物理学在“看不见的世界”前行

利用自身在薄膜制备技术和原位表征方面的优势，在拓扑绝缘体/超导体界面的研究方面取得了突破性进展。该工作被《科学》杂志审稿人评价为“材料科学的突破”和“巨大的实验成就”。
　　
　　拓扑绝缘体研究刚开始时，国际上实验探索主要使用块材单晶材料，人们尚未得到高质量的薄膜，然而对于器件应用，薄膜才是关键。对此，中国物理学家在拓扑绝缘体的研究中起了非常重要的作用。
　　
　　2009年，清华大学教授薛其坤和贾金锋领导的实验组率先用分子束外延制备出了高质量的薄膜样品，并从实验上观察到了表面态和朗道能级。目前，国际上已经有多个研究组能够生长出高质量拓扑绝缘体薄膜，但由于界面反应和晶格适配等问题，拓扑绝缘体与超导体之间的高质量界面非常难以制备。
　　
　　目前，半导体器件仅仅是利用了电子的电荷性质，而且越来越小的电路元件使得电子的量子效应越来越明显，摩尔定律似乎已经走到了尽头。要想获得更多的信息处理容量，利用电子的另一个性质自旋是一个非常明智的选择。
　　
　　而且，关于自旋在材料中的运动问题可能涉及到量子力学和广义相对论的基本问题，也许可以模拟宇宙中暗能量的产生原理，这为困扰粒子物理学家多年的引力和其他作用力相互统一以及宇宙组成和演变等问题提供了实际的参考案例和实验材料。
　　
　　天体物理：窥视宇宙的边缘
　　
　　在人们眼中，黑洞一词既神秘又特殊，而在天体物理学家眼里，黑洞是一个绝好的研究对象。
　　
　　2012年5月，中科院云南天文台研究员王建成带领的研究团队在超大质量黑洞周围物理现象研究方面取得进展，他们发现活动星系核的物质传输存在奇特现象，并且，其射电核呈负宇宙演化模式。
　　
　　王建成团队收集了1000多个射电活动星系核，对它们的射电瓣和射电核进行研究，发现射电核和瓣具有不同的演化模式，表明物质从中心向外传输存在奇特现象。
　　
　　研究人员分析表明：当活动星系核中心的超大质量黑洞大量吸积物质时，它“不愿意”抛射喷流物质，而在低吸积物质情况下，它“慷慨地”抛射喷流物质，并产生强的射电辐射。
　　
　　中科院高能物理研究所研究员、粒子天体物理中心主任张双南说，中国计划于2014年发射的空间实验室“天宫二号”将携带国际首个专用的高灵敏度伽马射线暴偏振测量仪器。
　　
　　这项中国—瑞士合作开展的“伽马暴偏振探测项目”（POLAR）是中国空间天文“黑洞探针”计划的组成部分。该计划以黑洞等极端天体作为恒星和星系演化的探针，理解宇宙极端物理过程和规律，解答宇宙组成和演化。此外，中国空间天文界还提出了“天体号脉”和“天体肖像”计划。
　　
　　张双南说，“中国空间站空间天文探测计划”还包括“宇宙灯塔计划”，拟使用空间站作为天文观测和物理实验平台，探索和实验利用宇宙中遥远的X射线脉冲星信号作为宇宙的灯塔信号，实现航天器自主定位和导航，并捕捉宇宙中各种天体快速变化的信号，研究宇宙中剧烈和极端的物理现象。
　　
　　根据规划，中国在2015年前后将发射首个太空望远镜。这是中国自主提出的以黑洞、中子星等致密天体为主要观测研究对象的“硬X射线调制望远镜”（HXMT）天文卫星。
　　

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