物理學(xué)的定義及內(nèi)涵第一

物理學(xué)定義及其學(xué)科戰(zhàn)略地位物理學(xué)是研究物質(zhì)及運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)律的根底科學(xué)物理學(xué)的定義及內(nèi)涵研究內(nèi)容包括：物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式以及它們之間的轉(zhuǎn)化物理學(xué)的定義及內(nèi)涵具有研究內(nèi)容概括為：第一，在更高的能量標(biāo)度和更小的時(shí)空尺度上探索物質(zhì)世界的深層次結(jié)構(gòu)及其相互作用，揭示時(shí)空、相互作用及暗物質(zhì)、暗能量的本質(zhì)。物理學(xué)的定義及內(nèi)涵具有研究內(nèi)容概括為：第二，直接面對由大量個(gè)體組元構(gòu)成的復(fù)雜體系，研究超越個(gè)體特性“演生〞出來的合作、凝聚現(xiàn)象。物理學(xué)的定義及內(nèi)涵第一，物理學(xué)深刻改變了人們的宇宙觀，促進(jìn)了人類思想的革命性飛躍；實(shí)驗(yàn)理論相互促進(jìn)，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)開展的主旋律。物理學(xué)學(xué)科的戰(zhàn)略地位第二，物理學(xué)是根底性引領(lǐng)學(xué)科，在促進(jìn)其它學(xué)科進(jìn)步的同時(shí)，與其結(jié)合交融，形成生命力強(qiáng)、極有開展前途的交叉學(xué)科。物理學(xué)學(xué)科的戰(zhàn)略地位第三，物理學(xué)始終是高新技術(shù)開展的源泉和重要保障，不斷導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)變革，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)開展；技術(shù)進(jìn)步和導(dǎo)向性需求反過來為物理學(xué)開展提供工具，提出重大的科學(xué)問題。1〕信息技術(shù)2〕材料技術(shù)3〕能源技術(shù)物理學(xué)學(xué)科的戰(zhàn)略地位第四，物理學(xué)是培養(yǎng)現(xiàn)代人才必不可少的根底學(xué)科，是培育科學(xué)精神、實(shí)踐科學(xué)道德、建設(shè)學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要根底平臺。物理學(xué)學(xué)科的戰(zhàn)略地位物理學(xué)學(xué)科的開展特點(diǎn)和趨勢第一，物理學(xué)研究的疆界不斷拓展，研究對象更加廣泛而深入。物理學(xué)包含理論物理、高能物理〔粒子物理〕、原子核物理、等離子物理、凝聚態(tài)物理、原子分子物理、光學(xué)、聲學(xué)，已經(jīng)形成相當(dāng)完整的學(xué)科體系。第二，物理學(xué)從根本上推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，成為深刻改變社會生活的科學(xué)。第三，物理學(xué)與其他學(xué)科的交叉更為廣泛，推動(dòng)未來技術(shù)革命的特征更加明顯。第四，物理學(xué)大科學(xué)的開展，需要巨大的經(jīng)費(fèi)投入和大規(guī)模的國際合作。物理與微電子科學(xué)學(xué)院SchoolofPhysicsandElectronics物理學(xué)實(shí)驗(yàn)粒子物理理論物理核物理與核技術(shù)原子分子物理學(xué)與光學(xué)凝聚態(tài)物理聲學(xué)等離子體物理物理學(xué)與其他學(xué)科交叉物理學(xué)學(xué)科分支物理學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的開展態(tài)勢第一，理論物理理論物理立足于實(shí)驗(yàn)和觀察結(jié)果，借助數(shù)學(xué)工具、邏輯推理和觀念思辨，研究物質(zhì)、能量、時(shí)間和空間以及相互作用和運(yùn)動(dòng)演化，從中概括和歸納出具有普遍意義的根本理論。20世紀(jì)愛因斯坦狹義和廣義相對論的工作標(biāo)志了理論物理地位革命性的提升，物理實(shí)驗(yàn)面臨的日趨復(fù)雜的困難，使得物理學(xué)中實(shí)驗(yàn)和理論對其開展的作用和地位發(fā)生了新的變化，這種變化一直延續(xù)到今天。目前，理論物理的一個(gè)重要趨勢是和現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)導(dǎo)致的計(jì)算物理的結(jié)合。