik 著,陈颖叡 译
2021, 50(3): 163-170     全文: PDF (5182 KB)   ( 下载: 1024 )
摘要

1933年我出生于安特卫普,比利时的弗拉芒语区,那年正值希特勒崛起,一个注定要形塑我的生命轨迹的事件。当纳粹在1940年5月10日入侵比利时的时候,我就读一年级,还差三个月满7岁。我大家族的成员(父母、兄弟、好几个叔伯、姑姑、表兄弟姊妹)都用尽任何可能的方式逃往加莱(Calais),大部分是靠步行。我们抵达加莱的时候,加莱正被德军包围,而家族也分散成失联的小组。

我的成长经历 Hot!

张宗烨
2021, 50(3): 171-172     全文: PDF (4533 KB)   ( 下载: 1064 )
摘要

说来真的不好意思,我小的时候,在上初三以前,真是一个不爱学习的淘气小孩,整天玩,不好好上课,不认真完成作业,经常考试不及格。当时家里对我没有任何约束和要求,他们认为我身体不好,又是女孩,能长大成人就够了。于是“玩”就成为我生活的几乎全部。事情发生变化是在1948年,我的二哥张宗燧从美国回来,周围的人对他赞赏有加,这对我产生了 “震动”,在他的影响下,我逐渐把兴趣从“玩”转向了学习。

我的求学科研之路 Hot!

张海婧
2021, 50(3): 172-174     全文: PDF (4533 KB)   ( 下载: 1167 )
摘要

收到编辑部的邀约,让我从女性科研工作者的角度,分享自己求学和科研的经历。对此,我感觉既荣幸又有些犹豫。我只是一名普通的科研工作者,尚在摸索前进中,一直在向那些更优秀的人看齐,远没有达到分享成功经验的高度。但一路走来,我确实发现科学界女性工作者偏少,并且我能感受到大众对科研工作者的好奇与疑惑,也一直想尽自己的力量做些什么。借此,或许把我的科研经历——包括顺利与挫折——真实的分享出来,能够帮助到曾经和我一样彷徨过的女生。希望每一个人都可以更勇敢地追求自己的梦想,在适合自己的领域里绽放光芒。

心之所向,得失平常——我的点滴科研体会 Hot!

陶蕾
2021, 50(3): 174-175     全文: PDF (4657 KB)   ( 下载: 1157 )
摘要

踏入物理科研领域的人,大概都是怀着一些梦想的。和他们中很多人一样,我最初对物理有兴趣,是基于各式各样科幻题材的电影和小说。之所以选择物理专业,也是因为不满足于仅仅一时沉迷幻想,而是希望真的去做些什么。不过对我来说,这个选择稍微寒碜了点:父母帮我选择的高考志愿落榜了,在父母和老师失望的眼神中,我没有选择复读,而是选择了自己想读的物理专业。就此,我与物理结下了不解之缘。

前沿进展

量子体系的相空间规范变换 Hot!

汪克林,高先龙,曹则贤
2021, 50(3): 177-181     全文: PDF (5570 KB)   ( 下载: 1177 )
摘要

外尔于1918年引入的规范变换实际上是相位变换而非真正的尺度变换,但规范不变性、规范理论等概念都沿袭了下来。我们发现,针对由量子化条件[x, p]=iℏ而来的量子体系之本征值问题存在规范变换,或者说尺度变换,x → x/α,p → αp,该变换保体系的能量谱不变。量子谐振子、氢原子问题及一类多体问题的精确解析解证实了这一点。量子化条件 [x, p]=iℏ看来是个对量子力学很强的约束,不止于能量的量子化。这个规范变换提醒我们相空间的体积及其量子化才是物理的关键,这也是量子力学和统计物理在潜意识里一直沿用却未予关注的思路。有趣的是,从量子谐振子体系的相空间表述似乎不能导向这个结论。如同规范理论所断言的电磁学量在给定坐标系下的数值表征与标度无关,我们认为量子体系的物理量,如能量谱等,在给定坐标系下的数值表征亦应与标度无关。此尺度变换与德布罗意关系相恰。

揭开中微子和反中微子的马约拉纳神秘面纱——无中微子双贝塔衰变低温晶体量热器实验 Hot!

马龙,马余刚,黄焕中
2021, 50(3): 183-192     全文: PDF (8979 KB)   ( 下载: 1095 )
摘要

中微子可能的马约拉纳粒子属性超出了目前标准模型的范畴,是粒子物理与核物理研究领域最重要的科学问题之一。无中微子双贝塔衰变(0vββ)实验是能够确定中微子马约拉纳属性的唯一途径。0vββ的发现可以揭示中微子绝对质量、轻子数破缺、物质—反物质不对称等一系列自然奥秘,是当今粒子物理与核物理研究的前沿课题。在探索无中微子双贝塔衰变的可选择实验方案中,低温晶体量热器具有高能量分辨率、高运行稳定性和低辐射本底的技术优势,成为新一代0vββ实验最具竞争力的探测器技术之一。文章首先介绍无中微子双贝塔衰变的研究历史,之后介绍低温晶体量热器及其最先进的代表——CUORE实验,最后展望关于我国锦屏地下实验室开展低温晶体量热器0vββ实验研究的前景。

