本篇研究来自华中科技大学数学中心徐海涛课题组。本研究引入了一个创新的解析框架，利用双原子链模型定量表征了边缘态（Edge States）对晶格尺寸和边界条件的依赖关系。研究重点如下： 通过渐近估计，精确量化了有限尺寸和边界对称性破缺导致的“体边对应关系”（bulk-boundary correspondence）的偏差。 揭示了带隙边缘附近本征频率的特殊分布模式。 结果不仅适用于一维线性晶格，还可广泛推广至非线性链及二维等更复杂的高维晶格系统。 本研究弥合了在无限大晶格中定义的理想拓扑不变量与它们在有限尺寸晶格系统中实际频谱表现之间的理论空白。 文章介绍 Analytical estimations of edge states and extended states in large finite-size latticesHuajie Song（宋华杰） and Haitao Xu（徐海涛） 通讯作者： 徐海涛，华中科技大学数学中心   研究背景： 拓扑材料作为近年来凝聚态物理、光电器件、声学与机械系统等领域最活跃的研究对象之一，其标志性特征是“体边对应关系”，即系统边界处边缘模式的存在性与体能带的拓扑不变量在理论上相联系。 然而，在数值实验和实际应用中，晶格必定是有限尺寸的。现有的理论大多假设晶格是无限大或具有周期性边界条件的，这与具有非循环边界的实际有限晶格存在根本区别。 对于实际存在的有限晶格，究竟需要多大的尺寸才能使“体边对应关系”真正生效？ 晶格尺寸与边界引起的局域化长度之间的竞争如何决定边缘模式的存在？目前在理论上仍不明确，需要进一步的解析刻画。此外，在非线性有限晶格中，频率脱离频谱带(或能带)的局域态的出现机制也是一个亟待仔细解释的典型场景，相关理论理解仍显不足。   研究内容： 本研究以声学双原子链为基础模型，通过引入大尺寸极限，进行了全离散渐近分析和讨论。 研究证明，只要边界刚度不过度破坏晶格的潜在对称性，并且系统尺寸超过边缘态的局域长度，体边对应关系就依然稳健。 图1：双原子链中边缘态数量对体拓扑和边界条件的依赖关系相图。 引入的解析框架精确定量了边缘态对晶格大小和边界刚度的相互依赖关系。 研究发现在能带边缘附近的本征频率遵循依赖于边界条件的特定分布模式。通过解析估计大尺寸线性晶格中的这些线性本征态，研究进一步为非线性局域态（包括非线性边缘态和中部局域态）的出现提供了理论基础。结果揭示，线性扩展态可以通过非线性延续转化为新的非线性局域态。 图2：随非线性强度增加，线性本征态向非线性中部局域态 (a-b) 和边界局域态 (c-d) 的演化过程。 这项工作的创新之处在于，不仅确定了固定尺寸晶格下的临界边界条件，还反向确定了抵御边界干扰以支持稳健边缘态所需的最小晶格尺寸。该研究建立的严格一维线性结果展现出极强的普适性，可作为基础模块应用于多层链、二维晶格以及具有非线性相互作用的复杂拓扑系统中。 作者介绍 徐海涛  副研究员 华中科技大学 徐海涛，华中科技大学副研究员，从事应用数学研究。研究领域包括非线性动力系统和偏微分方程的分析、计算，及其在其他学科比如物理、材料、生物等领域的应用。具体关注方向还包括非线性波、格点系统、数值分析、拓扑材料、非线性光学等。相关研究成果发表于Physical Review系列、Phil. Trans. R. Soc. A、Physica…

特刊详情 客座编辑 Murray Batchelor，澳大利亚国立大学 Daniel Braak，德国奥格斯堡大学 陈庆虎，浙江大学   主题范围 2026 marks the 90th anniversary of the introduction of the Rabi model. The Rabi model represents the most simple interaction between a two level atom and a light field. This fundamental model for matter-light interaction continues to inspire and underpin many developments in both mathematics and…

2026年5月12日，英国物理学会（Institute of Physics, IOP）与香港物理学会（Physical Society of Hong Kong, PSHK）将于香港城市大学（City University of Hong Kong, CityU）联合举办首届“科学前沿年度研讨会”，主题为“面向现实问题的量子物理”。本次活动旨在庆祝两地物理学界长期以来的紧密合作关系，并标志着双方战略合作进入新阶段。 双边系列讲座机制启动 本届活动将正式启动双边系列讲座，聚焦物理学领域重要议题。演讲地点每年在香港与英国及爱尔兰之间交替安排。这一机制的建立，将为两地物理学人才交流提供制度化保障，促进学术资源的长期共享。 会议主题：量子物理从理论走向应用 近年来，量子物理学已从描述原子尺度现象的理论框架，发展为具有广泛实际应用价值的技术体系。本次研讨会将系统探讨量子技术在计算、通信、材料科学及金融建模等领域的最新进展，切实回应”面向现实问题的量子物理”这一主题。 演讲嘉宾与学术阵容 本届会议计划邀请8位主讲嘉宾，其中4位来自英国及国际学术界，4位来自香港及内地高校，体现平等对话与深度交流的办会理念。 01 英国及国际代表团 Sir Keith Burnett  教授，CBE，FInstP 英国皇家学会院士，谢菲尔德大学前校长，英国物理学会会士   Mauro Paternostro 教授 英国贝尔法斯特女王大学；（Quantum Science and Technology）期刊主编   Tom Grinyer 英国物理学会 首席执行官   Dominic Hurley 英国物理学会 国际关系总监   David Gevaux 英国物理学会出版社(IOPP)  (Reports on Progress in Physics) Chief…

