《科学通报》“山东大学百廿校庆物理学”专辑

　　

　　封面说明：山东大学的主体是1901年创办的山东大学堂, 是继京师大学堂之后中国创办的第二所国立大学, 也是中国第一所按章程办学的大学, 是世界一流大学建设高校(A类).山东大学物理系始建于1930年, 2000年整合资源成立物理与微电子学院, 2008年更名为物理学院, 其中凝聚态物理、粒子物理与原子核物理是国家重点学科, 理论物理、原子与分子物理是山东省重点学科.本期专辑集中展示了近年来物理学科相关研究领域取得的进展, 以敬百廿山东大学所取得的成就.

　　编者按

　　东临黄海，南望泰山。1901年，山东大学秉章程办学。2021年，山东大学将迎来120周年华诞。百廿山大数经变迁，坚持“为国育贤”，秉承“为天下储人才，为国家图富强”的办学宗旨，践行“学无止境，气有浩然”的校训，崇实求新，薪火相传，为国家和社会培养了60余万各类人才，为国家和区域经济社会发展作出了重要贡献。2017年，山东大学入选国家“双一流”建设高校名单(A类)。

　　山东大学物理学科创立于1930年，是“211工程”和“985工程”重点建设学科，是前沿科学研究和优秀人才培养的重要基地。它包括凝聚态物理、粒子物理与原子核物理等国家重点学科，入选了国家基础学科拔尖学生培养计划2.0基地、国家理科基础科学研究与教学人才培养基地、“强基计划”，获批国家级实验教学示范中心、国家一流专业，在ESI、US News、QS、软科等全球物理学科排名中均位列内地高校第6~11位。学科拥有“长江学者奖励计划”特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者等国家级杰出人才13人，建有晶体材料国家重点实验室、粒子物理与粒子辐照教育部重点实验室等一批高水平科研平台。

　　为庆祝山东大学120周年华诞，集中展示近年来山东大学在物理学及相关学科领域取得的科研进展，《科学通报》特组织出版“山东大学百廿校庆物理学专辑”。专辑包含12篇评述文章。仝殿民课题组综述了非绝热和乐量子计算的研究进展，重点介绍了非绝热和乐量子计算的理论基础、基本设计方案以及与抵抗环境噪声技术相结合的方案，简要介绍了非绝热和乐量子计算的物理实现和实验工作。郑雨军课题组综述了量子系统演化速率极限的研究进展，探讨了量子系统演化速率极限与几何相位的关系以及实验测量。司宗国和李世渊课题组围绕强子产生介绍了最新的唯象学研究进展，包括微扰计算、软硬界面色结构及重子数涨落、强子化与相关强子结构和强子波函数的研究与应用。陈峰课题组介绍了介电晶体光波导(包括单晶薄膜)的制备方法及相关的波导性能，综述了介电晶体光波导在激光产生、非线性光学频率转换、信号调制以及量子信息中的应用，并对这一领域的未来研究进行了展望。解士杰和郝晓涛课题组基于有机半导体激发态的独特性、相互作用及界面过程，围绕有机光伏效应和有机自旋效应中的关键科学问题，重点归纳和阐述了近年来在相关激发态量子效应和调控研究中的系列工作。赵明文课题组从一维纳米管（线）和二维层状材料中的“缺陷效应”出发，对低维材料电子结构调控方面的研究结果进行综述，揭示了空位和吸附原子等点缺陷对材料的电子结构、电子自旋极化和激发态特性的调控机制与规律。戴瑛课题组评述了低维磁性拓扑物态的研究进展，介绍了二维反铁磁/铁磁拓扑绝缘体、磁性拓扑半金属、陈绝缘体等的特性和形成机制。王春雷回顾了近几年氧化物热电材料和器件的研究进展，探讨了热电发电作为新型能源的应用前景。柏利慧课题组综述了磁子-微波耦合的概念和机制，分析了强耦合中电检测技术及其自旋流特性，梳理了磁子光子强耦合的发展脉络。胡季帆课题组以电控磁的机制为主线展开，从材料、性能和器件应用的角度对电场调控磁性领域的研究进展进行系统总结、归纳和展望。王春明课题组总结了铋层状结构压电陶瓷的结构、居里温度和压电性能，评述了高居里温度（Tc~940°C）铌酸铋钙（CaBi2Nb2O9）压电陶瓷的研究进展，对提高铌酸铋钙压电陶瓷的压电性能和高温电阻率提出了展望。颜世申课题组归纳了近年来在浓磁半导体、稀磁半导体、非磁肖特基异质结和非对称势垒磁性隧道结中发现的新奇磁电阻效应，特别是课题组在磁性异质结中利用电场和磁场协同调控、剩磁调控、自旋轨道矩调控实现多态数据存储的研究进展。

　　值此专辑付梓之际，我们热诚期盼与国内外同领域专家学者进一步深入交流和合作，以推动物理学及相关学科领域的发展。在此，对所有作者、审稿人以及《科学通报》编辑部工作人员的大力支持和帮助表示诚挚感谢!

