北京大學超導教授

1. 吉林大學物理學院的教學科研機構

吉林大學凝聚態物理學科是1986年批準的原國家重點學科。該學科1989年建立超硬材料國家重點實驗室，1995年通過驗收並對外開放，1998年通過教育部預評估。1993建立國家物理基礎科學研究與教學人才培養基地。1995年列入211工程項目重點建設學科，1998年成為首批物理學一級學科博士點授權單位。
該學科多年來一直圍繞學科發展的前沿、國家經濟和國防建設的需要開展研究，形成了高壓物理、超硬材料與高壓相功能材料，薄膜物理，高壓極端條件下的稀土固體物理學，稀土永磁化合物與材料磁性和非周期局域固體結構等五個各具特色、相對穩定的研究方向，取得了一系列重要研究成果，受到國內外同行的重視。近五年，在國內外主要學術刊物上發表論文600餘篇，其中SCI收錄300餘篇；在國際重要學術會議上做特邀報告10次。目前承擔科學研究項目60多項。獲省部級獎勵3項，國家發明專利7項。
近五年，本學科共招收56名博士（已獲學位27名），招收111名碩士（已獲學位57名），有3名博士後出站。不僅為本學科發展培養了一隻高素質的後備隊伍，也為其它相關領域輸送了大量高層次人才。開展了廣泛的學術交流活動，派出20多人進修或短期合作研究，接待了30多人次的國際知名專家學者講學，聘請多名學者任名譽或客座教授，保持了與多個國際一流單位的長期緊密合作關系，舉辦了全國學術會議7次，擴大了本學科在國內外的影響和知名度。
近20年來凝聚態物理的研究熱點：
1.准晶態的發現（1984年）
2.高溫超導體的發現YBaCuO2（1986年）
3.納米科學（1984年）
4.材料的巨磁阻效應LaSrMnO3（1992年）
5.新的高溫超導材料MgB2（2001年） 師資力量：
目前本專業從事凝聚態物理研究的集體（固體物理教研室）有教師16人，教授8人（其中博士導師2人）、副教授5人、講師和助教4人。
學術帶頭人蘇文輝教授，現任吉林大學稀土固體物理研究室和物理系固體物理教研室主任，兼任中國科學院國際材料物理中心協作成員、教育部吉林大學無機合成與制備化學重點實驗室顧問、中國《高壓物理學報》副主編，全國氫能發電裝置委員會委員，美國物理學會會員。曾任中國物理學會高壓物理專業委員會第一、第二屆委員，第二屆（1990－1995年）副主任委員，國際學術刊物編委；受李政道教授聘請，任CCAST（WorldLab.）特別成員。長期從事高壓高溫極端條件稀土固體物理和化學、新型化合物的合成研究。已發表英文論文130篇、中文論文120多篇，已培養出22名博士、81名碩士、2名博士後，指導過10多名國內外訪問學者。
教研室其他人員：
呂天全、張程祥、許大鵬、劉曉梅、姚斌、鄭以松、賀天民教授，
紀媛副教授等，
他們都從事凝聚態物理和高壓研究多年，每人已發表30－40篇學術論文.
主要研究方向
1)高溫高壓極端條件稀土固體物理學。
2)硼籠多面體化合物、納米材料和生物物質的高壓研究，新物質新材料的高壓合成及應用。
3)固體稀土氧化物燃料電池發電及其它新能源的開發應用研究。
4)凝聚態物質(納米材料、稀土氧化物、高溫超導體、磁性材料、合金材料等)的結構特性研究。
5)低維凝聚態理論(電子態、電輸運特性)。
6)高分子統計理論。
7)高壓物理學。 專業簡介：
吉林大學磁學專業（磁學教研室）成立於1954年，是國內最早建立的五個磁學專業之一（北京大學、南京大學、蘭州大學、山東大學、吉林大學）。
教學方面，磁學教研室自1955年開始承擔磁學專門化教學任務，40多年來培養出幾百名本科生、幾十名碩士研究生和六名博士研究生。畢業生遍布全國乃至世界各地，很多人成為所在單位的骨幹，其中包括大學院長、國務院學位委員會委員、研究所所長、工廠廠長、總工程師。
科研方面，共承擔完成9項國家自然科學基金項目（其中重點基金一項），3項吉林省科委項目。在SCI收錄的國內外著名學術雜志上發表論文一百多篇，申請專利2項。共獲得國家科技進步獎和省部級獎7次，主要研究成果有：
