物理学进展

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正反重强子对构成的强子分子态能谱

董相坤, 郭奉坤, 邹冰松

物理学进展 2021, 41 (2): 65-93. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.02.001

摘要（755）

PDF （1088KB）（5155）

近二十年来，世界上众多高能物理实验发现了大量超出传统夸克模型的共振结构。为了理解这些性质奇特的共振结构，科学家们提出了很多方法和模型。其中，因为实验上发现的这些奇特态大多处在一对强子阈值附近，强子分子态的观点得到了很多关注。本文我们将以粲{反粲强子对为例来探究哪些系统可以形成分子态，进而给出粲{反粲强子分子态的能谱。我们考虑了所有由 S 波粲介子、粲重子以及窄的 P 波粲介子构成的粲{反粲强子对。我们假定它们之间的相互作用由介子交换主导，在最低阶近似下可简化为常数。通过求解常数相互作用的 Bethe---Salpeter 方程，我们可以找到振幅的极点进而确定该系统分子态的质量。最终我们发现，那些通过轻矢量介子交换在阈值附近产生吸引力的系统，会存在一个靠近阈值的极点。不同的系统，由于其相互作用强度不同，极点可能会处于能量复平面的第一黎曼面或者第二黎曼面，分别对应于束缚态或者虚态。我们总共发现了 229 个强子分子态。很多实验上发现的那些位于粲---反粲强子对阈值附近的共振结构可以很好地与我们的结果吻合。另外，我们需要强调所预言的一个 ΛcΛc 分子态，这个态可以很好地解释北京正负电子谱仪 (BESIII) 上测量的数据。

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固体物理学发展简史

石锋, 韩秀君, 张灵翠, 徐越, 张川江

物理学进展 2021, 41 (4): 170-187. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.04.002

摘要（2385）

PDF （446KB）（4831）

固体物理学研究多体问题，是物理学的重要分支，涉及面极其广泛，也是包括材料科学等在内的多个技术学科的基础。本文论述了固体物理学的发展简史，包括初期发展史、对热性质研究、魏德曼–弗兰兹定律、晶体微观几何结构的研究历程、自由电子气体模型、固体能带论、对固体磁性的研究、信息时代、中国固体物理学的发展、固体物理学教材等多个部分，简述了固体物理学发展中的大事件和具有较大影响力的科学家及其贡献。

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光催化二氧化碳还原研究进展

唐兰勤, 贾茵, 朱志尚, 吴聪萍, 周勇, 邹志刚

物理学进展 2021, 41 (6): 254-263. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.06.002

摘要（2892）

PDF （3681KB）（4313）

21 世纪以来，随着CO₂ 为主的温室气体排放量不断增加，寻求新型能源来构建低碳型社会的诉求越来越迫切。其中以太阳能驱动转化CO₂ 为碳氢燃料的技术，可将CO2 转化成甲烷、甲醇、甲酸或C₂₊等高附加值的碳氢燃料，是实现全球碳平衡的有效途径之一，具有巨大潜力。半导体材料是决定光催化还原CO₂ 过程进行的重要因素之一，因此探索和开发高效光催化功能材料是当今研究的主要方向。本文综述了近几年来作者课题组在光催化还原CO₂ 为碳氢燃料方面的重要研究进展，主要涉及TiO₂ 基系列光催化材料，V、W、Ge、Ga、C₃N₄ 基等系列光催化材料的结构组分调控。

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拓扑绝缘体/超导体异质结中的近邻效应

贺家电, 丁逸凡, 滕博伦, 董鹏, 李逸飞, 张忆文, 吴越珅, 王靖珲, 周翔, 王志, 李军

物理学进展 2021, 41 (3): 113-135. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.03.001

