新型量子功能体系的物性表征及其材料探索

超导是一个宏观量子现象,具有零电阻和完全抗磁双重特性。利用这些性质以及约瑟夫森效应,超导技术在电力、能源、交通、医疗、微弱信号检测等方面得到了广泛的应用。常规的超导电性起源于电子和声子间的耦合,由于电声子耦合常数的限制,传统的超导材料临界温度Tc很低,使得超导技术的应用仍受到极大的限制。1996年,铜氧化物中高温超导电性的发现掀起了全世界研究高温超导的热潮,2008年高温超导电性在铁基材料中的发现是超导领域近年来最重大的突破。中国科学家在高温超导材料探索领域做出了卓越的贡献,并因此两度摘得国家自然科学一等奖。高温超导电性不能被传统的电声子耦合理论解释,其机理问题涉及到复杂的微观量子多体相互作用,被誉为凝聚态物理中“皇冠上的明珠”。对高温超导机理的研究不仅能够加深人类对微观量子世界的认识,更为重要的是对于探索具有更高Tc的超导材料和超导技术更广泛的应用都有非常重要的指导意义。     

量子材料中的有序现象及其调控的研究进展

关联体系中多种量子有序态的竞争催生了极其丰富的物理性质和相图,对它们的研究将加深人们对量子材料中基本现象和规律的认识。而对量子序调控机制的研究,将有可能产生新的关键技术和新原理原型器件。本综述介绍了国家重点研发计划项目"关联体系多种量子有序态的竞争与调控"执行两年来,在量子材料的自旋量子纠缠序、向列序、电荷序、轨道序、超导序和拓扑序等多种量子有序态的机理与调控研究中取得的主要进展。着重介绍发现了多种基于有机-无机杂化结构的超导体系和一系列含稀土元素的新型铁基超导体,在自旋液体中发现分数化的激发,对FeSe_(1-x)S_x中向列序与超导序相互作用和Li_(0.8)Fe_(0.2)OHFeSe表面电子结构和超导电性的研究,对重费米子体系中电子的局域行为和巡游行为的相互作用的研究,以及实现了固体离子门电压的调控技术并得到了多种体系的相图等重要发现。这些研究成果加深了我们对量子序的认识,建立了研究和控制量子序的手段,也为未来量子序的应用打下了基础。     

关联电子系统调控研究进展

关联量子体系中,电荷、自旋与轨道的耦合在电子-电子相互作用驱动下产生了丰富的量子态,这些量子态在能量尺度上相近,对外界参数非常敏感,其合作或竞争导致了电荷自旋分离、赝能隙、条纹相、向列相等大量朗道费米液体理论不能解释的物理现象。本研究针对这些现象,从关联电子新材料探索、新现象和新规律的发现以及关联电子体系的实验和计算方法的发展几个方面进行研究,取得了系列重要进展。新材料方面,发现了新型铜氧化物超导体、新的Cr/Mn基超导体以及新型的量子自旋液体材料;新现象方面,发现了NbTi超导体在超高压下异常稳定的超导电性、铁基超导体的多自由度竞争以及铜氧化物的掺杂Mott绝缘体;新技术和新方法方面,建设了以能量可调的近红外至中红外泵浦太赫兹探测系统为代表的几种针对关联电子研究的实验系统,并发展了基于张量网络态的新算法针对典型强关联系统进行计算。这些进展对促进我国凝聚态物理学科的发展将产生重要推动。     

玻尔与超导物理学

丹麦物理学家玻尔对超导问题的研究，虽然相对鲜为人知，但对于玻尔研究和超导物理学史研究来说，却是颇有意义的课题。该文根据有关材料，特别是一些茂于丹麦玻尔文献馆的若干未公开发表的材料，就玻洋在本世纪３０年代和５０年代对超导的研究探索作一简要的考察。     

超导物理学的发展(1911—1957)

一、引言自从1911年卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes 1853—1926)发现超导电性以来,超导物理学已经有七十多年的历史了。目前,就我们所见,专门论述超导物理学史的文章主要有巴丁(John Bardeen,1908—)的《超导电性研究的历史》、《超导电性概念的发展》,弗勒里希(Herbert Frohlich)的《超导理论的历史》等文章。但以上文章均出自物理学家之手,且多以个人的观点出发,对一些历史发展的叙述不够清楚、全面。本文则是     

