在重费米子体系中发现外尔费米子激发

<正>凝聚态物质中的拓扑序和拓扑相变是物理学中的一个重要发现,它突破了基于对称性破缺的经典朗道理论,解释了包括涡旋激发、量子霍尔效应等在内的许多新现象。近年来,人们在凝聚态材料中发现了一系列受对称性保护的拓扑量子物态,例如拓扑绝缘体、狄拉克半金属、外尔半     

对称性,对称性破缺和相变

本文将扼要介绍物理学中对称性的分类及其特征，说明对称性破缺与一物理系统从无序到有序的相变过程间的关系，并讨论了对称性破缺出现的前提。     

著名固体物理学家安德森教授来我国讲学

美国贝尔实验室顾问主任、普林斯顿大学(Prin-ceton University)教授、1977年物理学诺贝尔奖金获得者P.W.安德森(Anderson)教授应清华大学邀请于1980年2月27日至3月17日来我国进行讲学.前后在清华大学讲学十二次,在复旦大学讲学两次. 安德森教授是著名的固体物理学家.他十分注意研究固体物理学中的一些基本原理.这次来华讲学,他着重介绍了他多年研究的对称性破缺问题,联系凝聚态物理学中广泛的研究对象,阐明了什么叫破缺对称性.为什么会产生破缺对称性,以及由于破缺对称性所带来的后果.此外。还介绍了无序系统电子局域化理论的新发展。以…     

对称性、对称性破缺和相变

本文将扼要介绍物理学中对称性的分类及其特征,说明对称性破缺与一物理系统从无序到有序的相变过程间的关系,并讨论了对称性破缺出现的前提     

石墨烯中新奇量子物态的研究

石墨烯特殊的晶格结构和能带结构赋予了它独特的电学性质.近年来,分数量子霍尔态、魔角石墨烯中的关联绝缘体态和超导态等现象的发现不断证明着石墨烯是一种理想的二维模型体系,可用于实现一系列新奇的量子物态,对石墨烯中新奇量子物态的探测和调控也一直是凝聚态物理领域的前沿研究热点之一.本文将系统地介绍近年来石墨烯中对称性破缺量子物态的研究进展,包括平带中强关联量子物态的研究以及谷赝自旋调控的研究,并介绍一种在纳米尺度、单电子精度上探测二维材料体系简并度及对称性破缺态的普适方法,希望为相关领域的研究人员提供参考和借鉴.     

周期场驱动下量子材料的非平衡物态

量子材料的拓扑物态的研究是当前凝聚态物理的重要前沿.区别于局域对称性破缺对物质状态进行分类的传统方式,量子物态可以用微观体系波函数的拓扑结构进行分类.这些全新的拓扑物态有望颠覆传统的微电子学并进而推动拓扑电子学的迅猛发展.当前大部分理论和实验研究集中于研究量子材料的平衡态性质.周期性光场驱动下量子材料远离平衡态、而达到非平衡态时的拓扑物态近年来受到人们的广泛关注.本文首先回顾周期场驱动下非平衡态的弗洛凯(Floquet)理论方法,分别介绍无质量(如石墨烯)、有质量(如MoS_2)等狄拉克费米子材料体系在远离平衡态下的拓扑物态,利用光场与量子物态的相干耦合实现对量子材料非平衡物态的调控;从原子制造角度出发,光场诱导的相干声子态直接改变了量子材料中电子跃迁的大小,进而调控量子材料的非平衡拓扑物态.量子材料中丰富的声子态为非平衡拓扑物态的调控提供了更多的可能性.最后,文章展望了量子材料非平衡拓扑物态在超快相变以及瞬态物态调节等未来可能发展方向的应用.     

夸克与对称性自发破缺

用普通物理和原子物理的语言论述了对称性破缺机制和理论模型,介绍了2008年度诺贝尔物理学获奖者小林诚(Makoto Kobayashi)、益川敏英(Toshihide Maskawa)关于弱相互作用的理论模型(KM模型)和对称性破缺的起源,它是对电弱统一理论的完美补充;详细分析了在微观粒子世界系列实验中对称性自发破缺和夸克的发现.     