簡單的解析求解的理論模型缺乏以涵蓋復(fù)雜系統(tǒng)的全部特征。物理學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的開展態(tài)勢第二，實(shí)驗(yàn)粒子物理粒子物理是一門高速開展的物理學(xué)分支，研究比原子核更深層次的微觀世界中的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和在很高能量下這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)生的原因和規(guī)律。近年來，國際粒子物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究均處于十分活潑的時(shí)期。在理論方面，唯象研究蓬勃開展，格點(diǎn)計(jì)算進(jìn)展迅速，新物理模型層出不窮，弦理論影響日益顯著。在實(shí)驗(yàn)方面，Tevatron和LHC引領(lǐng)高能量前沿，BaBar和Belle提高亮度極限，WMAP和PAMELA提出新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。物理學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的開展態(tài)勢第三，核物理和核技術(shù)核物理是以研究強(qiáng)相互作用為主，也涉及弱相互作用和電磁相互作用的一個(gè)物理學(xué)分支。核物理研究的一個(gè)顯著特點(diǎn)是大型核實(shí)驗(yàn)裝置的關(guān)鍵作用。核物理的另一個(gè)特點(diǎn)是，研究對象為由強(qiáng)相互作用動(dòng)力學(xué)控制的微觀多粒子體系，這導(dǎo)致核物理研究與當(dāng)前物理學(xué)的兩個(gè)難題緊密聯(lián)系。一是低能強(qiáng)相互作用；二是多粒子動(dòng)力學(xué)。核技術(shù)是基于核效應(yīng)、核輻射和核裝置的應(yīng)用學(xué)科。物理學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的開展態(tài)勢第四，等離子體物理等離子體物理是研究等離子體得形成、演化規(guī)律及與物質(zhì)相互作用及其控制方法的學(xué)科。第五，凝聚態(tài)物理凝聚態(tài)物理是物理學(xué)最大的一個(gè)分支，涵蓋面很廣，按學(xué)科分類，包括半導(dǎo)體物理、強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理、外表物理、軟凝聚態(tài)物理等子領(lǐng)域。物理學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的開展態(tài)勢第六，原子分子物理學(xué)和光學(xué)原子分子物理學(xué)是以原子、分子這一物質(zhì)微觀層次為研究對象的物理學(xué)分支，它主要研究原子、分子的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)及相互作用的物理規(guī)律。光學(xué)是研究光輻射的根本原理、光傳播的根本規(guī)律以及光與物質(zhì)相互作用過程的物理學(xué)。第七，聲學(xué)聲學(xué)是研究聲波的產(chǎn)生、傳播、接收及其效應(yīng)的科學(xué)。第八，物理學(xué)與其他學(xué)科交叉物理學(xué)在交叉學(xué)科形成和開展過程中，起著至關(guān)重要的作用。物理與微電子科學(xué)學(xué)院SchoolofPhysicsandElectronics未來十年凝聚態(tài)物理學(xué)學(xué)科開展布局研究生專業(yè)前沿講座唐黎明引言凝聚態(tài)物理的研究，從微觀量子世界的根本規(guī)律的探索，到實(shí)際材料、現(xiàn)象或器件在科學(xué)或工程中應(yīng)用，涉及面非常廣，是一個(gè)根底性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的領(lǐng)域。其總體開展既要強(qiáng)調(diào)對前瞻微觀量子理論和新物理、新現(xiàn)象的探索，同時(shí)也要強(qiáng)調(diào)凝聚態(tài)物理研究對材料、信息、能源等科學(xué)開展的引領(lǐng)作用。