固体物理学教材在中国的发展历程

研究了固体物理学教材在我国的发展历程,力求全面展示其在各个阶段的发展概貌,为今后固体物理学教材的科学定位、规划和发展提供可借鉴的宝贵经验..     

有限温度张量重正化群方法及其在阻挫量子磁性研究中的应用

阻挫量子磁体中的新奇物态与效应是凝聚态物理研究的重要前沿方向,因其与高温超导、拓扑量子计算等的密切联系,近年来吸引了人们浓厚的研究兴趣。实验上,阻挫自旋液体候选材料的 新进展层出不穷,人们系统地研究了若干三角晶格、笼目晶格和六角Kitaev 阻挫磁体等材料,发 现其在一定条件下展现出自旋液体态的特征,但澄清其中的量子物态是充满挑战的量子多体问题。 作者最近的工作指出,可以从有限温度张量重正化群多体计算入手,开展热力学性质的精确计算 与分析,确定阻挫磁体的微观自旋模型,做出进一步理论预言并开展实验验证,从而建立量子磁性 系统的多体计算精确研究方案。有限温度张量重正化群方法是计算大尺寸二维阻挫量子自旋模型 有限温度性质的有力工具,在本文中作者首先介绍新近发展的系列张量重正化群方法,包括线性 和指数张量重正化群等。随后,作者讨论有限温度张量方法在三角晶格量子伊辛磁体TmMgGaO4 和六角晶格Kitaev 磁体α-RuCl3 的微观自旋模型中的具体应用：通过高精度和全面的多体计算, 揭示出其中存在演生U(1) 对称性与拓扑相变,以及高场量子自旋液体态等新颖的结论,这些理 论预言也陆续被实验所证实。通过上述实例,作者展示了有限温度张量重正化群计算方法在自旋 液体候选材料研究中的应用价值,并期待这些方法能在强关联量子物质研究中发挥重要作用。     

强关联电子系统中的热输运测量

当考虑电子间的库伦排斥相互作用,以及电荷、自旋和轨道之间的相互耦合时,诸多超越 了近自由电子框架的新奇量子态涌现而出,如非常规超导态和量子自旋液体等。对这些新奇物态 的认知不仅会拓展现有的知识框架,也有望引发新一轮的量子科技革命。因此,对强关联物理的 研究是当下凝聚态物理领域的前沿课题。铜基高温超导体的母体是一种莫特绝缘体,在传统的能 带论之下被预言为金属态。然而电子间的强关联行为使得它表现出绝缘体的性质。由于莫特绝缘 体中库伦相互作用致使能隙打开并冻结其中的电荷自由度,所以在该体系中难以开展电输运性质 的测量研究。作为一种对于元激发（不仅包括电子,还包括磁振子、自旋子等）敏感的探针,热输 运测量在强关联电子系统的研究中发挥着重要的作用。本文回顾了近些年在非常规超导、重费米 子系统和量子自旋液体研究中一些有趣的纵向热输运性质的研究成果,并与我们近期发表的运用 横向热导率测量热霍尔现象的综述文章相互补充。      

反铁磁半金属 EuCd2Pn2（Pn = As,Sb）中磁交换诱导的外尔态

由于丰富的拓扑量子效应及巨大的潜在应用价值,拓扑材料逐渐成为凝聚态物理前沿的研究材料体系。其中,作为与石墨烯具有相似电子结构的材料,三维拓扑半金属吸引了越来越多的研究兴趣。目前已知的拓扑半金属大多为非磁性的,而磁性拓扑半金属数量有限,与非磁性拓扑半金属相比较,研究开展的还比较少。磁性与拓扑之间的相互作用能够导致非常规的物理性质,如反常霍尔效应甚至量子反常霍尔效应等。此外,在一些具有特殊磁结构的拓扑半金属中,施加外磁场能够调制其自旋结构,从而影响其拓扑能带结构。在该综述中,笔者将详细介绍利用外磁场在 EuCd2Pn2 (Pn = As, Sb) 反铁磁半金属材料中通过调制自旋结构从而改变晶体结构对称性来诱导拓扑相变。此外,笔者也将简单介绍包括 GdPtBi 和 MnBi2Te4 在内的几个相关材料。该综述中讨论的外磁场调控的磁交换诱导的拓扑相变不仅有望应用于拓扑器件,也有助于为理解磁性与拓扑态之间的紧密关联提供新的线索,对于设计新的磁性拓扑材料有启发意义。综述最后,笔者对发展磁性拓扑半金属做了一些简单展望。     

