CALYPSO结构预测方法

凝聚态物质内部的原子排列方式,即结构,是深入理解其宏观物理和化学性质的重要信息.只根据物质的化学组分从理论上开展物质的结构预测是物理、化学和材料科学长期的期盼,但一直是个巨大挑战.基于结构对称性的分类检索思想,结合粒子群多目标优化算法,引入成键特征矩阵的结构表征方法,提出并发展了卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,并在此基础上开发了拥有自主知识产权的同名结构预测软件包.该方法和软件只需给定材料的化学组分和外界条件(如压力),就可以预测材料的基态及亚稳态结构,并可以进行功能材料逆向设计.CALYPSO方法的高效可靠性已经在科研实践中得到了证实.目前该方法已经被广泛应用到三维晶体、二维层状材料和表面、零维的团簇等体系的结构研究领域,成为理论确定材料结构的有效手段.     

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.     

是否存在关联电子体系的统一理论

对称性自发破缺和费米液体理论作为凝聚态物理的两大基石是我们理解凝聚态物质的结构、物性、相变的出发点.在强关联电子系统中,电子关联效应有可能导致超越对称性自发破缺的新的有序形式和与之相应的新的元激发形式.这些新的有序形式往往与量子力学特有的非局域性相关,并伴随着低能规范自由度的涌现.为此,有必要扩展传统的朗道理论范式,使我们对物质结构的认识提升到量子波函数的层次.     

玻璃态物质的本质

玻璃自古以来便被不断使用,当今仍然是人类生活中无处不在、不可或缺的最有价值材料之一.然而,由于玻璃态物质是一种与固体、液体不同的介稳态物质,处于复杂的多体相互作用体系,玻璃态物质的本质一直是凝聚态物理中最富挑战的谜题之一.Science在创刊125周年之际将"玻璃态物质的本质是什么"这一问题列为125个最具挑战性的科学前沿问题之一.本文综述了玻璃态转变过程中的热力学和动力学变化规律、玻璃态形成的物理机制和理论预测、玻璃态的结构假说等玻璃态物质研究的焦点和难点,讨论了当前的研究进展并展望未来的研究方向,以期增加人们对玻璃态物质本质的新认识,为玻璃态物质的后续研究提供借鉴.     

低温量热原理及在材料研究中的应用

低温量热技术是测量凝聚态物质比热性质的实验方法,而比热是物质最重要的基础热力学性质.通过比热测量与研究,不仅能够获取物质熵、焓和吉布斯自由能等基础热力学函数,还可以用于研究和理解晶格振动、金属、超导、电子及原子核磁性、稀释磁系统、结构相变等具有重要理论与应用研究价值的科学问题.本文结合当前众多新兴功能材料对其热力学性质研究的迫切需求,详细介绍了比热的基本含义以及测量凝聚态物质比热的主要量热方法,并举例说明了低温量热技术在材料热力学性质研究中的应用.     

中国科学家在大块非晶材料领域的新进展

块体金属玻璃是通过现代冶金的方法, 抑制合金熔体的形核和长大, 保持液态的长程无序结构, 从而获得具有与玻璃类似结构的合金材料(称之为非晶化或玻璃化). 因而, 块体金属玻璃是兼有液体和固体、金属和玻璃特征的金属合金材料. 它具有许多独特、优异的物理、化学性能. 研究发现, 几乎所有的物质都可以被玻璃化, 但使金属合金玻璃化是最困难的, 因为金属合金的形核和长大过程非常快, 很难控制[1,2]. 因此, 虽然玻璃材料的制备和发展历史已有几千年, 但金属玻璃的历史只有几十年. 而且由于金属玻璃具有非同寻常的力学、物理和化学性能, 自它诞生以来就受到人们的广泛重视. 短短的几十年间, 金属玻璃已经在很多领域得到广泛应用. 同时, 金属玻璃材料的出现拓展了凝聚态物理的研究内容和视野, 金属玻璃为研究很多凝聚态物理问题提供了模型材料, 玻璃物理或非晶态物理已成为材料和凝聚态物理领域的前沿课题之一.     

拓扑相和拓扑相变:浅谈固体中的拓扑物态

通过对2016年诺贝尔物理学奖的解读,介绍了凝聚态物质中以整数量子霍尔态,Z2拓扑绝缘体和拓扑半金属等为代表的拓扑物态.它们的发现和发展过程,以及随之建立起来的能带拓扑理论和对称性保护拓扑物态理论等标志着人们认识物质世界的又一重大进展.     

液体的脆性——一把深入了解玻璃态物质的钥匙

“液体的脆性”概念的提出不到20年的时间, 已成为玻璃态物质研究中的一个热点. 它利用玻璃转变温度约化温度轴的办法, 使具有不同动力学性质的玻璃形成体可以用一个统一的标准进行比较. 为阐明液体的脆性在研究玻璃转变过程、结构弛豫现象及过冷态结构中的重要意义, 综合评述了液体的脆性在凝聚态物质热力学和动力学性质相关性、势能图谱、非指数弛豫过程、微观理论模型以及中程有序等研究领域中的最新进展和面临的挑战, 并指出了该研究领域今后的发展方向.     