①解決了Fe-Ni合金薄膜磁場感生各向異性的起源問題，定量計算擬合了感生各向異性常數隨成分、溫度、以及蒸積過程中襯底溫度的關系；
②發現了金屬Co磁場冷卻後形成晶體織構，並發現它就是磁場冷卻感生磁各向異性的起源；
③闡明了非晶Gd-Co薄膜易磁化軸垂直於膜面的磁各向異性起源於其微柱狀結構，柱表面上Gd的擇優氧化，以及Gd-Co間的亞鐵磁耦合。
④在自旋玻璃中發現磁場感生各向異性效應；
⑤系統研究了各種稀土永磁化合物的晶場和磁性，發現在一些化合物中，4f-3d交換作用的各向異性很大，4f-4f交換作用不能忽略，闡明了RCo5中Pr與Nd離子的變價行為。
科技開發方面，於1990年創建了磁性材料中試基地（隸屬於物華公司），研究開發並生產了一批永磁功能器件和永磁材料，目前為一汽大眾配套生產永磁磁性材料。
科研現狀：
目前我們正承擔國家自然科學基金項目和吉林省科委項目，主要從事稀土永磁材料及相關化合物的磁性、氧化物巨磁電阻效應的研究。研究現狀：
①納米晶稀土永磁材料的研究：納米晶永磁體是目前永磁材料研究的一個主要方向。目前進行的單相納米晶稀土永磁材料磁滯回線的微磁學研究把前人的定性計算擬合（矯頑力誤差~100%）提高到定量計算擬合的檔次（矯頑力誤差~10%）。已經做到定量計算擬合磁滯回線隨晶粒大小和溫度的關系。
②新型稀土-過渡族金屬間化合物的探索：與北京物理所磁學國家重點實驗室合作發現了新型具有高飽和磁化強度、高居里溫度和強單軸磁各向異性的3:29型稀土-鈷化合物。
③稀土氧化物巨磁電阻效應的研究。 磁現象是自然界中普遍存在的現象，磁現象的研究在過去得到了飛速的發展。二十世紀以來，從1902年的洛倫茲和塞曼因磁場對輻射的影響的研究，到1998年崔琪等因二次量子化霍爾效應，至少有24次諾貝爾物理學獎得主在磁學領域作出過傑出的貢獻。目前磁學已經成為物理學的重要組成部分。磁學的發展使得現在無論是電力、電子、通信與信息技術，還是空間技術、計算機技術、生物醫學，乃至家用電器，磁學和磁性材料都是不可缺少的重要部分。
元素周期表中的鑭系元素（14個），加上化學性質相似的Sc和Y共17個元素，統稱為稀土元素。稀土元素的特點是4f殼層的電子未充滿，具有大的原子磁矩，很強的自旋軌道耦合等特性，與其它元素結合形成的化合物表現出十分豐富的光、電、磁學性能，被廣泛應用在稀土光學材料、稀土磁性材料、稀土儲氫材料及稀土催化材料等中，是許多高新技術材料中不可替代的關鍵元素。另外稀土化合物的各種物理性質（導電性（如超導電性，磁電阻效應），磁性（如磁各向異性，磁有序性等））的研究也一直是凝聚態物理基礎研究的主流。因此有關稀土化合物的研究近年來一直是凝聚態物理的研究熱點。我國的稀土資源相當豐富，大約佔世界已探明儲量的80%，而且品種全，質量高。為了發揮我國的稀土資源的優勢，將資源優勢轉化為產業優勢和經濟優勢，國家十分重視稀土資源的開發。開發和發展稀土功能材料是稀土資源高值化的重要途徑。稀土磁性材料是一類重要的稀土功能材料，包括：稀土永磁材料、氧化物巨磁電阻材料、稀土大磁致伸縮材料、稀土磁製冷材料等。
作為一種重要的功能磁性材料，以Nd-Fe-B為代表性的稀土永磁材料已被廣泛應用於能源、交通、機械、醫療、計算機、家電等領域，深入國民經濟的方方面面，其產量與用量已成為衡量一個國家綜合國力與國民經濟發展水平的重要標志。 無線電物理採用近代物理學和電子信息科學的基礎理論、方法及實驗手段，研究電磁場和波及其物質相互作用的基礎規律，據以開發新型的電子器件和系統，發展信息傳輸和處理的新理論、新方法和新技術並在電子系統中推廣應用。現代許多高新技術：如電子計算機技術、量子電子學、光電子學、超導電子學，以及量子信息技術等無一不與無線電物理密切相關，並以之為基礎，或即屬於其研究范疇。當今高新科技的發展已促進電子信息科學的研究從簡單物質到復雜系統，從定性解到定量解，從線性問題到非線性問題，從正向研究到逆向反演的轉化，而且出現了電子信息科學技術、應用物理等不同學科的廣泛交叉和應用。形成了眾多交叉學科和高科技的應用基礎。同時，又促進了物理學基礎理論的深入發展。