Ce 基重费米子材料的电子态研究与维度调控

重费米子材料作为一类典型的强关联电子体系,蕴含着非常规超导、奇异金属、量子临界、 磁有序、重电子态、关联拓扑态等新奇的量子态,而4f 电子在其中扮演着重要的作用。随着高分 辨角分辨光电子能谱和薄膜生长技术的发展,精确探测重费米子材料中4f 电子在能量/动量空间 的色散和谱权重成为了可能,这为从微观上理解这类材料中的电子关联效应和新奇量子现象提供 了重要的基础。本论文总结了几个典型的重费米子单晶和薄膜体系的电子态研究,包括Ce-115 体 系、CeCu2Si2、CeRh6Ge4 以及单晶 Ce 膜等。这些结果为理解重费米子体系中重电子态的形成 和温度演化、近藤杂化的能带/动量依赖、重电子能带与超导的关系、近藤效应与磁性和其它量子 态的竞争、4f 电子的维度调控等重要物理问题提供了谱学证据。     

《凝聚态物理学》写作札记

凝聚态物理学已经成为当代物理学中最重要和最丰产的分支学科 .它的特征在于研究人员众多 ,研究成果丰富多彩 ,对技术发展影响广泛 ,与其他学科相互渗透迅速 .从历史来看 ,凝聚态物理学是由固体物理学逐渐演变而来的 .但是 ,由于人们对两者的学科分界缺乏明晰的认识 ,再加上不熟悉凝聚态物理学所引入的用以统一理论框架的新概念体系 ,因而 ,虽然已有不少优秀的固体物理学教科书对于凝聚态物理学的教材也有一些卓有特色的尝试 ,但覆盖全面且条理清晰、便于理解的凝聚态物理学入门教科书尚付阙如 .这一令人遗憾的情况特别清楚地表现在传统的固…     

<凝聚态物理学>写作札记

凝聚态物理学已经成为当代物理学中最重要和最丰产的分支学科 .它的特征在于研究人员众多 ,研究成果丰富多彩 ,对技术发展影响广泛 ,与其他学科相互渗透迅速 .从历史来看 ,凝聚态物理学是由固体物理学逐渐演变而来的 .但是 ,由于人们对两者的学科分界缺乏明晰的认识 ,再加上不熟悉凝聚态物理学所引入的用以统一理论框架的新概念体系 ,因而 ,虽然已有不少优秀的固体物理学教科书对于凝聚态物理学的教材也有一些卓有特色的尝试 ,但覆盖全面且条理清晰、便于理解的凝聚态物理学入门教科书尚付阙如 .这一令人遗憾的情况特别清楚地表现在传统的固…     

理解和应用疏水相互作用的尺度依赖原理

Lum,Chandler 和Week 三人建立起来的尺度依赖的疏水相互作用理论为人们提供了一个 重要的理论框架（LCW 理论）去理解和进一步研究与疏水相互作用相关的现象。按照LCW 理 论,当一个疏水粒子的半径小于1 纳米,它的疏水水合自由能与其半径的三次方成线性关系;而当 一个疏水粒子的半径大于1 纳米,它的疏水水合自由能与其半径的二次方成线性关系。1 纳米是一 个较为普适的转变半径。小于这个尺度,水合的热力学过程是由熵主导的,大于这个尺度,水合的 热力学过程是由焓主导的。在这篇综述里,我们介绍了温度,压强和水里面的添加物对疏水水合自 由能的影响。在实验上,我们对基于原子力显微镜的单分子力谱方法研究疏水高分子水合能作了重 点介绍。同时,对这一理论在蛋白质折叠和膜组装等体系中的应用也做了介绍。     

与周期性结构有关的几个公式的系统推导

在固体物理学中经常遇到几个与周期性结构有关的数学公式．在一般的固体物理学教科书中，往往只对其中的部分公式进行讨论．本文对这几个公式作了系统的推导．     

钙钛矿薄膜钝化策略的研究进展

钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电转化效率及成本低等优点被引入作为一种新的光伏器件。在过去的十几年内,钙钛矿太阳能电池的研究及发展尤为迅速,性能有了显著提高。然而,要使其进入光伏市场,研究者还需要做出巨大努力。这主要是由于钙钛矿薄膜自身制备的局限性,使其缺陷的存在是不可避免的,这严重影响了钙钛矿太阳能电池中载流子的数目及迁移率,从而制约了钙钛矿太阳能电池效率及稳定性的提升。本综述在对钙钛矿及其缺陷分类简单介绍的基础上,总结了近些年来钙钛矿薄膜钝化的不同策略,希望可以对钙钛矿材料领域的研究人员在选择合适钝化剂方面提供一定的参考。     

Lithium-ion transport in inorganic solid state electrolyte

An overview of ion transport in lithium-ion inorganic solid state electrolytes is presented, aimed at exploring and designing better electrolyte materials. Ionic conductivity is one of the most important indices of the performance of inorganic solid state electrolytes. The general definition of solid state electrolytes is presented in terms of their role in a working cell(to convey ions while isolate electrons), and the history of solid electrolyte development is briefly summarized. Ways of using the available theoretical models and experimental methods to characterize lithium-ion transport in solid state electrolytes are systematically introduced. Then the various factors that affect ionic conductivity are itemized, including mainly structural disorder, composite materials and interface effects between a solid electrolyte and an electrode. Finally, strategies for future material systems, for synthesis and characterization methods, and for theory and calculation are proposed, aiming to help accelerate the design and development of new solid electrolytes.     

