封面故事:一种可以发电的“果冻”,这是南方科技大学的刘玮书课题组开发的一种以离子作为载能子实现热到电的转换的特殊准固态离子热电凝胶材料,其基体材料与小朋友所喜欢的果冻一样,是生物质明胶。该离子热电凝胶材料获得了高达17 mV/K的热电势,将25个5×5×1.8 mm3的单元组装成柔性可穿戴设备,利用人体温差实现高达2.2 V的电压和5 μW的最大输出功率,为未来物联网系统中传感器及电子设备实现所需电能自供给提供了一种选择。该工作还揭示了此类凝胶材料中离子输运选择性强化效应,从而产生离子扩散诱导的高热电势,并与热电化学效应协同作用,拓宽了热电材料的研究领域。该研究成果发表于Science,2020,368:1091。
极深地下探秘宇宙的“熊猫X”实验 Hot!
近百年的天文学观测表明宇宙中有大量看不见的“暗物质”存在,但是我们对暗物质的本质却所知甚少。宇宙中也充斥着一种很像暗物质的“幽灵粒子”——中微子,它们的身上也有着众多未解之谜。对暗物质和中微子研究的突破很可能带来下一次物理学的革命。国际上最深的、位于四川凉山州的中国锦屏地下实验室为这样的实验研究提供了得天独厚的场所。过去的20年,液氙探测技术的发展使之成为了探测暗物质、研究中微子性质的核心手段之一。文章主要介绍了暗物质与中微子的未解之谜、液氙探测技术的发展、国内外一些液氙实验的发展态势以及我国液氙探测暗物质“熊猫X”实验的现状和未来。
从激光加速到激光离子加速器 Hot!
高能离子束在基础研究、材料学、生物学及医学等诸多领域有着重要价值和广泛应用,其产生方法也受到了越来越多的关注。激光等离子体相互作用能够产生比常规射频加速器高三个量级的加速电场,由此可以建造占地小、成本低、峰值流强高的新型加速器。文章介绍了激光离子加速的基本物理概念及实验进展,并对激光离子加速器的工程设计及应用前景进行了简介。
光量子信息利器——超导纳米线单光子探测器 Hot!
利用超导宏观量子效应与环境电磁场的相互作用,超导探测器可以实现量子极限灵敏度探测。超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具备高探测效率、低暗计数等优异的性能,已经在量子信息、深空通信、激光雷达等领域得到了广泛的应用,并为中国“九章”光量子计算原型机、量子密钥分发等领域达到国际领先水平提供了核心探测技术支持。文章简述了SNSPD的基本原理,对其性能、制冷技术、应用以及常见的问题等进行了介绍,并对未来发展做了展望。
电调控磁拓扑的实现 Hot!
作为数学的一个重要分支,拓扑学主要研究空间在连续形变下的拓扑不变性。拓扑磁性是研究磁性材料中自旋的整体排列在空间具有某些不变性的学科,一般用磁性拓扑荷来描述(topological charge Q)。磁性拓扑荷表征一个磁结构的磁矩分布状态映射到一个序参量空间(通常为一个单位布洛赫球)时环绕序参量空间的次数。当环绕次数为1时(Q=1),该磁结构具有拓扑非平庸特性。当环绕次数为0时(Q=0),磁结构具有拓扑平庸特性。具有不同拓扑荷的磁结构不可以通过磁矩连续变化实现相互转换,因此具有拓扑保护特性。如何破坏这种拓扑保护特性,实现磁拓扑态的可调控性是新型拓扑磁结构研究领域中的热点。
双折射晶体中的“面—体”复合型双曲极化激元 Hot!
光是人类认识宏观和微观世界的主要媒介,对光与物质相互作用的研究不断拓展着科学的边界,推动着技术的革命。然而,光的波动本性决定了我们很难将光场限制在深亚衍射极限的纳米尺度。如何在纳米尺度对光与物质的相互作用进行调控是当今光物理、光化学、光信息等众多研究领域的核心科学问题。极化激元光学是解决这一科学问题的有效手段之一。
日冕的难解之谜
轻柔扭转DNA
青铜时代人类改进时钟精度之设计
谈书说人之六:“朗道势垒”究竟有多高?
物理学思维的艺术
直觉——一种特别的物理学思维
南极往事——中国科学院物理研究所“我国南极科学考察事业回顾与展望”主题讨论侧记