物理学进展

Select

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。

相关文章 | 多维度评价

Select

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（1811）

PDF （58451KB）（1882）

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。

相关文章 | 多维度评价

Select

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。

相关文章 | 多维度评价

Select

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。

相关文章 | 多维度评价

Select

过渡金属硫族化合物二阶非线性光学效应的调控及应用

吴慧, 秦春博, 张春峰

物理学进展 2023, 43 (3): 84-95. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.03.003

摘要（776）

PDF （5051KB）（1022）

二阶非线性光学效应源于电子势函数的非谐性，可实现激光的频率转换，被广泛应用于基础科学研究和现代激光技术。单层过渡金属硫族化合物具有极大的二阶非线性系数，作为基础单元实现高效的非线性光学响应潜力巨大。如何保持单层材料的极大非线性系数，扩展材料厚度及响应频段，提升非线性响应，是重要挑战。本文主要介绍了基于单层过渡金属硫族化合物的二阶非线性光学效应的调控，包括单层过渡金属硫族化合物的频率依赖及不同对称性相的多层堆叠等，并总结了过渡金属硫族化合物非线性光学效应的应用前景。

相关文章 | 多维度评价

Select

基于活性网络模型的细胞组织模拟

李诸钦, 雷群利, 马余强

物理学进展 2023, 43 (2): 41-55. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.02.002

摘要（548）

PDF （9233KB）（985）

在过去的十年中, 由于细胞生物学的进步, 将细胞组织作为活性物质的理论研究已经成为软物质物理学的一个新领域。本文综述了近年来基于细胞组织活性网络（AN）模型的理论进展。在介观尺度上, 细胞组织的非平衡动力学主要由细胞的自我推进和其他非推进活动驱动, 如主动收缩力或细胞张力/体积振荡。自推进细胞的 AN 模型可以再现体内细胞组织的复杂动力学, 如活性/黏附驱动的固液转变、集群和活性湍流。结合细胞张力波动的 AN 模型还可以模拟果蝇胚胎细胞中的体积振荡波, 并预测张力波动驱动的细胞组织固液转变。利用 AN 模型研究细胞组织的结构相变和密度涨落, 加深了我们对这一独特的非平衡软物质系统的认识。

相关文章 | 多维度评价

Select

临界温度高于 110 K 氧化物超导体的种类和特性

童淑云, 蔡传兵

物理学进展 2023, 43 (3): 68-83. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.03.002

摘要（1255）

PDF （4571KB）（966）

氧化物超导体是非常规超导体最重要的表现形式之一，其中铊系、汞系和铜碳系列超导体的超导临界转变温度 (T_c) 都可达到 110 K 及以上，高的超导转变温度和液氮温区较高的不可逆磁场，以及广泛应用潜能备受人们关注。显然，高的超导临界温度使超导应用的冷却介质选择增多，经济实用的冷却剂可望扩大这些高超导转变温度超导体的应用领域和增加长期运行可行性。本文对 110 K 超导临界温度超导材料包括铊系、汞系和铜碳系超导体的发展历程和超导性能进行介绍和总结，并从理论上去分析超导转变温度的影响因素，定性解释高温超导体高 T_c的原因。特别关注分析了它们不可逆场的差异，展望这些高临界温度超导体的可能新型应用。

相关文章 | 多维度评价

Select

二维过渡金属硫族化合物的环境稳定性

周振佳, 徐洁, 高力波

物理学进展 2023, 43 (4): 97-116. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.04.001

摘要（637）

PDF （837KB）（873）

二维过渡金属硫族化合物具有独特、优异的电学和力学性能，已被广泛应用于基础研究以及电子、自旋电子、光电子、能量收集捕获和催化等领域当中。然而，二维过渡金属硫族化合物在苛刻的条件下不稳定，并且在环境中极易降解，这限制了其在大多数领域的应用。在本篇综述中，我们总结了二维过渡金属硫族化合物环境稳定性研究的最新进展，包括最新的生长方法、稳定性的基本机制以及保护二维过渡金属硫族化合物材料免受老化和性能衰退的方法。通过从生长过程中分析影响二维过渡金属硫族化合物稳定性的关键因素，我们对优化生长方法以提高其稳定性进行了回顾。最后，我们展望了生长稳定二维过渡金属硫族化合物的指导方法，这也为制备、设计其他先进功能材料以及相应异质结结构带来可能。

