物理学的定义及内涵第一

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,物理学定义及其学科战略地位,物理学是研究物质及运动的根本规律的根底科学,物理学的定义及内涵,研究内容包括：,物质结构及其相互作用,、,物质运动形式,以及它们之间的,转化,物理学的定义及内涵,具有研究内容概括为：第一，在,更高,的能量标度和,更小,的时空尺度上探索物质世界的深层次结构及其相互作用，揭示,时空,、,相互作用,及,暗物质,、,暗能量,的本质。,物理学的定义及内涵,具有研究内容概括为：第二，直接面对由大量个体组元构成的复杂体系，研究超越个体特性“演生出来的合作、凝聚现象。,物理学的定义及内涵,第一，物理学深刻改变了人们的宇宙观，促进了人类思想的革命性飞跃；实验理论相互促进，构成了现代物理学开展的主旋律。,物理学学科的战略地位,第二，物理学是根底性引领学科，在促进其它学科进步的同时，与其结合交融，形成生命力强、极有开展前途的交叉学科。,物理学学科的战略地位,第三，物理学始终是高新技术开展的源泉和重要保障，不断导致产业变革，促进社会经济开展；技术进步和导向性需求反过来为物理学开展提供工具，提出重大的科学问题。,1信息技术,2材料技术,3能源技术,物理学学科的战略地位,第四，物理学是培养现代人才必不可少的根底学科，是培育科学精神、实践科学道德、建设学术标准的重要根底平台。,物理学学科的战略地位,物理学学科 的开展特点和趋势,第一，物理学研究的疆界不断拓展，研究对象更加广泛而深入。物理学包含理论物理、高能物理粒子物理、原子核物理、等离子物理、凝聚态物理、原子分子物理、光学、声学，已经形成相当完整的学科体系。,第二，物理学从根本上推动技术进步，成为深刻改变社会生活的科学。,第三，物理学与其他学科的交叉更为广泛，推动未来技术革命的特征更加明显。,第四，物理学大科学的开展，需要巨大的经费投入和大规模的国际合作。,物理与微电子科学学院,School of Physics and Electronics,物理学,实验粒子物理,理论物理,核物理与核技术,原子分子物理学与光学,凝聚态物理,声学,等离子体物理,物理学与其他学科交叉,物理学学科分支,物理学各个分支学科的开展态势,第一，理论物理,理论物理立足于实验和观察结果，借助数学工具、逻辑推理和观念思辨，研究物质、能量、时间和空间以及相互作用和运动演化，从中概括和归纳出具有普遍意义的根本理论。,20世纪爱因斯坦狭义和广义相对论的工作标志了理论物理地位革命性的提升，物理实验面临的日趋复杂的困难，使得物理学中实验和理论对其开展的作用和地位发生了新的变化，这种变化一直延续到今天。,目前，理论物理的一个重要趋势是和现代计算技术导致的计算物理的结合。简单的解析求解的理论模型缺乏以涵盖复杂系统的全部特征。,物理学各个分支学科的开展态势,第二，实验粒子物理,粒子物理是一门高速开展的物理学分支，研究比原子核更深层次的微观世界中的结构、性质和在很高能量下这些物质相互转化及其产生的原因和规律。,近年来，国际粒子物理学的理论和实验研究均处于十分活泼的时期。在理论方面，唯象研究蓬勃开展，格点计算进展迅速，新物理模型层出不穷，弦理论影响日益显著。在实验方面，Tevatron和LHC引领高能量前沿，BaBar和Belle提高亮度极限，WMAP和PAMELA提出新的机遇与挑战。,物理学各个分支学科的开展态势,第三，核物理和核技术,核物理,是以研究强相互作用为主，也涉及弱相互作用和电磁相互作用的一个物理学分支。核物理研究的一个显著特点是大型核实验装置的关键作用。核物理的另一个特点是，研究对象为由强相互作用动力学控制的微观多粒子体系，这导致核物理研究与当前物理学的两个难题紧密联系。一是低能强相互作用；二是多粒子动力学。,核技术是基于核效应、核辐射和核装置的应用学科。,物理学各个分支学科的开展态势,第四，等离子体物理,等离子体物理是研究等离子体得形成、演化规律及与物质相互作用及其控制方法的学科。