超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

机器学习与物理专题编者按

正机器学习,尤其是深度学习,在很多方面取得了令人瞩目的成就,是当前科学技术领域最为热门、发展最快的方向之一.其与物理的结合是最近几年新兴的交叉前沿领域,受到了广泛关注.一方面,运用机器学习的方法可以解决一些复杂的、传统方法很难或无法解决的物理问题;另一方面,物理中的一些概念、理论和方法也可以用于研究机器学习.二者的交叉融通带来了新的机遇与挑战,将极大地促进两个领域的发展.     

二维磁性材料专题编者按

当前, 尽管集成电路制造工艺不断提高, 但由于器件的不断缩小, 受到量子效应的限制, 业界遇到了可靠性低、功耗大等瓶颈, 微电子行业延续了近50年的"摩尔定律"将难以持续. 因此, 寻求从材料到系统的各个层面探究突破集成电路性能瓶颈的方案是亟待解决的关键科学问题.     

电介质材料和物理专题编者按

正电介质材料有许多独特的物理性质,如介电、压电、热释电、铁电、电光、非线性光学及其耦合特性等,在传感、换能、探测、医疗、通信、国防等众多领域具有广泛的应用价值.相关的物理研究主要涉及介电材料内部束缚电荷在电、磁、光、力、热等外场作用下的极化过程和与极化相关的各种物理现象;通过设计材料的成分与结构等,揭示诸多性能的调控规律和微观机制,在此基础上开发高性能电子器件.     

光学超构材料专题编者按

正超构材料(metamaterials)自21世纪初被提出以来,已经经历了20年的发展,目前,它仍然是非常活跃的前沿领域.超构材料的研究覆盖非常广泛,涉及光、电磁波、太赫兹波、声波、热、力学和弹性波等.超构材料的基本思想是,利用人工结构单元作为人造原子,来构造宏观连续的介质,通过结构单元的设计,来调控介质的材料参数,实现对波的传播性质的控制.最早的超构材料结构单元是1999年英国科学家John Pendry提出的金属开口环结构,它可以与电磁场相互作用,产生磁共振,从而实现负磁导率系数.后来,人们又提出了很多其他的人工结构单元,实现各种应用.超构材     

超短超强激光等离子体物理专题编者按

强激光等离子体物理是随着激光技术的发展而快速兴起的一门交叉学科,主要研究强激光与物质相互作用形成的等离子体结构、演化及应用.其研究内容从早期纳秒激光与等离子体作用相关的惯性约束聚变物理,到近年来飞秒激光与等离子体作用的新型加速器和辐射源物理,再到当前和未来以数十至百拍瓦激光等离子体作用的量子电动力学(QED)等离子体物理,逐步得到拓展和深入.     

统计物理和复杂系统专题编者按

从20世纪中叶至今,复杂系统研究迅速发展,成为了引人注目并具有广泛应用的新领域.复杂系统要么具有结构的复杂性,要么具有演化的复杂性,在多数情况下二者兼具.不同于传统物理学通常处理的规则介质,许多复杂系统具有复杂结构,近年来受到极大关注的复杂网络结构就是其中最典型的代表.同时复杂系统也可表现为演化行为的多样性和复杂性.即便系统结构并不复杂,系统中的非线性相互作用可能产生复杂的演化行为,包括:形形色色的不稳定性;丰富的斑图动力学;各种各样的自组织、涌现及进化行为等等.物理学从一开始就深深进入了复杂系统研究领域,其中统计物理无疑是研究和理解复杂系统最主要的工具.     

微纳光电子与激光专题编者按

微纳光电子技术是目前发展迅速、研究活跃、应用性强的前沿交叉领域之一.人们利用亚波长尺度微纳结构对电磁波振幅、偏振、相位、角动量等进行调控,设计出多种功能性器件,例如:完美吸波器、反射镜/偏折器、光学相控阵天线、超材料/超表面器件、超透镜、轨道角动量(OAM)器件、光频率梳、片上激光器等.可用于微纳光电子器件设计和分析的...     

固态电池中的物理问题专题编者按

<正>新能源汽车是当前我国优先发展的支柱性产业,是国家科技和产业发展的重要方向,担负着保障国家能源安全、降低环境污染和汽车行业快速发展等多重责任.我国制定的《节能与新能源汽车产业规划(2011—2020)》中指出,纯电动汽车、混合动力汽车是未来发展的重要方向,动力电池为其中的关键技术.     

等离子体物理及其材料处理专题编者按

正气体放电产生的等离子体是集成电路制备不可或缺的关键技术,利用等离子体中活性粒子赋予的独特的物理和化学特性,可为超大规模集成电路制备提供具有定向性、选择性和纳米级精细性的绿色先进加工技术,大规模应用于其沉积、刻蚀、封装、清洗等工艺制程.在材料表面改性、新材料制备、生物灭菌消毒、等离子体隐身、医疗器具及人造器官的清洗、臭氧生成、新型光源、废弃物处理等领域也具有极其重要的应用前景,其低温加工的特性使其成为柔性可穿戴智能材料和器件最合适的加工技术之一.     

