金属玻璃流变的扩展弹性模型

玻璃-液体转变现象,简称玻璃转变,被诺贝尔物理学奖获得者安德森教授评为最深奥与重要的凝聚态物理问题之一.金属玻璃作为典型的非晶态物质,具有与液体相似的无序原子结构,因此又称为冻结了的液态金属,是研究玻璃转变问题的理想模型材料.当加热至玻璃转变温度,或者加载到力学屈服点附近时,金属玻璃将会发生流动.由于热或应力导致的流动现象对金属玻璃的应用具有重要意义.本文简要回顾了金属玻璃流变现象,综述了流变扩展弹性模型的研究进展和未来发展趋势.     

非晶态物质的本质和特性

非晶态物质是复杂的多体相互作用体系,其基本特征是原子和电子结构复杂,微观结构长程无序,体系在能量上处在亚稳态,具有复杂的多重弛豫行为,其物理、化学和力学性质、特征及结构随时间演化。不稳定,随机性,不可逆是非晶物质的基本要素,自组织,复杂性,时间在非晶物质中起重要作用。复杂的非晶态物质有很多基本而独特的性质。非晶态物质的复杂性没有能阻挡住人们对它的兴趣和研究。现在人们把越来越多的目光从相对简单的有序物质体系关注到复杂相互作用的无序非晶体系。近几十年来,非晶的研究在无序中发现有序,在纷繁和复杂中寻求简单和美,引领了新的研究方向,导致很多新概念、新思想、新方法、新工艺、新模型和理论,以及新物质观的产生。非晶态合金(又称金属玻璃)是50多年前偶然发现的一类新型非晶材料。非晶合金的发现极大地丰富了金属物理的研究内容,带动了非晶态物理和材料的蓬勃发展,把非晶物理研究推向凝聚态物理的前沿。今天,非晶物理已成为凝聚态物理的一个重要和有挑战性的分支。非晶态材料不仅成为性能独特、在日常生活和高新技术领域都广泛使用的新材料,同时也成为研究材料科学和凝聚态物理中一些重要科学问题的模型体系。本文试图用科普的语言,以非晶合金为典型非晶物质综述非晶物理和材料的发展历史和精彩故事、介绍非晶科学中的主要概念、研究方法、重要科学问题和难题、非晶材料的形成机理、结构特征、非晶的本质、非晶中的重要转变–玻璃转变、非晶中的重要理论模型、物理和力学性能及非晶材料的各种应用等方面的研究概况和最新的重要进展。还介绍了非晶领域今后的研究动态及趋势,以及这门学科面临的重要问题、发展前景和方向。     

拓扑半金属材料的单晶生长研究进展

拓扑半金属已经成为凝聚态物理研究的一个热点领域,这类材料的单晶生长是研究其物理性质的基础.目前,对于拓扑材料的研究已经形成了以理论计算为指引,对潜在的拓扑材料进行单晶制备,并结合物性测量对理论预言加以验证的科研合作方式.在这种科研团队合作中,单晶生长起衔接作用.本文介绍了近年来拓扑半金属材料单晶生长方法,涵盖了拓扑Dirac半金属、Weyl半金属、Node-Line半金属以及其他打破常规分类的拓扑绝缘体及拓扑半金属材料等,并针对各个材料,详细总结了其生长方法.     

金属玻璃液体中的强脆转变现象

强脆转变是玻璃形成液体在从低温到高温升温过程中由强性液体转变为脆性液体的现象,反之从高温到低温冷却过程即为脆强转变.由于其意味着液体的结构发生了某种快速、非连续的变化,强脆转变现象成为异常动力学的典型代表.自1999年《Nature》杂志首次报道了水的强-脆转变现象之后,液体的强脆转变现象就作为凝聚态物理和材料科学领域中的前沿和热点问题被广泛关注.越来越多的研究表明,强脆转变现象在金属玻璃形成液体中普遍存在.为阐明金属玻璃强-脆转变现象对于深入理解玻璃转变本质、探讨液固遗传微观结构特征、揭示晶化过程相互竞争规律、提高玻璃形成能力、促进金属玻璃制备和处理工艺标准化等方面的重要意义,综合评述了强脆转变现象在金属玻璃形成液体中的普遍性、特殊性、定量表征、热力学表现以及结构起源等研究领域的最新进展,并指出了该领域今后的发展方向.     