摘要（1979）

PDF （9251KB）（2852）

拓扑超导体自身具有对量子退相干天然的免疫性以及可编织性，这使得它在现代量子计算领域中受到了越来越多的重视，并且成为了下一代计算技术中最有希望的候选者之一。由于拓扑超导态在固有拓扑超导体中相当罕见，因此，当前大部分实验上的工作主要集中在由 s 波超导体与拓扑绝缘体之间通过近邻效应所诱导的拓扑超导体上。本论文中，我们回顾了基于拓扑绝缘体/超导体异质结的拓扑超导体的研究进展。在理论上，Fu 和 Kane 提出，通过近邻效应将 s 波超导体的能隙引入到拓扑绝缘体，可以诱导出拓扑超导电性。在实验上，我们也回顾了一些不同体系中的拓扑超导近邻效应的研究进展。文章的第一部分，我们介绍了一些异质结，包括：三维拓扑绝缘体 Bi₂Se₃和 Bi₂Se₃ 与 s 波超导体NbSe₂ 以及 d 波超导体 Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ 的异质结，拓扑绝缘体 Sn_1−xPb_xTe 与 Pb 的异质结，二维拓扑绝缘体 WTe₂与NbSe₂ 的异质结。此外，还介绍了 TiBiSe₂ 在 Pb 上的拓扑绝缘近邻效应。另一部分中，我们对基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结进行了回顾，包括著名的基于 Fu-Kane 体系的拓扑绝缘体约瑟夫森结，以及基于约瑟夫森结的超导量子干涉器件。

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光子自旋霍尔效应及其在物性参数测量中的应用

刘硕卿, 陈世祯, 罗海陆

物理学进展 2022, 42 (2): 35-53. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.02.001

摘要（1841）

PDF （8674KB）（2653）

光子自旋霍尔效应是指光束在非均匀介质中传输时，自旋角动量相反的光子在垂直于入射面的方向发生的横向自旋相关分裂。光子自旋霍尔效应可以和电子自旋霍尔效应作类比：自旋光子扮演自旋电子的角色，折射率梯度扮演外场的角色。光子自旋霍尔效应源于光的自旋-轨道相互作用，和两类几何相位有关：一类是动量空间的自旋重定向Rytov-Vlasimirskii-Berry 相位；另一类是斯托克斯参数空间的Pancharatnam-Berry 相位。光子自旋霍尔效应对物性参数非常敏感，结合量子弱测量技术，在物性参数测量、光学传感等领域具有重要的应用前景。本文将简单分析光子自旋霍尔效应的物理根源，回顾近几年不同物理系统中光子自旋霍尔效应的研究进展，介绍光子自旋霍尔效应在物性参数测量中的应用。最后，展望其在光学模拟运算、显微成像、量子成像等领域的可能发展方向。

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室内光伏的应用前景与挑战

杨文樊, 李萌, 王照奎

物理学进展 2020, 40 (6): 175-187. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2020.06.001

摘要（1585）

PDF （3237KB）（1979）

社会的发展离不开能源的发现与创造，光伏能源的多形式运用在能源领域大放异彩，室内光伏器件逐渐成为大家所关注的热点。室内光伏IPV (Indoor photovoltaics) 作为低照度条件下的电源，可以满足低功率电子器件的工作要求。本文主要比较了基于硅、染料、III-V 族半导体、有机化合物和卤化物钙钛矿这些不同类型的IPV 器件。得益于卤化物钙钛矿活性层具有优异的光物理特性，钙钛矿光伏具有成为高性能室内光伏器件的潜力。与此同时也讨论了室内光伏的局限性。最后，提出了制备生产高效率、无毒、稳定的钙钛矿室内光伏器件的解决方案以及未来应用展望。

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规范场与纤维丛：它的内容，方法和意义

赵松年, 路博, 陈肯, 黄旭

物理学进展 2023, 43 (1): 10-24. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.01.002

摘要（1301）

PDF （708KB）（1913）

从本质上讲，规范场是物理学中 (量子场论，基本粒子理论) 重要的研究领域 (1979 年、 1999 年和 2004 年共有六位物理学家获得诺贝尔奖，他们的研究工作直接或间接与规范场有关)，而纤维丛则是数学中 (微分几何、群论、李代数) 的热门课题 (1986 年唐纳森因研究纤维丛获得菲尔茨奖)。近年来，对杨–米尔斯方程、纤维丛和规范场的研究正在深入开展，因此，本文着重从物理概念出发，分别论述规范场在量子场论中，纤维丛在微分几何中相关概念的形成、发展，以及与杨–米尔斯方程之间的关系，特别是从电磁场、弱力和强力的统一方面，显示了规范场的重要性和深远意义，为了使更多的相关专业读者能在这一重要的领域中迅速获得必要的专业知识，产生探索和创新的热情，在综述中对阿贝尔规范场到非阿贝尔规范场，以及对称性自发破缺的基本概念和处理方法，进行了详细的论述，特别是初步探讨了杨–米尔斯方程的空间属性，目的是希望能更好地将规范场、纤维丛这二者与杨–米尔斯方程联系起来，加深对纤维丛的联络在更深层次的了解，由于这类问题是一个有意义的研究方向，值得有志者去深入探索。