電子計算機就是在無線電電子學和物理學的基礎上發展起來的，如今電子計算機的發展已經歷了四代，即電子管計算機，晶體管計算機，集成電路計算機，大規模、超大規模集成電路計算機等。計算機的更新換代得益於電子元器件的發展，是建立在物理學的基礎之上，是以電子在真空中，在半導體材料中運動規律的認識突破為前提。一台電子計算機就是一個物理系統，計算過程是這個物理系統的一種時間演化。
在計算機的發展中，小型化和高度集成化是一個重要目標，如今晶元上線寬已達亞微米乃至納米量級，集成度為11x11mm2晶元上集成幾千萬個元件。再進一步縮小晶元上元件的尺寸，當其接近原子量級尺寸時，電子運動的規律只能用量子力學理論來描述，電子的波動性成為其主要特徵。這意味著微電子技術將面臨一場革命。量子器件將被發明，量子計算理論將被提出，量子計算機將產生。量子計算機作為一種新的計算機，不僅僅是在現有計算機基礎上向前邁進了一步，而且使整個計算的概念煥然一新，量子計算的思想對物理學的基礎也有深遠意義。量子器件及量子計算機的研究是跨世紀工程，它涉及物理學，計算機科學,數字等諸多學科，已成為當今世界研究的熱點。
物理學的發展為計算手段的革命提供了物質基礎，計算機的出現又徹底改變了物理實驗的面貌，帶來了新的物理學.新的物理學是立足於實驗、理論和計算三大支柱之上。面向二十一世紀的物理學工作者，不能僅限於享用現有計算機資源，必須發揮創造性，自行設計專用計算機，以解決物理實驗中數據採集和處理問題。方能深入探索過去無法想像的復雜現象的本質。這就要求物理學工作者即要有扎實的物理基礎，又要精通電子計算機。
隨著科學技術的發展，無線電物理的研究領域也在不斷拓展,計算機物理就是其中之一。本專業側重於計算機物理方向的研究。 本方向主要從事磁學量的測試計量方法研究和電磁信號轉換以及磁測量儀器、儀表的開發研製， 磁測量技術在航空、汽車、石油及各個領域的應用研究。汽車電子設備及儀器儀表,各種磁感測器和換能器在石油、汽車工業及其他方面的應用開發研究；磁性參數的檢測方法研究及儀器的研製；各種磁參數測量器具的開發研製； 弱信號的檢測方法研究等。
每年平均申請科研項目4項,每年平均科研經費80萬元,獲得專利10餘項,在各類刊物發表科研論文20篇， 本研究集體研製成功的JDM-1型振動樣品磁強計獲國家科技進步獎， 近幾年的科研成果在該研究方向處於國內領先地位 ，有些方面的工作（如：磁性材料綜合測試系統、大功率電磁鐵用穩流電源等）達到國際先進水平。先後有十幾項科研成果被有關部門採用。我們的科研工作緊緊圍繞我國的工農業生產、科研和教學的具體實際需要來開展，大部分科研項目來自於有關的生產單位、科研院所和大專院校，科研成果解決了很多具體的實際問題，提高生產和科研水平。有些儀器設備的性能價格比優於國外的同類產品，被國內很多用戶所採用，產生了較好的社會和經濟效益。我們自己研製成功的《可變強場振動磁強計》，已列為世界銀行貸款招標目錄，並已中標， 已有很多單位訂購，可為國家節約大量的外匯。
每年招收研究生12人 本科生 30人， 兩年內本學科獲得博士學位授予權 。 本學科研究粒子(重子、介子、輕子、規范粒子和誇克等)和原子核的性質、結構、相互作用及運動規律，探索物質世界更深層次的結構和更基本的運動規律。從根本意義上講，粒子物理和核物理的研究處於整個物理學的最前沿，他們涉及從最微觀領域的規律到天體的形成與演化的規律。
粒子物理與核物理專業的前身是吉林大學原子核物理專業，它創建於1958年，從建立專業初期到文化大革命前，在劉運祚主任的領導下先後建成β譜、γ譜、中子物理、加速器、核電子實驗室，為專業教學和科研打下了堅實基礎。又經過多年的發展，該學科已形成了核結構實驗研究、核技術應用研究、核數據評價以及穆斯堡爾譜學四個相對獨立的研究方向。本學科具有一支整體力量雄厚、年齡和知識結構合理的學術梯隊，並且培養了一批在本學科內具有一定影響的學術帶頭人。