,第五，凝聚态物理,凝聚态物理是物理学最大的一个分支，涵盖面很广，按学科分类，包括半导体物理、强关联物理、外表物理、软凝聚态物理等子领域。,物理学各个分支学科的开展态势,第六，原子分子物理学和光学,原子分子物理学是以原子、分子这一物质微观层次为研究对象的物理学分支，它主要研究原子、分子的结构、动态及相互作用的物理规律。,光学是研究光辐射的根本原理、光传播的根本规律以及光与物质相互作用过程的物理学。,第七，声学,声学是研究声波的产生、传播、接收及其效应的科学。,第八，物理学与其他学科交叉,物理学在交叉学科形成和开展过程中，起着至关重要的作用。,物理与微电子科学学院,School of Physics and Electronics,未来十年凝聚态物理学学科开展布局,研究生专业前沿讲座,唐黎明,引 言,凝聚态物理的研究，从微观量子世界的根本规律的探索，到实际材料、现象或器件在科学或工程中应用，涉及面非常广，是一个根底性和应用性都很强的领域。,其总体开展既要强调对前瞻微观量子理论和新物理、新现象的探索，同时也要强调凝聚态物理研究对材料、信息、能源等科学开展的引领作用。,策略：加强理论与实验的结合，加强自主创新实验技术的开展和应用，加强科学技术方法的探索和大规模计算平台的建设，促进各分支领域之间的合作以及与化学和生物等学科的交叉与融合。,凝聚态物理各分支学科,半导体物理,磁学,外表物理,强关联物理,1,2,3,4,半导体物理,一方面，半导体物理的开展要求能从材料组分、掺杂和器件层次结构及尺度等方面对各种半导体器件及其集成电路实施越来越精确的调控。,另一方面，随着半导体器件尺度和维度的不断变小，量子效应会日益凸显出来，将半导体科学技术真正带进了量子调控的全新阶段，赋予半导体全新的物理内涵。,半导体的能带调控,量子态的检测与调控,半导体材料与器件,半导体物理,半导体能带调控是半导体科学技术的核心。,调控方法有：采用分子束外延生长制备半导体超晶格、半导体异质结、掺杂及对材料晶格结构调控。,半导体的能带调控,量子态的检测与调控,半导体材料与器件,半导体物理,开展半导体小量子体系中量子信息制备、调控、传播、检测等重大科学问题的研究将为下一代量子信息技术开展奠定物理根底。,重点是：开展对量子态进行空间、时间、能量、动量域进行高灵敏、高分辨的表征手段。,半导体的能带调控,量子态的检测与调控,半导体材料与器件,半导体物理,光伏材料与器件。,硅基半导体。,硅基光、电器件集成。,与,GaN,半导体相联系的宽禁带半导体。,禁带小于,0.8eV,的窄禁带半导体。,半导体的能带调控,量子态的检测与调控,半导体材料与器件,磁学,磁性是物质的根本属性之一。磁学是研究磁场、磁效应、磁现象、磁材料及其实际应用的一门学科。,磁性起源与量子力学效应。,研究重心从传统磁学过渡到以自旋电子学为标志的新磁学。,磁性相关问题研究有助于揭示物质科学规律，有助于新物质的创造、新凝聚态物理效应的探索。,自旋输运及自旋动力学,固体磁性的多层量子调控,低维磁性及相关物理效应,新型磁结构设计及新效应,磁学,很多重要的物理发现如：导电性、超导电性、巡游磁性、巨磁电阻效应及微电子器件的各种功能都和电荷输运过程密切相关。,自旋相关输运问题包括自旋流的产生、调控、输运、弛豫规律，自旋相干性、自旋动力学行为以及相应的检测方法技术的研究开发。,目前研究重点有：新的有效的自旋流产生的方法、原理与技术；新的自旋载体的探索；低维体系的自旋动力学问题。,自旋输运及自旋动力学,固体磁性的多层量子调控,低维磁性及相关物理效应,新型磁结构设计及新效应,磁学,磁性体系的非磁量子调控的相关问题。,利用自旋转移力矩效应激发微波振荡以及自旋波。,从理论和实验的角度说明自旋转移力矩的起源。,如何实现几十吉赫兹或更高自旋进动频率的精确预测和有效调控。,背散射电子的自旋转移力矩效率问题的研究。,外部扰动对固态体系磁性的调节作用。,决定磁电关联的物理机制以及如何获得强电磁关联。