量子电子学

过去,许多大家熟悉的电子器件,诸如电子管和晶体管,利用在真空中或在半导体晶体中运动的自由电子或自由载流子来实现放大和振荡。今天,由于量子电子学的进展,我们有了另一类新的电子器件,可以利用原子分子内部的共振或利用原子分子内部能级间的量子跃迁来     

氮化硅纳米粒子的量子限制效应

半导体纳米粒子(也称量子点)的尺寸接近激子玻尔半径时,出现一系列新特性,如能带量子化,最低电子跃迁蓝移和非线性效应增强等.这种量子限制效应引发了人们     

电磁波与万有引力

引力波是电磁波的反物质．来自另一物体的负电荷光子对物体中的带正电的原子核的电场引力就是万有引力,重力场的场量子就是负电荷光子。     

美国英语的保守、创新及融合性

引力波是电磁波的反物质,来自另一物体的负电荷光子对物体中的带正电的原子核的电场引力就是万有引力,重力场的场量子就是负电荷光子.     

低维量子材料的研究进展

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。     

量子引力——最后一道战线

在过去的六十年里,自从量子力学诞生后,量子革命已经从原子物理的原有领域渗透到物理学、化学、生物学的各领域,并且扩展到所有其他已知的自然力。但是却有一个例外,即,爱因斯坦于1916年曾用广义相对论重新阐述过的“万有引力”。在过去的几年中,物理学家们对引力的兴趣逐渐增加,在这个物理科学中的最后一道战线上进行了研究与探索。然而在过去,他们曾经以为这方面的课题与致力于另外三种基本自然力研究的高能物理学家的关心所在还相去甚远。在最近几年中这种日益增长的     

捕捉“量子跃迁”

<正>一项新的实验捕获到一个处于跃迁中的量子系统——这曾被量子力学的先驱者认为是不可能的。请看菲利普·鲍尔(Philip Ball)为此带来的报道。当量子力学在一个世纪前作为理解原子尺度世界的理论被提出时,其中的一个关键概念曾是如此激进、大胆和违反直觉,以至于它变成了流行语言,那就是:量子跃迁。纯粹主义者可能会提出反对,因为人们普遍习惯把这个术语应用于一个大的变化,这忽略了两个量子态之间的跃迁通常很小的事实,这正是为什么它们没有被更早地注意到的原因。但真正的关键是它们是突然发生的,如此突然以     

GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构量子受限Stark效应的实验研究

半导体量子阱超晶格作为一种新型的人工剪裁结构受到人们的普遍重视.该结构的特点之一就是可以利用在外电场调制作用下光学性质的变化来实现其在光电子学方面的应用,量子受限Stark效应(Quantum confined stark effect,简称QCSE)就是一个例子,它是指在外加垂直电场的作用下,跃迁能级能量的变化,这种能量的变化称为Stark位移.其不仅存在于半导体量子阱的带间跃迁中,同时也存在于子带间跃迁中.在包络函数近似下,利用求解一维Schr(?)dinger方程,研究了GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构中的Stark位移,通过微扰理论计算指出在一定的结构设计下,Stark位移量可以达到方形量子阱结构的两倍.根据理论计算,考虑到生长条件的具体限制,在半绝缘GaAs衬底上外延生长了样品.1μm GaAs缓冲层之上是50 nm的AlAs剥离层,然后是300 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As层,接下来为50周期的阶梯量子阱结构.每个结构单元由 2 nm的 GaAs,8 nm的Al_(0.15)Ga_(0.85)As和4 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As构成.在阶梯量子阱结构之后是200 nm的 Al_(0.3)Ga_(0.7)AS和     

8—12μm GaAs量子阱红外探测器及其线阵列

由于量子尺寸受限效应和超周期性的存在,超晶格量子阱的导带中形成了量子化的子能带.这些子能带可以由控制垒宽、垒高和阱宽,以及由设计阱的形状而得到剪裁,使导带中子能带间光跃迁的红外共振吸收峰在相当宽的范围得到调节.所谓量子阱红外探测器,就是利用半导体超晶格量子阱材料子带间光跃迁的红外吸收特性研制而成的一种新颖、快速、高灵敏     

量子模拟器中规范理论的热化动力学

<正>规范理论是现代物理学中描述基本粒子相互作用的基本语言,是标准模型等理论的基石,也和量子叠加、量子纠缠概念密切相关.人们熟知时空对称性,例如在比萨斜塔做质量不等物体的自由落体实验,与在不同时间不同地点做类似实验所得到的结论会完全相同;而规范理论描述的是另一类对称性,是关于不改变时空坐标时场的一种局域变换,     

量子反冲使量子振动趋于平静

根据量子力学理论，在微小物体不受干扰的条件下测定它的状态是不可能的。量子反冲有效地限制了对微小物体的认知，也限制了微小物体平静下来。现在，不可思议的是，物理学家已经用这种不可避免的扰动特性来减缓微小振动光束的振动。     

