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[转载]热点专题 | 强磁场下的基础科学问题

已有 250 次阅读 2020-5-28 13:00 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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为了展现我国在强磁场条件下所取得的代表性研究成果,"Chinese Physics B"(CPB)编辑部邀请张裕恒、沈保根、皮雳和王守国四位老师作为客座编辑,组织了“Fundamental research under high magnetic fields”专题,至2020年第1期已经全部正式出版,敬请关注!

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编者按

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客座编辑

张裕恒  中国科学院强磁场科学中心

沈保根  中国科学院物理研究所

皮    雳  中国科学院强磁场科学中心

王守国  北京科技大学


在传统科学日臻完善的今天,继续利用常规实验条件取得新的突破越来越困难,而极端实验条件为发现新现象,揭示新规律,并为多学科的交叉研究提供了更多的机遇。强磁场正是一种重要的极端实验条件,强磁场条件下的物质结构及其转变过程都可能发生变化,这为物理、化学、材料和生物等领域的研究提供了新的途径,开辟了新的空间。


首先,强磁场在发现新现象和认识新现象方面具有重要作用。强磁场可以非常有效地诱导原子核外电子的自旋和轨道有序,并改变电子能态和原子、分子间的相互作用,使之出现全新的物质状态,呈现多种多样新的物理、化学现象和效应。例如,在强磁场条件下发现的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应(这两种新现象的发现者分别获得1985年和1998年的诺贝尔物理学奖)。强磁场还可以抑制一些因素,突显另外一些效应,使得原来很复杂,甚至混乱的过程变得较为简单,易于直接了解其物理机理。其次,强磁场在探索和制备新材料方面可以发挥不可替代的作用。材料是现代物质文明的基础,它支撑着其他新技术的发展,已成为经济发展的重要支柱之一。新材料的研制往往依赖于极端技术条件,如强磁场、极低温、极高温、超高压、超高真空等,其中强磁场技术在新材料研制中的重要作用正在显现。另外,强磁场在开发新器件和催化新技术方面也有重要应用。强磁场霍尔效应和磁光效应是研究多层或低维半导体材料中电学输运性质的强大工具,它可以更好地得到半导体内载流子的信息,在此基础上开发出新型半导体器件和功能元件。此外,强磁场还可催化出新的重大应用技术,如强磁场作用下的电磁冶金技术、化学反应合成以及脑功能成像技术等。因此,强磁场被国际上称之为21世纪科学、工程和技术,强磁场作用下的物理学、化学、生物学、材料科学、磁共振技术等研究也已经成为新的学科方向。


依托强磁场条件开展的科学研究工作非常活跃。自1913年以来,与强磁场相关的成果共获得诺贝尔奖19项,其中近20年有8项。研究工作涉及物理学、化学、材料科学、地球科学、生命科学与医学等众多学科。以美国强磁场实验室为例,其在2012~2014年共发表论文1358篇,其中综合类66篇、物理类537篇、化学类251篇、生物与医学类233篇、工程技术类(含材料科学、地球科学等)271篇。特别是在高温超导、量子临界材料、半导体和有机固体等领域,在强磁场条件下的研究中频频有重要的新发现。


过去由于没有完善的强磁场条件,我国科学家相关研究上失去了很多机遇,我们的一些原创性想法不是被搁置就是到国外与别人合作。为了给国内基础研究提供强磁场这一重要支撑条件,提升我国前沿基础学科的自主创新能力,国家发改委于2007年批准立项了“强磁场实验装置”这一“十一五”国家重大科技基础设施建设项目,其中稳态强磁场由合肥物质科学研究院承建,中国科学技术大学共建,脉冲磁体由华中科技大学承建。目前该项目已基本完成,稳态场创造了国际公认的三项世界纪录,脉冲场被评为国际先进水平。围绕磁体装置还建立了一系列国际水平的、有特色的、有自主知识产权的科学测试设备。因此,我国已具备了开展强磁场条件下的物理、材料、化学、生命科学及新技术新方法研究的条件和能力。


为了充分发挥我国强磁场实验装置的作用,更好地凝练国内学者在强磁场条件下的科学研究方向和领域,让国内外学者在我国的强磁场实验装置上开展国际领先水平的研究,并进一步发展强磁场技术及其应用以建立国际领先水平的装置,受中国科学院技术科学部委托,我们承担了“强磁场下的基础科学问题”学科发展战略研究咨询课题。项目开展期间,我们邀请了国内相关单位的60多位专家、学者就强磁场下的基础科学问题的国内外研究现状、国际前沿动态、学科优先发展方向、学科新生长点等进行了深入研讨,经过两年多的工作,在大家的共同努力下,最终出版了《强磁场下的基础科学问题》中文专著。


以此为基础,在《中国物理B》编辑部大力支持下,推出了 “强磁场下的基础科学问题”英文专题,邀请了国内活跃在该领域的科学家撰写了11篇综述文章,报道和评述强磁场条件下基础科学研究的现状和最新进展,以期推动国内外在强磁场条件下的研究与交流。本专题涵盖了超导、磁学、重费米子、量子自旋液体、狄拉克/外尔半金属、磁化学、强磁场下的材料合成等方向。这是国内首次对强磁场条件下基础科学问题研究的重要专题,不仅对过去的发展进行了总结,也对未来发展提出了展望,希望对本领域的科研人员有所帮助,同时促进该领域的发展。

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TOPICAL REVIEW--Fundamental research under high magnetic fields

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Specific heat in superconductors

Hai-Hu Wen(闻海虎)

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Chin. Phys. B, 2019 Vol. 28 (4): 048301

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Maimaitiyiming Tusun(麦麦提依明·吐孙), Xing Rong(荣星), Jiangfeng Du(杜江峰)

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L X Zheng(郑立玄), J Li(李建), T Wu(吴涛)

Chin. Phys. B, 2019 Vol. 28 (11): 117402


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Chin. Phys. B, 2019 Vol. 28 (1): 017106

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Guang-Han Cao(曹光旱), Zeng-Wei Zhu(朱增伟)   

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