,自旋输运及自旋动力学,固体磁性的多层量子调控,低维磁性及相关物理效应,新型磁结构设计及新效应,磁学,磁性纳米体系的自旋结构、与不同性质背景物质间的相互作用及相关效应。,具有不同磁序的磁纳米体系、磁量子点的自旋动力学行为、纳米结构畴壁运动规律与漩涡畴变化动力学。,单向各向异性交换偏置现象及磁各向异性的人工调节。,磁关联的传递以及层间铁磁、反铁磁耦合及其振荡形象。,与超高密度磁记录相关的一些关键问题。,磁电阻振荡效应、量子阱效应、磁性杂质导致的近藤效应、纳米磁性颗粒引起的自旋相关库仑阻塞效应及巨隧道磁电阻效应。,自旋输运及自旋动力学,固体磁性的多层量子调控,低维磁性及相关物理效应,新型磁结构设计及新效应,磁学,当前的磁学研究，应该充分利用先进的实验技术与计算模拟能力，以根本的理论为指导，通过精确可控人工材料制备技术进行具有特殊磁结构新材料的设计以及新物理效应的探索。,除通常的铁磁、反铁磁等磁有序结构，具有特殊长程自旋结构磁性体系-阻锉磁体、手性磁体、有机和分子磁体、磁性半导体、半金属磁体在很多方面都显示了其特殊的重要性。,磁性材料中电荷、自旋和轨道序以及相关的量子临界现象也是值得重视的方向。,自旋输运及自旋动力学,固体磁性的多层量子调控,低维磁性及相关物理效应,新型磁结构设计及新效应,外表物理,外表物理的内容主要包括外表的原子，电子与声子结构、外表吸附与相变、外表催化、半导体外表和界面物理等。,1,高分辨率高灵敏度实验技术和实验方法的开展,2,射线及其相关技术,3,低维结构和量子材料制备相关的外表物理研究,4,外表物理与其他领域的交叉科学研究,5,外表物理相关的理论模拟与计算研究,外表物理,扫描隧道显微镜STM的开展是过去20年来所有实验技术中开展最快的一个技术之一。,原子力显微镜(AFM)因其能对一大批绝缘材料进行原子级水平的成像能力以及对力学性质测量的能力，在国外得到了迅猛的开展。,1,高分辨率高灵敏度实验技术和实验方法的开展,重点关注：扫描隧道显微镜、原子力显微镜、静电力显微镜、近场光学显微镜、近场微波显微镜。,外表物理,2,射线及其相关技术,低能电子显微镜(LEEM)、自旋极化LEEM、光电子发射显微镜(PEEM)、X射线PEEM同时具有对晶体结构、电子结构和磁性结构实时成像能力，是国际目前正在快速开展的领域。,由于具有我国自主知识产权的深紫外激光技术的开展，我们可以不用依靠昂贵的同步辐射作为光源就可以实现高能量分辨、高光束流下的角分辨光电子能谱(ARPES)和自旋极化ARPES以及时间分辨的ARPES研究。,重点关注：同步辐射装置和角分辨光电子能谱仪完全依赖进口，且国内还不能很好地掌握和使用这些技术。,外表物理,凝聚态物理的几个非常重要的科学发现均和材料的制备有关，如整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、巨磁阻、高温超导等。,3,低维结构和量子材料制备相关的外表物理研究,凝聚态物理的一个重要开展趋势是研究的对象不断向低维和纳米尺寸方向延伸，使得与外表物理相关的低维结构和量子材料的制备及其精确控制显得非常重要。,因为这些结构的制备或生长往往要通过外延或真空沉积等方法来得到，这使得非平衡外表生长动力学的研究显得很重要，与原位表征、测量及理论模拟成为凝聚态物理最有生命力的一个研究领域。,外表物理,外表物理的研究对象不限于特定的材料对象，原那么上可以针对任何材料进行研究。,4,外表物理与其他领域的交叉科学研究,通过以上所述的关于实验技术和材料制备方面的内容我们可以看到，外表物理和半导体、超导、磁学、强关联物理、外表催化的主要研究方向的有机结合已经成为现实。,在以后很长一段时期内，我们要鼓励传统外表物理领域的科研人员直接进行半导体、超导、磁学、强关联物理、外表催化等领域的研究工作。,外表物理,要鼓励具有自主知识产权或原创性的理论模拟与计算方法的开展。,5,外表物理相关的理论模拟与计算研究,鼓励理论与实验的密切合作。,强关联物理,自量子力学建立以来，多体量子关联一直是