策略：加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，加強(qiáng)自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開展和應(yīng)用，加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)方法的探索和大規(guī)模計(jì)算平臺的建設(shè)，促進(jìn)各分支領(lǐng)域之間的合作以及與化學(xué)和生物等學(xué)科的交叉與融合。凝聚態(tài)物理各分支學(xué)科半導(dǎo)體物理磁學(xué)外表物理強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理1234半導(dǎo)體物理一方面，半導(dǎo)體物理的開展要求能從材料組分、摻雜和器件層次結(jié)構(gòu)及尺度等方面對各種半導(dǎo)體器件及其集成電路實(shí)施越來越精確的調(diào)控。另一方面，隨著半導(dǎo)體器件尺度和維度的不斷變小，量子效應(yīng)會日益凸顯出來，將半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)真正帶進(jìn)了量子調(diào)控的全新階段，賦予半導(dǎo)體全新的物理內(nèi)涵。半導(dǎo)體的能帶調(diào)控量子態(tài)的檢測與調(diào)控半導(dǎo)體材料與器件半導(dǎo)體物理半導(dǎo)體能帶調(diào)控是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的核心。調(diào)控方法有：采用分子束外延生長制備半導(dǎo)體超晶格、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、摻雜及對材料晶格結(jié)構(gòu)調(diào)控。半導(dǎo)體的能帶調(diào)控量子態(tài)的檢測與調(diào)控半導(dǎo)體材料與器件半導(dǎo)體物理開展半導(dǎo)體小量子體系中量子信息制備、調(diào)控、傳播、檢測等重大科學(xué)問題的研究將為下一代量子信息技術(shù)開展奠定物理根底。重點(diǎn)是：開展對量子態(tài)進(jìn)行空間、時(shí)間、能量、動(dòng)量域進(jìn)行高靈敏、高分辨的表征手段。半導(dǎo)體的能帶調(diào)控量子態(tài)的檢測與調(diào)控半導(dǎo)體材料與器件半導(dǎo)體物理光伏材料與器件。硅基半導(dǎo)體。硅基光、電器件集成。與GaN半導(dǎo)體相聯(lián)系的寬禁帶半導(dǎo)體。禁帶小于0.8eV的窄禁帶半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的能帶調(diào)控量子態(tài)的檢測與調(diào)控半導(dǎo)體材料與器件磁學(xué)磁性是物質(zhì)的根本屬性之一。磁學(xué)是研究磁場、磁效應(yīng)、磁現(xiàn)象、磁材料及其實(shí)際應(yīng)用的一門學(xué)科。磁性起源與量子力學(xué)效應(yīng)。研究重心從傳統(tǒng)磁學(xué)過渡到以自旋電子學(xué)為標(biāo)志的新磁學(xué)。磁性相關(guān)問題研究有助于揭示物質(zhì)科學(xué)規(guī)律，有助于新物質(zhì)的創(chuàng)造、新凝聚態(tài)物理效應(yīng)的探索。自旋輸運(yùn)及自旋動(dòng)力學(xué)固體磁性的多層量子調(diào)控低維磁性及相關(guān)物理效應(yīng)新型磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新效應(yīng)磁學(xué)很多重要的物理發(fā)現(xiàn)如：導(dǎo)電性、超導(dǎo)電性、巡游磁性、巨磁電阻效應(yīng)及微電子器件的各種功能都和電荷輸運(yùn)過程密切相關(guān)。自旋相關(guān)輸運(yùn)問題包括自旋流的產(chǎn)生、調(diào)控、輸運(yùn)、弛豫規(guī)律，自旋相干性、自旋動(dòng)力學(xué)行為以及相應(yīng)的檢測方法技術(shù)的研究開發(fā)。目前研究重點(diǎn)有：新的有效的自旋流產(chǎn)生的方法、原理與技術(shù)；新的自旋載體的探索；低維體系的自旋動(dòng)力學(xué)問題。自旋輸運(yùn)及自旋動(dòng)力學(xué)固體磁性的多層量子調(diào)控低維磁性及相關(guān)物理效應(yīng)新型磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新效應(yīng)磁學(xué)磁性體系的非磁量子調(diào)控的相關(guān)問題。利用自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)激發(fā)微波振蕩以及自旋波。從理論和實(shí)驗(yàn)的角度說明自旋轉(zhuǎn)移力矩的起源。