相关文章 | 多维度评价

Select

金属卤化物钙钛矿半导体中的自陷激子

张清凯, 王宇箫, 张春峰

物理学进展 2023, 43 (6): 161-177. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.06.001

摘要（578）

PDF （9908KB）（775）

在极性晶体中，由于强电子–声子耦合，激发的电子–空穴对可以被晶格畸变产生的形变势场所俘获，形成自陷激子。金属卤化物钙钛矿半导体作为一种离子晶体已经被证实具有高效的自陷激子发光，成为制备新一代高质量白光光源的理想候选材料。然而，对于金属卤化物钙钛矿中自陷激子发光机制的理解仍然较为匮乏，远远落后于器件方面的发展。为此，本文主要从自陷激子的基础物理角度出发，总结了近年来关于金属卤化物钙钛矿半导体中自陷激子的形成条件、形成机制以及相关激发态动力学的研究进展，并对未来基于该体系中自陷激子机理方面的研究做出展望，从而为该体系中自陷激子的研究提供更加清晰的物理图像。

相关文章 | 多维度评价

Select

基于可拉伸有机晶体管的高性能生理信号传感器

张晨鸿, 陈彦平, 王刚 ∗, 张青红, 李耀刚, 王宏志

物理学进展 2023, 43 (1): 1-9. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.01.001

摘要（821）

PDF （1055KB）（729）

近来，以共轭聚合物为沟道材料的有机电化学晶体管 (OECT) 因其易于制备、具有离子–电子转换能力和生物界面相容性而成为研究热点。然而，已报道的用于 OECT 沟道材料的大多是 p 型共轭聚合物，而基于 n 型共轭聚合物开发的 OECT 则很少，而不平衡的发展阻碍了复杂互补电路的实现。最近被报道的新兴 n 型共轭聚合物半导体 Poly (benzimidazobenzophenanthroline) (BBL) OECT 为解决上述问题提供了一个有效的方案。但 BBL 薄膜本身具有脆性无法拉伸，无法满足柔性器件的使用需求，大大阻碍了其应用及发展。本工作中，我们提出了一种器件可拉伸的 n 型 BBL OECT 器件的制备方法，并验证了其在汗液传感方面的可行性。

相关文章 | 多维度评价

Select

Ru X ₂ ( X=P、As、Sb) 家族化合物中的压力诱导的超导和拓扑相变

陈群, 吴珏霏, 王晓梦, 丁弛, 黄天衡, 鲁清, 孙建

物理学进展 2022, 42 (6): 195-206. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.06.001

摘要（508）

PDF （9142KB）（658）

作为热电材料 FeSb₂ 的姊妹材料，RuSb₂ 被广泛研究，但以前的工作主要集中在与 FeSb₂ 的比较上，尚未对 RuSb₂ 在压力下的性质进行深入研究。在本文中，我们研究了 RuSb₂ 在压力下的性质，并探讨了其与 Ru 的磷族化合物 RuP₂ 和 RuAs₂之间晶体和电子结构的异同。我们用晶体结构搜索方法结合第一性原理计算，发现该族化合物经历了一系列结构相变：（I）RuSb₂： Pnnm → I4/mcm → I4/mmm；(II) RuP₂：Pnnm → I4₁/amd → Cmcm；(III) RuAs₂： Pnnm → P-62m。新发现的五个相在高压下都是热力学和动力学稳定的，并表现出金属性。RuSb₂ 和 RuP₂的四个高压相在泄压到零压后动力学依旧稳定。我们计算得到 RuSb₂ 的 I4/mcm 和 I4/mmm 相以及 RuP₂ 的 I4₁/amd 和 Cmcm 相的超导转变温度在 0 GPa 时分别约为 7.3 K、 10.9 K、13.0 K 和 10.1 K。另外，RuSb₂ 的 I4/mcm 和 I4/mmm 相以及 RuP₂ 的 I4₁/amd 相还具有拓扑非平庸的表面态。我们的研究表明，压力是调节 Ru 的磷族化合物结构、电子和超导性质的有效方法。

