年度归档:2017年

2018元旦快乐

转眼1997已经不是10年之前,而是20年之前了。

现在距离2035年和2000年已经一样远了。

每一天都是平凡而重要的一天,明天或许并没有什么不同。

2017年从本科毕业,进入了研究生阶段。

2018年,时间长河中标记的下一个地球年。

希望新的一年里有所成长、有所收获、有所进步。

不忘初心,砥砺前行。

新年快乐!あけましておめでとうございます!

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Modern Physics Seminar(7)

多铁性材料和超导


第一讲

介绍多铁性材料的磁电协同耦合。

拥有铁电、铁磁、铁弹中两种或两种以上的材料称为多铁性材料。

利用磁性多层膜的巨磁阻效应制造出了大容量的磁盘。 并发展出了自旋电子学,电子自旋散射,产生不同磁电阻。

自旋轨道相互作用,最初的原理又可以在某个苏联科学家的早期(1959年)论文中找到。 “铁磁+铁电”可以产生磁电耦合。 发展处单相多铁性、复合多铁性材料(0-3、1-3、2-2)。

界面不对称,界面原子扩散,使用人工微结构,插入层改善界面效应。

快速低耗连续调控多个非易失性的阻态。

展望:存储器、磁电耦合传感器、铁磁共振微波器件、微纳磁电马达。 人工智能与电阻非易失连续可调,比算法更像人脑。 电场、磁场、光学、应力对自旋、轨道、电荷、晶格的调控。


第二讲

超导具有零电阻和抗磁性。

主要的用途有:

  1. 超导输电;
  2. 高能粒子加速器;
  3. 国际热核聚变反应堆(ITER);
  4. 晶体生长,材料变性;
  5. 磁悬浮列车;
  6. 核磁共振(MRI);
  7. 超导量子干涉器(SQUID);
  8. 超导微波器件;
  9. 超导计算机。

零电阻现象最初在1911年,4.2K温度下的Hg发生零电阻现象。

BCS theory

  1. 超导相变前后,材料结构不变
  2. 超导能隙:比热
  3. 同位素效应,电-声子相互作用判断,把两个垫子耦合在一起,Cooper对

就超导态被破坏的方式而言,超导体可以分为两类。

  1. I类超导体:一旦外加磁场突破临界磁场Hc,将发生一级相变,超导态突然消失。
  2. II类超导体:有两级相变,电阻为零时磁场可以渗透进入超导体内部,不具有完全抗磁性,渗透的磁场以涡旋的形式存在,涡旋的中心不超导,超导体其余部分依然处于超导态。

利用超导中的缺陷进行磁通钉扎,可以有效的将第二类超导用于强电。 高温超导,77K或室温 铜氧化物,利用物理加压或化学加压(元素替代导致晶胞收缩), 高压下的金属氢也是超导体 未来需要解决的问题:

  1. 超导电子对如何配对,铁基超导中的反铁磁是否有关
  2. 超导电子的隧穿效应,超导异质结的
  3. 在强电(磁)场下的应用

老教师讲座之类比较有经验了,时间控制的比较好,内容太深的只是提一下并不深入,但也给了个可以深挖的方向,统揽全局的了解了一下多铁性材料和超导。

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Modern Physics Seminar(6)

宇宙学


  • 第一次讲座

Theme:The very early universe & the CMB physic Standard Model:Inflation & Hot Big Bang

宇宙微波背景(cosmic microwave background,CMB)是宇宙学中“大爆炸”遗留下来的热辐射,约为2.725K。

反弹宇宙学(Bounce Cosmology)connecting fundamental thories with observation。

量子涨落被拉开,波长拉长,距离边远后退相干变为经典涨落。

Concordance Model,inflationary Lambda-CDM model,共有6个基本参数和5个导出参数。

CMB polarization,E mode 、B mode BICEF instrument of the south polar

寻找原初引力波,Primordial GWs

实验方法: 卫星有年限,不方便更新升级。

地面目前有四个地点:南极、智利高原沙漠、格陵兰岛、西藏阿里。

第一次讲座总结: Today

  1. the  past decade has witnessed the era of presision cosmology
  2. the paradigm of early universe has been greatly developed
  3. Big Bang cosmology has become the Standard Model
  4. Inflation obtained a large amount of initial achievements
  5. Bounce cosmology is ambitious on solving big bang singularty

