欣逢杨振宁先生百年诞辰，已有不少文章总结了杨先生对当代物理学发展的重要科学影响。笔者认为，作为当代最伟大的理论物理学家之一，杨先生不仅以诸多具体的科学贡献推动了当代物理学革命性的进步，而且其独特的科学风格在国际学术界独树一帜，其学术思想更是深邃隽永、对中国和世界的物理学发展有长远的启发作用。笔者将结合学习杨振宁科学思想的体会，联系自己在理论物理研究方面的科学实践(包括在1992—1994年跟随杨先生对量子开系统、超导相变和冷原子物理方面的探索)，对当代理论物理发展趋势提出一些个人的看法。文章将通过具体实例，阐述为什么要做“美或有用”的理论物理；为什么基本物理的理论在一段时间内可以与直接的实验验证保持距离？对于后者，本文还从科学方法论(哲学)的角度就理论预言与实验证实的关系进行较为深入的讨论。着眼于“有用”的理论物理-应用理论物理，笔者强调了国家需求驱动的科学研究与自由探索一样，也会导致基础物理的重要突破。

图1  杨振宁的规范场论通过对称性自发破缺机制 (等价于他的非对角长程序理论)，本质上统一了理论物理学两大方面—还原论和演生论

作者结合学习杨振宁先生科学思想的体会，联系自己在数学物理方面的科研实践，系统地叙述了杨振宁先生的物理成就与思想体系，进而阐述了杨先生对中国物理学界和作者本人科学生涯多角度、多维度的深远影响，对于研究杨振宁科研思想乃至现代中国物理学史均具有重要的意义。

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编辑推荐

本文简单回顾了固液相变储热材料发展历程，重点针对纳米多孔定形相变材料，从材料层面的研发设计，到热物理层面的微观限域空间负载、结晶、导热机理，乃至围绕异相/异质匹配提出的显著提升相变蓄传热性能的强化手段进行了总结。同时，指出了目前受制于单一尺度孔径无法兼顾储释热的密度和速率的现状，并探讨在此基础上借助新型多级尺度孔径的骨架材料以突破瓶颈的可能。最后，系统梳理了与之伴随的一系列亟待解决的科学问题、机遇和挑战。

图1  纳米孔组装相变材料机理探究工作

本文针对纳米多孔相变储热材料的发展做了简要综述，重点阐述了其热设计的前沿科学问题和面临挑战，对于固液相变储热材料的研究有很大的借鉴意义。

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空间技术等高新领域对智能高效的热控制技术的需求日益提高，而实现智能热控制技术的关键是要实现材料的热物性智能调控，于是热导率可响应外场变化的热智能材料成为了研究的焦点。本文梳理了热智能材料的最新研究进展，从调控机理、调控幅度、应用价值等角度出发，介绍了纳米颗粒悬浮液、相变材料、软物质材料、受电化学调控的层状材料和受特定外场调控的材料等不同种类热智能材料的研究现状，以及以热智能材料为基础的智能热控部件在空间技术等领域的应用。最后，本文对热智能材料未来的研究方向进行了探讨。

图2  不同热智能材料响应机理示意图 (a)纳米颗粒悬浮液；(b)相变材料；(c)层状材料；(d)软物质材料；(e)受电磁场调控的材料

本文对热智能材料及其在空间热空中应用方向最新研究进展进行非常详细的介绍，总结了热导率调控的方法，对应用有重要的指导意义。

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核聚变堆材料在高能粒子辐照过程中会产生大量点缺陷，导致辐照脆性和辐照肿胀等现象。因而，研究点缺陷在辐照过程中的演变过程至关重要。点缺陷团簇的一维迁移现象是这种演变过程的主要研究内容之一。本文采用普通低压(200 kV)透射电镜，在室温条件下对注氢纯铝中的间隙型位错环在电子辐照下的一维迁移现象进行了观察和分析。在200 keV电子辐照下，注氢纯铝中的位错环可多个、同时发生一维迁移运动，也可单个、独立进行一维迁移运动。位错环沿柏氏矢量1/3⟨111⟩的方向可进行微米尺度的一维长程迁移，沿柏氏矢量1/2⟨110⟩的方向一维迁移也可达数百纳米。电子束辐照时产生的间隙原子浓度梯度是引起位错环一维迁移并决定其迁移方向的原因。位错环发生快速一维迁移时，其后会留下一条运动轨迹；位错环一维迁移的速率越快，运动的轨迹则越长，在完成迁移过后的几十秒内这些运动轨迹会逐渐消失。