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能带反折叠方法研究进展

陈家鑫, 陈明星

物理学进展 2023, 43 (2): 25-40. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.02.001

摘要（1809）

PDF （58451KB）（1880）

基于密度泛函理论的第一性原理方法已经成为人们研究材料结构、性质以及进行新功能材料设计的重要手段。对于掺杂和界面体系，人们常常需要使用超胞来描述。超胞的使用导致能带折叠，从而掩盖能带结构的重要特征，为人们分析掺杂和界面效应对材料能带结构的影响带来困难。本文概述了超胞导致的能带折叠现象，重点介绍了基于平面波和原子轨道的能带反折叠方法、声子能带反折叠方法及相关计算工具，给出了该方法在掺杂和界面体系电子、声子能带结构方面应用的例子，并对该方法进行了展望。

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高压下氢基超导体的研究进展

杜明阳, 张子涵, 段德芳, 崔田

物理学进展 2022, 42 (5): 184-192. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.05.002

摘要（783）

PDF （3042KB）（1804）

实现室温超导一直是人们长期追寻的梦想，寻找和合成出具有室温超导性的新材料已成为凝聚态物理学家和材料物理学家的“圣杯”。近年来，随着理论和实验相继发现超导临界温度高于 200 K 的 H₃S 和 LaH₁₀，氢基超导体已逐渐成为实现室温超导的最佳候选，成为物理学、材料科学等多学科研究的热点领域之一。在本文中，我们将概述超导材料的发展历史和几种典型超导材料，重点介绍当前高压下氢基超导体的研究进展及面临的挑战，详细讨论中低压力范围氢基高温超导体的设计思路，展望氢基超导体在低压甚至常压下实现高温乃至室温的可能性。

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超冷原子中拓扑超流的发展现状

冯鉴, 张伟伟, 林良伟, 蔡启鹏, 张义财, 刘超飞

物理学进展 2022, 42 (3): 67-95. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.03.001

摘要（622）

PDF （1246KB）（1598）

拓扑超流态是一种奇异物质态，它的内部受能隙保护，而在其系统边缘却可以容纳无能隙的Majorana 费米子。由于该粒子满足非阿贝尔统计，并且受拓扑保护具有良好的稳定性，用它们携带量子化的信息，可以用于拓扑量子计算的研究。近年来，理论工作预测了各类系统中可能存在的拓扑超流态。我们首先介绍了在各类光晶格模型中的拓扑超流, 光晶格的超冷原子具有良好的可控性与普适性，是实现拓扑超流的理想模型系统。接下来我们介绍了自旋轨道耦合调控下的拓扑超流，自旋轨道耦合效应是诱导拓扑相的重要条件，并且人们已经在实验上合成了人工自旋轨道耦合，这为实验上观测拓扑超流取得了突破性的进展。随着近年来实验技术的提高，曾经难以在实验中观测的，被人们所忽略的拓扑Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) 超流相也成为了人们研究的热点，因此我们接下来介绍了拓扑的FFLO 超流。此外，我们还介绍了拓扑超流其他方面的进展，包括孤子引诱的拓扑超流、三组分的拓扑超流、大陈数的拓扑超流以及拓扑超流临界温度的提高。在实验中，如何检测与实现拓扑超流，是其研究的目的及意义所在，因此我们在文章的最后介绍了拓扑超流的识别与实现。

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采用双核模型研究超重核合成机制

王艺澎, 郭树青, 包小军, 邓军刚, 张鸿飞

物理学进展 2021, 41 (4): 157-169. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.04.001

摘要（655）

PDF （1138KB）（1398）

本文首先介绍了两种描述低能重离子核反应的理论，然后基于这些理论发展了一个描述超重核合成的理论模型，即双核模型(dinuclear system model)。不同于Adamian 的处理，本文的模型采用数值求解主方程的方法来描述重离子的熔合过程，重点讨论了熔合过程中主方程的发展演化，选择一维至三维不同的宏观自由度说明重离子熔合机制，为今后进一步发展模型与预言新核素提供理论依据。

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拓扑近藤绝缘体SmB ₆中的奇异电子性质

赵淦, 张明远, 王佳敏, 张旺, 苗霖

物理学进展 2021, 41 (6): 231-. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.06.001

