物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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2019,68 (22)

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2019,68 (22) 
      从凝聚态物理中的电子到经典物理系统中的光波和声波,按意愿对粒子和波的传输进行调控,一直是人们孜孜不倦探索和追寻的目标,其导致了现代半导体和光电子、电声等信息产业的诞生和蓬勃发展.然而在传统材料中,由于存在着难以避免的缺陷和杂质,以及由于加工制造过程引入的粗糙度等,使得粒子与波在传输过程中产生大量的散射和损耗,从而引入了大量的噪声和提高了功耗,极大地制约了相关技术的应用与发展.因而,如何减小粒子和波在传输过程中(特别是长程传输过程中)的散射和损耗成为当前相关信息领域研究的一项重大挑战.
      全新的材料也带来了新的研究问题.尽管钙钛矿材料的光电性能优异、进展迅速,人们发现这类材料目前并不是完美的.钙钛矿材料的稳定性问题给领域内研究者带来了新的挑战;铅元素毒性问题的解决也依赖于研究者在非铅钙钛矿领域的突破;蓝光钙钛矿LED较差的性能也给实现全彩钙钛矿显示的愿景蒙上了阴影.此外,钙钛矿中的多种物理机制目前仍不明确,处于激烈的争论当中.种种问题都有待于领域内研究者的充分探讨.
      拓扑材料的出现,则为克服这一挑战提供了巨大的机遇.从上世纪八十年代开始,在凝聚态领域中,人们发现一类新奇的物质相变过程,诸如KT相变和量子霍尔效应,其并不满足刻画经典相变现象的对称性自发破缺理论,甚至没有局域的序参量.事实证明,这些特殊的物质相变可以从量子态的拓扑结构出发去解释.对这类相变的研究和探索,促使了拓扑物理和拓扑材料的诞生和发展.拓扑物理作为凝聚态领域一个新兴的研究方向,其不仅在理论上具有诸如体边对应关系,维度层级现象和手征反常等深刻的物理内涵,而且存在着受拓扑保护的、无损耗和能够克服缺陷散射的边界传播态以及新奇的体输运现象.这些新的物理效应,为人们设计和实现突破传统技术极限的颠覆性材料打下了深刻的科学基础,从而在光、声、电等领域有着重大应用前景.在电子材料方面,具有带隙的拓扑绝缘体能够实现对缺陷免疫的电荷和自旋流;而拓扑超导体中存在的受拓扑保护的马约拉纳零能模式则是实现拓扑量子计算的基础.在光子晶体、声子晶体等人工带隙材料中,拓扑物理也促使了诸如单向传播光、声波导,自旋选择的能量分束器,光、声隔离器,拓扑激光,拓扑路由器等新型器件的设计和发明.相比于电子材料,人工带隙材料由于其能带结构不受费米能级的约束,加之其灵活多变的结构可调可控性、高精度的材料加工工艺以及宏观精细测量的优越性等,从而成为实验观测和实际应用拓扑物理的理想平台,吸引着人们的广泛关注.
      当前,在拓扑物理领域的研究中,国际竞争异常激烈,国内学者也在其中占据一席之地.为了帮助读者们迅速和系统地了解这一领域的前沿发展,《物理学报》组织了这期有关拓扑物理前沿与应用的专题,邀请了部分国内活跃在这一领域的专家学者,从电子材料、光子晶体、声子晶体、等离激元、电路系统等材料平台到理论、实验和测量手段等诸多方面,以不同的视角综合叙述了这一领域的研究现状、前沿进展、关键问题和未来展望.希望本专题的文章能够为国内拓扑物理领域研究的学术交流做一些微薄的贡献,进一步促进该研究领域的发展.

  (客座编辑:南京大学 卢明辉;上海交通大学 贾金锋;南京大学 万贤纲;中国科学院物理研究所 钱天;清华大学 汪忠;四川大学 李志强;南方科技大学 卢海舟;北京大学 韩伟))

 



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      2019 年是世界著名物理学家、中国固体和半导体物理学奠基人之一, 黄昆先生诞辰100 周年. 黄昆先生不仅在固体物理领域取得了卓越的成就, 而且更重要的是,他花费了大量的精力为我国培养了大批半导体科技人才. 1956 年3 月, 我国集中了全国600 多位科学家,制定了12 年科学技术发展规划, 提出了“发展计算技术、半导体技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的紧急措施方案”. 同年暑假, 我国创办了第一个五校联合半导体专业, 黄昆先生任半导体教研室主任, 谢希德先生任副主任, 从此开启了我国自主培养半导体科技人才的新纪元. 经过了60 多年的发展, 我国半导体学科, 包括半导体材料、物理和器件等方面都取得了巨大的进步. 为纪念黄昆先生, 2019 年9 月1—3 日, 中国科学院半导体研究所、北京大学、中国物理学会和九三学社在北京西郊宾馆联合举办“纪念黄昆先生诞辰100 周年暨半导体学科发展研讨会”, 本刊特邀请部分与会专家撰写了半导体材料、物理和器件等领域的研究论文和综述文章, 组成专题. 本专题包括1 篇研究论文和10 篇综述文章, 分别来自中国科学院上海微系统研究所、长春光机所、半导体研究所、物理研究所和浙江大学、电子科技大学、南昌大学、东北师范大学、香港大学等单位的科研团队, 介绍了国内外半导体学科相关领域的最新进展和发展方向, 希望本专题的出版可以为我国半导体学科的学术交流和发展做一些贡献, 并以此来纪念黄昆先生百年诞辰.



