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物理  
  物理--2022, 51 (3)   发布日期: 2022-03-12

封面故事:医生给病人做手术是再寻常不过的了,但我们是否想过给一个细胞进行手术呢?对单细胞进行微手术和活检有助于从单细胞甚至是细胞器等亚细胞层面了解细胞特性,便于进一步深入了解细胞的生命过程及疾病的产生原因。暨南大学纳米光子学研究院辛洪宝教授等提出了一种热等离激元结合光学捕获的新技术,在不干扰邻近细胞的情况下,实现对单个癌细胞的原位精准光学手术,进而实现了靶向高效基因递送和细胞内线粒体的提取与操控。该方法为单细胞微手术、基因递送和细胞内细胞器操控提供了一种新的光学方法,为从单细胞和亚细胞层面深入了解细胞病变过程及揭示与细胞器病变相关的疾病机理提供了新的研究思路。详细工作发表于Nano Letters,2022,22:402。

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漫话麦克斯韦方程组

对于麦克斯韦方程组,洛伦兹变换的低速极限是伽利略变换吗? Hot!

戴希,沙威,陈昊
2022, 51(3): 145-152     全文: PDF (5985 KB)   ( 下载: 1611 )
摘要

运动介质的电动力学,这个启发爱因斯坦那一代科学家发展出狭义相对论的著名问题,最近再一次成为中国科技界的热点话题。在热烈的讨论过程中,有一个问题反复出现,就是对于描写电磁场运动规律的麦克斯韦方程组,有非相对论极限吗?当运动介质的速度远低于光速的时候,我们可以不考虑相对论效应,用伽利略变换来近似洛伦兹变换吗?经过讨论,笔者发现许多科技工作者对这个问题存在不同程度的误解,其中最大的一个就是以为介质速度不快就没有相对论效应,伽利略变换也近似可用。造成这一误解的主要原因还是对狭义相对论的理解不够透彻,尤其是对狭义相对论与经典电磁学之间的密切联系缺乏认识。下面,笔者将通过这篇短文,专门介绍一下洛伦兹变换的低速近似问题。

“三·八”国际妇女节专题

心有所想 思有所得 如有所愿 Hot!

殷雯
2022, 51(3): 153-154     全文: PDF (2782 KB)   ( 下载: 969 )
摘要

作为典型的70年代生人,我成长于一个讲理想而又不得不重现实的年代。80年代末的大学生可能是最后一批用过全国粮票和油票的大学生。国家发展之快,使我们这一批大学生还没来得及品尝“天之骄子”的滋味,开公司、做生意、炒股票等人才就已经铺天盖地。

二分之一科研路 Hot!

姚蕊
2022, 51(3): 154-159     全文: PDF (3953 KB)   ( 下载: 1074 )
摘要

今天又是一个忙碌的周五,夕阳西下总算能闲下来空空脑子,然后准备去接孩子放学了。这时想起了还有这篇约稿,坦白说,让我来写自己的求学、工作经历与感悟,我有些忐忑。我自认不算是成功女性代表,更多的是在FAST的光环下,让大家看到了一名FAST科研技术人员的工作状态。我将顾虑告知朋友,朋友说,科研技术人员中的大多数人就是像你这样,在自己的岗位上做好自己的事,这就是你可以分享的——真实的自我,真实的困惑,真实的感悟。听完她的话,我豁然开朗,决定写下自己求学和工作中的几点感悟,也许里面能看到你的影子。

缘起物理所 Hot!

杨雨欣
2022, 51(3): 159-161     全文: PDF (10951 KB)   ( 下载: 1187 )
摘要

在写作本篇时,说实话我的内心高兴又忐忑。高兴是因为有这样一个机会可以和大家分享点滴学习过程,忐忑是因为我本科并非物理专业,进入物理学领域进行科学研究的时间尚短,尚无出彩的工作。但一路走来,与物理结缘,与物理所结缘,有幸让我在最好的年纪里收获颇丰。

前沿进展

百年磁光效应的新认识 Hot!

冯万祥,周小东,姚裕贵
2022, 51(3): 163-173     全文: PDF (14314 KB)   ( 下载: 1179 )
摘要

磁光效应反映了光与磁之间最基本的相互作用,是凝聚态物理学中一个古老且迷人的研究议题。自1846年发现磁光法拉第效应至今,关于磁光效应的研究已经历了一个半世纪之久。文章将介绍磁光效应领域的三项最新研究进展。其一,磁光效应被发现可以存在于净磁化强度为零的反铁磁中,且表现出对矢量自旋手性的强烈依赖性。其二,磁光效应的物理起源被发现可以是与自旋轨道耦合和能带交换劈裂无关的标量自旋手性,即拓扑磁光效应;拓扑磁光效应可以进一步实现量子化,即量子拓扑磁光效应。其三,磁光效应被发现与非磁性原子位置变化引起的晶体手性密切相关,即晶体手性磁光效应。这三项研究进展突破了过去人们对磁光效应的传统认识,或将推动该领域的进一步发展。

热电材料与发电器件的进展和挑战 Hot!

