中国科学家利用量子模拟证实“任意子”服从分数统计

1月23日出版的《物理评论快报》上发表了中国科技大学潘建伟教授和他的同事陈增兵、陆朝阳等的研究论文, 在国际上首次通过操纵多光子纠缠态和量子模拟方法, 证实了一种存在于两维空间的奇特粒子“任意子”服从分数统计. 这一研究独辟蹊径地利用量子信息技术来模拟凝聚态物理学里面的重要问题, 在原理上证实了“任意子”独特的分数统计现象和拓扑性质, 在量子计算的实际应用领域迈出了重要一步.........     

量子力学的光辉八十年(二)

量子物理学的不断扩展 量子力学发端于原子物理，很快地延伸、被用于物理学各分支领域，既导致核物理、粒子物理应运而生，又促使固体物理以至凝聚态物理、激光物理以及非线性光学突兀崛起。八十年来，量子物理学总体的疆域在不断地扩展着。再说一说粒子物理，它的形成和发展，乃与量子场论的延拓几乎同步。     

介观体系及其新进展

介观概念和介观体系的提出,填补了宏观体系与微观体系之间的空白,八九十年代逐步建立、发展起来的纳米材料学和团簇物理学,是介观体系的重要组成部分,它们为当今的凝聚态物理学提出了许多新的课题,并已成为凝聚态物理学和材料科学共同研究的热点之一,本文较详细地介绍了纳米材料和团簇研究的发展历史、现状,并展望了它们的未来发展方向.     

转角双层MoS2莫尔超晶格中接近室温的关联电子态

<正>通过转角或晶格失配构造二维范德华材料莫尔超晶格为凝聚态物理、材料物理、光学等领域的研究注入了新的活力.过去几年的理论和实验工作表明^[1～5],二维材料莫尔超晶格系统是研究和调控强关联与拓扑量子物态的理想平台.具体而言,基于多种二维半导体过渡金属硫族化合物莫尔超晶格,研究者先后实现了包括莫特绝缘体、强关联电子晶体态、近藤晶格、量子自旋霍尔效应、整数与分数量子反常霍尔效应等在内的一系列强关联和拓扑量子物态.     

半导体超晶格与量子微结构研究30年

半导体超晶格与量子阱系指对电子具有一维量子限制作用的多层超薄异质结人工材料,量子微结构泛指对电子具有二维和三维量子约束性质的量子线与量子点介观系统.这类低维体系的研究是近30年来半导体科学技术中,尤其是半导体物理学领域内一个发展最迅速的活跃前沿.它的研究兴起,不仅对信息科学技术,而且对低维物理、材料科学以及纳米技术的发展,正在产生着革命牲的影响.本文着重回顾与评述了30年来半导体超晶格与量子微结构在材料生长工艺、体系维度变化、物理效应产生以及新型器件应用等方面所取得的一系列重大进展,并对其在21世纪的发展作了初步展望.     

面向所有人的量子物理学

<正>在设计师和非常规演示活动的帮助下,一群法国凝聚态物理学家开始致力于去吸引那些从来没有想过自己会对科学感兴趣的人。对于凝聚态物理学家,2011年是非常特殊的一年。它标志着超导发现100周年,这是量子物理学中最有趣的话题之一,且目前仍是最热门的研究领域之一。当某些特定的材料——例如,铝和铅——     

强关联量子杂质体系的精确模拟

对复杂凝聚态体系中的局域量子态的精确描述,以及对量子态在外场、环境调控下的响应与演化机制的深刻理解,对量子功能材料与器件的构筑与设计有着重要的基础性意义.然而,如何精确刻画复杂材料体系中的量子相干、关联、纠缠等特性,对理论研究而言是个传统难题.本文从全新的视角,即"开放量子体系"的角度来研究复杂凝聚态体系中的量子态.简要介绍了近年来我们基于严格的量子耗散理论发展得到的级联运动方程方法,以及该方法在实验高度关注的强关联量子杂质体系的计算模拟研究方面的应用.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory, DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density functional theory, rt-TDDFT)和非绝热动力学相结合的新颖计算方法.本文介绍了基于rt-TDDFT的Ehrenfest动力学方法,并结合路径积分分子动力学提出了RPTDAP量子动力学方法. RP-TDAP方法引入了非绝热效应和原子核的量子效应,可以对电子波函数和原子核波包构成的耦合系统进行量子化动力学模拟.这些方法使我们不仅可以准确地理解激发态电子结构、电声相互作用、光致电荷传输、光化学反应等非绝热过程的内在机理,而且可以超越平均场理论给出一个全新的视角来描述原子核的量子行为.本文还应用这些方法研究了几个重要的非绝热动力学现象,说明这些方法可以广泛地用于复杂体系的量子激发超快动力学研究.     

拓扑绝缘体-超导体异质结构的电输运研究进展

拓扑绝缘体-超导体异质结构的输运特性研究已经成为凝聚态物理研究领域的热点之一.最近的一篇综述文章总结了该方向的实验进展,探讨了在这种异质结构中观测到马约喇纳费米子的可能性.该篇文章名为《拓扑绝缘体异质结构中的量子输     

物理学为生物学开启了一扇新窗

正物理学家丽莎·曼宁通过研究玻璃质材料的动力学来分析胚胎发育和疾病。美国雪城大学物理学副教授丽莎·曼宁(Lisa Manning)成功地运用物理学知识来研究发育生物学,因而广受赞誉。正如她所展示的,对玻璃质材料的数学描述可以预测胚胎组织中细胞的动态。——《量子杂志》詹妮弗·梅(Jennifer May)如此评价     

