2015美國物理學會三月會議精華集萃

　　美國物理學會三月會議（APS March Meeting）是由美國物理學會主辦的年會，在凝聚態物理領域乃至整個物理學領域都是最為重大的國際學術會議之一。

　　2015年的三月會議在美國得克薩斯州的圣安東尼奧市舉行，匯集了來自企業、大學以及各大重點實驗室的研究者們。本文來自美國物理學會（APS）旗下《物理》雜志（Physics）官方網站，為大家精選了該年會上的亮點報告內容。

　　科研圈應鼓勵物理學博士進入企業

　　目前的研究生院大都把學術研究作為對才華橫溢的年輕人們的培養目標，然而有超過七成的物理學博士最終離開了學術領域，并且有相當一部分人選擇了民營企業的工作。美國物理學會的一份最新報道稱，研究生院需要培養學生們進入工業崗位所需的技能，包括在財務方面和技術企業的工作。該建議出自工業領域的物理學家們，他們在會議上討論了相關議題。

　　IBM的科學家芭芭拉?瓊斯（Barbara Jones）表示，相對于學術研究的日益精深細化，工業界看重的是知識的廣度和解決多樣復雜問題的能力。與此同時，團隊精神也尤為重要，美國物理學會的產業聯絡人史蒂文?蘭伯特（Steven Lambert）說。報告還強調了溝通藝術的重要性：在學術研究領域，匯報通常是面向專家，然而工業領域要求研究者們使用簡明扼要的語言向管理者和客戶闡釋他們的工作。蘭伯特表示，對學生最有效的培養方式就是讓工業界的物理學者們來指導、讓學生們與工業領域工作的研究生們保持接觸，并為他們提供可以與學位論文靈活接合的實習崗位。

　　明天的材料，什么樣？

　　我們對材料的掌控，及對其新穎用途的挖掘，塑造著我們所居住的世界——莎倫?格洛策（Sharon Glotzer）在《物理》雜志（Physics）主辦的披薩啤酒會上發表了這樣的觀點。那么，什么樣的材料將會塑造我們的未來社會？硅基材料和塑料會不會依舊主宰人類社會？會不會有全新的材料出現，它可以隨環境而變，可以自行供應能量，針對特定的應用自組織成特定的結構，或者自我復制？這聽起來相當科幻，但并非不可能——合成與組裝領域的最新進展顯示某些膠體系統（溶解有納米到微米尺度的粒子的溶液）具備特殊的性質，使得智能可編程的材料成為可能。

　　格洛策和她的同事們分別通過理論、模擬以及實驗的形式展示了他們的系統所具備的一系列的功能。比如，他們構造出的膠體能夠自組裝成辮子狀纖維，并且該纖維可以在外加電場的操控下伸展或者壓縮——其行為類似于人造肌肉。再比如另一類被他們稱為“鎖與鑰匙”的膠體系統，具備可重構性：“鎖”與“鑰匙”分子團分別具有互補的形狀，它們可以結合成多種不同的構型，從而可以用于高密度地編碼存儲信息。格洛策說，只要一湯匙這樣的膠體，就有希望能存儲兆兆字節（TB）的信息。她認為，要將這些材料廣泛應用到日常生活中去，研究者們還需要一個更好的理論框架去描述這些極端復雜系統的熱力學、相互作用與能量的平衡。

　　上圖為“鎖與鑰匙”膠體的結構（左）與衍射圖樣（右）。莎倫?格洛策在她的演講“膠體系統的興起”中解釋了膠體系統可以怎樣被用于設計成智能可編程的材料。“鎖與鑰匙”提供了一個可重構的平臺，原則上，一湯匙的該溶液可以存儲大約兆兆字節的信息。 （Kevin L. Kohlstedt and Sharon C. Glotzer, Phys. Rev. E 87, 032305 (2013)）

　　物理學家解決藝術界的爭端

　　藝術史學家長期以來傾向于相信畢加索是最早使用建筑用漆作畫的藝術家之一，相對而言，與他同時代的同行大多偏好于更昂貴的油畫顏料和丙烯酸樹脂。然而除開部分能說明此事的線索（包括幾張畢加索與墻漆在一起的照片）之外，學者們認為還缺乏決定性的證據。

　　多虧了高能X射線和在eBay上的意外發現，阿爾貢國家實驗室的福爾克爾?羅澤（Volker Rose）證實了畢加索的三幅畫作《三條魚的寧靜》、《海鰻》、《白色地上的石灰》中的白色顏料均來自于一種琺瑯建筑用漆，該發現發表在“大家的物理學”（Physics for Everyone）分會場中。羅澤首先在eBay上找到了畢加索時期法國常用的建筑用漆樣本。他分析了取自畢加索畫作的白色顏料的放射譜，并與從eBay上得到的樣品的放射譜進行比對，發現二者有著完全相同的化學組成：大部分是氧化鋅。畫家常用的傳統顏料卻含有大量的雜質和不同成分的白色顏料（鉛、鈦、鈣）。

　　如今，羅澤和他的合作者們正使用X射線技術去研究其他的藝術作品。最近，他們正在分析舊的攝影作品以及19世紀的油墨，試圖理解這些舊文檔的腐蝕降解背后的化學過程，從而找到阻止這些過程乃至復原檔案的方法。

　　超薄材料上蘊含著高溫超導的最終秘密？

　　研究者們至今沒能理解發生在鐵基化學物上的超導行為，它跟銅氧化物超導材料類似，都在很高的溫度發生超導相變。最近的一個驚人發現或許蘊藏了這些現象的答案——生長在絕緣SrTiO3襯底上的一個FeSe單晶胞發生超導的臨界溫度竟然高達塊體狀FeSe超導臨界溫度的6倍以上！來自北京大學的王健在一個二維材料超導的分會上簡要展示了他的測量結果：0.55納米厚的FeSe薄層在大約50K的溫度發生了超導相變，相較而言塊體狀的同一材料需要在8K以下的低溫才能超導。該測量結果最早報道于2014年。

　　現在凝聚態物理學界有一大波人正花費很大的人力物力投身于制備新的樣品來解釋這個效應——其中主力軍都在中國。該效應的最早發現于表面譜測量中。2014年11月，上海交通大學的研究員報道了他們觀測到SrTiO3襯底上的FeSe在109K的高溫下電阻突降至零——這個結果如果能夠被其他的實驗組重現出來，將會徹底改變我們人類對高溫超導現象的認識，布魯克黑文國立實驗室的伊萬?博佐維奇（Ivan Bozovic）在電話里這樣評價。他解釋說，該結果之所以如此重要，是因為SrTiO3襯底上的FeSe具有比塊體鐵基材料或者銅氧化物簡單得多的電子結構。假如這三種高溫超導體系都是源自同一種機制，這將意味著銅氧化物或者鐵基化合物的復雜結構并非高溫超導的關鍵因素。