利用超导量子电路模拟拓扑量子材料

近年来，探索新的拓扑量子材料、研究拓扑材料的新奇物理性质成为凝聚态物理领域的一个热点.但是，由于合成、测量等手段的限制，人们难以在真实材料中实现和观测很多理论预言的材料及其物理性质，促使量子模拟日益成为研究量子多体系统的一个重要手段.作为全固态器件，超导量子电路是一个在扩展性、集成性、调控性上都具有巨大优势的人工量子系统，是实现量子模拟的重要方案.本文总结了利用超导量子电路对时间-空间反演对称性保护的拓扑半金属、Hopf-link半金属和Maxwell半金属等拓扑材料的量子模拟，显示出超导量子电路在模拟凝聚态物理系统方面具有广阔前景.     

全国凝聚态物理及其应用学术会议在上海召开

为了检阅我国在凝聚态物理各领域近年来所取得的研究成果,促进学科之间的渗透,中国科学院数理学部于1985年4月15—19日在上海组织召开了全国凝聚态物理及其应用学术会议.会议就若干具有学科代表性的重要前沿组织了二十三篇大会报告,并就理论物理,金属物理、固体发光、铁磁、铁电性、半导性、超导性、非晶态金属、固体光谱及一些边缘学科、研究方法等各个方面的三百余篇文章,组织了十五个专题组进行交流。 会议反映出我国在凝聚态物理研究方面有三个特点.一是研究正向纵深发展.无论是理论研究还是实验研究都愈来愈深入到微观层次,实验手段有…     

凝聚态物理的回顾与展望

以固体物理为主干的凝聚态物理,通过半个世纪的迅速发展,已经成为当今物理学中的最重要的分支学科之一.根据国外的统计,发表的物理学的论文中约有三分之一属于凝聚态物理;而物理学工作者也有四分之一以上从事这方面的工作.从历史上来看,凝聚态物理是固体物理的向外延拓.由于近年来固体物理的基本概念和实验技术也在一些非固体材料的领域中应用并取得了显著的成效,所以人们乐意采用范围更加广泛的凝聚态物理这一名称.应该指出,凝聚态物理之所以重要,一方面,显然是由于实际应用上富有巨大的潜力,毫无疑问,它将成为一系列新材料、新器件和新工…     

中国的表面物理

以中国科学院表面物理国家重点实验室为主线,回顾了表面物理在中国的发展历程,致敬为中国表面物理做出贡献的老一辈科学家.通过回顾历史可以看出,中国表面物理蓬勃发展,不仅做出了很多国际先进水平的工作,也培养了大批青年人才,他们已经成为国际凝聚态物理研究的重要力量.     

拓扑量子体系中的长波光电探测

拓扑绝缘体是一类体态绝缘而表面态具有金属特性的材料,它作为一种全新的量子物质,引起了人们对新型拓扑相的关注。寻找自然界中新的拓扑材料已经成为近十几年来凝聚态物理中的研究热点。继拓扑绝缘体之后,能带结构的拓扑分类又被扩展到了金属体系,出现了另一类具有特殊电子结构的拓扑材料,即拓扑半金属。     

非晶材料与物理近期研究进展

由于结合了金属和玻璃的特性,非晶合金表现出许多新奇和优异的力学和物理性质,在很多领域具有广泛的应用前景.非晶合金具有连续可调的成分、简单无序的原子结构、丰富多变的材料性质,为研究非晶态物理中的许多共性科学问题提供了理想的模型材料.块体非晶合金的发展更是将玻璃和液体及其相关科学问题的研究推进到凝聚态物理和材料科学的研究前沿.中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室亚稳材料合成、结构及性能研究组(EX4组)近二十年来一直致力于非晶材料和物理的研究,在新型非晶合金的制备、物性以及相关机理的研究上取得了许多重要成果.本文介绍团队最近在非晶材料和物理机理方面取得的研究成果,包括非晶合金的动力学行为和调控、非晶合金的表面动力学、功能应用以及材料探索新方法等.     