2019,68 (15) 
      钙钛矿原指自然界存在的一种陶瓷氧化物矿石,它们具有类似钛酸钙(CaTiO3)的ABX3三维晶体结构。这种矿石最早是由古斯塔夫·罗斯(Gustav Rose)于1839年在俄罗斯的乌拉尔山脉发现,并以俄罗斯矿物学家列夫·博罗夫斯基(Lev Perovski)的名字命名。金属卤化物钙钛矿是指具有这种ABX3钙钛矿型晶体结构的一类半导体光电材料,通常A位置为甲胺(CH3NH3+)等有机阳离子,B位置为铅(Pb2+)、锡(Sn2+)等二价金属阳离子,X位置为溴(Br-)、碘(I-)等卤素阴离子。若忽略早期的零星报道,钙钛矿成为明星光电材料仅仅是近几年的事情。2009年,日本桐荫横滨大学的宫坂力(Tsutomu Miyasaka)教授将钙钛矿应用于染料敏化太阳能电池中,获得了良好效果,自此开启了钙钛矿光电材料的研究热潮。人们发现金属卤化物钙钛矿是一类近乎全能的光电材料,其在光伏、发光、光探测、激光等一系列光电器件中,都表现出优异的性能。除此之外,这类材料在自旋电子学领域也表现出巨大的应用潜质。
      全新的材料也带来了新的研究问题。尽管钙钛矿材料的光电性能优异、进展迅速,人们发现这类材料目前并不是完美的。钙钛矿材料的稳定性问题给领域内研究者带来了新的挑战;铅元素毒性问题的解决也依赖于研究者在非铅钙钛矿领域的突破;蓝光钙钛矿LED较差的性能也给实现全彩钙钛矿显示的愿景蒙上了阴影。此外,钙钛矿中的多种物理机制目前仍不明确,处于激烈的争论当中。种种问题都有待于领域内研究者的充分探讨。
      为了帮助读者系统了解钙钛矿光电领域的最新进展,推动钙钛矿光电器件与物理研究的进一步深入,也鉴于该领域关键问题研究的挑战性与紧迫性,《物理学报》特组织“钙钛矿光电器件与物理”专题,邀请了国内若干活跃在该领域前沿的中青年专家撰稿,合成这样一期以短篇综述为主的专辑,多角度介绍该领域已经取得的部分成果以及最新进展。本专辑在研究内容上涉及钙钛矿材料光电特性与稳定性、钙钛矿光伏与发光器件、钙钛矿中的离子迁移、钙钛矿自旋电子学以及非铅钙钛矿等多个热门研究课题,以不同的视角综述介绍最新进展、问题、现状和展望。除了短篇综述外,还有若干研究论文。希望本专题的文章能够为国内钙钛矿光电领域研究的学术交流做些许贡献,进一步促进此研究领域的快速发展。

   (客座编辑: 南京工业大学 王建浦)

 



2019,68 (14) 
      光学是现代科学和技术的基础:现代科学的两大支柱量子力学和相对论是建立在对黑体辐射、光电效应和光速不变性等的深刻理解基础之上的;光通讯、显示、存储和计算等光信息技术, 光伏和LED等光能源技术, 激光诊断和治疗等光医疗技术, 以及激光加工和制造技术等先进光学技术的发展, 极大地推动了人类社会的进步. 随着纳米科学和光学器件小型化的发展, 光学进入了微纳时代. 比如紫外到可见光的波长范围大约在100—760 nm, 微纳尺度的研究对象是小于光波长的, 这就需要研究突破光的衍射极限的新现象、新物理和新技术. 表面等离激元是金属表面自由电子的集体振荡, 是固体中的一种元激发, 具有准粒子特性, 具有奇特的光学性质和强烈的共振效应, 能够把光束缚在纳米结构表面, 从而克服光的衍射极限. 表面等离激元的光学特性取决于形态各异的纳米结构, 有着丰富的物理和广阔的应用前景, 是纳米光学研究的重要基础, 对相关现象的研究迅速发展成一门新兴的学科——等离激元光子学.
      等离激元光子学是一门高度交叉的前沿科学, 涉及光学、凝聚态物理、化学、生命科学、材料科学等众多科学门类, 也孕育了众多极具广泛应用前景的技术, 如具有单分子灵敏度的超灵敏光谱检测、等离激元光催化、超构材料/超构表面成像及隐身技术等, 有望为信息、生物、能源等领域带来众多突破性的变革. 为了帮助读者系统了解等离激元光子学领域的最新进展, 推动对等离激元增强光与物质相互作用研究的进一步深入, 本刊特组织“等离激元增强光与物质相互作用”专题, 邀请部分活跃在本领域前沿方向的专家, 从等离激元的激发、耦合、传播、弛豫、调控、与物质相互作用等基础研究方面, 以及光波导、光催化、光镊、增强光谱、人工超构材料等应用研究方面, 综述最新的进展、问题、现状和展望. 希望这个专题能够为国内等离激元光子学领域的学术交流做一些贡献, 推动这一新兴领域向更高水平发展, 与更多学科进行更广泛的交叉, 并推动部分技术的推广应用.

   (客座编辑: 武汉大学 徐红星)




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2019,68 (7) 


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