　　陈峰山东大学教授，物理学院院长，晶体材料国家重点实验室副主任，英国物理学会会士，国际光学工程学会会士。研究方向为光学晶体波导、离子束材料改性、飞秒激光微加工、波导激光、微纳光子结构、铌酸锂单晶薄膜等。

　　山东大学百廿校庆物理学专辑

　　编者按

　　格物致理, 聚焦物理前沿基础研究

　　陈峰

　　评述

　　非绝热和乐量子计算研究进展

　　赵培茈, 许国富, 仝殿民

　　非绝热和乐量子计算具有全几何性与可快速实现的优点. 自2012年首次提出, 经过近10年的发展, 非绝热和乐量子计算在理论和实验两方面都取得了很大的进展. 本文综述这一领域的主要理论进展, 并简要介绍物理实现和实验工作.

　　量子速度极限研究进展

　　孙舒宁, 郑雨军

　　量子系统的最大演化速度极限在量子通讯、量子计算、量子度量学、量子非平衡热力学以及量子最优控制算法等领域具有重要的研究价值. 本文对量子速度极限的研究进展作了简要综述.

　　高能散射强相互作用唯象学研究进展

　　王健, 司宗国, 刘言锐, 李世渊, 吴群, 金毅, 姚涛, 蒋军

　　高能散射是研究物质基本结构及其相互作用规律的基本实验手段. 本文围绕强子产生介绍高能散射强相互作用唯象学的最新研究进展, 主要包括软硬界面的色结构与重子数涨落、强子化模型、强子波函数的应用等.

　　介电晶体光波导的制备及其应用

　　贾曰辰, 王士香, 谭杨, 王磊, 陈峰

　　基于介电光学晶体的光波导结构是集成光子学的重要平台, 在诸多领域具有广阔的应用前景. 本文介绍介电晶体光波导的制备及性能, 综述其作为集成光子学器件在激光产生、非线性光学频率转换、信号调制以及量子信息中的应用, 并对这一领域的未来研究进行展望.

　　

　　有机半导体激发态的量子调控

　　高琨, 秦伟, 郝晓涛, 解士杰

　　有机半导体激发态具有多样性和独特性, 这使得有机器件呈现出丰富而特有的物理现象. 基于有机半导体激发态的独特性、相互作用及界面过程, 围绕有机光伏效应和有机自旋效应中的关键科学问题, 简要介绍了我们在其量子效应和调控研究中的系列工作.

　　低维材料中的缺陷效应与电子态调控

　　赵明文, 夏曰源, 梅良模

　　低维材料具有大的比表面积、独特的电子结构和优异性能, 在新能源、信息等领域具有重要的应用前景. 本文介绍课题组在低维材料设计和电子结构计算方面的研究结果, 着重阐明缺陷、表面修饰和内部填充等效应对材料电子结构的调控机制与规律, 为低维材料在新型电子器件等领域的应用提供依据.

　　

　　低维磁性拓扑绝缘体与拓扑半金属

　　王昊, 牛成旺, 戴瑛

　　磁性拓扑材料展示了多种新奇的物理效应, 有望应用于未来低功耗高速自旋电子学器件. 本文回顾了磁性拓扑材料的发展历程, 包括量子反常霍尔效应绝缘体、反铁磁拓扑绝缘体及磁性拓扑半金属等, 并详细介绍了我们课题组近年来在低维磁性拓扑材料方面的理论工作.

　　热电材料、器件设计和应用新进展

　　王春雷

　　热电效应是能够把热能和电能相互转换的一种耦合效应, 利用这一物理效应可以实现固体制冷和发电. 本文回顾了热电研究的发展历程, 总结了两种氧化物热电材料的近期研究状况, 简要介绍了新型热电器件的设计, 展望了热电发电在可穿戴电子设备和物联网自供电方面的应用.

　　腔内自旋与微波相互作用的电检测

　　柏利慧, 田玉峰, 康仕寿, 陈延学, 刘国磊, 梅良模, 颜世申

　　借助交换相互作用, 磁子-微波强耦合体系提高了自旋与光子的耦合强度, 实现了宽松的耦合温度环境, 并为强耦合体系的探测、调控提供了新方法. 本文介绍了磁子-微波耦合的概念和机制、磁子-微波强耦合中电检测技术及其产生的自旋流的特性.

　　

　　电场调控磁性的研究进展: 材料、机制与器件

　　崔彬, 成彬, 胡季帆

　　电场调控材料磁性对于实现信息的高效存储和处理具有重要意义. 本文以电控磁的机制为主线, 以电场下材料的宏观磁性能和器件的自旋电子学现象变化展开, 呈现该领域的研究现状, 并展望未来的发展方向.

　　高居里温度铋层状结构铌酸铋钙(CaBi2Nb2O9)压电陶瓷

　　王春明, 陈娟囡, 陆宏婷, 王茜

　　高温压电材料是高温压电振动传感器的核心敏感元件, 在航空航天、国防工业等高端技术领域有着广泛应用. 本文主要介绍铋层状结构高居里温度铌酸铋钙(CaBi2Nb2O9)压电陶瓷的研究现状. 最新研究显示, 性能优化的铌酸铋钙压电陶瓷的压电系数d33可达20 pC/N, 同时居里温度Tc高达900°C.

　　

　　新型磁电阻探索与多态数据存储应用

　　田玉峰, 柏利慧, 康仕寿, 陈延学, 刘国磊, 梅良模, 颜世申

　　介绍了浓磁半导体的负磁电阻、稀磁半导体的正磁电阻、整流磁电阻和隧穿整流磁电阻等4种磁电阻的机理, 以及通过电磁场调控、剩磁调控、自旋轨道矩效应实现多态数据存储的方法.