21世纪初我国低温物理的发展方向——香山科学会计第151次学术讨论会

低温物理是在低温条件下研究物质的物理性质,研究物质中电子、原子、原子核、分子之间的相互作用及运动规律的学科,是凝聚态物理学中的一个重要领域.在极低温下,物质中的热运动被减至极低的程度,物质处在能量的基态或低能激发态,量子力学的现象尤为突出.从这种意义上,也可以说低温物理是凝聚态物质能量量子化的物理学.当今凝聚态物理基础研究的重大热点问题,许多都以低温物理的研究作为基础.例如,高温超导机理研究中的一些基本问题:元激发相互作用的性质,是否进入玻色凝聚态等;介观尺度物理研究中的量子相干效应,纳米物质中的量子尺寸效应和声子表面模效应等,只有在很低温度下才能突出地显现出来.由于低温物理学的上述独特性质,它已成为物理学中非常重要而且成果最为丰富的一个分支.在新世纪到来之际,聚国内低温物理领域和相关领域的专家、同行于一堂,共同探讨21世纪初我国低温物理的发展方向和重要科学问题非常有意义.     

重费米子体系中演生量子态及其调控的研究进展

作为典型的强关联电子体系,重费米子材料表现出丰富的量子基态,如反铁磁序、铁磁序、非常规超导、非费米液体、自旋液体、轨道序和拓扑态等。相比其他强关联电子体系,重费米子体系的特征能量尺度低,可以通过压力、磁场或掺杂等参量对不同量子态进行连续调控,因而是研究量子相变、超导及其相互作用的理想体系。本文重点介绍国家重点研发计划项目"重费米子体系中的演生量子态及其调控"执行两年来,在重费米子电子相图、量子相变、超导、强关联拓扑态、微观电子态等前沿科学问题上的研究进展。着重介绍了重费米子超导体CeCu_2Si_2的超导序参量,在重费米子材料YbPtBi中发现的外尔费米子激发,低载流子浓度近藤晶体中的关联拓扑电子态,以及CeTIn_5体系中的局域-巡游转变和重费米子态的微观机理研究等。这些研究成果加深了我们对重费米子体系中丰富的演生量子态及其调控的理解,为项目后期研究的凝练和深化奠定了坚实的基础。     

氮化铝陶瓷与铜界面传热计算机仿真

固体界面热阻是航空航天、低温与超导、微电子技术等领域中关注解决的基本科学问题,氮化铝陶瓷和金属铜被广泛应用于低温超导装置和集成电路芯片.该文基于氮化铝陶瓷与金属铜样品之间界面热阻的低温实验,应用MATLAB软件对实验数据进行回归分析,建立了氮化铝陶瓷与铜之间界面热阻与温度、压力等参数的回归分析仿真模型,仿真结果与实验数据有较好的一致性.该文研究结果对氮化铝陶瓷、铜应用于超导装置和集成电路芯片的传热设计、空间热控制具有重要意义.     

拓扑量子材料、物性与器件研究

形形色色的拓扑量子新材料和新物态丰富了人们对物质世界的认识,也为量子调控提供了广阔的天地。来自于中国科学院物理研究所、北京大学、北京理工大学和北京计算科学研究中心的研究团队期望通过五年的努力,设计、合成出新颖的性能优越的拓扑量子材料,发现一些重要的拓扑量子新现象,制备出具有潜在应用价值的新型拓扑电子学原型器件。项目执行两年多来,研究人员们设计并合成了三重简并点半金属等新型量子材料,在拓扑量子材料中发现了一些新奇的电子输运、磁电和热电性质,制备并初步研究了Fu-Kane理论所建议的、用于寻找马约拉纳零能模的拓扑超导量子器件。     

