电子是组成原子的不可分割的一部分。古人认为原子不可再分，直到 19 世纪末，汤姆逊 才发现了电子的存在，证明原子是可再分割的。电子的波动性、电子自旋以及正电子的发现经历 了一段复杂而曲折的历史，这些重大的科学突破最终促成了多项诺贝尔物理学奖的颁发。电子的 发现，对量子力学的诞生起到了重要的促进作用。正是在探索原子结构模型的过程中，科学家们 逐步发展出了量子力学和量子场论。电子的发现极大地推动了人们对材料的认识，催生了一系列 重要理论，例如洛伦兹自由电子论、索末菲模型以及能带理论。特别是能带理论，它不仅阐释了 金属、半导体和绝缘体的电子性质差异，还为现代电子技术的发展奠定了基础，引领人类步入了 信息时代。
由于严重的短沟道效应，硅基晶体管在栅长小于 10 nm 的时候，不能很好地工作，摩尔定 律面临失效的风险。比起体半导体材料，二维材料具有更好的静电特性和载流子迁移率。密度泛 函理论和非平衡格林函数方法结合的第一性原理量子输运模拟是描述纳米尺度晶体管输运的最精 确的理论工具。基于第一性原理量子输运模拟预测理想状态下的二维材料晶体管的性能优于硅基 晶体管，能够满足国际半导体技术线路图及国际器件和系统线路图未来十年的需求，能延续摩尔 定律到 10 nm 以下栅长。本文介绍了在二维晶体管领域近两年实验上取得的重大突破，包括将 栅极长度缩小到埃米尺度，将电极接触电阻降低到接近理论量子极限，以及制备出高质量的超薄 电介质。当良好的欧姆接触和超薄的介电层同时实现时，在 10 nm 栅长的 InSe 晶体管中观察到 了理论预测的超越硅基晶体管的性能。
近年来，兼备铁磁性和铁电性的多铁性材料因展现出新颖且丰富的物理特性，以及在信息 存储、传感技术等领域的广泛潜在应用，已吸引了众多研究者的密切关注。随着对多铁性材料性 质理解的深化，研究者们开始致力于探索其在更小尺度上的行为表现，特别是针对二维材料的研 究。相较于三维材料，二维材料凭借其独特的结构特征和显著的尺度效应，通常在力学、光学、热 学及磁学性能上展现出更为优越的表现。然而，值得注意的是，当前关于二维多铁性材料的研究 主要集中于理论预测层面，实验层面的进展相对滞后。鉴于此，本文首先简要回顾了多铁性材料 的发展历程，随后详细阐述了二维材料的特性与优势，并对二维多铁性材料的潜在应用进行了讨 论。接下来，本文综述了当前的研究现状，涵盖了相关的物理现象与机制、实验制备方法、性能 调控技术以及表征手段等方面的内容。此外，本文还列举了理论预测中可能实现的二维多铁性材 料，并在此基础上深入探讨了当前研究面临的挑战以及未来的发展方向。
高阶能带拓扑不仅丰富了我们对拓扑相的理解，还揭示了新奇的低维边界态，这在下一代 器件应用中具有巨大潜力。二维材料独特的电子结构和可调控特性使其成为实现二阶拓扑绝缘体 （SOTIs）的理想平台。本文概述了二维电子材料领域中 SOTIs 的研究进展，重点介绍了高阶拓 扑特性的表征以及理论研究中提出的众多候选材料。这些研究不仅增强了我们对高阶拓扑态的理 解，还丰富了实验中可行的候选材料。
单壁碳纳米管 (SWCNTs) 由于其优异的电导、机械和热学性能，具备广泛应用前景。目 前，浮动催化剂化学气相沉积法 (FCCVD) 是大规模制备 SWCNTs 的常用方法。然而，利用该方 法获得的 SWCNTs 的纯度和质量不足，并且样品的导电属性可控性差，金属单壁碳纳米管 (mSWCNTs) 与半导体单壁碳纳米管 (s-SWCNTs) 并存，限制了其进一步应用。为了连续化生长高 质量、高纯度，具备单一导电属性的 SWCNTs，本论文提出了一种通过放置管塞将 SWCNTs 滞 留在高温区以实现持续生长，并加入电场实现单一导电属性的 SWCNTs 选择性生长的方法，最终 得到高纯度的半导体富集的 SWCNTs。我们通过光学、热重分析和扫描电子显微镜对 SWCNTs 进行系统的测量与分析，研究 SWCNTs 纯度与 s-SWCNTs 的占比。该工作为大规模制备高质量 高纯度的 SWCNTs 提供了方案，有望加速其工业化应用。
