自旋流探测的实现途径

自旋电子学是当前凝聚态物理中新兴的研究领域，目的在于利用电子的自旋自由度实现新一代更高性能的电子元件和信息技术。在自旋电子学的研究领域中，有许多基础的物理问题，例如如何在材料中实现自旋注入、自旋控制和自旋检测。中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室（筹）王永、夏钶与中科院理论物理所苏肇冰和北京大学马中水合作，从包含有Dirac场和Maxwell场的相对论拉氏密度出发，基于Noether定理，系统严格地研究了与自旋相关的非相对论近似下的守恒流，对上述问题做出了有益的探讨。     

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.     

利用纳米碳粉掺杂有效提高MgB2超导材料的的临界电流密度

自旋电子学的目标在于用电子的自旋代替传统的电荷作为信息的载体。自旋流在自旋电子学中是描述自旋输运的至关重要的概念。如何正确定义自旋流是一个有基本意义的理论问题。早期的理论研究一般将自旋流简单地定义为自旋算符与电子速度的乘积，类比于电流是电子电荷与电子速度的乘积。然而，这种定义忽略了自旋与电荷的根本不同：在一般系统中，自旋并不守恒。这个问题在最近的关于自旋霍耳效应的研究中变得特别突出：自旋霍耳效应所赖于产生的自旋-轨道耦合让电子自旋有内禀的量子演化，而传统定义的自旋流并不能与实验观测的自旋积聚直接关联。     

关联电子材料的自旋态限域调控与自旋电子器件应用研究进展

关联电子材料具有丰富的自旋序,包括铁磁、反铁磁、亚铁磁、螺旋磁序等,这些自旋序与电子轨道态、电荷空间分布等其他量子态存在强烈耦合,因而可以通过外场来实现不同自旋序的时域和空域调控。相对于存在化学界面的传统异质结构,在关联电子材料中利用外场限域调控,可以实现无化学界面的不同自旋序结构的空间可控排列,从而构筑基于同一材料的新型自旋电子器件。本项目围绕关联电子体系多量子态的调控规律展开,通过自旋电子学与量子物理、表面物理以及电介质物理的交叉,探索具有多场(磁场、电场、光场、应变场)可控性的新型关联自旋电子材料,发展新型的多场调控技术,揭示自旋序与量子态耦合机理,设计新型自旋电子器件,进而实现在同一关联电子材料中集成非挥发性自旋存储与逻辑运算功能。     

凝练科研目标 调整队伍结梅——建设国际一流的凝聚态物理研究基地

物理所自1928年成立以来，经过几代科学家的不懈努力，现已发展成为国内最重要的凝聚态物理研究和人才培养基地之一。“知识创新工程”使物理所迎来了快速发展的机遇，同时面临更大的挑战。目前，物理所人在上级有关部门的领导和支持下，团结一致，只争朝夕，发扬“爱国主义”和“献身科学”的精神，踏实工作，勇于创新，为把物理所建设成为国际一流的凝聚态物理研究中心而努力奋斗。     

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。     

聚合物凝聚态的多尺度连贯研究

高分子科学的重要任务之一是从聚合物凝聚态结构出发 ,阐明和预报体系的平衡与非平衡态的物理性质 ,达到能够定量描述聚合物复杂结构与性能关系的目标 ,最终应用于材料的设计与加工。该领域的研究已成为国际上学术界关注焦点和研究热点 ,富于挑战性 ,属高分子科学、凝聚态物理、材料科学和计算数学等学科交叉点和新的学科生长点。目前尚缺乏从微观到宏观的系统认识 ,虽然在各个尺度内的方法已比较成熟 ,但还没有做到多尺度上的连贯性 ,不同尺度间衔接的研究是今后的重大课题     

利用磁双势垒隧道结测量电子自旋-翻转长度

中科院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室（筹）韩秀峰研究组与美国橡树岭国家实验室张晓光及北京工业大学张泽合作，发展出一种利用纳米尺度的自旋电子学器件有效观测长度达微米量级的自旋翻转的新方法。他们通过比较用同种材料和相同工艺制备出的高质量单势垒和双势垒隧道结的隧穿磁电阻来有效获取自旋翻转的信息，发现在4．2K温度下，位于双势垒隧道结两个双势垒层中间的厚度小于一个nm的超薄Cu层中，测出电子自旋翻转的长度可达到1—2μm的量级，这个自旋翻转的长度比Cu层本身厚度大干倍以上，并且这个自旋翻转长度与声子对电子的散射相关。     

创新、拼搏，形成优秀研究群体——国家重点实验室实践中的几点体会

南京大学固体微结构物理实验室始建于1984年，建成于1987年，是国内首批建设、开放的国家重点实验室之一。十多年来，在国家计委、科技部、教育部、基金委等的关怀支持下，在凝聚态物理基础和应用基础研究方面开展了大量工作，取得了不少科研成果。迄今为止，实验室已获得国家级奖4项，省部级奖49项，出版专著48部，发表论文2000余篇。     

大脑前扣带皮层神经元的NR2B受体在恐惧记忆形成中的作用

中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室（筹）方忠和姚裕贵，利用第一性原理方法计算了半导体和简单金属的自旋霍耳电导率，发现内秉自旋霍耳电导率具有丰富的符号变化，这一点与外秉自旋霍耳效应有着本质上的不同，这个属性有可能被用于分辨自旋霍耳效应的内秉和外秉机制。他们并预言简单金属钨和金具有较大的自旋霍耳效应且符号相反，同时发现强散射并不会抑制这两种金属中的自旋霍耳效应，也就是说在强散射情形下自旋霍耳电导率仍然具有较大的值，这使得它们有可能是一种潜在的可应用于自旋电子学器件中的材料。     