中科院近物所的SHIM物理研究

简要介绍了 SHIM物理及其近 1 0年来国际研究的最新进展 ,重点介绍了中国科学院近代物理研究所在该学科研究中所获得的部分最新研究结果 ,展望了 SHIM物理的发展趋势.Swift Heavy Ion in Matter(SHIM) physics and its new progresses of research in the world in recent ten years were briefly introduced. The results obtained on SHIM physics including strong electronic excitation effect in solid materials and its applications, as well as highly charged state atomic physics, obtained by Institute of Modern Physics, the Chinese Academy of Sciences were mainly introduced. The tendency of the discipline in future was presented.     

固体物理教学的若干思考Ⅱ:磁学前沿案例

固体物理学是物理学本科教育的一门核心课程,其内容紧密联系凝聚态物理研究前沿.在教学中引入适当的前沿进展,可以拓展学生的学术视野,激发深入学习和参与研究的动力.本文结合固体物理中的铁磁性章节,选择铁磁金属中磁畴壁导致的电阻作为一个典型案例,引导学生整合能带论、微扰论和输运现象等基础知识,分析磁畴壁中的自旋相关输运问题,从而将自旋电子学的前沿研究融入固体物理教学中,为打造具有高阶性、创新性和挑战度的固体物理课程提供参考.     

物理学与材料科学结合的机遇与挑战

物理学，特别是凝聚态物理学与材料科学的交叉在近几十年已取得丰硕的研究成果，文章分四部分：（1）简要介绍了材料与材料科学的基本概念；（2）回顾近代历史上物理学与材料科学交叉的一些典型例子；（3）介绍在表面和界面、缺陷、理论和模型、微结构表征、新材料以及新工艺等领域物理学与材料科学交叉的简况及材料研究的一些前沿问题；（4）讨论物理学在纳米材料发展中的作用。     

Writing the Biography of Hans Bethe: Contextual History and Paul Forman1

Some facets of the life of Hans Bethe after World War II are presented to illustrate how Paul Forman’s works, and in particular his various theses—on mathematics and physics in Wilhelmine and Weimar Germany, on physics in the immediate post-World War II period, and on postmodernity—have influenced my biography of Bethe. Some aspects of the history of post-World War II quantum field theory, of solid state/condensed matter physics, and of the development of neoliberalism—the commitment to the belief that the market knows best, to free trade, to enhanced privatization, and to a drastic reduction of the government’s role in regulating the economy—are reviewed in order to make some observations regarding certain “top-down” views in solid state physics in postmodernity, the economic and cultural condition of many Western societies since the 1980s, the decade in which many historians assume modernity to have ended.     

Magnetic hyperfine fields at sp-impurities in cobalt and nickel

Hyperfine Interactions - The understanding of magnetic hyperfine fields (B hf) at impurity nuclei in magnetic materials has been a central problem in nuclear solid state physics for the last...     

范德瓦耳斯和他的状态方程

在物理学发展史上，范德瓦耳斯对气—液流体系统做了开创性的研究工作，建立了人类历史上第一个既能反映气、液各相性质，又能描述相交和临界现象的状态方程。范德瓦耳斯的理论成就和研究方法对热力学、统计力学和低温物理学的发展产生了重要而深远的影响。文章系统探讨了范德瓦耳斯方程产生的历史背景、科学意义和局限性，讨论了范德瓦耳斯的理论和方法对当代物理学的启发意义。     

超强激光与固体靶作用驱动量子电动力学级联和稠密正电子产生的研究进展

极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学（QED）效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等,是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制,其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型,讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应,并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。     

强激光-固体靶相互作用中高能质子的研究进展

本文介绍了强激光与固体靶相互作用产生高能质子研究中的一些重要物理问题和目前面临的挑战.回顾了强激光与固体靶相互作用中高能质子研究的历史和发展状况;简要叙述了国内外关于高能质子研究的最新进展;总结、评述了高能质子研究过程中关于高能质子的起源和加速机制等问题存在的争议以及需要进一步研究的相关问题.     

Solid state physics at ISOLDE

Radioactive atoms have been used in solid state physics and in materials science for decades. Besides their classical applications as tracers for diffusion studies, nuclear techniques such as Mössbauer spectroscopy, perturbedγγ angular correlation,β-NMR, and emission channeling make use of nuclear properties (via hyperfine interactions or emittedα orβ particles) to gain microscopic information on structural and dynamical properties of solids. During the last decade, the availability of many different radioactive isotopes as clean ion beams at ISOL facilities like ISOLDE/CERN has triggered a new era involving methods sensitive to the optical and electronic properties of solids, especially in the field of semiconductor physics. This overview will browse through ongoing solid state physics experiments with radioactive ion beams at ISOLDE. A wide variety of problems is under study, involving bulk properties, surfaces and interfaces in many different systems like semiconductors, superconductors, magnetic systems, metals and ceramics.