物理学进展

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一维自旋轨道耦合费米气体的研究进展

蔡启鹏, 张伟伟, 林良伟, 许益广, 陈紫轩, 王小生, 于海鹏, 方小红, 张义财, 刘超飞

2024 (4): 157-182. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.04.001

PDF(3164KB) ( 161 )

在超冷费米气体中，通过调节自旋轨道耦合的强度，使其与费米能量相当，可以产生许多新奇的量子效应。在过去几十年里，学者对于一维自旋轨道耦合诱导的费米气体进行了大量的理论和实验研究。与高维自旋轨道耦合相比，一维自旋轨道耦合虽然显得比较简单，但它是实验上探索基本量子物理现象的最可靠和最易行的工具。本文系统地整理了理论工作中一维自旋轨道耦合下费米气体的有趣物理现象。包括动力学振荡和孤子效应、拓扑超流、Majorana 边缘态、铁磁相变和量子相位方面的理论研究。在实验中，如何实现自旋轨道耦合并且观测奇异现象，是研究的热点和难点问题。我们梳理了几种常见的实验方案和检测方法，最后对一维自旋轨道耦合诱导下费米气体方面的研究进行展望。一维自旋轨道耦合可以为初学者提供借鉴，有助于研究自旋轨道耦合调控的多体系统。本文期望为冷原子物理初学者深入理解自旋轨道耦合下多体系统的物理机制提供参考。

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基因转录调控中的输入输出关系研究

周一凡, 孔令行, 吴人杰, 刘锋

2024 (4): 183-196. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.04.002

PDF(6737KB) ( 72 )

细胞对环境变化的感知和响应是生命活动的核心。基因转录是细胞将外部信号转化为基因表达输出的关键环节，是理解细胞行为的关键。为了解析转录动力学和建立动态的输入输出关系，研究者提出多种转录模型来探究基因对动态调控信号的响应机制。本文将介绍常见的转录模型，展示其计算框架，并详细阐述对应的 mRNA 数量和转录事件持续时间的分布，这对于深入理解输入输出关系和探索潜在的响应机制有重要意义。本文综述不同类型的启动子、同一启动子在不同染色质环境中以及不同网络基序下的响应策略，揭示其调控输入输出关系的规律。对于信道容量接近理论值的系统，信息论的最优解可以揭示转录因子浓度的动态范围、输入输出关系以及基因表达分布的对应关系。通过这些多角度的分析，本文揭示了调控动态输入输出关系的关键因素，促进人们更好地理解基因对转录因子信号的响应机制。定量研究输入输出关系可以识别关键的调控因子、预测基因表达模式的变化，并设计干预措施以调节细胞的功能和行为。

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基于二维 Janus GeS 双层铁电隧道结的电子输运

孙康, 别洁, 吕洋洋, 陈爽, 法伟

2024 (4): 183-207. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.04.003

PDF(1632KB) ( 106 )

二维范德华 Janus 材料两侧为不同原子，使得其具有内禀的结构不对称性和面外极化。一类新型的二维 Janus 材料 GeS 被发现可用于制备低能耗、高响应速度的铁电隧道结。基于第一性原理计算，我们发现 Janus GeS 双层有三种堆叠模式，它们的横向滑动和垂直位移都可以调节隧道结中的电子输运。此外，基于 GeGe 接触的 GeS 双层的铁电隧道结表现出最高的开/关比。我们的研究将滑移铁电的概念扩展到一类新型的二维范德华 Janus 材料，并揭示了这些材料在实际器件中可能的电阻开关机制。我们的工作为基于二维范德华 Janus 材料的低能耗、快速开关纳米器件的设计提供了理论指导。

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