太赫兹波是一种介于微波和红外波之间的电磁波，因其强穿透性、非电离性和强吸收性等 物理特性，在非接触式调控突触传递过程中展现出巨大应用潜力。突触传递过程与神经退行性疾 病密切相关，因此，深入了解太赫兹波对这一过程的影响，对于预防和治疗相关疾病具有重要指 导意义。本文首先详细介绍了太赫兹波的物理特性、生物效应及突触传递的相关概念，随后重点 讨论了太赫兹波在突触前、突触间隙和突触后三个阶段对神经递质传递的影响。最后，本文总结 并展望了太赫兹波在未来突触传递过程中的潜在应用。
细胞刚度的测量在生物学、医学和材料科学等多个领域具有重要意义。为理解细胞的生物 力学性质及其功能，本文首先探讨了测量细胞刚度的重要应用领域，包括组织工程、软骨病诊断、 癌症诊断以及药物的开发，其次详细介绍了五种主要的测量技术：微柱阵列 (MTFM) 法、光镊 (OT) 法、磁镊 (MT) 法、原子力显微镜 (AFM) 测量法、生物膜力探针 (BFP) 测量法，并展望 了这五种技术在现实应用中的潜力及挑战。AFM 以其纳米级的空间分辨率和皮牛顿级别的力分 辨率，已成为细胞力学测量领域中一个强大和独特的工具。因此，本综述重点介绍了 AFM 技术 及其相关计算模型–微球–细胞接触的赫兹模型在此领域的应用及其重要性，并进一步详细阐述了 各类现有 AFM 仪器的种类与特点，以及它们在细胞力学测量中的应用性能。
近年来，凝聚态物理学中的轴子绝缘体研究引起了广泛关注，因为它具有类似于高能物理 中假想基本粒子---轴子的电磁响应，从而导致体系中出现半量子化的表面霍尔电导或拓扑磁电 效应性质。最近，在三维磁性拓扑绝缘体异质结和本征磁性拓扑绝缘体 MnBi2Te4 的输运实验中 发现了轴子绝缘体存在的迹象，然而，精确测量轴子绝缘体的半量子化电磁响应仍具有挑战性。在 这篇综述中，我们回顾了磁性拓扑绝缘材料中轴子绝缘体研究的理论和实验进展。讨论了由于体 边对应关系导致的轴子绝缘体的半量子化棱电流激发，以及一种基于半磁性拓扑绝缘体的半量子 化霍尔电导的输运理论。最后，我们探讨了轴子绝缘体中的无序诱导相变，包括表面存在的二维 类量子霍尔电导平台相变的普适类，并提出了利用这种相变的普适特征来探测轴子绝缘体的方案。
卤化物钙钛矿材料因其在光电转换效率上的显著优势而成为新能源领域的研究热点，而三 维 (3D)/二维 (2D) 钙钛矿异质结更因其独特的能带结构和灵活可调控的载流子行为的优势而备 受关注。本文聚焦 3D/2D 卤化物钙钛矿异质结的可控制备及性能优化的研究领域，首先综述了 3D/2D 钙钛矿异质结的概念、优势及常规制备方法，包括固–液后旋涂法、固–气气相沉积法以 及固–固反应等常规制备方法；然后探讨了通过界面工程、材料工程和器件结构优化等策略来提升 3D/2D 钙钛矿异质结性能的有效方法；接下来，概述并评估了 3D/2D 异质结在太阳能电池和光 电探测器领域的最新研究应用进展；最后，我们讨论了 3D/2D 钙钛矿异质结当前面临的稳定性 和环境适应性等挑战，并系统展望了 3D/2D 钙钛矿异质结研究的未来发展趋势，旨在为实现其 在光电领域的广泛应用提供可行性思路和优化方案。
在拓扑量子计算的背景下, 涡旋芯中的马约拉纳零模引起了广泛关注。然而，零能束缚态 可能偶然出现，并不一定是马约拉纳零模。在实验中必须仔细排除这类偶然零模，以识别真正的 马约拉纳零模。我们的研究表明，在自旋轨道耦合的多带超导体（如铁硒基超导体）中，如果配 对对称性是无节点 d 波（在无自旋轨道耦合的情况下定义），那么涡旋芯中确实会出现偶然零模。 反之，如果配对对称性相对于自旋轨道耦合分裂的费米口袋是 s++ 或 s±，那么在弱自旋轨道耦 合极限下，偶然零模不会出现。我们的结果不仅对马约拉纳零模的实验识别至关重要，也为确定 铁硒基超导体的配对对称性提供了一条途径。
磁场在天体中是普遍存在的，如地球、太阳、超新星遗迹、星云、巨星、中子星和黑洞等。但 是目前天体磁场还存在许多的未解之谜，例如种子磁场是如何产生的？磁场是如何被放大的？随 着高功率、大能量激光装置的出现，实验室天体物理为研究这些问题提供了一种全新的方法，即 在实验室产生和天体或周围环境类似的极端物理条件，对天体物理问题进行实验室研究，它具有 近距、主动、条件可控和可重复性等优点。在相似定标率下，利用实验室激光等离子体可以研究 天体中磁场的起源与放大问题。目前实验室研究中，常用的磁场测量方法包括磁探针、磁带、塞 曼效应、法拉第旋光和质子成像等，熟悉并掌握这些方法的原理和特点有助于在实验中选择合适 的方法进行磁场测量。
