形形色色的超导体

 第一类超导体第一类超导体主要包括那些在室温下表现出导电性的金属和合金,按照BCS理论,它们需要温度降到极低,足以充分减慢分子振动,从而使电流不受阻碍。BCS理论认为,电子以“库帕对”的方式相互协作,以此相互帮助来克服分子的阻碍,这正有些像赛车在赛道上相互拖拽而跑得更快。科学家称这一过程为声子媒介耦合,因为由晶格形变产生的声包是库帕对的耦合媒介。第一类超导体是以“软”超导体为特征的,是最早被发现的,要求在最低的温度下才具有超导电性,它们表现出向超导态的急剧转变(见图1),以及良好的抗磁性--完全排斥磁场的能力。     

基于光子计数的合作目标“量子”成像

在实验上研究了赝热光照明下, 基于光子计数模式的合作目标“量子”成像, 并给出理论模型和解释. 研究表明, 利用光子计数的单光子探测器代替以往光强度线性探测器作为桶探测器在“量子”成像中同样适用. 实验发现, 合 作目标的反射信号可穿透弱散射介质实现成像, 该技术在减小光学成像透镜孔径方面具有潜在的应用价值. 对比了基于强度关联成像和压缩感知算法的“量子”成像结果, 并得出实用性结论. 本文的方案为“量子”成像的实际应用提供了新方法.     

强磁场超导体

 超导体可分为Ⅰ类超导体和Ⅱ类超导体,前者只有一个临界磁场--热力学临界场H_c,后者有两个临界磁场--下临界场H_c1和上临界场H_c2。Ⅱ类超导体的H_c2要比Ⅰ类超导体的临界场H_c高得多,这一特性使得Ⅱ类超导体成为超导体的大规模应用的基础.Ⅱ类超导体又有理想Ⅱ类超导体和非理想Ⅱ类超导体之分,后者的主要电磁行为表现为磁化的可逆性,并且没有磁通冻结现象发生,它是均匀介质.理想Ⅱ类超导体几乎没有承载传输电流的能力,因此,它除了有科学价值外,几乎没有什么实用价值.本文将着重介绍非理想Ⅱ类超导体.科学家们已发现了数以千计的非理想Ⅱ类超导体,但是到目前为止其中只有Nb-Zr,Nb-Ti合金.     

半导体量子点在白光LED器件上的应用研究

以CdSe, CuInS₂和CdS:Mn量子点为例, 本文基于量子点白光LED器件的电光转换过程, 引入量子点的“类”光谱光效率函数, 给出了该器件的色坐标、光效和量子点配比等计算公式, 理论计算结果和实验结果基本一致. 研究结果表明量子点的荧光峰位和峰宽对白光器件的显色指数有显著影响.     

基本粒子及其相互作用的标准模型

 “标准模型”是用来描写一种量子理论的术语,这种理论包括了强相互作用理论(量子色动力学)和弱电统一理论.图中也把引力相互作用包括了进来,尽管它不属于标准模型.     

无相互作用的量子测量

 量子通讯、量子计算技术发展的风起云涌,对于量子器件(能够产生量子效应的物理实体)发展的要求越来越迫切,下面就介绍一下产生量子效应的很重要的一种手段“无相互作用的测量”。一位好侦探懂得这样的道理:很多事情能从侧面被了解,即通过排除什么是不可能发生的。在量子力学中,这样一个理念已经出现。在特定的环境,一个测量可以提供关于什么可能发生的信息,但并不要求它实际上发生。具体例子是“无相互作用的测量”(IFM),这已被形容为“在黑暗中窥视量子”。     

“111”型铁基超导材料研究进展

“111”型铁基超导体系包含LiFeAs,NaFeAs和LiFeP三个组员.这三个组员的晶体结构简单,具有非极性解离面等特点,在铁基超导物理机理研究中发挥着独特的作用.本文简要介绍“111”型铁基超导体的研究进展.     

物理学这棵老树绽放的一朵新花:实验室真人统计物理学

 简单言之, “物理”二字的意思就是“物质之理”。不言自明, 这里的“物质”是指自然界中无智能的“物”, 例如原子、电子等。这里所说的“无智能”主要指, 这些物质没有学习能力、对外界环境没有适应性, 举个例子:若有两个原子, 沿着同一轨道相向而行, 它们必然相撞;今天撞了, 如果明天再遇到同样的情况, 这两个原子仍旧会相撞。为什么?因为这些原子没有学习能力, 它们“不长记性”、“记不住”已经发生的事情, 所以, 下次再相遇时, 该发生什么还发生什么, 换言之, 因为它们没有学习能力, 所以, 它们对外界环境也就没有适应性。事实上, 也正因为“物理”关心的是无智能的物质系统, 所以, 它们可以用简单的物理原理来描述、理解、预测, 例如牛顿第二定律、万有引力定律等。在这些原理中, 人们不必额外引入描述学习能力和适应性的物理量, 可能也正因此, 物质世界在物理学家的眼中是简单的, 物理学家总喜欢用一些简单的物理原理来解释和预言我们所在的这个物质世界。例如, 理论物理学家们正在刻苦攻关的大统一理论正是这样的一个理想的、“简单”的理论, 期望它能解释宇宙中各种自然力之间的关系。     