2000年以来诺贝尔物理学奖得主

2003年:拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢·阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利·金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼·莱格特,表彰他们在量子物理学超导体和超流体领域中做出的开创性贡献。 2002年:美国的小雷蒙德·戴维斯和日本的小柴昌俊,表彰他们     

龚昌德教授谈凝聚态物理学

龚昌德同志是南京大学物理系的中年教授,几十年来,他一直从事物理学中凝聚态物理的研究,特别是超导理论的研究,取得了重大的成果。1982年,他和其他同志合作的“超导临界温度理论”荣获国家科技成果四等奖。之后他又转入其他方面的研究,并已取得成果。为此,本刊特地采访了他。现报道如下:     

关于薛定谔方程的一个边值定理

研究宏观量子现象时往往需要处理任意边值条件,本文介绍的定理可用以处理宏观量子现象中的一般性特征,对于研究如超流超导等问题是一种有用的方法。     

从稳定孤子到混沌型格点孤子的宏观实验研究

近30年来,由于孤立子现象在物理学的几乎所有领域得到了广泛应用,孤立子的理论、实验和应用研究成为一个重要的热门研究课题.孤立子的直接宏观观察是人们一直感兴趣的重要问题.自从1984年吴君汝等在振动台上观察到了狭长槽内非传播流体孤子以来,振动台上的非线性体系的宏观实验给我们提供了一个很好的实验场所.宏观“单原子”格点体系的各种激发为Denardo等所观察到.文献[5]给出了受参数激励的颗粒体系中的局域结构.在微观系统,对双原子非线性格点系的研究揭示了更丰富的孤子结构.相应的参数激励下宏观双原子格点体系的各种模式也被观察到.     

量子力学的光辉八十年(一)

量子力学诞生至今八十年：它原先作为原子层次的动力学理论，经过八十年飞速发展的光辉历程，已向物理学和其他自然科学的各学科领域以及高新技术的广阔天地全面地延伸。实际上，它已超越原子层次的动力学范畴，甚至超出物理学范围；它是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。就是说，量子力学不仅适用于原子层次，而且还延伸用于亚原子-亚核的更深微观物质层次，从而延拓成量子场论体系；量子力学又用于分子和大分子——包括生物大分子——等物质层次，涉及介观、宏观尺度的物质系统，致使凝聚态物理兴旺发达以至量子物理学不断地扩展，并使量子化学、分子生物学等交叉学科日趋成熟。正是现代物质科学的这些学科有了显著进步，才导致技术水准和社会生产力的大幅度提升。     

菲利普?安德森：凝聚态物理的一代宗师

<正>这位理论物理学家因在无序性和磁性材料方面的工作获得了诺贝尔奖,但这远不足以表彰他在凝聚态物理学界无与伦比的贡献。菲利普·沃伦·安德森（Philip Warren Anderson,1923—2020）是20世纪下半叶最富有成就也是最重要的物理学家之一。在贝尔实验室、剑桥大学和普林斯顿大学的五十多年的职业生涯中,他凭借超凡的品味、深刻的洞察力和非凡的创造力,一直在努力探索大自然的规律。安德森将多体物理学融入了固体物理的理论中,从而推动了如今的凝聚态物理学的诞生,他在这方面的贡献远超他人。他在1984年所著的《凝聚态物理学的基本概念》（Basic Notions of Condensed Matter Physics）中指出,要想对含有1023个粒子的系统进行描述,应当构建并使用模型哈密顿量,而不是求解多体系统的薛定谔方程。在过去的几十年里,这一观点已经成为各种凝聚态物理教材中的主流思想。     

高温超导体的超快光谱学

高温超导机理至今仍是物理学的未解之谜,是凝聚态物理学皇冠上的明珠.在众多以光学手段研究超导体的方法之中,超快光谱是最精湛的观测方法之一和最强有力的调控手段之一.它能够在电荷、晶格、自旋、轨道等自由度与超导体全方位地相互作用,并能探测其激发态,能够在准粒子的超快过程、晶格相干性的调控、电子-声子耦合强度的观测、界面超导体系的探测等方面实现一些其他实验方法所不能实现的研究.本文结合具体实例介绍高温超导体的超快动力学和超快光谱学的进展,展示该方法在准粒子激发态、玻色子相干态、激光诱导的超导、界面超导等研究中的特色和独到优势,并对该领域进行展望.     

半导体超晶格与量子阱及其研究进展

70年代初期发展起来的半导体超晶格与量子阱的研究正在深刻地改变着固体物理学和半导体物理学的研究面貌,并且正在对低维物理学、材料科学和微电子科学的研究产生着重要而深远的影响。     

量子点与分子器件中的近藤效应

近藤效应是低温凝聚态物理研究的重要领域, 指的是低温下稀磁合金电阻随温度降低而反常增加的多体现象. 在量子点系统中, 其表现为低温下电导随温度降低而升高. 本文重点描述了量子点系统中平衡近藤效应、非平衡近藤效应, 以及当单态与三重态发生简并时含有偶数个电子的量子点产生的近藤效应的基本特征和物理原理. 并指出基于有机材料的单原子/单分子晶体管为近藤效应的研究提供了全新的途径.     

面向声学操控和声学反演的拓扑声学与多相孔隙介质声学

<正>拓扑声学属于声学和凝聚态物理学研究中的新兴研究领域,是研究声波在特殊拓扑结构中传播的学问.它是基于物质拓扑态的概念,在凝聚态物理学中发展起来的,后来扩展到包括声学和光子学等其他学科.人们可以利用某些声学介质的拓扑性质,设计声超常材料以实现声学操控.可以说,拓扑声学是声学与拓扑学交叉融合的结果,是近代声学前沿研究热点之一.多相孔隙介质声学是研究声波与由多种物质组成的孔隙介质相互作用和应用的学问.