磁重联过程是一种非常重要的等离子体物理过程，激光驱动磁重联实验是现在研究磁重联 过程的一个重要手段。质子成像技术能够精确地诊断等离子体的磁场结构，被广泛应用于激光驱 动磁重联实验中。现在主要发展出流量分析和粒子追踪两种方法通过实验中的质子成像结果重构 磁重联区域的磁场结构。研究人员从开始定性地分析实验结果，现在能够较精确地反演出磁场的 大小和结构分布，这对研究磁重联过程的物理性质提供了很大的帮助。本文回顾了质子成像技术 应用于激光驱动磁重联实验的一些重要结果，并对相关技术的发展进行展望，期望为研究人员继 续相关研究时提供参考。
近年来，非厄米系统的研究突破了传统量子力学中厄米算符的框架，揭示了复数本征值与 非厄米对称性所蕴含的新的物理规律。相较于厄米体系，非厄米系统通过复本征值的实–虚二元结 构实现了对动力学演化的统一描述，并涌现出临界点、非正交本征态等新概念和非厄米趋肤效应 等独特现象。这些特性源于其哈密顿量的非厄米性，如伪厄米性对实数谱的约束、Jordan 块结构 的代数–几何重数分离，以及广义布里渊区理论对体边关联的重构。Hatano-Nelson 模型和非厄米 Su-Schrieffer-Heeger 模型展示了非互易跃迁与复能谱的拓扑响应，为理解非厄米趋肤效应和能带 奇异性提供了范例。在对称性与拓扑分类方面，非厄米系统扩展了传统 Altland-Zirnbauer 十重 分类，形成 Bernard-LeClair 38 类对称框架，涵盖伪厄米性、手性对称性及复共轭/转置操作的 组合效应。拓扑分类通过 K 理论和同伦理论双轨推进，前者将非厄米系统映射至厄米框架，后者 则解析能带复流形的连续形变特性。未来研究需攻克高维系统普适理论、晶体对称性对分类的影 响及实验平台实现等挑战，推动非厄米拓扑理论在开放量子系统、非平衡态物理和新型器件设计 中的应用。
二阶非线性系数空间调制的非线性光子晶体 (NPC) 可以用于产生光学涡旋，从而拓展涡 旋光束的工作波长与拓扑荷数，为众多应用提供了新方法。在本工作中，我们研究了基模高斯光 束在非线性叉形光栅中非线性倍频产生的二次谐波 (SH) 涡旋光束的过程。分析了不同结构拓扑 荷和衍射级次下，远场 SH 光束的强度分布、位相分布及轨道角动量 (OAM) 谱。结果表明，当 衍射阶次和结构拓扑荷增大时，SH 光束呈现出角向干涉条纹和非均匀强度分布，偏离标准涡旋光 束的环形特性。为优化 SH 涡旋光束质量，进一步研究了基波光束腰半径、晶体厚度及光栅占空 比对倍频光场的影响。结果显示，增大基波光束腰半径、优化叉形光栅的厚度及占空比可有效抑 制不同衍射阶次间的干涉，从而改善 SH 光束质量。本研究为基于 NPC 的非线性光学器件性能 优化提供了理论指导。
自闭症谱系障碍 (自闭症) 与注意力缺陷多动障碍 (多动症) 是儿童常患的神经发育障碍类 疾病，二者表现出截然不同的症状，但却具有很高的共病概率。本文将从神经生物物理学角度梳 理不同层次的研究进展，系统总结自闭症与多动症共病的生物物理机制。儿童共患两种疾病的机 理可概括为以下几个方面：(1) 两种疾病均存在突触修剪异常，导致共病患者的脑结构异常加剧； (2) 脑网络功能障碍是二者共病的重要神经生物学证据；(3) 二者均涉及多巴胺、Wnt、γ-氨基丁 酸、雷帕霉素靶蛋白和炎症相关信号通路的异常，这些通路与突触数量的稳定性紧密相关；(4) 突 触修剪异常导致的突触兴奋性/抑制性失衡是共患两种疾病的基本原因。此外，借助计算神经网络 建模和分子网络动力学建模，可促进对自闭症与多动症共病机制的深入理解。本文从不同层次分 析了两种典型神经发育障碍出现共病的潜在机制，有望为共病患者的早期干预和精准治疗提供理 论依据。
金属卤化物钙钛矿作为一类新兴半导体光电材料，在太阳能电池、发光二极管 (LED)、光 电探测器等光电器件中表现出较大应用潜力。主流钙钛矿光电器件以多晶薄膜器件为主，但多晶 薄膜中较多的晶界与较大的缺陷密度阻碍了器件性能的进一步提升。钙钛矿薄单晶凭借其低缺陷 密度、长载流子扩散长度等优点，在钙钛矿光电器件领域受到广泛关注。本文系统介绍了钙钛矿 薄单晶的制备技术、优化策略 (组分工程、添加剂工程、界面钝化) 及其在太阳能电池、光电探测 器、X 射线探测器和发光器件应用中的研究进展。随后，介绍了钙钛矿薄单晶的阵列化方法包括 喷墨打印、图案化模板诱导法等技术进展及其面临的挑战，并展望了钙钛矿薄单晶器件未来发展 方向。