研究快讯

慧眼X射线卫星首次发现高速逃逸黑洞的等离子体

王伟
2021, 50(3): 193-193     全文: PDF (2132 KB)   ( 下载: 999 )
摘要

随着X射线探测技术的发展,上世纪60年代人类在银河系中发现X射线源,黑洞便是其中之一。黑洞本身不发光,但在黑洞X射线双星中,大量伴星物质会被吸附在黑洞周围转动,形成一个发光的盘状结构,即吸积盘。在吸积盘内区附近,存在一团超高温等离子体,称为神秘的“冕”,类似于太阳周围的日冕。然而,冕在黑洞附近如何运动一直是致密天体研究中的一个未解之谜。

人工合成二维铁电金属

陈朗
2021, 50(3): 193-193     全文: PDF (2132 KB)   ( 下载: 1100 )
摘要

自从Anderson和Blount提出钙钛矿“铁电金属”以来,人们在研究其物理机制和设计新的铁电金属方面做出了很大努力。由于金属中的净电场可以被自由电子完全屏蔽,因此铁电性与金属性在体相中不能共存。然而,众多研究表明低维材料具有许多与体相材料相悖的奇异特性和新颖的量子态。研究团队提出通过施加一个强的极化场,以铁电/单层氧化物金属超晶格的形式人工合成铁电金属。这样,原子层级氧化物导电层的对称性可以被邻近的极化场打破和操纵,从而形成二维“铁电金属”。

基于非线性光学几何相位的超构表面太赫兹辐射源

李贵新
2021, 50(3): 194-194     全文: PDF (2346 KB)   ( 下载: 1006 )
摘要

太赫兹技术已被广泛用于材料物理、医学检测等领域,在太赫兹光源上直接对太赫兹波的偏振和相位等进行多维度调控,对进一步推动太赫兹技术的应用和发展具有重要意义。

关于拓扑费米子与其手性朗道能带的指标定理

赵宇心
2021, 50(3): 194-194     全文: PDF (2346 KB)   ( 下载: 1043 )
摘要

拓扑半金属是近年来凝聚态物理的研究热点,而拓扑荷是拓扑半金属的核心概念。例如人们熟悉的外尔半金属,每个外尔点的拓扑荷等于±1,分别对应外尔点的手性是左还是右。

物理攫英

大脑的量子传感技术

张欣 摘译
2021, 50(3): 195-196     全文: PDF (3434 KB)   ( 下载: 1037 )
摘要
大多医学成像的目的是获取身体内部结构信息,从而使医生获得可用于治疗的关键信息。但对于许多疾病,我们不止要了解其结构,更重要的是要去探究器官的功能。这一点对于评估包括癫痫、痴呆或精神健康问题在内的大脑紊乱疾病尤为重要。

搜寻小质量暗物质

徐仁新 编译
2021, 50(3): 197-198     全文: PDF (2719 KB)   ( 下载: 971 )
摘要
人们传统上依赖大型设备来搜寻比质子还重的暗物质粒子,但最近正将目光转向对轻质量粒子敏感的小型实验。依据暗物质粒子与各种材料中电子或原子核之间的非弹性碰撞,新的探测方案拟搜寻所谓的亚GeV暗物质,其质量可低于质子质量的百万分之一。
量子多体中的呐喊与彷徨

量子多体中的呐喊与彷徨之八:我爱纠缠如秋裤

孟子杨
2021, 50(3): 199-203     全文: PDF (2756 KB)   ( 下载: 1099 )
摘要
秋裤者,勤劳勇敢的中国人民御寒保腿温之神器也。从塞外北国到中原大地,从江南水乡及至岭南热土(没暖气),每当神州各地秋风乍起凉意渐浓的时候,妈妈总会关切地问一句“你穿秋裤了吗?”不论在北风呼啸大雪飘飘的北方,还是在阴冷潮湿室内室外同此凉热的南方,一条秋裤不仅让温度从腿部一直蔓延到心里,更唤起了你内心中一种依恋的情节,告诉你时代再变再内卷再996,国际形势再复杂再诡谲再亡我之心不死,我们漂泊的人生中总有一些不变的东西,家一样的东西,每年按时来到,让你安心,保你平安。这就是规律性和规律性给人带来的慰藉。
物理思想进课堂

“还原”与“演生”——相辅相成的两种物理学范式

陈征,魏红祥,张玉峰
2021, 50(3): 204-206     全文: PDF (3990 KB)   ( 下载: 1034 )
摘要
基础物理教育以经典物理为主,其主要内容与当代物理学前沿距离甚远,导致在多数人心中,还原论范式被等价为物理学基本且唯一的范式。但大量实验证明,不同尺度和层次上确实存在一些新性质和新规律,以演生论的范式探索新规律是今天物理学前沿探索的重要方向,对更深入地理解世界有重大意义。因此了解还原论和演生论两种范式的共通之处与差异所在,在讨论物理问题时采用合适的范式,将为学习物理、研究物理奠定良好的基础。
Q&A

Q&A问答

中国科学院物理研究所
2021, 50(3): 207-209     全文: PDF (3003 KB)   ( 下载: 870 )
摘要
Q&A选自中国科学院物理研究所微信公众号每周五发布的《问答》专栏。受篇幅所限,这些答案难以尽善尽美,欲深度了解其中缘由的读者请同时参阅相关专业书籍。
中国物理学会通讯

中国物理学会2021年活动计划表

中国物理学会
2021, 50(3): 210-212     全文: PDF (1227 KB)   ( 下载: 2326 )
摘要
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