2. 左手材料是什麼東西

一、左手材料——源於上世紀60年代科學家的假想

本世紀以來，一種被稱為「左手材料」的人工復合材料在固體物理、材料科學、光學和應用電磁學領域內開始獲得愈來愈廣泛的青睞，對其的研究正呈現迅速發展之勢，而它的出現卻是源於上世紀60年代前蘇聯科學家的假想。

物理學中，介電常數ε和磁導率μ是描述均勻媒質中電磁場性質的最基本的兩個物理量。在已知的物質世界中，對於電介質而言，介電常數ε和磁導率μ都為正值，電場、磁場和波矢三者構成右手關系，這樣的物質被稱為右手材料（right-handed materials，RHM）。這種右手規則一直以來被認為是物質世界的常規，但這一常規卻在上世紀60年代開始遭遇顛覆性的挑戰。1967年，前蘇聯物理學家Veselago在前蘇聯一個學術刊物上發表了一篇論文，首次報道了他在理論研究中對物質電磁學性質的新發現，即：當ε和μ都為負值時，電場、磁場和波矢之間構成左手關系。他稱這種假想的物質為左手材料（left-handed materials，LHM），同時指出，電磁波在左手材料中的行為與在右手材料中相反，比如光的負折射、負的切連科夫效應、反多普勒效應等等。這篇論文引起了一位英國人的關注，1968年被譯成英文重新發表在另一個前蘇聯物理類學術刊物上。但幾乎無人意識到，材料世界從此翻開新的一頁。

由於左手材料的顯著特點是它的介電常數和磁導率都是負數，所以有人也稱之為「雙負介質（材料）」，通常也被稱為「負折射系數材料」，或簡稱「負材料」。

二、左手材料——本世紀初的突破引發人們無限遐想

左手材料的研究發展並不一帆風順。在這一具有顛覆性的概念被提出後的三十年裡，盡管它有很多新奇的性質，但由於只是停留在理論上，而在自然界中並未發現實際的左手材料，所以，這一怪誕的假設並沒有立刻被人接受，而是處於幾乎無人理睬的境地，直到時光將近本世紀時才開始出現轉機。原因在於英國科學家Pendry等人在1998~1999年提出了一種巧妙的設計結構可以實現負的介電系數與負的磁導率，從此以後，人們開始對這種材料投入了越來越多的興趣。2001年的突破，使左手材料的研究在世界上漸漸呈現旋風之勢。

2001年，美國加州大學San Diego分校的David Smith等物理學家根據Pendry等人的建議，利用以銅為主的復合材料首次製造出在微波波段具有負介電常數、負磁導率的物質，他們使一束微波射入銅環和銅線構成的人工介質，微波以負角度偏轉，從而證明了左手材料的存在。

2002年7月，瑞士ETHZ實驗室的科學家們宣布製造出三維的左手材料，這將可能對電子通訊業產生重大影響，相關研究成果也發表在當月的美國《應用物理快報》上。

2002年底，麻省理工學院孔金甌教授從理論上證明了左手材料存在的合理性，並稱這種人工介質可用來製造高指向性的天線、聚焦微波波束、實現「完美透鏡」、用於電磁波隱身等等。左手材料的前景開始引發學術界、產業界尤其是軍方的無限遐想。

2003年是左手材料研究獲得多項突破的一年。美國西雅圖 Boeing Phantom Works 的C. Parazzoli 與加拿大University of Toronto電機系的G. Eleftheriades所領導的兩組研究人員在實驗中直接觀測到了負折射定律；Iowa State University的S. Foteinopoulou也發表了利用光子晶體做為介質的左手物質理論模擬結果；美國麻省理工學院的E.Cubukcu 和K.Aydin 在《自然》雜志發表文章，描述了電磁波在兩維光子晶體中的負折射現象的實驗結果。基於科學家們的多項發現，左手材料的研製赫然進入了美國《科學》雜志評出的2003年度全球十大科學進展，引起全球矚目。

2004年，國際學術界開始出現上海科學家的身影。「973」光子晶體項目首席科學家、復旦大學的資劍教授領導的研究小組經過兩年的研究與巧妙設計，利用水的表面波散射成功實現了左手介質超平面成像實驗，論文發表於著名的《美國物理評論》雜志上，即刻引起學術界的高度關注，被推薦作為《自然》雜志焦點新聞之一。同濟大學波耳固體物理研究所以陳鴻教授為首的研究小組從2001年開始對左手材料展開研究，經過兩年的研究，在基礎理論和材料的制備與表徵方面取得了重大進展，成果在國際物理學著名刊物上發表，2004年在國際微波與毫米波技術大會上作大會報告，並將在2005年日本召開的國際微波與光學技術研討會上作邀請報告。