摘要（852）

PDF （9363KB）（1389）

拓扑近藤绝缘体是一种本征的强关联拓扑电子体系，其体能隙来源于近藤关联效应。自2010年拓扑近藤绝缘体的理论概念被提出后，六硼化钐(SmB₆) 作为第一种被预测为拓扑近藤绝缘体的材料在这十多年中被多种实验手段反复研究验证，被广泛接受认为是第一种拓扑近藤绝缘体。在这篇综述中，我们回顾了关于SmB₆ 的一些重要实验结果，比如电输运测量，角分辨光电子能谱(ARPES), 表面形貌分析(STM) 等，并论述了如何通过这些关键的实验证据证实SmB₆ 的拓扑近藤绝缘物相。同时，我们也展示了SmB6 这一关联电子体系的其他奇异物性，包括中间价态在表面和体内的分离现象，以及量子振荡发现的体振荡信号等等。这些性质表明我们对SmB₆ 这一材料的理解仍然不充分，其中还有更为丰富的物理值得挖掘。

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二维钙钛矿太阳能电池光电流成像研究

赵晓霞, 田文明, 孙中皋, 金盛烨

物理学进展 2022, 42 (2): 54-60. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.02.002

摘要（817）

PDF （751KB）（1366）

深入了解钙钛矿太阳能电池中微纳空间形貌特征、光电特性与光伏参数之间的关系，对于指导高效钙钛矿太阳能电池器件的构建至关重要。本文通过将时间分辨共聚焦荧光显微镜与光电流检测模块相结合，实现了二维（2D）层状钙钛矿太阳能电池在实际工作条件下微纳空间的光电流、荧光强度和荧光寿命成像检测。发现在钙钛矿多晶膜中同一个晶粒的不同区域，光电流与荧光强度和荧光寿命成像之间存在明显的负相关性，在微纳空间尺度上建立了光伏参数与材料光电性质和形貌之间的相互关联，为钙钛矿太阳能电池的性能优化提供了理论指导。

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Ce 基重费米子材料的电子态研究与维度调控

吴毅, 李鹏, 吴中正, 方圆, 刘洋

物理学进展 2022, 42 (3): 96-120. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.03.002

摘要（640）

PDF （2002KB）（1335）

重费米子材料作为一类典型的强关联电子体系，蕴含着非常规超导、奇异金属、量子临界、磁有序、重电子态、关联拓扑态等新奇的量子态，而4f 电子在其中扮演着重要的作用。随着高分辨角分辨光电子能谱和薄膜生长技术的发展，精确探测重费米子材料中4f 电子在能量/动量空间的色散和谱权重成为了可能，这为从微观上理解这类材料中的电子关联效应和新奇量子现象提供了重要的基础。本论文总结了几个典型的重费米子单晶和薄膜体系的电子态研究，包括Ce-115 体系、CeCu ₂Si ₂、CeRh ₆Ge ₄ 以及单晶 Ce 膜等。这些结果为理解重费米子体系中重电子态的形成和温度演化、近藤杂化的能带/动量依赖、重电子能带与超导的关系、近藤效应与磁性和其它量子态的竞争、4f 电子的维度调控等重要物理问题提供了谱学证据。

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MAX 相陶瓷的结构、制备及物理性能研究

田莉, 付超, 李月明, 范晓星, 王恩哥, 赵国瑞

物理学进展 2021, 41 (1): 39-61. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.01.002

摘要（2106）

PDF （26993KB）（1246）

MAX 相陶瓷因具有独特的 MX 片层与A 片层交替堆叠的晶体结构，使其兼具金属和陶瓷的优良特性，如良好的导热导电性、可加工性，同时具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性以及耐摩擦磨损等性能，具有非常广泛的应用前景。本文首先介绍了 MAX 相陶瓷材料的种类与晶体结构，并简述了近几年新发现的 MAX 相陶瓷材料以及制备手段的发展动态。之后从 MAX 相物理性能的角度出发，重点综述了几种典型 MAX 相陶瓷材料的弹性性能、电学性能、热学性能、磁性能以及抗辐照性能的研究进展。此外，进一步介绍了MAX 相的二维衍生物 MXene 的衍生过程、超导性以及其在电化学储能、催化领域的研究进展。最后，本文从探索 MAX 相材料新结构的多样性、MAX 相物理性能及相关理论计算、MXene 二维材料以及相应的制备、表征和应用等方面，展望了 MAX 相陶瓷材料的潜在研究方向及应用前景，为 MAX 相和 MXene 材料的深入研究提供了新的思路。