Stationary open systems: A brief review on contemporary theories on irreversibility

Open systems are very important in science and engineering for their applications and the analysis of the real word. At their steady state, two apparently opposed principles for their rate of entropy production have been proposed: the minimum entropy production rate and the maximum entropy production, useful in the analysis of dissipation and irreversibility of different processes in physics, chemistry, biology and engineering. Both principles involve an extremum of the rate of the entropy production at the steady state under non-equilibrium conditions. On the other hand, in engineering thermodynamics, dissipation and irreversibility are analyzed using the entropy generation, for which there exist two principle of extrema too, the minimum and the maximum principle. Finally, oppositions to the extrema principle have been developed too. In this paper, all these extrema principles will be analyzed in order to point out the relations among them and a synthesis useful in engineering applications, in physical and chemical process analysis and in biology and biotechnology will be proposed.     

电磁声(EMA)检测技术的研究、开发与工程化

本概述了近年来ＥＭＡ技术的研究．开发与工程化的进展情况，从中可以看出：ＥＭＡ检测技术已进入了工程应用阶段，特别是在冶金工业中，它的应用已趋成熟，在机械制造，能源和铁道和铁道运输工业中，已开始进入了工程应用阶段，但其基础性研究工作，尚待努力加强。     

电磁声(EMA)检测技术的研究、开发与工程化

本文概述了近年来EMA技术的研究、开发与工程化的进展情况。从中可以看出：EMA检测技术已进入了工程应用阶段。特别是在冶金工业中，它的应用已趋成熟。在机械制造、能源和铁道运输工业中，也开始进入了工程应用阶段。但其基础性研究工作，尚待努力加强。     

发动机圆形管道内噪声衰减谱模态分析

本文应用模态分析方法建立了剪切流存在条件下,发动机多段声衬圆形管道声传播工程计算模型,对管内各模态频谱和总噪声衰减频谱进行了算例计算,并与有关文献试验数据进行了对比。结果表明,多段声衬圆形管道中声传播工程计算方法是可行的,从而为发动机前短舱管内声传播研究提供了一种模态分析工程预测方法。     

Strategies for optimizing the thermoelectricity of PbTe alloys

The thermoelectric materials have been considered as a potential candidate for the new power generation technology based on their reversible heat and electricity conversion.Lead telluride(Pb Te) is regarded as an excellent mid-temperature thermoelectric material due to its suitable intrinsic thermoelectric properties.So tremendous efforts have been done to improve the thermoelectric performance of Pb Te,and figures of merit,z_T 2.0,have been reported.Main strategies for optimizing the thermoelectric performance have been focused as the main line of this review.The band engineering and phonon scattering engineering as two main effective strategies are systemically summarized here.The band engineering,like band convergence,resonant levels,and band flatting have been addressed in improving the power factor.Additionally,phonon scattering engineerings,such as atomic-scale,nano-scale,meso-scale,and multi-scale phonon scatterings have been applied to reduce the thermal conductivity.Besides,some successful synergistic effects based on band engineerings and phonon scatterings are illustrated as a simultaneous way to optimize both the power factor and thermal conductivity.Summarizing the above three main parts,we point out that the synergistic effects should be effectively exploited,and these may further boost the thermoelectric performance of Pb Te alloys and can be extended to other thermoelectric materials.     

