量子世界的隐形舞会

暑期学校里,复旦大学物理学系举办了一场关于量子现象的奇妙聚会。从强基计划开始,教育部于2020年推动该计划,复旦大学物理学系作为首批试点单位。为了让“科研报国”的种子扎根于新一代年轻人心中,他们把2022年暑假变成了一个物理暑期学校的邀请函,以线上形式展开。八位顶尖物理学家轮番授课,主题始终聚焦于国家重大需求和学术前沿之间的交叉点。正逢应用表面物理国家重点实验室30周年之际,这个暑期学校也被视作系庆的惊喜活动,使得强基学子与国家使命紧密联系在一起。 下午三点开始了这次报告会,谢心澄院士先给大家抛出了一句名言:“万物皆由相互作用”,这句话出自诺贝尔奖得主P.W. Anderson。这一瞬间让110余名师生屏气凝神。他接着给出了凝聚态物理的基本思路:把复杂材料拆分成基本粒子,让它们自行产生相互作用。通过这样的方式,谢院士把原本高深的层展现象用通俗易懂的语言表达出来。 超导被谢院士比作一场没有阻力的圆舞曲。当电流进入超导体时,电阻立即归零,电子就像舞蹈中的伴侣一样流畅滑行。为了帮助学生更好地理解这个概念,谢院士还展示了一幅漫画——电子手拉手跨越了“电阻墙”,引发了现场师生会心一笑。 抗磁性也让人难以想象。谢院士举了一个例子:当一块磁铁靠近超导体时,超导体就像一个排他性派对主人一样把磁场轻轻地推开。磁铁会被弹走。这两个现象结合起来,就形成了超导的“隐形斗篷”——既不消耗能量,也不受干扰。 1957年BCS理论诞生后解释了超导现象,它用电子-声子相互作用解释了超导机制。谢院士用双人舞来比喻这个理论:声子是指挥者,电子是舞者,两者共同合作消除了电阻。虽然这个模型简单易懂但却获得了1972年诺贝尔奖成为凝聚态物理学界重要里程碑。 高温铜氧化物超导把临界温度提升到液氮温区但至今没有统一理论解释它。谢院士坦言这是一个非常复杂且难以解决的问题。研究人员仍在努力升级BCS理论框架使得电子-声子、电子-电子等多种相互作用共同发挥作用试图让超导现象更加稳定并达到更高温度。 自旋流是一种比传统电流更稳定且高效传递信息和能量的方式。它不伴随电荷移动而只是旋转方向改变。 拓扑材料通过给边缘态加装安全门防止信息泄露给边缘电子提供单向通道避免信息“撞墙”泄露确保完美边界导体诞生为未来芯片和量子器件提供永不泄露安全门。 互动环节中,同学们对零电阻能否被打破产生好奇和疑问,并向谢院士提出各种问题如杂质影响临界温度问题等并得到了详细解答现场气氛热烈弹幕不断刷屏. 结束后屏幕这端的强基学子久久未散纷纷感叹物理如此浪漫有人下决心未来也要写出下一个“圆舞曲乐谱”谢院士关闭摄像头后观众留下这句话谢谢带我们窥见量子世界的隐形舞会虽然这个暑期学校只有一期但它给“强基计划”注入新生命使国家使命转化为个人理想学术前沿与生活语言紧密联系科研报国成为青春答卷一部分.