左手材料在本世紀初已迅速成為科學界的研究熱點。據不完全統計，在國際主要學術刊物上，2000年與2001年所發表的關於左手征材料的研究論文數量分別是13篇與17篇，2002年上升至60篇，2003年上升到100篇以上。

三、左手材料——製造的實現孕育其巨大的應用前景

左手材料的巨大應用前景源於它的製造實現。Pendry在2000年就曾建議製作「超級透鏡」（也稱「理想棱鏡」）以實現左手材料的應用，這一建議在2004年被變成了現實，科學家利用左手材料已經成功製造出平板微波透鏡。2004年２月，俄羅斯莫斯科理論與應用電磁學研究所的物理學家宣布他們研製成功一種具有超級解析度的鏡片，但是他們的技術要求被觀察的物體幾乎接觸到鏡片，這一前提使其在實際應用中難以操作。同年，加拿大多倫多大學的科學家製造出一種左手鏡片，其工作原理與具有微波波長的射線有關，這種射線在電磁波頻譜中的位置緊鄰無線電波。兩國科學家的研究成果獲得科學界的高度贊賞，被美國物理學會評為2004年度國際物理學會最具影響的研究進展。

此外，根據左手材料不同凡響的特性，科學家已預言可以應用於通訊系統以及資料儲存媒介的設計上，用來製造更小的行動電話或者是容量更大的儲存媒體；等效的負折射媒質電路可以有效減少器件的尺寸，拓寬頻帶，改善器件的性能。未來，左手材料將會在無線通信的發展中起到不可忽略的作用。

四、左手材料——已被列入我國國家自然科學基金2005年重點項目指南

左手材料的研究已引起我國有關科學界的關注。除上海科學家以外，香港科技大學、中科院物理研究所、南京大學、北京大學、西北工業大學等單位均有科學家先行涉足這一領域的研究。國家自然科學基金委將左手材料和負折射效應的研究列入了2005年重點交叉項目指南中，在數理部和工程與材料學部聯合的「准相位匹配研究中的若干前沿課題」主題中將「左手材料相關基礎性問題研究」列為主要探索內容之一，在數理部和信息科學部聯合的「周期和非周期微結構的新光子學特性」主題中將「周期及非周期微結構中在太赫茲、近紅外及可見波段的負折射效應研究」列為主要探索內容之一。同時，基金委信息學部將「異向介質理論與應用基礎研究」列入2005年重點項目指南，異向介質即是左手材料的另一個名稱。

目前國內（包括上海）開展左手材料與負折射效應研究的主要單位的概況如下：

中科院物理所：該所的磁學國家重點實驗室廣泛開展新型磁性功能材料的探索和研究，研究和探索各種新型磁性材料，如鐵磁性形狀記憶合金，各種高頻（直到10-100G范圍）具有高磁導率，低損耗（如DC-DC convertor材料和左手材料）等；該所的微加工實驗室在低維人工結構製作與應用研究方面重點開展了二維不同結構光子晶體與左手材料、超導量子結構與器件等的研究。

香港科技大學：該校的納米科技研究所所長陳子亭教授是國際知名的凝聚態物理與光子晶體理論研究專家，主要從事光子晶體與左手材料方面的研究。

南京大學：該校電子科學與工程系的馮一軍教授主要從事電磁場與微波技術，新型人工電磁材料及微波器件等研究，目前承擔新型人工電磁介質的理論與應用研究（國家重點基礎研究發展計劃973項目）和左手人工電磁材料和微波器件（教育部博士點基金項目）。

同濟大學：波耳固體物理研究所的陳鴻教授、張冶文教授等人在左手材料與負折射效應的基礎理論、表徵手段和器件應用等方面已取得突破。

復旦大學：以資劍教授（「973」項目首席科學家）、周磊教授等為首，在左手材料超平面成像、表徵與器件應用（微波天線）等方面已取得重大進展，目前正與同濟大學、華東師范大學、中科院上海微系統所、中科院上海技術物理所、中科院物理研究所、南京大學、美國UCLC和AMES等研究機構開展這一領域的合作研究。該校的理論物理、凝聚態物理和光學三個專業學科均為國家重點學科和博士點。

上海理工大學：以光學與電子信息工程學院庄松林院士為首。莊院士長期從事應用光學、光學工程和光電子學的研究，他設計了百餘種光學系統及儀器，是國內率先開展光學系統CAD的研究者；在復物體的位相恢復研究中提出多種光學方法，開創了該領域研究的新方向；所研製的CdSe硒化鎘液晶光閥達到了當時國際先進水平。