物理学史中的二月

<正>1935年2月12日:范德格拉夫起电器获得了专利(译自APS News,2011年2月)许多参观科学博物馆的人都曾看到过范德格拉夫起电器,这奇妙的机器是实验室和科学博览会中动手做实验主要的装置,它总是让参观者惊喜连连,因为会产生"闪电",或当他们碰触其标志的中空金属球平滑的球面时,他们的毛发会竖立起来。但没什么人知道最先发明此机器的人——范德格拉夫(Robert Jemison Van de Graaff)的     

范德格拉夫（Van de Graaf，Robert Jemison，1901-1967）美国物理学家（Physicist，America）

范德格拉夫就学于亚拉巴马大学，1922年毕业，获工程师证书，又去巴黎大学学习了几年，曾听过居里夫人讲学；后获得罗兹奖学金，进牛津大学学习，并于1928年获得哲学博士学位。回美国后，先在普林斯顿工作，1931年到马萨诸塞理工学院工作。他因发明高压静电发生器而出名，第一台仪器于1931年建成（范德格拉夫两年前已经用罐头盒、丝带和小电动机作过实验，确定了它的基本原理）。     

静电乒乓

一个接地的金属球稍远离范德格拉夫起电机的带电球壳(如图示)。以防止电弧放电.当起电机带电时,其电场将迫使电子离开接地的金属球,使得接地金属球带正电.用一个乒乓球或一个灯草球,在其外表面蒙上一层金属箔,并用一细绳将其吊在起电机的带电球壳与接地金属球之间,在电感应作用下,小球则被吸引向最靠近的金属球.一旦与一金属球接触,它即获得同种电荷,则又互相排斥,而奔向另一金属球.这样,此小球将来回跳跃运动,直到起电机放电完毕为止.静电乒乓@Robert J.Krohl @杨鸿鸣$河南新乡师范学院物理系     

二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.     

二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.     

基于范德堡方法的有孔材料电阻率测量

以范德堡方法为基础,对有孔情况下的范德堡公式进行了修正.计算了圆环形材料范德堡公式仍适用的临界边界条件,总结出单个孔材料电阻率测量完整系统的方法.对于多孔型材料,推导得出场强、电流和电阻率的定量公式,利用软件仿真、拟合定量和类比法求场强分布及电流值,求解电阻率.拓宽了范德堡方法的应用条件.     

拍摄海底世界的逼真机器鱼

正大多数机器鱼都太像机器,他们是非常糟糕的游泳者,经常会吓跑任何与之接触的水生生物。但是一种新型机器鱼却逼真到连斐济的鱼都为之倾倒。这条遥控机器鱼并非世界首创,但是这条称为Sofi的新版软机器鱼的性能与前几代相比大为提高,因为它可以被操纵,并可下潜到18米深。它的嘴部装有鱼眼相机,可以完美拍摄前方的情景。这     

大师 教师 平凡的人——1910年诺贝尔物理学奖获得者范德瓦尔斯

 一、范德瓦尔斯其人1910年诺贝尔物理学奖授予了荷兰阿姆斯特丹大学的范德瓦尔斯(JohannesDiderikvandeWaals,1837～1923),以表彰他对气体和液体的状态方程所作的工作。范德瓦尔斯1837年11月23日出生在荷兰的莱顿。他是一个木匠的儿子,而且还是这个家庭中10个孩子的老大。关于范德瓦尔斯童年和少年的生活,没有文献记载。人们只知道他家境贫寒,只接受过小学教育,后来又到过一个三年制的高级小学上过一阵子课。     

氦的液化和超导电性的发现

 十九世纪后半叶,在研究气体的性质随压强和温度变化的关系上,荷兰物理学家作出了重要贡献.1873年、苑德瓦尔斯(Van der Waals)在他的博士论文《气态和液态的连续性》中,提出了包括气态和液态的“物态方程”,即范德瓦尔斯方程.1880年、范德瓦尔斯又提出了“对应态定律”,进一步得到物态方程的普遍形式.在他的理论指导下,英国人杜瓦(J.Dewar)于1898年实现了氢的液化。他所在的荷兰莱顿大学发展了低温实验技术,建立了低温研究所.这个研究所的创始人就是著名低温物理学家昂纳斯(K.Onnes,1853-1926).     

从气体吸附率看范德瓦耳斯气体模型的局限性

利用占据数方法和正则系综理论分别求出了费米气体、玻色气体和范德瓦耳斯气体的化学势,比较了这三种气体与理想气体吸附率的差异.指出:费米气体的吸附率高于理想气体,玻色气体则低于理想气体.存在一个临界温度,高于此温度,用范德瓦耳斯气体描述费米气体不如理想气体模型;低于此温度,用范德瓦耳斯气体描述玻色气体不如理想气体模型.     

单壁碳纳米管内流体流动的手性效应

纳米尺度范围内流道分子结构形成的粗糙度将会影响其中的流体流动。本文采用分子动力学方法,以氩为工质,模拟了不同手性的单壁碳纳米管（SWCNT）内流体的流动。结果表明：由于范德瓦耳斯力的作用,流体分子与壁而间有一定的距离。可以看出在壁面附近有两个明显的分层,这是纳米流动中持有的流体密度分层现象。由于不同手性碳纳米管的分子排...     