相关文章 | 多维度评价

Select

钙钛矿太阳能电池的稳定性因素及封装提升性能

戴加祺, 章东, 吴小山

物理学进展 2024, 44 (1): 19-48. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.01.003

摘要（814）

PDF （5083KB）（615）

钙钛矿太阳能电池作为第三代新概念太阳能电池，具有光电转换效率高、成本低和加工灵活等优点，近年来发展迅速，虽然其光电转换效率逐渐可与硅电池相媲美，已接近工业应用水平，但钙钛矿太阳能电池工业应用核心问题是其稳定性。如何使钙钛矿太阳能电池长期保持高效率是研究人员需要解决的最大问题。目前，封装作为解决钙钛矿太阳能电池外部稳定性问题的手段之一已经被广泛研究，良好的封装不仅可以解决器件的稳定性问题，还可以保证器件的安全性，延长使用寿命。本文简要介绍了影响钙钛矿太阳能电池稳定性的因素及稳定性测试的条件。最后介绍了钙钛矿太阳能电池的不同封装结构、封装工艺和封装材料对封装性能的影响。随着封装研究的不断深入，研究人员将不断优化和解决存在的问题，最终实现钙钛矿太阳能电池的大规模产业化应用。

相关文章 | 多维度评价

Select

强关联电子系统中的热输运测量

承舒凡, 徐豪, 鲍嵩, 温锦生

物理学进展 2022, 42 (6): 207-231. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2022.06.002

摘要（684）

PDF （11873KB）（611）

当考虑电子间的库伦排斥相互作用，以及电荷、自旋和轨道之间的相互耦合时，诸多超越了近自由电子框架的新奇量子态涌现而出，如非常规超导态和量子自旋液体等。对这些新奇物态的认知不仅会拓展现有的知识框架，也有望引发新一轮的量子科技革命。因此，对强关联物理的研究是当下凝聚态物理领域的前沿课题。铜基高温超导体的母体是一种莫特绝缘体，在传统的能带论之下被预言为金属态。然而电子间的强关联行为使得它表现出绝缘体的性质。由于莫特绝缘体中库伦相互作用致使能隙打开并冻结其中的电荷自由度，所以在该体系中难以开展电输运性质的测量研究。作为一种对于元激发（不仅包括电子，还包括磁振子、自旋子等）敏感的探针，热输运测量在强关联电子系统的研究中发挥着重要的作用。本文回顾了近些年在非常规超导、重费米子系统和量子自旋液体研究中一些有趣的纵向热输运性质的研究成果，并与我们近期发表的运用横向热导率测量热霍尔现象的综述文章相互补充。

相关文章 | 多维度评价

Select

空间认知的吸引子动力学

王子群, 王涛, 刘锋

物理学进展 2023, 43 (6): 188-201. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.06.003

摘要（453）

PDF （3411KB）（593）

哺乳动物的导航系统包含多种类型的神经元，负责位置感知和空间路径规划，涉及多信息整合。吸引子动力学理论作为一个能统一解释记忆、决策等复杂认知功能的脑理论，可以解释导航系统中神经元的特异性放电和路径整合机制。本文综述了空间认知领域吸引子动力学的最新研究进展。首先，概要介绍了计算神经科学和吸引子动力学的一般理论。接着，以哺乳动物导航系统的连续吸引子动力学为核心，深入探讨了头朝向细胞和网格细胞的放电动力学特征及其功能意义。在此基础上，对导航系统吸引子理论进行了拓展与展望。