欠掺杂氧化物超导体的比热测量发现正常态有电子配对

本研究在制备出系列掺杂的高质量氧化物超导体单晶Bi2Sr2-xLaxCuO6的基础上,开展了系统的比热测量工作,发现欠掺杂的高温超导体的比热跳变高度很矮,远远低于BCS理论预言的值,而且越到欠掺杂,比热跳变高度越矮。有趣的是,在转变温度以上很高的温区仍然有一个长长的尾巴,所计算的熵在超导转变温度处不守恒。此外,当把超导转变以上的部分均考虑在内时,熵会自动守恒。联想到从过掺杂到欠掺杂的连续过渡规律,可以认定,欠掺杂的样品在远远高于超导转变温度的区域已经存在电子库珀对。     

利用CO2作为新型开关调控液晶和胶束之间的可逆转变

本研究发现利用CO2可作为一种新型“开关”调控液晶和胶束之间的转变。这种新型的调控方法具有很多优点,如通过简单的加压和降压即可实现液晶和胶束之间的可逆转变以及过程清洁、CO2可以方便地去除并可循环利用等。本研究还探索了这种新型调控方法的规律、机理及其在材料制备中的应用,发现通过控制压力,可以很方便地改变模板的结构,从而实现产物的形貌可控。     

人力资本道德价值提升对加快经济发展方式转变的经济效应

我国传统的主要依赖于"四高四低"的经济发展方式引起的经济社会问题已威胁到我国经济社会的可持续发展,加快转变经济发展方式转变已刻不容缓。面对资源、环境、市场三大约束,加快转变经济发展方式转变的活力源泉来自于挖掘"软实力",即提升人力资本道德价值。人力资本道德价值作为一种特殊的人力资本价值,从根本上决定了我国人力资本价值的整体水平,进而对我国经济发展方式转变的成功与否有着深远影响。为此,本文研究人力资本道德价值提升对加快经济发展方式转变的效应关系、效应机理和效应方式,试图对加快经济发展方式转变具有指导意义和价值。     

氯加氢化学反应中玻恩-奥本海默近似的适用性

玻恩-奥本海默近似是量子化学以及化学动力学理论研究的重要基石之一,它对于化学反应过程中的动力学非常重要。但是在Cl＋H2反应中该近似的适用性一直以来备受争议。本研究利用高灵敏度的交叉分子束实验,对Cl／／Cl^＊＋H2反应进行了交叉分子束反应散射的实验研究。实验结果表明激发态Cl‘原子的反应性在低碰撞能下与基态的C1原子的反应性相当,说明玻恩-奥本海默近似在低能时的适用性存在问题。但是,随着碰撞能量的增加,相对于基态C1原子,Cl^＊原子与H2的反应快速下降,这表明在Cl＋H2这一反应中玻恩-奥本海默近似在高碰撞能时是适用的。这一结果得到精确动力学理论研究的证实,而且解决了一个长期有争议的重要科学问题。     

生成的超越——系统整体论形态嬗变研究

整体论是系统科学的哲学基础,是系统科学范式区别于经典科学范式的逻辑起点,也是系统理论之为革命的根本所在。但整体论的形态并非一成不变。伴随系统科学思想史的发展与转折,整体论思想自身的内涵特质、表现形式及作用机制均经历了一个嬗变的过程。如果说系统科学不足百年的历史可以依次概括为系统理论、自组织理论和非线性科学三个阶段的话,那么贯穿这三个阶段的整体论形态即可对应概括为构成整体论、进化整体论和生成整体论。文章揭示了科学思想史视阈下系统整体论形态"三部曲"之嬗变轨迹,进而探究了内在于系统科学思想史的生成性演进机制与逻辑。     

铁电陶瓷在铁电-反铁电相变附近存在可逆热释电响应

锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷是一种极其重要的信息功能材料,组成上位于铁电(FE)-反铁电(AFE)相界附近的PZT基陶瓷材料因具有丰富的相结构和外场诱导相变特性,是研究铁电体相结构、铁电相变理论以及发展机-电、热-电能量转换和存储等多种应用的优选材料之一。本研究对PZT基材料在不同电场、温度和频率下的电滞回线(P-E)进行了系统测试和分析,理论拟合发现其电滞回线面积、剩余极化强度和矫顽场与频率、电场和温度均很好地满足幂函数关系。对La、Sn改性的PZT基铁电陶瓷在电场、温度场作用下的相变行为进行了研究,发现其中存在一种电场诱导产生的亚稳态铁电相(FEIN),该FEIN相随温度升高而失稳,发生FEIN-AFE相变。经电场极化的PLZST陶瓷(La、Sn改性PZT)在此FEIN-AFE相变附近热释电系数可高达160×10-8Ccm-2K-1,同时施加偏置电场可获得可逆热释电响应。     