徐啸,刘嬉嬉,何佳清
2022, 51(3): 174-179     全文: PDF (5423 KB)   ( 下载: 1348 )
摘要

热电/温差电效应是一种能够实现热能和电能直接相互转换的环境友好型能源技术,基于该技术的热电发电器件的应用,有望成为缓解能源问题的可行方案。文章主要介绍了中高温区p型和n型热电材料的最新研究进展,重点论述了可能应用于热电发电器件的几种典型热电材料体系的相关优缺点。此外,还回顾了目前中高温区热电发电器件的研究现状,尝试给出了目前亟待突破的壁垒,最后讨论并展望了热电发电器件的发展前景与未来研究方向。

物理学史钩沉

黑体辐射公式的多种推导及其在近代物理构建中的意义(Ⅴ) Hot!

曹则贤
2022, 51(3): 180-187     全文: PDF (2500 KB)   ( 下载: 1624 )
摘要

爱因斯坦首先是个实验物理学家。 ——作者

研究快讯

超冷原子分子混合气中三原子分子的首次量子相干合成 Hot!

王心瑶,赵博,白春礼,潘建伟
2022, 51(3): 188-190     全文: PDF (3300 KB)   ( 下载: 973 )
摘要

量子计算和量子模拟具有强大的并行计算和模拟能力,不仅能够解决经典计算机无法处理的计算难题,还能有效揭示复杂物理系统的规律,从而为新能源开发、新材料设计等提供指导。量子计算研究的终极目标是构建通用型量子计算机,但实现这一目标需要制备大规模的量子纠缠并进行容错计算,仍然需要长期不懈的努力。当前量子计算的短期目标是发展专用型量子计算机,即专用量子模拟机,它能够在某些特定的问题上解决现有经典计算机无法解决的问题。例如,超冷原子分子量子模拟,利用高度可控的超冷量子气体来模拟复杂的难于计算的物理系统,可以对复杂系统进行精确的全方位的研究,因而在化学反应和新型材料设计中具有广泛的应用前景。

庞加莱的狭义相对论

庞加莱的狭义相对论之一:洛伦兹群的发现 Hot!

金晓峰
2022, 51(3): 191-199     全文: PDF (15180 KB)   ( 下载: 1014 )
摘要

对大多人而言,麦克斯韦最伟大的成就是统一了光学与电磁学。然而,他留下的这个领域远非完美,诸多疑惑尚待澄清,比如光的色散、磁光效应,特别是运动物体的光学现象等,都没有电磁解释。针对这些问题,洛伦兹提出了他的电子理论,并在同期的众多理论中脱颖而出。洛伦兹的坐标变换、局域时间、对应态、长度收缩以及质量的速度依赖公式等新想法和新概念,直接导致了狭义相对论的诞生。正是在这样的背景下,庞加莱和爱因斯坦于1905年分别独立地提出了狭义相对论。本文通过历史回顾和文献综述,希望得到如下基本结论:(1)假设(也仅仅是假设)要颁一个有关狭义相对论的诺贝尔物理学奖,那么洛伦兹、庞加莱和爱因斯坦当之无愧;(2)假设只有一个人的名字可以用来冠名狭义相对论,那么庞加莱比爱因斯坦更有资格获得这个殊荣,也就是说,我们应该称它为庞加莱的狭义相对论;(3)最合理的当然是,我们应该把狭义相对论称为庞加莱—爱因斯坦狭义相对论。

物理教育

物理教育观念之转变——从“物理学科”到“物理科学” Hot!

罗洪刚
2022, 51(3): 201-204     全文: PDF (3925 KB)   ( 下载: 771 )
摘要

结合物理学在自然科学中的基础地位以及国家对创新的需求,作者呼吁对物理学教育的观念要做出相应的转变,从单纯的“物理学科”的教育转变为“物理科学”的教育,充分发挥物理学在现代科学与技术发展中扮演的基础性作用。文章首先强调物理学的基础地位,之后主要讨论作者最近几年在兰州大学物理科学与技术学院推进和尝试的一些教学改革的情况,以及具体的做法、存在的问题、进一步的思考,供同行批评指正。特别希望引起教育管理者的关注,进一步重视基础学科的建设和发展。

物理思想进课堂

“运动学”主题的认识路径例析

张玉峰,陈征,魏红祥,郑永和
2022, 51(3): 205-207     全文: PDF (2950 KB)   ( 下载: 808 )
摘要
物理学不仅包括物理概念、规律和原理等知识,还蕴含了物理学家认识客观世界的一般化思路,即物理学认识路径。所谓物理学认识路径,是指面对物理现象或者问题情境时,从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识过程中所使用的结构化、系统化思维模式或者程序。
科学咖啡馆

光耀未来——中国科学院物理研究所“和时间赛跑的激光”主题讨论侧记

周安健,方少波,邱成利
2022, 51(3): 208-209     全文: PDF (5140 KB)   ( 下载: 652 )
摘要
《左传》有云:“光,远而自他有燿者也。”光是生生万物的热量来源,是视觉世界的物质基础,自古以来就被无数好奇而智慧的人们所关注。但是,无论研究多甚、了解几何,光依旧遥不可及,“可远观而不可亵玩焉”。随着当代科学技术的发展,人们基于爱因斯坦的理论,制造出了能够实现受激辐射光放大的机器,使这股神秘而强大的力量尽在掌握。阳春布德泽,万物生光晖。凛冬已逝的北京也迎来了本年度第一次科学咖啡馆活动。
Q&A

Q&A问答

中国科学院物理研究所
2022, 51(3): 210-211     全文: PDF (2161 KB)   ( 下载: 633 )
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2022年活动计划表

中国物理学会
2022, 51(3): 212-214     全文: PDF (1112 KB)   ( 下载: 730 )
摘要
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