量子论的建立和发展

 19世纪与20世纪之交,是物理学发展史上不平凡的时期。经典理论的完整大厦与晴朗天空的远方飘浮着两朵小小的乌云,勾画出19世纪末的画卷;20世纪初,新现象、新理论犹如雨后春笋不断涌现,物理学界思想异常活跃,堪称物理学的黄金时代。量子论和相对论的诞生驱散了乌云,使整个物理学面貌一新。 马克思有句名言:“历史上有惊人的相似之处”。当前,正处于新的世纪之交。20世纪物理学硕果累累,但也遇到两大困惑:“夸克禁闭”、“对称性破缺”,这预示着物理学正面临新的挑战。     

结构相变的规范场理论

 本文首先从场论的观点出发，构造了完整晶体的拉氏函数——晶体声子场的拉氏函数。利用晶体声子场在局域群G=SO(3)下的对称性破缺，引入了缺陷规范场。借助于场论中的真空对称性自发破缺和缺陷规范场理论，很自然地把缺陷引到结构相变的研究中。我们给出了相变温度θ_c，入点的热容量的跃变值ΔC_v，及序参数Φ_i的计算公式。从公式中，明显可看出缺陷对相变温度、热容变化值及序参数的影响。另外，我们确定了缺陷规范场理论中的耦合常数g。最后，我们给出了由压力引起的结构相变（如冲击相变）的一种可能的机理。     

SOS: 对称操作相似原理

凝聚态物理学往往为对称性所支配。自发对称性破缺将导致相变,而且许多可观测量或物 理现象都与破缺的对称性有关,如铁电极化、铁磁磁化、旋光性（包括法拉第旋转和磁光克尔旋 转）、二次谐波发生、光伏效应、非互易性、霍尔效应型输运以及多铁性。在这里,我们提出以 下观点：从对称性破缺的角度来看,当构成量（如自旋排列、晶格畸变,或处于外场以及其他环 境中等）或测量方式（如光学探测,或处于不同极性态中电子和其它粒子探测,或对体极化[磁 化] 等的测量）遵循对称操作相似(symmetry operational similarity, SOS) 原理时,我们便可以 观测到某些特定的物理现象。这种SOS原理提供了一种在复杂材料中用简洁而清晰的物理图像描 述非直观物理现象的途径。反之,也可以用于甄别具有潜在需求特性的新材料,或发现已知材料 中新的物理现象。     

生命起源中的对称性破缺

生命起源中的对称性破缺─—分子的手性是生物学中长期困惑不解的难题。自然界中组成蛋白质的氨基酸几乎都是Ｌ型。最近萨拉姆提出，由于Ｚ°相互作用结合玻色凝聚态理论，在某临界低温有可能引起氨基酸由Ｄ向Ｌ型的二级相变，并通过非线性化学动力学将对称破缺放大。     

生命科学中的物理问题讲座 第二讲 生命起源中的对称性破缺

生命起源中的对称性破缺－分子的手性是生物学中长期困惑不解的难题。自然界中组成蛋白质的氨基酸几乎都是Ｌ型。最近萨拉姆提出，由于Ｚ＾０相互作用结合玻色凝聚态理论，在某临界低温有可能引起氨基酸由Ｄ向Ｌ型的二级相变，并通过非线性化学动力学将对称破缺放大。     

拓扑激发驱动的热力学相变及其张量网络研究方法

对热力学相及相变的认知构成了我们理解整个物质世界的物理基础,从朗道对称破缺相变范式到拓扑激发驱动的热力学相变,相变理论的研究发展在物质科学进步之路上树立起了一座座丰碑.一个著名的例子就是Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变,它是在从低温到高温的演变过程中, U(1)旋转对称性没有自发破缺情形下,成对涡旋的解耦合所致.近期,人们利用张量网络表示理论和数值计算方法,将统计模型的转移矩阵对应为一维量子模型.再根据量子模型纠缠熵的奇异性,在热力学极限下可以精确确定系统的相图,并准确计算各种物理量,该研究方法为研究具有连续对称性的二维系统的拓扑相变注入了新活力.     

融入凝聚态世界的时间晶体

<正>普通晶体破缺了空间平移对称性,而时间晶体则破缺了时间平移对称性。探索四维时空中晶体行为是一个崭新的研究方向,将会带来创新性的凝聚态器件和应用。在计算机芯片或是超导器件的内部,无数的电子在排列成晶格的离子间穿梭而过。这样的景象会不会在时间而不是空间中周而复始呢?传统的凝聚态器件或是电子元件会不会有四维时空中的新奇应用呢?麻省理工学院的诺贝尔物理学奖得主维尔切克(Frank Wilczek)在2012年题为《量子时间晶体》的开创性工作中提出了一个问题:时间平移对称性,也就是说不同时刻的     