In near future

  1. Very early universe opens a window to explore fundamental physics
  2. It becomes possiblle to observationally probe physicsnear the Big Bang CMB experiments
  3. CMB experiments in the north earth is necessary
  4. China’s Ali CMB project will be hte first CMB experiment int the north earth

  • 第二次讲座

Theme:Primordial GWs & the CMB physic 提到了今年的诺贝尔物理学奖,LIGO项目于1992年立项,1999年运行,到2009年没结果,然后停机维护升级,2015年继续开机。

寻找原初引力波的动机Motivation:

  1. produced in very early time (within 10^(-30)s)
  2. linearly decouple
  3. originated from quantum fluctunations

Harmonic Analysis for CMB Polarization 弯曲时空,引力透镜,把E mode变成B mode

CMB Perfect Blackbody

相比于第一次讲座科普性的内容,第二次讲座最大的感受,宇宙学也是扎实的理科,用数学工具精准描述的,用实验装置观测,其基础理论涉及到了电动力学、流体力学、热统等物理知识,也有量子力学的内容。而且老师很年轻,很有活力,对于自己所研究的事情很有兴趣,不断地问:“不知道你们有没有这样的感受,我是感觉很兴奋的。”

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日本語の勉強(5)

明天参加JLPT N2考试……

天気がいいから、散歩しましょう~


2010年7月的真题

下の文章は、ある人物が自分の人生に影響を与えた言葉について説明したものである。

( ① )

この言葉は私のオリジナルです。この考え方にたどり着いたのは38 歳のときですが、その頃から努力することにたいして抵抗感がなくなり、とても生きやすくなりました。

私たちはなぜか、中学、高校生の頃に「努力する姿」を人に見せることをやめてしまいます。試験前の(注1)ガリ勉や運動会前の徒競走の(注2)猛練習などが、人に知られると気恥ずかしくなってしまうのです。

その心境は複雑です。まず結果が出なかったとき「あいつ、あれだけやってダメだった」とバカにされるのを恐れます。結果が出ても「あれだけ準備すれば当然だ」と評価が下がるのを恐れます。他者の評価を気にし始めると、いずれにせよ努力を(注3)隠すに越したことはないわけです。

それは社会人になっても同じです。得意技について「よほど努力しているのでしょうね」と褒められても、「たいしたことはしていません」と②自分の努力をわざわざ否定してしまったりするわけです。

しかし、この「謙遜して努力を隠す対応」はとても危険です。なぜなら、努力しなくていいことへの言い訳になる一方で、努力を「かっこう悪い」とする無意識の(注4)バリアになりかねないためです。もちろん、努力すれば、すべてがなんとかなるわけではありませんが、努力なしでは何も始まりません。そのためには「努力」という言葉を生活に積極的に取り入れ、そのプロセスを楽しむ仕組みをつくらなければなりません。

そして、努力を客観視するための測定方法が「時間」なのです。努力をする、しないはあくまで主観ですが、その分量を時間換算する仕組みを取り入れれば、自分がどこまで努力をしたのか、わかりやすく管理できるようになり、(注5)堂々と「○○については何年間やってきた」と言えます。

例えば、私はよく「文章を書くのが速い」と言われますが、その場合にこう返すのです。「大学卒業から16 年間、独立するまで、文章で(注6)顧客にリポートを作る仕事でしたから速くないと困ります」と。

努力を時間で測定すれば、時間が有限だからこそ、何を努力するのか自分で考え、決めなければいけません。そうすれば、結果はあとからついてくる、という気持ちになれる魔法の言葉なのです。

(勝間和代『勝間和代の人生を変えるコトバ』2009 年4 月11 日付朝日新聞による)

(注1)ガリ勉:成績を上げるために勉強ばかりする様子
(注2)猛もう練習:一生懸けん命めい練習すること
(注3)隠すに越したことはない:隠したほうがいい
(注4)バリア:障害となるもの
(注5)堂々と:自信のある様子で
(注6)顧客こきゃく:大切な客

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Modern Physics Seminar(5)