相关文章 | 多维度评价

Select

Cr ₂O ₃ 中反铁磁自旋波的低频拉曼光谱研究

董彪, 崔骏, 田远哲, 吴镝, 张琦

物理学进展 2023, 43 (5): 142-150. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.05.002

摘要（533）

PDF （4272KB）（496）

反铁磁自旋波在高速和低能耗信息处理方面具有很大潜力。然而，在反铁磁体系中激发和检测太赫兹自旋波是具有挑战性的。在本工作中，我们验证了低频拉曼光谱可作为探测反铁磁体系中自旋波的有力工具。我们通过拉曼光谱系统研究了典型的单轴反铁磁体 Cr ₂O ₃ 中的反铁磁自旋波，我们的测量范围低至 2.3 cm ⁻¹（69 GHz）。我们分析了自旋波的塞曼劈裂和自旋翻转相变。我们进一步通过偏振拉曼的方式确定了自旋波能支的角动量符号。我们还得到了 Cr ₂O ₃ 的各向异性能， g 因子和自旋翻转场随温度和磁场变化的函数关系。自旋波重整化理论解释了所有实验观测结果。

相关文章 | 多维度评价

Select

卤化物钙钛矿金属位铋离子掺杂的调控研究进展

黄小芮, 孙悦, 贺圣荣, 邢军

物理学进展 2024, 44 (2): 73-95. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.002

摘要（297）

PDF （8816KB）（456）

高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池目前正从实验室研发向工业生产转型，并在未来全球能源领域展示了其不可估量的应用价值。为了实现高性能的金属卤化物钙钛矿太阳能电池，钙钛矿材料作为有源工作层，其性能的提高和优化过程经过了十几年，并已取得巨大的进步。本文以高性能卤化物钙钛矿中金属位铋离子掺杂的调制研究为重点，系统总结了卤化物钙钛矿薄膜的发展和常规制备工艺。研究表明，三元阳离子钙钛矿可以抑制黄相的形成、改变晶粒尺寸、提高稳定性等特点，成为未来高性能钙钛矿光电器件的首选。文章还对铋离子 (Bi3+) 掺杂钙钛矿体系进行了讨论，研究发现 Bi3+ 的特殊电子结构和无毒化学性质，不仅能够提高钙钛矿的稳定性，还能灵活调控钙钛矿的光电性能，从而实现铋离子掺杂的高性能钙钛矿太阳能电池。结合目前卤化物钙钛矿太阳能电池的研究现状，我们可以预见在未来的器件优化过程中，可以将铋离子掺杂策略与三元混合阳离子钙钛矿相互结合。最后，我们展望了实现高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池的几个潜在研究方向。

相关文章 | 多维度评价

Select

向列型三态超导体中的磁通涡旋态

杨苗苗, 向柯, 王达, 王强华

物理学进展 2023, 43 (5): 131-141. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.05.001

摘要（1055）

PDF （452KB）（386）

在掺杂拓扑绝缘体 CuxBi₂Se₃ 中，向列型三态超导电性的发现引发了人们对指认三态超导中 d-矢量的兴趣，它与能隙函数的反节点方向有关，并且决定了该超导体是否为拓扑。我们对向列型自旋三态 p_x 波超导体的涡旋态性质进行了自洽分析。我们首先推导了 Ginzburg-Landau 理论来确定涡旋和涡旋晶格的形状。我们发现孤立涡旋的空间轮廓沿着反节点方向拉长，涡旋晶格是一个沿 x 方向拉长的形变了的三角晶格，在圆形费米面的特定情况下会变成正方形。最后，我们使用微观的 Bogoliubov-de Gennes 方程自洽计算了孤立涡旋和涡旋晶格的局域态密度。我们发现在隙间低能量下，局域态密度的轮廓始终沿着反节点方向拉长。我们的发现对于实验上探测向列型三态超导体中能隙函数的反节点方向以及进而确定超导态的拓扑性质（如在 CuxBi₂Se₃ 中）具有重要价值。