量子科学研究的一大突破费米子凝聚态:第六种物质形态

2004年1月29日,美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学组成的联合研究小组宣布,他们创造出了物质的第六种形态——“费米子凝聚态”。这是该小组继1995年创造出物质的第五态——“玻色-爱因斯坦凝聚态”之后,在量子科学研究上的又一重大突破。     

对话诺贝尔物理学奖得主Anthony J.Leggett教授

正Anthony J.Leggett博士,美国科学院院士,美国伊利诺斯大学香槟分校和上海交通大学物理学教授,主要从事超导超流体领域的研究,因其在超流体方面的开创性工作获得2003年诺贝尔物理学奖.Leggett教授是国际学术界公认的量子物理学领袖,领导了宏观耗散系统的量子物理研究方向,倡导使用凝聚态系统来验证量子力学的基石,关注使用约瑟夫森器件等特殊的凝聚态物质系统来研究量子理论体系外推到宏观层次的可行性.     

准晶：奇特而又平凡的晶体—— 2011年诺贝尔化学奖简介

准晶是具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称的固态有序相。它的出现导致了晶体学与凝聚态物质结构理论的一次革命，极大推动了相关学科的完善和发展。其发现者Daniel Shechtman因此获得2011年度诺贝尔化学奖。本文简介了准晶的发现、结构特征和发展现状，同时介绍了中国科学家在这一领域的独特贡献。     

半导体物理研究的回顾与展望

半导体物理是凝聚态物理领域中的一个活跃分支,也是半导体科学技术发展的重要物理基础.半个多世纪以来,半导体物理自身不仅在晶态半导体、非晶态半导体、半导体表面、半导体超晶格、纳米半导体和有机半导体等领域中都获得了令世人瞩目的重大进展,而且它还是一系列新材料、新结构、新效应、新器件和新工艺产生的源泉,极大地丰富了凝聚态物理的研究内容和有力地促进了半导体科学技术的迅速发展.温故而知新.今天,我们重新认识它的发展规律与特点,对于把握半导体物理在21世纪的发展走向具有直接的现实指导意义.     

费米子凝聚态：第六种物质形态

2004年1月29日，美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学组成的联合研究小组宣布，他们创造出了物质的第六种形态——“费米子凝聚态”。这是该小组继1995年创造出物质的第五态——“玻色-爱因斯坦凝聚态”之后，在量子科学研究上的又一重大突破。     

自旋为1的玻色-爱因斯凝聚态在空腔中表现出强的物质-波动双稳态

华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室张卫平研究组与合作者,研究了弥散于单向环形空腔中自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚态物质的物质-光双稳态特性.他们发现,     

含五次对称的准晶体的分形维数的计算

准晶体(Quasicrystal)是一种新的物质凝聚态,其结构被认为介于玻璃和晶体之间。自Shechtman等人1984年在微米级的Al-Mn合金微粒中发现五次对称的衍射图以来,许多学者对这种新的物态进行了研究,并提出了一些理论解释和结构模型。彭志忠(中国科学,B辑,1988,5:541.)提出的准晶体     

美哉物理(十三)物质特殊形态猎奇

物质世界千姿百态,铺展出物理美的无数琦绮画面,提供物理理论臻美的无限丰厚源泉。物质形态多样各异。气态、液态、固态是人们日常接触到的物质三态,司空见惯,似不足为奇;其实,这三态显现、内蕴着种种奇妙的物理性状。至于等离子体、玻色-爱因斯坦凝聚态,一般称作物质第四、第五态,往往是物质在极高温、极低温     

愿大门仍向相变理论开放——1982年诺贝尔物理学奖介绍

过去的十年对理论物理学家来说是美好的,这很大程度是因为肯尼思·格迪斯·威尔孙(Kenneth GeddesWilson)的贡献,他激励了一个硕果累累的的时代.就在这十年中,凝聚态物质、基本粒子、甚至宇宙学的理论家之间彼此渗透、相得益彰.重整化群和标度的概念在相变理论中获得了首批重要成果,它们在相变理论中,如同在预言了诸如质子衰变一类反常     

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.     

正电子湮没率的Laplace逆变换分析及应用

正电子湮没寿命谱是研究凝聚态物理的一个有力手段,它能提供有关物质的电子结构,电荷密度分布,缺陷等许多有用的信息;已被广泛地应用于固体物理,化学及材料科学等许多领域.实验得到的寿命谱是随时间指数衰减的理想寿命谱与仪器分辨函数的卷积.从原始的实验数据中抽取出具有物理意义的信息,即正电子湮没寿命谱的分析,一直是一个十分困难的问题.传统的寿命分析方法通常需要假定正电子是从有限个状态湮没,从而将正电子寿命谱分解成为有限个指数衰减函数的和与仪器分辨函数的卷积:     

物理学(下)

凝聚态物理当周围的温度下降到我们行星所特有的温度时,原子和分子将凝集成常见的凝聚物质——固体和液体。固体过去几十年中,对固体结构的了解和探索取得了巨大进展。这主要为平移不变性概念——在所有方向上,周期性的晶体结构无限次重复——