空间等离子体物理。


宇宙中99%的可见物质都是等离子体,与托卡马克中的等离子体有所区别的是,空间等离子密度低,稀薄,可以看作无碰撞等离子体。

等离子会形成激波,通过电磁场来传播能量,对粒子进行加速。灾害性空间天气事件,如耀斑、磁层亚暴都与之有关。

磁重联过程是空间等离子体释放磁能的主要机制,将磁能转化为带电粒子的动能,可用Sweet-Parker模型对磁重联过程进行描述。

空间等离子体也可以看作流体,使用动力学方程。无碰撞磁重联Hall,使用磁流体力学(MHD)模型。当电子速度较小,可以看作冻结在磁力线上。当电子速度足够大,回旋半径和磁力线曲率半径。

雪崩是磁重联的触发方式。

主要的研究方法是通过卫星或卫星座对空间等离子进行观测。提出磁岛的产生和合并,还有辐射带模型,高能粒子如何形成和减少是尚未解决的问题。

空间中卫星故障,主要是单粒子效应引起,造成数字芯片的01错误,导致功能出错。在地面也可以模拟空间等离子体物理,对一些特定情况下的现象进行研究,比卫星方便灵活,但也有缺陷。

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日本語の勉強(4)

2013年7月N2阅读


この数十年の変化の中で、もっとも大きく変わったものは何かと問われると、私は人生の選択肢が飛躍的(注1)に増え、さらにその選択をする自由度が高まったことではないかと答えます。

(中略)

親が決めたレールや、こうあるべきだという社会通念(注2)は、極端に少なくなり、どんな生き方も肯定される、そんな時代になったと思います。各人が自分の責任において、自分の生き方を選ぶことができるようになったのです。

ところが、この状況が人を幸せにしているとは必ずしも言えないというのが現状です。選択肢の数の増加と同じだけ、“これでいいのだろうか……”という迷いも増えました。迷って選択ができない、あるいは選択したけれど間違ったと思う……。そんな人たちが増えてしまったのです。

何かを得ようとして選択したことで、何かを失ってしまったかもしれない。本当は別の幸せがあったのかもしれないのに、自分はそのチャンスを逃してしまったのかもしれない。本当の自分は、こんな自分じゃなかったのではないだろうか。

他の人とくらべて、自分の人生が劣っているのではないか、失敗だったのではないかと考えてしまう。こうやって自分を追い込み、自分の人生に自信がもてなくなる。そんな人をたくさん生んでしまったのではないでしょうか。

生き方なんてこれしかないと言われたほうが、実はラクなのかもしれません。その中で、精一杯生きれば良いからです。でも、生き方はいくらでもあると言われたら、迷うのは当然のことだと思います。

でも大事なことはやはり、何をするかではなく、どう生きるかなのではないでしょうか。どんな選択をしようと、これが正解だなんてものは誰にも決められません。決められるとしたら、それは本人がそう思い込めるだけです。

だとすると、本人が自分の選択が良かったと素直に思える、あるいはその選択がどうであれ、自分は良く頑張った、精一杯やったと心から思えることが大切なのではないでしょうか。
人生の選択肢の多さに惑わされないで(注3)ください。いま自分が何をしているかで、自分の人生を判断しないでください。大切なのは、何をしているのかではなく、どう生きているかなのですから。どう生きるかは、いまからでもすぐに変えられるのですから。

(高橋克徳『潰れない生き方』による)

(注1)飛躍的に:大幅に
(注2)社会通念:広く社会に受け入れられている常識
(注3)惑わされないで:ここでは、迷わされないで

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Modern Physics Seminar(4)

上周调休,讲座又停了一周。这周开始等离子物理专题,只讲了周二一次,周四主讲人因急事又鸽了。


磁约束聚变物理简介


首先介绍了等离子体的特性,是在固态、液态和气态以外的第四大物质状态。

具有电荷的自由性、与电磁场不可分割的集体效应的特点,常用的研究方法有热力学与统计力学、电磁场理论和电动力学,以及流体力学的方法。

气体在高温或强电磁场下,会变为等离子体。提高温度是产生等离子体的途径。以某一温度划分,如10000°C(对应1eV)可以将等离子体划分为高温等离子和低温等离子体。其中低温等离子体又可以划分为冷等离子体(非热平衡)和热等离子体(热平衡)。