如何實(shí)現(xiàn)幾十吉赫茲或更高自旋進(jìn)動(dòng)頻率的精確預(yù)測和有效調(diào)控。背散射電子的自旋轉(zhuǎn)移力矩效率問題的研究。外部擾動(dòng)對固態(tài)體系磁性的調(diào)節(jié)作用。決定磁電關(guān)聯(lián)的物理機(jī)制以及如何獲得強(qiáng)電磁關(guān)聯(lián)。自旋輸運(yùn)及自旋動(dòng)力學(xué)固體磁性的多層量子調(diào)控低維磁性及相關(guān)物理效應(yīng)新型磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新效應(yīng)磁學(xué)磁性納米體系的自旋結(jié)構(gòu)、與不同性質(zhì)背景物質(zhì)間的相互作用及相關(guān)效應(yīng)。具有不同磁序的磁納米體系、磁量子點(diǎn)的自旋動(dòng)力學(xué)行為、納米結(jié)構(gòu)疇壁運(yùn)動(dòng)規(guī)律與漩渦疇變化動(dòng)力學(xué)。單向各向異性交換偏置現(xiàn)象及磁各向異性的人工調(diào)節(jié)。磁關(guān)聯(lián)的傳遞以及層間鐵磁、反鐵磁耦合及其振蕩形象。與超高密度磁記錄相關(guān)的一些關(guān)鍵問題。磁電阻振蕩效應(yīng)、量子阱效應(yīng)、磁性雜質(zhì)導(dǎo)致的近藤效應(yīng)、納米磁性顆粒引起的自旋相關(guān)庫侖阻塞效應(yīng)及巨隧道磁電阻效應(yīng)。自旋輸運(yùn)及自旋動(dòng)力學(xué)固體磁性的多層量子調(diào)控低維磁性及相關(guān)物理效應(yīng)新型磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新效應(yīng)磁學(xué)當(dāng)前的磁學(xué)研究，應(yīng)該充分利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)與計(jì)算模擬能力，以根本的理論為指導(dǎo)，通過精確可控人工材料制備技術(shù)進(jìn)行具有特殊磁結(jié)構(gòu)新材料的設(shè)計(jì)以及新物理效應(yīng)的探索。除通常的鐵磁、反鐵磁等磁有序結(jié)構(gòu)，具有特殊長程自旋結(jié)構(gòu)磁性體系-阻銼磁體、手性磁體、有機(jī)和分子磁體、磁性半導(dǎo)體、半金屬磁體在很多方面都顯示了其特殊的重要性。磁性材料中電荷、自旋和軌道序以及相關(guān)的量子臨界現(xiàn)象也是值得重視的方向。自旋輸運(yùn)及自旋動(dòng)力學(xué)固體磁性的多層量子調(diào)控低維磁性及相關(guān)物理效應(yīng)新型磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新效應(yīng)外表物理外表物理的內(nèi)容主要包括外表的原子，電子與聲子結(jié)構(gòu)、外表吸附與相變、外表催化、半導(dǎo)體外表和界面物理等。1高分辨率高靈敏度實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的開展2射線及其相關(guān)技術(shù)3低維結(jié)構(gòu)和量子材料制備相關(guān)的外表物理研究4外表物理與其他領(lǐng)域的交叉科學(xué)研究5外表物理相關(guān)的理論模擬與計(jì)算研究外表物理掃描隧道顯微鏡〔STM〕的開展是過去20年來所有實(shí)驗(yàn)技術(shù)中開展最快的一個(gè)技術(shù)之一。原子力顯微鏡(AFM)因其能對一大批絕緣材料進(jìn)行原子級水平的成像能力以及對力學(xué)性質(zhì)測量的能力，在國外得到了迅猛的開展。1高分辨率高靈敏度實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的開展重點(diǎn)關(guān)注：掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、靜電力顯微鏡、近場光學(xué)顯微鏡、近場微波顯微鏡。外表物理2射線及其相關(guān)技術(shù)低能電子顯微鏡(LEEM)、自旋極化LEEM、光電子發(fā)射顯微鏡(PEEM)、X射線PEEM同時(shí)具有對晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和磁性結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)成像能力，是國際目前正在快速開展的領(lǐng)域。