一种时延范德波尔电磁系统中的复杂行为(Ⅰ)——分岔与混沌现象

建立了一种可积的无穷维系统——时延范德波尔电磁系统，采用Poincaré映射分析了系统随参数E和λ变化发生的分岔与混沌现象，发现这种时延系统具有复杂的非线性动力学特性，例如吸引子共存、间歇性混沌、类似边界碰撞分岔通向混沌以及周期增加的现象.在研究系统时间混沌行为的同时，还对空间混沌行为进行了初步分析，通过描绘空间分布图发现时延范德波尔电磁系统随参数E和λ变化时，在空间中会呈现出周期和混沌等不同的图案. 关键词： 分岔 混沌 无穷维系统 时延范德波尔电磁系统     

磷烯基二维范德瓦尔斯异质结的理论表征

本文基于单层黑磷和蓝磷,理论设计出二维范德瓦尔斯异质结、能带结构、态密度、Bader电荷布局、电荷密度差分图及光吸收谱等,计算结果表明它是典型的第二型异质结,有利于光生载流子分离,且可见光捕获能力显著增强.内禀的界面极化电场能有效阻止光生电子-空穴的复合.表明磷烯基二维范德瓦尔斯异质结是一类性能优异的光解水催化剂.     

几种范德瓦耳斯铁电材料中新奇物性的研究进展

铁电材料因具有电场可调的自发极化,在各类功能器件中有着广泛的应用.受器件小型化发展趋势的影响,二维范德瓦耳斯铁电材料及其层状母体块材成为了铁电领域的重点研究对象之一.近年来,研究人员已经制备出了数种二维范德瓦耳斯铁电材料,并通过理论计算与实验结合的方法发现这些材料及其母体块材具有许多优良的、新奇的物理性质.本文主要介绍近年来几种范德瓦耳斯铁电材料的一些研究进展,包括体相范德瓦耳斯材料CuInP₂S₆的新奇物性的理论预测与实验证实,以及两类二维范德瓦耳斯铁电材料M₂X₂Y₆(M=金属, X=Si, Ge, Sn, Y=S, Se, Te), QL-M₂O₃ (M=Al, Y)及相关功能器件的理论设计,最后对范德瓦耳斯铁电材料蕴含的丰富物理内涵及其发展前景进行了简要探讨,希望能够为该领域的相关研究提供一些思路和参考.     

二维材料的新奇物理及异质结的能带调控

以石墨烯为代表的层状材料具备显著区别于三维材料的新奇物理特性。更为重要的是,原子级平整的二维材料使得科学家们可以将不同的二维材料通过堆垛或者把相同的二维材料通过堆垛加扭转构成范德瓦耳斯异质结。通过层间耦合作用,可对异质结的能带结构和物理性质进行有效调控,从而衍生出单个二维材料所不具备的新奇物性。范德瓦耳斯异质结的能带调控极大地拓宽了二维材料的科学研究和应用前景。     

磷烯基二维范德瓦尔斯异质结的理论表征（英文）

本文基于单层黑磷和蓝磷,理论设计出二维范德瓦尔斯异质结、能带结构、态密度、Bader电荷布局、电荷密度差分图及光吸收谱等,计算结果表明它是典型的第二型异质结,有利于光生载流子分离,且可见光捕获能力显著增强.内禀的界面极化电场能有效阻止光生电子-空穴的复合.表明磷烯基二维范德瓦尔斯异质结是一类性能优异的光解水催化剂.     

范德波尔振子方程的格林函数解

应用传播子方法，求解福克－普朗克方程。应用局域谐振子势近似，计算格林函数。计算范德波尔振子方程的瞬态解。     

二维材料及其异质结的声子物理研究

声子是固体最重要的元激发之一,是理解材料摩尔热容、德拜温度以及热膨胀系数等热力学性质的基础,同时电声子相互作用也决定了固体的电导和超导等特性。拉曼光谱是表征固体声子物理的重要实验手段,不仅能表征材料的结构和质量,还能提供材料声子性质、电子能带结构、电声耦合等信息。文章将拉曼光谱应用于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的声子物理研究。先简单介绍二维材料的层间振动声子模式和层内振动声子模式,其中层间振动声子模式的频率可用线性链模型来计算,而强度则可用层间键极化率模型来解释;同类层内振动声子模式的Davydov劈裂峰之间的频率差异可用范德瓦尔斯模型拟合。随后,将这些模型推广到二维范德瓦尔斯异质结中,以转角多层石墨烯、MoS_2/石墨烯和hBN/WS_2为例介绍了范德瓦尔斯异质结的声子谱,阐述如何应用线性链模型和经典键极化率模型计算层间振动模的频率和强度,并由此给出二维范德瓦尔斯异质结的界面耦合强度和各层间呼吸模的电声耦合强度等重要参数。     

范德瓦耳斯气体与热力学第三定律不相容

指出范德瓦耳斯气体与经典理想气体一样,也与热力学第三定律不相容．由此指明了考虑了粒子间相互作用的经典体系,仍与热力学第三定律不相容．     

什么是天才--三位物理学大师费曼、朗道和巴丁的传记

在现代社会里,科学和生活的联系越来越密切。很多人从事科学研究工作,也有很多人想知道科学家到底是什么样的人,特别是那些非常成功的科学家、名声超出了其专业领域之外的科学大师们—他们经常被称为天才,他们的事迹被到处传颂,甚至到了有些夸张的地步。然而,如果我们更多地接近他们一些,更多地了解他们一些,就会发现,天才可能并没有那么神秘。