物理学院 School of Physics, Nanjing University

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物理学系

        南京大学物理学科是我国高等院校中建立最早的物理学科之一,经历了九十多个春秋的持续发展和不断壮大,现已发展成为国内著名,国际上有一定影响的物理院系之一。南京大学物理学科名家辈出,培养了许多杰出人物,为我国的教育、科研和国家建设以及物理学发展做出了卓越的贡献。

        2009年,南京大学物理学科为谋求自身进一步的发展,调整了院系设置。在原物理学系的优势学科,凝聚态物理和理论物理的基础上成立了新的物理学系。物理学系依托南京大学固体微结构国家实验室,具有一流的基础研究实力和水平,与国际上二十多个国家和地区保持着较为密切的科研合作、学术交流和联系。其主要研究内容是在电子层次上研究凝聚态物质中不同类型微结构组态、分布、相互作用及形成和转变规律, 揭示它们与宏观物理性质间的内在联系,并将理论研究,计算机模拟与当代先进实验手段相结合,探索、设计和制备各种类型的微结构材料,研究其物理机制和新效应,为发展新型微结构材料奠定基础。

具体的研究方向包括:
1.  超导物理学和强关联电子系统:研究掺杂莫特绝缘体的物性,包括高温超导体在内的各种非常规超导体的超导机理与物性,钙钛矿氧化物物理学,铁电体介电体物理学,多铁性系统相变,磁电耦合物理与材料制备,高温超导体、量子自旋液体等电子强关联材料的中子散射等。

2.  受限小量子体系:研究受限小量子体系中的新颖量子效应,通过电子的电荷、自旋、相位、轨道等自由度来发展新型量子调控技术及设计新型量子器件。如二维材料的可控制备与物性研究,发展新型二维材料的制备技术,进一步通过基于二维材料原理器件的前瞻性研究,发展出新型的电子信息技术。通过角分辨光电子能谱、扫描电子显微镜等实验技术,研究拓扑量子材料、低维异质结构等的性质。这些问题的研究将有助于未来新一代微纳电子器件的设计。

3.  计算凝聚态物理和材料设计:运用分子动力学、第一性原理等数值计算方法研究关联电子学材料、分子和纳米尺度光电功能材料、金属团簇及其衍生物材料的物理和化学特性。主要关注的体现有拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导体、铁基超导体、二维材料等。还研究凝聚态物质极端条件的材料设计,包括高压相变机制(途径和势垒)、功能材料设计(超硬、高能量密度、超导等)、液体振动光谱。

4.  磁学和自旋电子学:利用电子的自旋自由度,实现新型电子器件,包括低维磁性材料,有机自旋电子学,绝缘体自旋电子学等。研究纳米材料的磁性与自旋相关的输运性质及其与微结构的关联。如研究磁性拓扑结构-斯格明子、二维材料的磁性、自旋流在金属、绝缘体和有机材料中的输运性质、磁性纳米颗粒的尺寸效应等。

5.  团簇物理学:研究多种团簇结构的各种物性,例如金属和半导体团簇的结构和性质,团簇组装纳米结构的量子性质,金属和氧化物纳米线的结构和性质,包裹团簇的热力学性质——纳米喷。以及基于原子及量子态,走自下而上,发展原子极限水平的材料与器件。

6.  固态量子信息和量子计算:主要研究领域是超导量子计算和超导器件、超冷原子、磁共振与量子精密测量,以及宏观量子相关现象。实验观测到约瑟夫森节中的量子相干振荡,不仅证实了量子力学可以应用于宏观变量,而且开创了运用超导器件实现量子计算机的广阔前景。基于超冷原子体系的量子模拟、离子阱与超导量子计算、几何与拓扑量子计算。通过固态单电子自旋量子探针实现量子陀螺、量子存储和纳米尺度化学过程探测等等。

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