二维过渡金属硫族化合物 (TMDs) 展现出强光与物质相互作用以及显著的激子效应，针对 其激发态动力学的研究无论是对相关的基础研究还是技术应用，都具有重要的意义。为此，本文 总结了单层 TMDs 及其堆叠形成的范德瓦耳斯异质结中的激发态动力学研究。具体而言，我们介 绍了单层中激子与异质结中层间激子的产生到复合动力学过程，期间着重介绍了异质结中层间电 荷转移，以及层间转角和莫尔超级晶格相关激发态动力学的近期研究。最后总结了目前的研究中 未解决的问题并以对未来的展望作为结尾。
作为最重要的抑癌因子之一，p53 蛋白通过调控数百个靶基因的表达，调节细胞生理活动， 维持基因组的稳定性和完整性。尽管大量研究已揭示了 p53 的结构特征和翻译后修饰对其功能的 调控，但对于 p53 在激活过程中所展现出的动态行为及其精准调控靶基因表达的机制，仍缺乏系 统性的理解。近年来，单细胞成像与时空组学技术的发展为解析 p53 的时变调控提供了全新视角。 本文综述了 p53 调控网络的多层次结构，从分子修饰、亚细胞定位、DNA 结合、染色质重塑到 下游靶基因的表达动力学，系统探讨了各调控层之间的信息整合与协同作用机制。通过动态信号 解码和精细调控，p53 实现对细胞命运的精准调节。深入理解 p53 调控机制，对阐明癌症发生发 展机制及开发精准干预策略具有重要意义。
单线态裂分指光激发产生的一个单线态激子裂分为一对三线态激子的激子倍增过程，利用 该过程有望突破单结太阳能电池效率极限。中间三线态激子对的生成是单线态裂分的关键步骤，基 态构型下，单线态与三线态激子对的电子耦合较小，电子振动自由度可能扮演着重要作用，因而 揭示超快单线态裂分的电子振动波包动力学是理解三线态激子对形成机制的核心问题，也是重要 挑战。本文系统介绍了研究电子振动波包动力学的超快光谱技术，深入讨论了电子振动驱动单线 态裂分中间态形成的机制，并总结了该领域目前面临的关键科学问题和技术挑战。
Shou Chin Wang (Wang Shoujing) was one of the few Chinese physicists who made significant contributions to the early development of quantum mechanics. One of his representative works is the study on the van der Waals potential based on quantum mechanics. Specifically, using the second-order perturbation theory in quantum mechanics, he derived a long-range attractive potential of the form −1/R6 between two widely separated atoms. Since individual atoms are non-polar, meaning their average dipole moments are zero, this interaction arises from fluctuations in the instantaneous electric dipole moments of the two atoms.