探索凝聚态中的马约拉纳粒子专题编者按

正年轻的意大利理论物理学家马约拉纳在1937年研究狄拉克方程时,发现了一种奇异的粒子,其反粒子即其粒子本身.这种奇异粒子被后人称为马约拉纳粒子.在已知的基本粒子世界,除了中微子,都不是马约拉纳粒子(Majorana),而中微子是否是马约拉纳粒子尚待实验检测.最近以来,探     

低维材料非线性光学与器件专题编者按

正2004年,石墨烯的首次发现为具有独特光子和光电特性的二维材料的发展打开了大门.二维材料通常被称为原子薄层材料,其厚度可减至单层或几层.强的层内共价和弱的层间范德瓦耳斯力是二维材料的典型特征.不同厚度和电子结构的二维材料使其可以在紫外到太赫兹的波长范围内进行光学响应,极大地扩展了二维材料在光子学领域的应用范围.二维材料还具有优异的光子特性,如泡利阻塞诱导的饱和吸收、超快的弛豫时间和高度的光学非线性,为其在光子学领域广泛的应用奠定了基础.由于原子层的二维材料具有机械稳定性和表面自然钝化的特点,可无选择性地牢固地集成到其他结构中,如平面波导、玻璃纤维、光学微腔和其他二维层状结构,而不会出现晶格失配问题.此外,二维材料的光学性质可以通过电选通、光激励、或化学掺杂来精确控制.     

编者按

<正>中国科学院院士,著名理论物理学家、核物理学家、教育家,我国氢弹研制的探路先锋和我国核武器物理问题研究的主要负责人之一,黄祖洽先生因病医治无效,于2014年9月7日在北京逝世,享年90岁.在上世纪50年代黄祖洽先生领导并参与了我国核潜艇用反应堆的初步理论设计,组织领导了多种类型反应堆的理论探索,培养了我国第一代反应堆理论人才.他是中国核反应堆理论和设计当之无愧的奠基者之一.在上世纪50到60年代,黄祖洽先生与我国最有才能的一批物理学家一起,日夜攻关,为我国战     

编者按

在举世瞩目、万众关注的世界超导体研究热潮中,我国科学工作者利用自己的实验条件、设备和材料研究出了一大批高临界温度氧化物超导体,从而揭开了多年来寻求提高超导临界温度的序幕。当前,研究高温超导体的竞争日趋激烈,我国科技人员在提高超导临界温度取得了可喜的成就,进入了国际超导研究先进行列。在物性、相构等方面的研究也取得很好的结果,令人振奋。     

编者按

<正>2019年是世界著名物理学家、中国固体和半导体物理学奠基人之一,黄昆先生诞辰100周年.黄昆先生不仅在固体物理领域取得了卓越的成就,而且更重要的是,他花费了大量的精力为我国培养了大批半导体科技人才.1956年3月,我国集中了全国600多位科学家,制定了12年科学技术发展规划,提出了"发展计算技术、半导体技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的紧急措施方案".同年暑假,我国创办了第一个五校联合半导体专业,黄昆先生任半导体教研室主任,谢希德先生任副主任,从此开启了我国自主培养半导体科技人才的新纪     

编者按

<正>量子相干是量子态的基本特性,也是量子叠加原理的客观体现,保持长时间的量子相干是实现量子计算的基本要求.量子相干的研究由来已久,近来,特别是量子相干度量的提出,以及将量子资源理论引入到量子相干的研究中来,人们对量子相干的研究热情被极大地激活,并产生了大量的新研究结果,使得人们对量子相干的认识进一步加深,明晰了量子相干与量子纠缠之间的关系.为帮助读者了解这方面的最新进展,推动量子相干方面的     

量子计算新进展:硬件、算法和软件专题编者按

1980年, 美国科学家 Paul Benioff和前苏联科学家 Yuri Manin提出了量子计算的概念, 1981年诺贝奖费曼提出了量子模拟, 1985年David Deutsch证明了量子计算概念的普适性. 至此,完成了建立量子计算概念的第一个阶段. 1986-1993年, 是量子计算机研究的自由探索阶段. 19...     

“原子制造:基础研究与前沿探索”专题编者按

制造技术的不断迭代发展带来了器件性能的飞跃,也推动着人类技术的进步.伴随着器件特征尺寸的不断缩小,制造技术先后经历了宏观制造、介观制造、微观制造和纳米制造等多个阶段,当前最具代表性的半导体工艺,已经从微米尺度走到最前沿的3 nm左右,并进一步向更小的尺度迈进.因此,制造技术进入到原子尺度已不再是遥不可及的梦想,而成为现在科技界研究前沿的现实对象.