“压舱石”术语义商补

航运史上,空船往往必须加载压舱石,但加载压舱石的并不只有空船,《现代汉语词典》(第7版)“压舱石”释语中的释义成分“空船”宜改为“船只”。船用固体压舱物构成一个概念系统,其中“压舱石”和“压载铁(压舱铁)”的术语义在语义特征、使用语境和术语色彩上都有显著差异,“压舱石”释语中的释义成分“铸铁”宜删去。     

老子思想视域中的双向度技术理念

作为人类既有的生存方式,技术的本性是单向度的。近代工业革命以来,单向度的技术进一步表现出了没有节制和限度的进攻性。而在老子提出的慈弱为用、辅而不为等思想主张中,却蕴含着一种双向度的技术理念,其内涵是通过守护、辅助他人他物,在使对象得以自主生长、自我养成的同时,实现主体的预期目标。为了人类的长久生存,我们应当汲取老子的实践智慧,转变对世界的理解方式,充分照顾他者的自在本性和生存欲求。     

石黄与雄黄——兼谈陕西茹家庄出土织物印痕上的颜料

石黄和雄黄，既是中国传统的药物原料，也是传统的矿物颜料。中国利用这些矿物治病、炼丹药、涂饰物品和作画的历史是很悠久的。一些讲中国科学史的书，常常提到这两个名称，并把它们当作一种矿物，以为毫无分别。根据古文献中对石黄与雄黄的物理和化学特性的描述，它们无疑是两种不同的矿物，雄黄应是鸡冠石，即二硫化二砷（As2S2），石黄应是属于铬合物的铬酸铅（PbCrO）。用作涂绘的颜料，因消耗量比较大，大多容易采集且价格便宜，唐以前雄黄较石黄昂贵稀少，故用以充当涂料的多为石黄。     

北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家竣工验收

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCII)是我国"十一五"重大科学工程,是目前重大科学工程中最具挑战性和创新性的项目之一,总投资6.4亿元,工期5年,由中国科学院高能物理研究所承担建设任务。工程于2004年初动工,2008年7月完成建设任务,2009年5月对撞机的主要性能参数亮度在束流能量1.89GeV能量下达3.21×1032cm-2s-1,达到设计指标,为改造前的30多倍,是此前该能区对撞机亮度世界纪录的4倍以上。BEPCII工程按进度、按指标、按预算、高质量地完成了各项建设任务,并于2009年7月17日顺利通过国家验收。BEPCII是一台粲物理能区国际领先的对撞机和高性能的兼用同步辐射装置,它的建成成为国际同类装置建设的一个范例,是中国高能物理发展的又一个里程碑。BEPCII试运行期间,北京谱仪III共采集到一亿多ψ(2S)和两亿多J/ψ事例,是目前世界上最大的数据样本,并已取得了初步的物理结果。BEPCII建成并投入运行,有望在今后多年里,不断取得重大物理成果,进一步保持和加强我国在粲物理研究领域的国际领先地位。     

循环经济模式:科技与经济发展的上策

在提高人们生活质量,推进经济社会发展同时,也可能会产生高能耗、高物耗和对环境的高损害.我国的经济增长在某种程度上是以生态环境恶性破坏的高成本为代价的.经济社会要继续发展,客观上要求我们转换经济增长模式,用新的模式发展经济.循环经济发展模式,强调最有效地利用资源和保护环境,以最小成本获得最大经济社会效益和环境效益,是环境与经济良性发展的实现途径,是真正落实科学发展观的当务之急和关键之所在.循环经济在发展的每一个方面,都有着积极的意义,新的环保价值、新的经济价值、新的社会价值、新的消费价值、新的协调价值以及新的节约价值,是循环经济特殊价值的集中体现.