原子核与混沌问题

 引言四十年前,在讨论量子论的物理解释时,爱因斯坦在给马克斯玻恩的信中说:“上帝不掷骰子”,表明他反对量子理论的几率解释,主张寻找经典力学的更直接的对应物.这种对应物应是确定性理论,没有任何几率不确定性.现在问题清楚了,量子论的几率解释已得到普遍承认.与此同时,对经典力学体系中的混沌现象进行了愈来愈多的研究,然而与此相应的量子混沌问题却研究的很少.量子混沌和经典混沌是否有和量子力量与经典力量相似的关系呢?这是当今人们极感兴趣的问题.     

1992:难忘的中国物理年

 1992年,这充满改革生机的黄金时光,使人想起了“随风潜入夜,润物细无声”的情景,不由得高诵“到中流击水,浪遏飞舟”的诗句来.这一年,举世瞩目的喜讯频频相传:北京谱仪获得τ重轻子质量测量重要物理成果;合肥国家同步辐射装置主要性能指标达到国际同类加速器先进水平;我国准晶研究在合金与结构方面居国际领先地位;北京大学首次研制成掺锡碳60超导体;中科院物理所认为砷化镓超导电性与掺铟有关;南京大学获得MP₅O₁4晶体铁弹畴界衍射花样…….     

今日中国物理(六)

 1 中科院物理所研究员赵忠贤等科研成果“液氮温区氧化物超导体的“发现”荣获国家奖据《物理所简报》报道,中科院物理所科技工作者赵忠贤、杨国桢、陈立泉、杨乾生、黄玉珍及其研究集体在关于“液氮温区氧化物超导体的发现”的研究中,突破了液氮温区,首先公布了超导体成分,得到世界各国科学家的承认.这项发现具有广阔应用前景,荣获1990年国家自然科学一等奖.     

自行车行驶与力学

 我国素有“自行车王国”之称,目前已拥有三亿多辆自行车,约占全世界自行车总数的三分之一.自行车之所以在我国受到人们青睐,是由于它不仅是一种既经济又方便的理想交通工具,同时又是良好的健身工具.自行车的动力来自人体自身,不必消耗燃料,是一种理想的“绿色产品”.     

光梳与光钟

 2005年10月4日,在光学领域的理论和应用方面做出卓越贡献的3位科学家荣获诺贝尔物理学奖。美国的罗伊·格劳伯因为对光学相干的量子理论的贡献而获得奖金的一半,美国约翰·霍尔和德国的特奥多尔·亨施因为对激光精密光谱学发展做出的重要贡献而分享另一半奖金。格劳伯早在1963年就通过自己先驱性的工作,提出了“相干性的量子理论”,不仅解决了一些基础性问题,而且也为一门全新的学科---量子光学的创立奠定了基础,他也因此被誉为“量子光学之父”。而霍尔和亨施则在利用激光进行超精密光谱学测量方面成就斐然,尤其是为完善“光梳”技术做出了重要贡献。     

悟空的担心是多余的——“天上一日,地下一年”的相对论解释

 西游记中“天上一日,地下一年”的说法很多,而悟空也因此急急忙忙不敢在天上停留,惟恐师傅有失。按照这种说法,“天上”的1秒,就是“地下”的360秒,悟空上天求教,就算在“天上”只过了30秒,“地下”早已过了3个小时,这么长时间,妖怪能等得及?还有,为凤仙郡求雨,悟空在“天上”的时间就算是30分钟,地上已过了一个多星期了!“天上”的时间真的比“地下”的时间过得慢吗?神仙真能因此长寿吗?根据狭义相对论的理论,只有当“地下”和“天上”以某一速度(接近光速)做相对直线运动时,才会出现“天上一日,地下一年”的情况。     

今日国外物理

 1 美学者提出大科学新概念美国地球物理学家罗·海津和詹·特雷菲尔提出称之为“大科学”的新概念.美国《科学》周刊根据他们新著《大科学概念》,并征集广大学者的意见.将“大科学概念”的内容归纳为28条.即:(1)宇宙发展有自身规律可预测;(2)一切运动形式均符合牛顿三大定律;(3)能量守恒不消失;(4)能量转换遵循热力学第一、二定律;(5)电磁是同种力的两种形式;(6)任何物质都由原子构成;(7)一切物质能及微粒量子特性均离散,对其中某一物理量既不能测量也不能改变;(8)物质的原子均由“电子胶水”粘合;(9)物质的状态由组成它的原子及其排列决定.     