基于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和人工的磁斯格明子研究

磁性斯格明子是一种实空间拓扑准粒子,它展现出丰富、新奇的物理性质,为自旋电子学的研究提供了新的方向。另一方面,由于其具有尺寸小、稳定性高、易操控等特性,在未来的存储器件中也有潜在应用价值。本文简单介绍了在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项(2017YFA0303200)资助下,对基于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和人工的两种磁性斯格明子进行的系统研究。     

认准目标 及时支持

信息技术在当代社会起着重要作用,它的基础是以硅集成电路为核心的微电子技术.可是集成电路的发展在物理上和技术上都已逼近了极限,多年来,人们一直在探索新的发展途径.一条现实可行的道路是,仍然以硅和硅集成技术为基础,利用硅基纳米器件的量子效应,建立量子电子学或称纳米电子学.若同时把速度最快的光作为信号的载体与纳米电子学结合,可以发展成硅基纳米光电子集成.纳米电子学和纳米光电子集成将成为未来信息技术的基础.     

磁性分子体系中的自旋态量子调控研究进展

分子磁性材料是新一代信息材料的一类重要研究对象。利用大小只有纳米尺寸的分子来存储信息和作为“分子计算机”,将使计算机在小型化方面发生“量子飞跃”。本文介绍了南京大学配位化学国家重点实验室近期在新型单分子磁体、光电多重响应自旋转换材料、单分子自旋电子学性质等研究中取得的重要进展。     

香山科学会议第552～561次学术谈论会简述

2015年12月21日~2016年5月18日,香山科学会议陆续召开了主题为"合成生物学发展战略""自旋波电子学物理、材料与器件""医学分子探针关键技术""深层地热能系统理论与系统工程的集成创新""光合作用、光能利用与生物质能源——前沿科技重要问题""生物大数据和精准医学时代的生物信息学核心问题与理论体系""聚集诱导发光""土木工程可持续发展面临的挑战和应对技术路径""丝绸之路经济带自然灾害与重大工程风险"和"空间辐射生物交叉学科研究"的第552~561次学术讨论会。     

超大磁电阻亚锰酸盐金属-绝缘体一级相变的普适性

信息技术的不断发展,促使人们不断地去研究和探索更高密度的信息存储介质和更快速的读写材料。随着金属多层膜、磁性隧道结等人工微结构材料中巨磁电阻(GMR)和钙钛矿氧化物中超大磁电阻(CMR,或称庞磁电阻)的发现,以研究、利用和控制电子自旋极化输运特性为主要内容的自旋电子学     

具有巨单轴各向异性的纳米磁体自旋反转的电流控制

铂表面的钴原子的单轴磁各向异性可达到每原子9meV，第一原理计算还预测了更大的磁各向异性。而且巨大的单轴磁各向异性可以使自旋状态更稳定，在实际应用中应该更有利，也同样会产生自旋反转的过渡态势垒。中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室（筹）刘邦贵与李英设计并使用KMC方法研究了一类典型的、具有巨磁各向异性的纳米磁体在注入自旋极化电流作用下的行为和规律。     

论理查德.费曼的科学美学思想

R．Feynman（1918－1988）作为本世纪最杰出的物理学家之一，其不仅因在量子电动力学、粒子物理、凝聚态物理及物理教育等方面的杰出贡献为当代物理学工作者所敬佩，而且以其高超的科学美学鉴赏力和理论水平受到物理学界的广泛赞誉。本文将透过他对于对称性、守恒定律，最小作用量原理以及量子力学路经积分这些在当代物理学中具有根本性意义的观念的独到领悟，展示他作为一位科学美学大师的风范及其思想对当代物理学的发展所具有的深远影响。     

同步辐射高温高压实验平台

同步辐射高温高压实验平台是由中国科学院知识创新重要方向项目、中国科学院科研设备研制项目和国家BEPC改进与未来发展专项共同支持，依托北京同步辐射大科学装置自行建造的开放性实验设施。实验平台是一个由多种实验技术高难度集成的实验装置，可以在极端的高温高压样品环境下利用同步辐射研究物质的结构和性质，用于材料科学、地球科学、物理、化学等学科领域的基础研究。该平台于2004年建成并投入开放运行，为国内的科学家提供实验机时，并取得了一些重要的研究成果，对促进国内高压科学的发展做出了贡献。     

从世界3到虚拟世界的涌现

借助于计算机和网络技术，人类已经开始创建一个崭新的世界——虚拟世界。如何确定这个世界的本体论地位以及它与物理世界的关系已成为当代哲学的前沿问题之一。本文从认定虚拟世界是对波普尔意义上的世界3的超越着手，提出了一种新的实在论——计算实在论。我们主张，实在的本质是计算，而虚拟实在和物理实在则是计算本质的两种实现方式，因此虚拟世界与物理世界在本体论上具有计算对等性。基于这样的考虑，我们进一步论证了虚拟世界的自主性和复杂性，并从它的可理解性反过来为物理世界的可知性作出了新辩护。     

试评量子力学解释之论争(下)

玻姆在《量子理论》[27]一书中对EPR实验作了有重大意义的重新表述。他考虑一对自旋1╱2的粒子所构成的单态系统。在两粒子分离之后,用斯特恩—盖拉赫磁铁对其中一个粒子选择任意方向测量自旋,必使另一粒子非定域关联地进入相应方向的反自旋态之中。我们将称这种经玻姆重新表述的实验为EPRB实验。显然,EPRB实验可直接用于级联辐射双光子和湮没辐射光子对的情形中,从而启示人们去做光子对偏振态的非定域关联实验。这样,EPRB实验就成了量子理论基础研究中一项重要的可行性实验了。