简单回顾了等离子物理发展过程中的重要事件。

  • 1923年,Debye 发现等离子体屏蔽。
  • 1928年,Langmuir发现等离子体震荡。
  • 1929年,首次提出Plasma。
  • 1985年,提出“国际热核聚变实验反应堆”(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)。

利用核能主要有两种方式:

  1. 中子轰击U235,链式反应;
    2。 氘氚反应,轻核聚变。使用聚变产生的中子轰击Li,实现氚增殖,自加热。

理论上由于库仑势垒,至少需要0.48MeV能量,但由于隧道效应,并不需要那么高的能量。

简单的环形磁场并不能约束等离子体,为了消除径向漂移的损失,需要环向和角向磁场,形成螺旋形磁场,称之为螺旋变换。

典型的装置有:

  1. 托卡马克;
  2. 仿星器。

其中托卡马克的数学依据是由Poincaré提出的:偶数维单位球上的连续而又处处不为零的切向量场是不存在的(毛球定理)。

产生巨变反应的要求是:温度(T),密度(粒子数n)和约束性质(维持高温和粒子数,能量约束时间TE),聚变三重积,点火时间:n·T·TE。

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日本語の勉強(3)

2015年7月N2阅读


大人になってからの勉強で、なかなか理解が進まないことの大きな原因の一つが、実は、復習をちゃんとしないことにある。学生時代の勉強は、いやでも復習がカリキュラムの中に織(お)り込まれている(注1)ので、知識が定着しやすくなっている。これに対して、大人になって自分で勉強するときには、意識して復習の機会をつくらないと、一回本を読んだだけで「もうわかった。大丈夫」と思い込んでしまいがちになるのだ。

脳(のう)の特性 (注2)として、目や耳から入った情報をいったん溜(た)めておいて、その中から必要のないと思われる情報を自動的に脳(のう)の奥(おく)底(そこ)にしまい込んでしまう。では、どこで、「必要な情報」と「無用な情報」をよりわけている(注3)のかというと、同じ情報が繰り返し入ってくるかどうかということ

である。この間(かん)隔(かく)は一カ月の間で最低二回繰り返して頭に入れることで、「必要な情報」だと脳(のう)が認識(にんしき)し(注4)、知識が定着していくのである。逆に言えば、一度頭に入れて覚えたつもりでも、一カ月の間に繰り返し情報が入ってこなければ、いずれは「無用な情報」として脳「のう」がどこかに片付けてしまうのだ。

この結果、いったん覚えたはずの知識は、しばらくすると記憶の中から搔き消えて(注5)しまったようになり、実際に試験をしてみるとまったく思い出せないということが起こる。そこで、「年をとって記憶力が弱くなった」とか、「できていたはずなのに」と落ち込んでしまうけれど、実際には老化のせいでも何でもなく、単に復習をしていないだけだということが多いのだ。

(注1) 織り込まれる:ここでは、入っている
(注2)特性:ここでは、特徴的な働き
(注3)より分ける:ここでは、分類する
(注4)認識する:こここでは、判断する
(注5)掻き消える:なくなる

(和田秀樹『40 代からの勉強法ーやる気・集中力をどう高めるか』による)


这是一篇有关学习、记忆规律的文章。文章大意是年轻的时候因为有意识复习的机会很多,所以学的好记得牢。长大后只看了一遍,就觉得自己都会了,不复习。根据大脑的特性,对于有用信息和无用信息会进行划分,一个信息在一个月里至少出现两次,大脑才会认为是有用信息。而重复的次数越多记得越牢。这样的结果就是并不是长大后记忆力老化,而是复习的次数少了。因此有意识的进行复习是非常重要的。

意識して復習を取り入れることが大切だ

无他,唯手熟尔。

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Modern Physics Seminar(3)

上周因为主讲人出差,鸽了一周。本周听了两个数学科学学院的讲座,分别是由有关现代偏微分方程和微分几何的。


现代偏微分方程,主要介绍了方程的来历,包括显示、计算和理论证明的研究方法。根据解方程结构的不同,又可以分为椭圆方程、抛物方程和双曲方程。


基本的方程有Laplace方程、热传导方程、波动方程、Navier-Stokes方程、爱因斯坦方程、Monge-Ampère方程(超弦)等。

显示解需要方程的形式好,区域好,有良好的对称性。常用的方法有分离变量法,归结为常微分方程。虽然物理学家已经不加证明的试用了这些方程,而理论研究更关注存在性、唯一性、正则性(精度)、紧性等。