解读量子围栏

 现行《高中物理(必修加选修)》第三册(人民教育出版社,2003年6月第1版)第40页第二十一章《量子论初步》的章首图片(如图1所示)是利用扫描隧道显微镜(STM)拍摄的“量子围栏(quantumcorral)”照片。本文就先来介绍扫描隧道显微镜的诞生过程和工作原理,进而解读“量子围栏”。一、扫描隧道显微镜的诞生过程自有人类文明以来,人们就一直为探索微观世界的奥秘而不懈努力。1674年,荷兰人列文虎克(A.Van.Leeuwenhoek)发明了世界上第一台显微镜,首次观察到血红细胞,从而开始了利用仪器研究微观世界的新纪元,开阔了人类的观察视野,但是由于受到光波波长的限制.     

美首次用微波让两个离子发生量子纠缠

 美国科学家首次用微波替代常用的激光束,让两个独立的离子(带电原子)发生量子纠缠,这表明,智能手机中采用的微型化商用微波技术可取代量子计算机要求的房间大小的“激光器阵列”,这将大大减小量子计算机的“块头”。最新研究发表在8 月11日出版的《自然》杂志上。
量子计算机主要利用量子物理学的“奇异”规则来解决某些问题,量子纠缠对量子计算机的信息传输和纠错至关重要。离子可作为量子位(量子计算机中的最小信息单位)来存储信息。尽管包括超导电路(人造原子)等在内的量子位的其他“候选者”也能被微波在芯片上操作,但实验表明,离子量子位的表现更好,因为当粒子数量增加时,对离子进行控制的精确度更高且信息损失更少。
量子纠缠是多个粒子联动的状态,到目前为止制出量子纠缠需要高功率激光等大型装置。而微波作为无线通信的载体,同复杂且昂贵的激光源相比,微波元件更容易扩展和升级,以便科学家制造出利用成千上万个离子进行量子计算和模拟的实用设备。
此前,科学家们已成功使用微波实现了对单个离子的操控。现在,美国的科研人员首次借用微波让单个镁离子的“自旋”发生旋转并让一对离子自旋发生了纠缠。参与研究的迪特里希·莱布弗里得称,这是一套常见的量子逻辑操作,旋转和纠缠可按顺序组合以执行量子力学许可的任何计算。
在实验中,两个离子被电磁场“扣住”并在一个由镀在氮化铝衬底上的金电极组成的离子陷阱芯片上盘旋。有些电极会被激活,在离子周围制造出频率介于1GHz 到2GHz 之间、振动的微波辐射脉冲,微波产生了让离子自旋发生旋转的磁场。离子自旋能被看作是指向不同方向的细小条形磁铁,这些磁铁的方向是一种量子属性,可用来表达信息。
使用微波减少了因激光束指向、能量以及被离子诱导的激光器自发发射的不稳定所导致的错误。然而,科学家们仍然需要改进微波操作才能使实际的量子计算或量子模拟成为可能。在实验中,76%的时间发生了量子纠缠,超过了定义量子属性发生所要求的50%这个最低值,但仍然无法与由激光器操作离子达到的最高值99.3%相抗衡。
莱布弗里得表示：“最终,一台中等大小的量子计算机或许看起来由一部智能手机与激光笔一样的设备结合在一起形成,复杂的量子计算机可能和普通台式机一样大。”
摘自中科院高能所《科研动态快报》2011-8     

谈谈熵的概念

 一、“熵”字的来源 二、“熵”概念的来源 三、“熵”所遵循的规律 四、“熵”与热力学第二定律的关系 五、“熵”与微观状态数的关系 六、熵的应用     

走向统一的自然力——电力与磁力的统一(I)

 电闪雷鸣,是人类早在远古时期就注意到的自然现象,因此,电磁相互作用,可以说是人类最先接触到的自然力.开始人们对电和磁是分开认识的,后来经过奥斯特发现“电动生磁”和法拉第发现“电磁感应”, 人们才将“电”和“磁”联系起来,最终导致麦克斯韦提出电磁理论,统一了“电力”和“磁力”.本讲座,将详细介绍“电力”和“磁力”走向统一的研究历程.     

物理学与诗词赋

 众所周知,物理学是自然科学的重要领域,是定量地研究自然规律的实验科学。从宇观、宏观到微观,从低速到高速领域(接近光速c),无不是物理学家的研究对象。因此,“求真”是物理学家的第一思维目标。而将“求美”视作自己灵魂的诗、词、赋,则分别对应于文学艺术作品“体裁的一种,一种韵文形式和我国古代的一种文体”(《现代汉语词典》,1983年版)。