图2  不同电子束斑中心位置的电子辐照下位错环的一维迁移运动　(a)原位观察对应的运动学双束衍射条件(g = 111)，一维迁移方向(//柏氏矢量B = 1/3⟨111⟩或者1/2⟨110⟩方向)以及与其最相近的两组晶向；(b)，(c)电子辐照期间电子束斑中心与观察区域的相对位置；(d)—(i)位错环在电子辐照下的一维迁移现象。不同形状符号所对应的数字“1，2，3，···11”分别指第“1，2，3，···11”编号位错环。

该工作研究了电子束辐照情况下注氢纯铝中的间隙位错环的一维迁移现象。作者发现了两种尺度的一维迁移行为：纳米级和微米级，认为迁移过程是从高浓度点缺陷区域到低浓度区域的过程，并且在位错环迁移过程中会留下迁移轨迹。探究了迁移轨迹与位错环迁移速度的关系：速度越快，迁移轨迹越长，认为迁移轨迹的形成是氢原子被挤压到两侧而形成的应变场所致。这些都是有科学意义的新颖现象。

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磁致伸缩材料在传感、控制及能量与信息转换等领域应用前景广阔，此类材料的性能提升及工程应用已成为研究热点，但材料在制备与使用中不可避免会出现缺陷。本文以常用的铁磁性材料铁单质为研究对象，采用分子动力学方法分别建立无缺陷、孔洞缺陷与裂纹缺陷的铁单质磁致伸缩结构模型，分析了缺陷形式对铁单质薄膜磁致伸缩行为的影响，并从微观原子磁矩角度解释缺陷对磁致伸缩行为的影响机理。结果表明: 缺陷会对其周围的原子磁矩产生影响，从而影响铁单质薄膜磁致伸缩，其中孔洞形缺陷对磁致伸缩的影响较小，裂纹形缺陷对磁致伸缩的影响较大。裂纹的方向会影响铁单质薄膜的磁致伸缩，与磁化方向平行的裂纹会降低材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量；与磁化方向垂直的裂纹会提高材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量。

图2   不同缺陷模型在x方向上磁致伸缩应变

同行评价

论文针对磁致伸缩铁单质材料，采用分子动力学方法建立含不同形式缺陷铁单质磁致伸缩模型，分析了缺陷形式对铁单质薄膜磁致伸缩的影响，并将铁单质薄膜在磁化过程中内部微观原子磁矩图像化，从微观磁化构型的演化方面解释了缺陷对铁单质薄膜磁致伸缩的影响机理。论文分析透彻，逻辑性强，结论清晰，对该类材料的应用具有一定的指导价值。

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基于线性硬化塑性本构模型，建立了冲击载荷作用下弹塑性球面应力波场的理论求解方法。首先，分析了冲击载荷卸载速率对球面应力波传播的影响，得到了3种不同类型的应力波传播图像。在此基础上，建立了弹性阶段、塑性加载阶段以及卸载阶段球面波动方程的理论求解方法，给出了质点位移、质点速度、应力和应变等物理量的计算方案。与已有理论方法相比，该方法考虑了不同载荷卸载速率条件下应力波的不同传播情况，并且给出了卸载阶段应力波参量计算方法，具有更广的适用范围。利用上述方法计算了恒定冲击载荷和不同指数衰减冲击载荷作用下弹塑性球面应力波场参量，在弹性阶段和塑性加载阶段，理论计算得到的物理量与已有理论方法和数值模拟结果基本吻合，在卸载阶段，已有理论方法不再适用，而本文理论计算得到的物理量与数值模拟结果基本吻合，验证了该理论方法的正确性。

图7  径向应力时间历程　(a) r = 0.4 m；(b) r = 0.6 m；(c) r = 0.7 m和径向应力空间分布 (d) t = 0.1 ms；(e) t = 0.2 ms；(f) t = 0.6 ms (T₀ = 0.03 ms)