相关文章 | 多维度评价

Select

压电材料中表面声波的波速测量与调制

王任飞, 刘萧, 吴蒙蒙, 林熙, 刘阳

物理学进展 2024, 44 (3): 103-111. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.03.001

摘要（260）

PDF （4278KB）（362）

三维固体中除了存在人们熟知的体声波传播模式，还存在能量集中在二维界面的表面声波传播模式。我们利用砷化镓衬底的压电和逆压电效应，通过平面叉指实现了射频电磁波和表面声波之间的相互转化，并搭建超外差电路完成了在边长仅 4 mm 的样品上表面声波波速的测量，结果为 (2.9±0.1) km/s。我们还制作了基于压电陶瓷的单轴应力腔，可以对样品施加最大约为 10 ⁻⁴ 的单轴应变，并观测到了应变对表面声波波速的影响。我们还测量了重要半导体砷化镓在应力下的表面声波波速，演示了该波速测量技术原位探测固体内部力学性质的能力。基于平面叉指换能器的波速测量克服了传统的时差法和驻波法对样品宏观尺寸的要求。本文建立的超外差的测量方法代替了使用商用矢量网络分析仪测量表面声波波速，为以后推广到低功率输入、高相位稳定度的应用场景提供了可能。由于测量装置也可以被用于固体物理相关的前沿实验教学，工作提供了表面声波器件和自制应力腔的细节参数和制作过程。

相关文章 | 多维度评价

Select

黑磷中基于热驱动金属扩散诱导的相变

曹天俊, 单俊杰, 王刚, 林君浩, 梁世军, 缪峰

物理学进展 2024, 44 (1): 1-8. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.01.001

摘要（370）

PDF （6736KB）（357）

二维 (2D) 材料具有原子级平整、可范德华堆叠集成的性质，同时蕴含了丰富的物理现象与优异的电学性质，对其相变行为的研究一直是凝聚态物理与材料科学领域的前沿。本研究中，我们在黑磷 (BP) 中首次实现了基于热驱动金属扩散诱导的阶段式可控相变。通过对 BP-In 界面的热退火处理，我们观察到了从 BP 纯相到 BP/InP 混合相，再到 InP 纯相的阶段式相变现象。利用透射电子显微与拉曼光谱等表征技术，我们对诱导相变产生的机制进行了深入剖析，揭示了 BP-In 中热驱动的金属扩散行为是诱导相变发生的主要原因。通过对热驱动中影响能量供给的两个自由度 (温度与时间) 的精准调控，得到了阶段式相变过程中两个关键的阈值温度 (相变启动与实现纯相转变) 分别为 300 与 350 °C。本研究为 2D 材料体系中相变工程相关的研究提供了新的思路，也为拓展 BP 在电子学与光电子学器件中的应用提供了更多的可能性。

相关文章 | 多维度评价

Select

转角双层石墨烯中的势杂质效应

刘泽众, 王达

物理学进展 2023, 43 (5): 151-160. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.05.003

摘要（306）

PDF （5362KB）（353）

近年来，平带在转角双层石墨烯（TBG）中的发现引起了越来越多的关注。在这项工作中，我们报告了我们对这个平带系统中杂质效应的研究，这对于真实材料来说是一个重要问题。通过采用 Lanczos 递归方法，我们求解了杂质附近的局域态密度（LDOS）。我们发现，对于大尺寸的杂质，一系列束缚态在杂质内部形成，LDOS 中平带所对应的峰在杂质边界附近被压制，而在杂质内部由于杂质势的作用而发生平移。随着杂质尺寸变小，其对平带的影响变弱，这符合其大尺寸 Wannier 函数的预期。这个特性与通常具有小尺寸局域 Wannier 轨道的平带系统有所不同，表明 TBG 中的平带对小尺寸杂质更加稳定。

相关文章 | 多维度评价

全文下载排行