  • Dirichlet原理(1840’s)。
  • Hilbert Poincare证明存在解(1900’s)。
  • 在Sobolev空间找解(1930’s)。
  • Weierstrass反例指出,不一定存在经典解(1860’s)。
  • 原因是找解的空间太小了,要扩大空间,在Lebesgue可积函数空间(实变函数)找解,Schwartz 定义了弱导数(1940’s)。

泛函分析则是研究好的函数空间的性质。变分法与有限元有关,推动计算数学的发展。又使用物理上的概念,最小作用原理(能量最小)。这位老师本科也是物理出身,中途去读了数学的研究生,并一直从事数学工作。通过讲座,稍微解了一下现代微分方程的发展历史,具体内容还是不懂。


微分几何简介,中间有一部分很无趣,大多是定义,没有数学基础听的很痛苦,完全听不懂,都是各种概念和符号。不过理论数学还是强调了对存在性和唯一性的关注。

从Euclid几何原本开始讲起,发展到Fermat、Descartes 的解析几何,又到Gauss、Lobachevsky 。

基本的思想是,蚂蚁在纸面上是感受不到纸面弯曲的,就像人在地球上感受不到地面的弯曲。引入测地线的概念。

欧拉示性数是一个拓扑不变量,可以对进行拓扑分类。陈省身对纤维丛有奠基性的贡献,典型的有Möbiusband和Klein bottle。

陈类(Chern classes)和整数量子霍尔效应有关系。Yang–Mills理论是对Maxwell电磁场理论的推广。微分几何和现代理论物理有很强的联系,现代科学的发展也越来越需要多学科交叉融合。


然而我既不懂理论物理也不懂现代数学,这两次讲座真是听的头疼,只怪自己太弱了。

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Modern Physics Seminar(2)

BKT相变和超流。


超流(无粘滞系数)是基于量子效应的,但讲座从统计物理的角度出发。

BKT相变是2016年诺贝尔物理学奖的内容。

简单介绍了Ising模型(自旋仅取向上或向下)和XY模型(自旋角度连续变化)。

熵和能量竞争。

发生对称性破缺(spontaneous symmetry breaking),宏观上表现为粒子只能做出同样的一个选择。

这位老师讲课很有意思,说,物理学家描述一头牛,先描述一个球,再做近似,模型从简单的开始。常用的方法就是做一做平均(mean-field theory),泰勒展开,想想保留到第几项,再算一算。 然后展示了使用Monte Carlo 模拟的结果,和理论吻合的良好,并且在128*128(约1万多个)个粒子的时候,仿真结果就非常接近实际了,真是奇妙。标度不变性。

对于Wegner模型打了一个比方,99个人挤满睡在一个长的床上,要想再睡下一个人,只能每个人稍稍移动一点。当能量很小,不足以让粒子自旋发生变化的时候,粒子会稍稍偏转一个角度。称为自旋波的激发。Wegner忽略2π的周期性,并做Fourier变换,此时公式可以看做动量空间的理想气体。

不同的拓扑相很稳定,只能通过拓扑缺陷破坏,具有抗干扰性。又提到了温度T升高,化学式μ(T)降低,超流具有喷泉效应的现象。

在二维中,拓扑是涡旋,在三维中则是封闭的管子,或者管子的两端分别在端面上。


学术之外,老师分享了两个学生的故事,一个声称喜欢物理,但是做理论的时候想着实验,做实验的时候又想着组会之类,一件事都做不好。另一个学生是冲着科大的文凭而来,但踏踏实实做好手头的事,发了文章达到毕业的要求,并且最终也成了公司经理。

也提到了对于过去后悔是没有用的,他曾经月入1000欧元(当时汇率10),可惜没有在北上广买套房子,去南方高校寻找教职碰壁,被潘邀请加入科大,终成了科大的教授。 旨在告诉我们做好眼前的事,后悔过去是没有用的,盲目担心未来会打乱现在的节奏,做好眼前的事。

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