该论文建立了冲击载荷作用下弹塑性球面应力波场的理论求解方法。与已有理论计算方法相比，该方法在弹性阶段和塑性加载阶段给出的结果与已有方法给出的基本吻合，重要的是该方法突破性地给出了卸载阶段应力波参量计算方法，并考虑了不同载荷卸载速率对应力波传播的影响，因此适用范围更广。文章思路清晰，逻辑合理，补充了已有理论在卸载阶段应力波场的研究空白，创新地引入了塑性波后的波系间相互作用，突破了现有理论的局限性，具有较高的理论和实用价值。

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苯乙烯和喹啉是有机荧光材料的常用官能基团，已经在有机发光二极管(OLED)中得到了应用。本文用一种苯乙烯基喹啉衍生物2,2'-(2,5-二甲氧基-1,4-苯二乙烯基)双-8-乙酰氧基喹啉(MPV-AQ)同时作为发光材料和电子传输材料，研究了它在OLED器件中的稳态和瞬态光电性质。研究发现，在基于N,N’-二(萘-1-基)-N,N'-二苯基-联苯胺(NPB)/MPV-AQ的双层OLED中，电子以Fowler-Nordheim(FN)隧穿的方式从阴极注入到MPV-AQ层，这与MPV-AQ单电子器件中电子以Richardson-Schottky(RS)热电子发射的注入方式完全不同。这种电子注入方式的差别，主要是由于MPV-AQ的电子迁移率较低，大量空穴在NPB/MPV-AQ界面处形成电荷积累，使得MPV-AQ层的能带发生了弯曲，造成阴极一侧的电子隧穿距离减小，从而导致了FN隧穿的发生。通过拟合稳态电流-电压特性得到了电子注入势垒为0.23 eV，通过瞬态电致发光的延迟时间计算得到MPV-AQ的电子迁移率在10^–6 cm²/(V·s)数量级，通过瞬态电致发光的衰减获得了复合系数，并发现复合系数随电压增大而减小，与这种发光器件的效率滚降规律一致。本研究为弄清OLED中载流子的注入、传输和复合等基本物理过程提供了基础，能够为提高器件性能提供有益的帮助。

图3 (a) 不同MPV-AQ厚度时双层OLED的电流-电压特性；(b) 外加电压与MPV-AQ厚度的关系；(c) NPB和MPV-AQ层中平均电场(F_h和F_e)与电流的关系；(d) 双层OLED的能级结构示意图

该工作对研究OLED中载流子注入、传输、复合等基本物理过程提供了有效的方法，对改善 OLED 的发光性能提供了新的思路。

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纠缠态量子探测是将量子力学与信息科学相结合，应用在目标探测领域的一种新技术，其在灵敏度、抗干扰能力等方面具有突破传统探测技术的潜力。在雷达探测领域，恒虚警检测是一项具有重要的意义和应用价值的技术。然而，对于纠缠态量子探测系统中恒虚警检测方法的研究还没有展开，本文针对这一问题，提出了一种纠缠态量子探测系统的恒虚警检测方法。该方法通过系统对噪声的实时估计，自适应调整检测门限，使得纠缠态量子探测系统在检测过程中始终保持恒定的虚警概率。仿真结果表明，所提恒虚警检测方法是正确和有效的，能够实现纠缠态量子探测系统的恒虚警检测功能。该方法提升了纠缠态量子探测系统的灵活性和适应性，为量子探测技术进一步走向实用及应用奠定了理论基础。

图1  基于符合计数的量子探测系统恒虚警检测原理

在雷达探测领域，恒虚警检测是一种具有重要的意义和应用价值的技术。作者提出了一种利用纠缠态量子探测系统的恒虚警检测方法。该方法通过系统对噪声的实时估计，自适应调整检测门限，使得纠缠态量子探测系统在检测过程中始终保持恒定的虚警概率。作者对所提方法进行了数值仿真，结果表明所提恒虚警检测方法的有效性。论文的研究结果对于量子探测技术在雷达探测领域的应用具有一定的意义。

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《物理学报》2022年第1期全文链接：