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粒子物理中量子纠缠的历史起源

施郁

物理学进展 2023, 43 (3): 57-67. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.03.001

摘要（1198）

PDF （1284KB）（1242）

本文系统深入地梳理了粒子物理中量子纠缠的历史起源。1957 年，玻姆和阿哈诺罗夫指出，1949 年吴健雄和萨克诺夫的实验实现了爱因斯坦–波多尔斯基–罗森关联。事实上，这是历史上第一次在实验中明确实现空间分离的量子纠缠。惠勒最早建议这个实验，作为对量子电动力学的检验，但是计算有误，正确的理论计算来自沃德和普赖斯，以及斯奈德、帕斯特纳克和奥恩博斯特尔，也符合杨振宁 1949 年的选择定则。1964 年贝尔不等式发表后，人们考虑，它是否可以通过吴–萨克诺夫实验检验。这推动了该领域的发展，吴健雄小组也做了新的实验。1957 年，李政道、厄梅和杨振宁确立了 K 介子的量子力学形式，并发现中性 K 介子是一个双态系统。 1958 年，基于与杨振宁 1949 年选择定则类似的方法，戈德哈贝尔、李政道和杨振宁最早写下 K 介子对的纠缠态，其中单个 K 介子可以带电，也可以电中性。这首次给出光子以外的高能粒子的内部自由度纠缠。1960 年，作为没有发表的工作，李政道和杨振宁又讨论了中性 K 介子对的纠缠态。本文也顺便介绍了几位物理学家，特别是沃德。

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自旋霍尔纳米振荡器的非线性动力学及其应用

刘荣华, 李丽媛, 陈丽娜, 周恺元, 都有为

物理学进展 2020, 40 (6): 189-210. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2020.06.003

摘要（1158）

PDF （3549KB）（1203）

自旋霍尔纳米振荡器利用电流产生的自旋轨道力矩驱动磁性薄膜中磁矩进行高频进动，能在微纳尺度下实现全电学调控的相干自旋波和微波信号，是一类新型的纳米自旋电子学器件，在信息存储、处理和通信方面具有广泛的应用前景。基于强自旋轨道矩效应，人们近期在各类铁磁/非磁重金属构成的双层薄膜结构中，已实现了多种不同自旋波模式的电学激发和调控，并对其复杂的非线性动力学特性进行了深入的探究。基于这些前期的研究结果与最新的进展，我们在本综述中对“对三角”结构的纳米间隙型、“蝴蝶结”型、纳米线型、垂直纳米点接触型以及阵列等具有各类器件结构的自旋霍尔纳米振荡器所体现出来的丰富非线性动力学特性进行了详细讨论与归纳，并对其在新型低能耗量子磁振子自旋器件和非冯诺依曼架构的自旋型人工神经网络计算方面的潜在应用也进行了探讨。

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游走于边缘---铁电金属

刘俊明

物理学进展 2021, 41 (4): 188-197. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.04.003

摘要（606）

PDF （4466KB）（1191）

铁电畴壁

君问江山美若何

良金铁电各蹉跎

曾经几世无相见

此共登场唱牧歌

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畴壁深深是我家

刘俊明

物理学进展 2021, 41 (5): 221-229. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.05.003

摘要（509）

PDF （6185KB）（1181）

铁电畴壁

铁性相生铁性畴

同船共梦未强求

闲来忽有新花样

峭壁幽深可放舟

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回音壁激光的单模式调控方法研究进展

刘硕, 王宇琛, 王秀华, 侯睿

物理学进展 2023, 43 (4): 117-130. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.04.002

摘要（529）

PDF （483KB）（1100）

回音壁模式微腔因模式体积小、超高 Q 值和低阈值的优点得到了广泛的关注，但是在旋转对称的回音壁微腔中会产生多纵模激光辐射，并且辐射的方向性较差，在实际应用中受到限制，寻求有效方法实现回音壁激光的单模辐射是微腔激光器走向实际应用的关键问题。本综述重点阐述了近年来回音壁激光单模调控的几种方法，包括减小腔体尺寸、外加选模结构、基于游标效应、基于宇称时间对称性破缺、变形微腔等，并对单模回音壁激光的发展前景进行了展望。通过本综述以期为相关领域研究人员提供参考，深入理解回音壁激光单模调控的物理机理。

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