强相互作用系统的对称性及其破缺

本文简要介绍对称性及其破缺的概念和基本的数学上所说的幺正对称性等的微观粒子实现,从而为利用抽象的数学描述物理问题奠定基础。本文还简要介绍早期宇宙强相互作用物质演化过程的对称性及其破缺,尤其是可见物质质量的产生(比如DCSB)以及强相互作用等基本相互作用的规范对称性和破缺,为有意向探讨早期宇宙强相互作用物质演化的青年学者和研究生提供必要的知识储备,并打开一扇窗口。同时,还简要讨论原子核的对称性及其破缺,尤其是作为强相互作用多体系统的束缚态研究中的基本理论方法、(多粒子)壳模型及相互作用玻色子近似模型(IBM)、集体运动的描述及集体运动模式演化(形状相变)的研究方法及进展简况,提供一些在基本理论方法与前沿研究课题之间建立桥梁的实例。     

基于张量网络算法的自旋梯子系统的弦序参量的研究

通过基于矩阵乘积态(MPS)的强关联电子量子自旋梯子格点系统的张量网络(TN)算法,摸索研究自旋梯子量子多体系统的弦序参量,探测系统的量子相变点,刻画系统的量子临界现象,获取系统的量子相图,这为我们提供了一个研究自旋梯子系统的量子多体物理性质强有力的工具和方法:在不知道系统是否缺乏Landau对称性破缺序或者系统是否存在相关的拓扑弦序的情况下,可以先得到系统的基态波函数,如果基态缺乏Landau对称性破缺序,或可以通过其它方式找出系统存在若干非局域的弦序参量,来完整地描述一些拓扑量子相变点,获得系统的量子相图,从而丰富和发展了传统的Landau对称性破缺的相变理论.     

基于张量网络算法的自旋梯子系统的弦序参量的研究

通过基于矩阵乘积态(MPS)的强关联电子量子自旋梯子格点系统的张量网络(TN)算法,摸索研究自旋梯子量子多体系统的弦序参量,探测系统的量子相变点,刻画系统的量子临界现象,获取系统的量子相图,这为我们提供了一个研究自旋梯子系统的量子多体物理性质强有力的工具和方法:在不知道系统是否缺乏Landau对称性破缺序或者系统是否存在相关的拓扑弦序的情况下,可以先得到系统的基态波函数,如果基态缺乏Landau对称性破缺序,或可以通过其它方式找出系统存在若干非局域的弦序参量,来完整地描述一些拓扑量子相变点,获得系统的量子相图,从而丰富和发展了传统的Landau对称性破缺的相变理论.     

基于张量网络算法的自旋梯子系统的弦序参量的研究

通过基于矩阵乘积态(MPS)的强关联电子量子自旋梯子格点系统的张量网络(TN)算法,摸索研究自旋梯子量子多体系统的弦序参量,探测系统的量子相变点,刻画系统的量子临界现象,获取系统的量子相图,这为我们提供了一个研究自旋梯子系统的量子多体物理性质强有力的工具和方法:在不知道系统是否缺乏Landau对称性破缺序或者系统是否存在相关的拓扑弦序的情况下,可以先得到系统的基态波函数,如果基态缺乏Landau对称性破缺序,或可以通过其它方式找出系统存在若干非局域的弦序参量,来完整地描述一些拓扑量子相变点,获得系统的量子相图,从而丰富和发展了传统的Landau对称性破缺的相变理论.     

具有动力学破缺的模型在有限温度和密度下的手征相变

作为一种定性的指导,本文用近似方法考察了具有动力学破缺的模型的手征对称性恢复相变.建立了模型的自洽方程;给出了费米子的凝聚和质量以及系统的能量密度和比热对温度和密度的依赖关系.结果表明在零化学势和有限温度情况,手征相变是二级相变,而在有限温度和密度及零温有限密度情况,手征相变是一级相变且从破缺相到正常相的转变温度或密度不同于从正常相到破缺相的转变温度或密度.     

凝聚态物理学的新篇章——超越朗道范式的拓扑量子物态

在凝聚态物理学发展历程中,朗道—金兹堡相变理论奠定了人们对物质形态和有序相及其相变的认识基础,在结合了威尔逊重正化群理论后,形成了朗道—金兹堡—威尔逊范式,并成为整个现代物理学宏伟大厦的重要基石。然而,在复杂电子多体系统的实验研究中,以量子霍尔效应、分数量子霍尔效应和铜氧化物高温超导体的实验发现为代表,涌现了众多超越朗道—金兹堡—威尔逊范式的新奇量子物态,掀开了凝聚态物理学的新篇章。文章从量子霍尔效应出发,介绍了二维电子体系中的几种典型拓扑量子物态。之后,重点介绍二维强关联电子多体系统中的内禀拓扑有序态。围绕Kitaev提出的二维Toric Code量子自旋模型,详细论证了该模型的基态为具有Z2内禀拓扑序的量子自旋液体,讨论了其基态的拓扑简并、低能任意子激发,以及相关的拓扑量子相变。同时,简要介绍了内禀拓扑有序态的最新研究进展和可能的未来发展方向。