由于具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的深紫外激光技術(shù)的開展，我們可以不用依靠昂貴的同步輻射作為光源就可以實(shí)現(xiàn)高能量分辨、高光束流下的角分辨光電子能譜(ARPES)和自旋極化ARPES以及時(shí)間分辨的ARPES研究。重點(diǎn)關(guān)注：同步輻射裝置和角分辨光電子能譜儀完全依賴進(jìn)口，且國內(nèi)還不能很好地掌握和使用這些技術(shù)。外表物理凝聚態(tài)物理的幾個(gè)非常重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)均和材料的制備有關(guān)，如整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、巨磁阻、高溫超導(dǎo)等。3低維結(jié)構(gòu)和量子材料制備相關(guān)的外表物理研究凝聚態(tài)物理的一個(gè)重要開展趨勢是研究的對象不斷向低維和納米尺寸方向延伸，使得與外表物理相關(guān)的低維結(jié)構(gòu)和量子材料的制備及其精確控制顯得非常重要。因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)的制備或生長往往要通過外延或真空沉積等方法來得到，這使得非平衡外表生長動(dòng)力學(xué)的研究顯得很重要，與原位表征、測量及理論模擬成為凝聚態(tài)物理最有生命力的一個(gè)研究領(lǐng)域。外表物理外表物理的研究對象不限于特定的材料對象，原那么上可以針對任何材料進(jìn)行研究。4外表物理與其他領(lǐng)域的交叉科學(xué)研究通過以上所述的關(guān)于實(shí)驗(yàn)技術(shù)和材料制備方面的內(nèi)容我們可以看到，外表物理和半導(dǎo)體、超導(dǎo)、磁學(xué)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理、外表催化的主要研究方向的有機(jī)結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。在以后很長一段時(shí)期內(nèi)，我們要鼓勵(lì)傳統(tǒng)外表物理領(lǐng)域的科研人員直接進(jìn)行半導(dǎo)體、超導(dǎo)、磁學(xué)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理、外表催化等領(lǐng)域的研究工作。外表物理要鼓勵(lì)具有自主知識產(chǎn)權(quán)或原創(chuàng)性的理論模擬與計(jì)算方法的開展。5外表物理相關(guān)的理論模擬與計(jì)算研究鼓勵(lì)理論與實(shí)驗(yàn)的密切合作。強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理自量子力學(xué)建立以來，多體量子關(guān)聯(lián)一直是凝聚態(tài)物理研究的核心問題。近20年來大量新奇量子現(xiàn)象已不能在以單體近似為前提的傳統(tǒng)固體理論框架下得到解釋，新的理論體系的建立勢在必行。1高溫超導(dǎo)機(jī)理探索2量子霍爾效應(yīng)與拓?fù)湫?競爭序與量子相變4氧化物界面的新奇物性及量子調(diào)控強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理超導(dǎo)現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，就以其獨(dú)特的魅力持續(xù)不斷地吸引著廣闊科學(xué)家的關(guān)注。自1986年穆勒和柏諾茲在氧化物陶瓷材料中發(fā)現(xiàn)30開以上超導(dǎo)以來，氧化物超導(dǎo)體得轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)高達(dá)130開以上〔高壓下可達(dá)160開〕。鐵基超導(dǎo)體是目前研究的一個(gè)重要材料，盡管鐵基超導(dǎo)體具有與高溫銅氧化物超導(dǎo)體非常相似的電子相圖，但其相圖中存在超導(dǎo)與反鐵磁性共存的區(qū)間，其機(jī)理還存在很大的爭議。高溫超導(dǎo)機(jī)理研究是一個(gè)極富挑戰(zhàn)性的問題，是建立新概念、新理論的一個(gè)理想平臺，被認(rèn)為是當(dāng)前物理學(xué)中尚未解決的最重要的問題之一。1高溫超導(dǎo)機(jī)理探索強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理自量子力學(xué)建立以來，多體量子關(guān)聯(lián)一直是凝聚態(tài)物理研究的核心問題。近20年來大量新奇量子現(xiàn)象已不能在以單體近似為前提的傳統(tǒng)固體理論框架下得