Subsequently, Fritz London conducted a more systematic study of the interaction potential between non-polar molecules. In later literature and textbooks, this result is commonly referred to as the London dispersion force. London’s work indeed contains more extensive physical contents, but its core conclusion—the long-range behavior of the van der Waals potential—is consistent with Wang’s result. Wang’s work was published in Physikalische Zeitschrift, 28, 663 (1927), while London’s work appeared in Zeitschrift fur Physik, 60, 491 (1930). Wang’s publication was clearly earlier, and London cited Wang’s work. Hence, it would be appropriate to refer to this effect jointly as the “Wang-London force.”
For quantum chemistry, Wang’s 1927 paper is one of the important early works in this direction. However, Wang’s research on the van der Waals attraction is not widely known in the academic community. For example, it was not included in the collection of classic papers, Quantum Chemistry—Classic Scientific Papers, edited by H. Hettema.
The original German text of Wang’s article is not easy to find. I would like to thank my former student, Shenglong Xu (now an assistant professor at Texas A&M University), who helped me find an electronic version. I do not understand German and inquired with many people about an English translation of this article, but none could be found. The lack of an easily accessible English translation may be one reason why this work is not well-known.
To facilitate reading, I used Google Translate to translate Wang’s article into English. I also thank Professor Honghao Tu of Ludwig-Maximilians-Universit¨at M¨unchen, who proofread the translated draft and provided many valuable suggestions. During the translation and review process, some typographical errors in the original German text were identified and marked with translator’s and reviewer’s notes.
On the centennial of the establishment of quantum mechanics, we believe it is meaningful to translate this classic paper by Shou Chin Wang into English.