提高Si基材料高效率发光途径的探索

近来人们对发展硅基光电子学作出了很大的努力。众所周知,如同晶体管是微电子学的核心器件一样,发光器件将是光电子学的关键部件。然而由于硅属间接带隙材料,发光效率比直接带隙的ＧａＡｓ等化合物材料低三个多量级,因此如何在硅基材料系实现高效率发光,已成为发展硅基光电子学的重要课题,它吸收着国际上众多科学、工程家们的巨大兴趣。能带工程的应用可能将提供一条有望的途径。本文总结评述了近几年来在ＳｉＧｅ量子阱能带工程,Ｅｒ３＋离子注入发光中心掺杂工程、直接带隙β—ＦｅＳｉ２材料工程以及热电子跃迁发光带内子能级工程中所取得的重要进展。本文同时对其未来的发展提出了若干设想与展望。     

Limitations of mathematical modelling and numerical simulation of industrial and laboratory high-pressure processes

High pressures up to several hundreds of MPa are utilised in a wide range of applications in chemical engineering, bioengineering, and food engineering, aiming at selective control of (bio-)chemical reactions. Non-uniformity of process conditions may threaten the safety and quality of the resulting products as the process conditions such as pressure, temperature, and treatment history are crucial for the course of (bio-)chemical reactions. Therefore, thermofluid dynamical phenomena during the high-pressure process have to be examined, and tools to predict process uniformity and to optimise the processes have to be developed. Recently, mathematical models and numerical simulations of laboratory and industrial scale high-pressure processes have been set up and validated by experimental results. This contribution deals with the assumption of the modelling that relevant (bio-)chemical compounds are ideally dissolved or diluted particles in a continuum flow. By considering the definition of the continuum hypothesis regarding the minimum particle population in a distinct volume, limitations of this modelling and simulation are addressed.     

磁信息存储技术的回顾与展望

文章介绍了磁信息存储技术的发展背景，简述了磁信息存储工业百年来的发展历史，论述了磁信息存储工业中重大的技术进步与物理学、材料学、电子工程学、机械学、计算机学等各个研究领域之间的关系，从而说明高技术工业的发展是多学科共同努力的结果，但应用磁学对于突破磁存储工业发展中的技术瓶颈起到非常核心的作用；文章还讨论了微磁学与磁信息存储技术的发展互相促进的过程，介绍了与磁信息存储技术相关的国际前沿研究进展，并探讨了磁信息存储技术未来的发展有可能对物理学及相关学科的基础研究提出的挑战．     

浅谈现代物理学与工程技术--献给2005世界物理年

在现代社会进步的历程中，基础性很强的物理科学和应用性很强的工程技术，扮演着不同的角色．但它们之间却存在着紧密的相互联系和深刻的相互作用．文章首先以物理学与核能、激光、航天三个领域的关系为例，说明现代物理学对许多工程技术领域的开创起着先导和引领的作用，而工程技术不仅直接地创造生产力，而且反过来开拓并深化了物理学研究的疆域，为之提供了更加丰富、精致的环境条件和更有力的研究手段．进一步阐明现代物理学与工程技术的这种关系具有普遍性和发展性．物理学与工程技术不仅互相促进、携手并进、相互渗透，而且与哲学、社会科学密切相关，共同推动着经济与社会的发展，从生产方式、生活方式和思想观念上深刻地改变着人类文明的进程．物理学与工程技术在认识世界和改造世界中所担负的责任，要求物理学家和工程技术专家应该具备一些共同的优良品格：高度的社会责任感和为科技事业献身的精神，唯真求实、开拓创新以及科学的思维方法与哲学造诣等．     

Climate engineering: A critical review of approaches to modify the global energy balance

Besides mitigation and adaptation, climate engineering, i.e. the large scale manipulation of the climate system has recently been promoted as a third strategy to combat the unwanted consequences of anthropogenic climate change. In this contribution, we address three climate engineering schemes that have been proposed. One scheme attempts to reduce the incoming solar radiation far outside the atmosphere, the other two increase the earth albedo either by introducing aerosols into the stratosphere or by modifying clouds in the lower marine atmosphere. While all three schemes face severe engineering challenges, they are in principle able to bring the global energy budget back toward the preindustrial value. However, this only holds for the global average, while unintentional regional climate response must be expected. The regional response is hardly predictable, and it is even rather difficult to detect in view of climatic variability. On the other hand, climate engineering would have severe ecological, societal, legal and political implications. We conclude that none of the schemes offers itself as remedy for climate change, but argue that dedicated research on their potential and consequences is advisable.