科学家在石墨烯中发现奇异的量子流体

<正>在适当的条件下,电子在石墨烯中可以像流体一样流动。流水无形,能绕过障碍物,并且在流动中施加力。然而,像水这样的传统液体只是很多流体的一种。几十年前,科学家就假定存在一种电子流动形成的量子流体,但直到最近科学家才观察到:这种量子流体来源于导电材料中的电子彼此之间的强相互作用,使得电子可以在比人类头发丝细100倍的尺度上像水一样流动。贝尔迪尤金(Berdyugin)等人和加拉格尔(Gallagher)等人分别在石墨烯(由厚度只有一个原     

量子光-声模式混合器原理

模式混合器是光学实验中常见的元件,一个简单的例子是分束器,它实现两个不同的光场模式之间的混合,随着量子光学中量子非破坏性(Quantum non-demolition,简称QND)测量的深入研究,分束器的作用越发重要,同时,不同自由度的运动的耦合也越来越受到重视。本文报道的是一种光-声的量子模式混合器(Optic-Acoustic mode-Combiner;简称OAC),其原理是基于受激Brillouin散射(Stimulated Brillouin scatering,简称SBS)过程中声波模和其相应的散射光模间所建立的量子相干性。这一量子相干性的根源在于:在受激Brillouin散射过程中,强泵浦光场会同时激发出一个散射光子和相应的声子。正是这种非线性过程提供了所需的量子相干性。图1中(a~(in),b~(out))分别是光场和声场的消灭算符,上标in和out表示输入模和输出模。 我们发现OAC与分束器间有许多相似之处。例如,分束器可以通过输入压缩光场实现对另一输入光场的QND     

水的核量子效应研究进展

"水的结构是什么"这是Science杂志在创刊125周年的特刊中提出的21世纪125个亟待解决的科学前沿问题之一.水的结构之所以如此复杂,其中一个很重要的原因就是源于水分子之间的氢键相互作用.人们通常认为氢键的本质为经典的静电相互作用,然而由于氢原子核质量很小,其量子效应在室温下都会非常明显,氢核的量子隧穿和量子涨落将减弱经典势垒对氢原子的限制,从而增强或减弱氢键相互作用强度,改变氢键网络构型,甚至影响氢键体系的宏观物性.该综述首先概述了核量子效应的起因和表现,然后介绍核量子效应研究的传统实验手段,以及新兴的基于扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜的高分辨成像和谱学技术.然后,本文总结了水中氢核量子隧穿和量子涨落的最新研究进展,尤其是深入到原子尺度的核量子效应研究,最后对核量子效应研究所面临的问题和挑战以及未来发展方向进行评述.     

广义相对论中引力传播速度的测量问题

牛顿万有引力定律认为引力场的传播不需要时间, 是瞬时相互作用, 而广义相对论认为瞬时相互作用是不存在的. 因此, 在观测和研究引力潮汐时, 牛顿万有引力定律是否需要修改是一个值得探讨的问题. 本文说明在现有的广义相对论框架下, 牛顿引力定律是完全适用的. 后牛顿近似计算的结果表明, 引力传播速度的可观测效应与物体运动速度的大小无关, 只依赖于物体运动的加速度. 一般来说, 这一可观测效应非常微弱, 目前的任何天文观测, 包括太阳潮汐观测均不能证实引力传播速度与光速相同.     

量子反常霍尔效应研究进展

量子反常霍尔效应是一种不需要外加磁场的量子霍尔效应.它不但为手征量子霍尔态的理解和应用提供了一个理想的研究平台,还可以用于构建多种新奇拓扑量子物态.本文回顾了近年来量子反常霍尔效应实验方面的研究进展,包括对磁性掺杂拓扑绝缘体中量子反常霍尔效应相关机理的深入研究、基于量子反常霍尔绝缘体的各种异质结构的制备及性质研究,以及可能具有更高工作温度的量子反常霍尔效应材料体系的探索等.这些研究进展对量子反常霍尔效应的未来发展方向和凝聚态物理的发展具有重要的启示作用.     

量子点的介电常数

基于量子点中的电子和空穴被限制在一定的空间尺度范围内做准周期的运动,提出量子点的介电常数与量子点的尺度相关,由此同出发,由可能在室温观察到弱缚类量子点的激子峰。通过对在室温测得的ＣｄＳｅ量子点的光荧发光谱的计算分析,证实了上述的观点。     

从经典混沌到量子混沌

由确定性方程描绘的经典系统会呈现一种随机行为,这类现象现在被广泛地称为混沌运动。对经典系统混沌运动的研究自然导致对量子系统混沌行为的讨论。目前,在核物理、光化学等领域中量子混沌的研究已受到人们的重视。对混沌运动有兴趣的读者可详阅《从经典混沌到量子混沌》一文。     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算,以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力,为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题,同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应,为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境,而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展,基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破,成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理,以令读者了解整个技术脉络为目标,尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后,还简要讨论了超导量子计算发展的未来,并指出其中部分关键技术难点。     

圈量子引力的动力学

作为量子引力论的一种重要的候选理论,圈量子引力已取得了长足的进展.当今圈量子引力研究的一个核心而艰巨的课题是如何建立合理的量子动力学,具体到圈量子引力的正则形式中,动力学问题集中体现为合理构造密顿约束算符以及求解相应的约束方程.本文介绍了圈量子引力的基本思想以及圈量子引力中量子动力学研究的最新进展.新进展侧重于哈密顿约束算符的构造及其所定义的希尔伯特空间.