近日清华大学物理系主任段文辉教授与《物理世界》的Michael Banks探讨了清华大学在百年校庆之际的未来规划。 >>点击此处链接，查看访谈详情。 访谈详情 问：您能跟我们谈谈您在物理学领域的职业生涯吗？ 我的学术生涯始于1981年在清华大学攻读物理学，先后获得学士和硕士学位，并于1992年获得博士学位。之后，我在钢铁研究总院从事博士后研究，1994年回到清华大学物理系担任教职。   问：您一直都在中国学习和工作吗？ 在清华大学期间，我曾两次出国进行研究访问，第一次是1996年至1999年在美国明尼苏达大学，第二次是2002年至2003年在美国加州大学伯克利分校。   问：您的研究重点是什么？ 我的职业生涯一直致力于运用和发展理论计算方法，从原子和电子的微观层面理解、预测和设计材料的物理性质。我的工作是尝试使用“计算显微镜”来探究材料的基本性质，并为新材料的研发绘制蓝图。从基础理论到潜在应用的这段旅程充满挑战，但也极具意义。   问：您能举几个例子吗？ 一方面是拓扑量子材料的理论研究。我们开展了理论工作，预测了二维系统中量子自旋霍尔效应的潜力，并探索了拓扑半金属等新型物质状态。另一方面是低维和人工微结构的物理学。我的研究团队长期致力于研究石墨烯和二维磁性材料等低维系统的电子结构、磁性和光学响应。最近，我们的团队在一种二维磁性材料中发现了一种新型的自旋手性驱动的非线性光学效应。   问：您的这项工作中是否使用了人工智能？ 是的。我们近期的一个重要研究方向是开拓人工智能与计算材料科学的融合。我们正在开发与主流计算框架兼容的深度学习模型，以提高模拟复杂材料系统的效率，并加速新材料的发现。   问：清华大学在物理学研究的哪些领域较为活跃？ 我们系拥有强大而全面的研究布局。我们的研究主要可概括为三个核心方向。首先是凝聚态物理，这历来是我们规模最大、最突出的研究领域之一。该领域的研究涵盖了从基础量子现象到未来技术材料设计等各个方面。 在实验方面，我们的研究领域包括拓扑量子材料、高温超导、二维系统和新型磁性现象。清华大学近期发现的量子反常霍尔效应就是一个例子。包括我们团队在内的理论研究人员则致力于利用第一性原理计算和模型分析来预测新的量子态并理解复杂的电子行为。 一个更加多元化的国际社会能够带来重要的视角，挑战既有假设，激发创新，并将我们的集体工作提升到全球标准。   问：另外两个领域的情况如何？ 第二个领域是原子、分子和光学物理。主要研究方向包括用于复杂多体问题量子模拟的超冷原子、量子光学、量子通信和精密测量科学。该领域的研究工作通常提供物理平台和技术，从而推动量子信息科学的发展。 另一个研究领域是核物理和粒子物理：在粒子物理方面，我们的教职员工和学生参与了大型强子对撞机等重要的国际合作项目。除了这些核心方向外，我们的研究还侧重于天体物理与宇宙学、生物物理学等领域的项目。新兴的量子信息科学领域也几乎将所有这些领域联系起来，使其成为我们当前研究环境的一个显著特征。   问：清华大学在物理学的哪些领域可以加大投入？ 一是将人工智能和机器学习与基础物理研究相结合。在我所在的计算材料科学领域，我们已经在利用人工智能加速新的量子材料的发现，并以前所未有的速度预测其复杂性质。这种方法应该在整个系内推广和深化——从利用人工智能分析粒子对撞机和引力波探测器的数据，到开发用于量子多体问题和天体物理模拟的新算法。   问：还有其他领域吗？ 我们还必须加大力度研发和应用量子技术。我们在量子信息、量子光学和量子材料领域已经拥有优秀的研究团队，下一步是将这些优势结合起来，用于构建功能性量子系统。   问：清华大学与哪些主要的国际机构开展合作？ 在国际上，我们的研究人员参与了多个“大科学”项目，例如用于直接探测暗物质的XENON国际合作项目、欧洲核子研究中心的ATLAS、CMS和FASER等粒子物理实验，以及引力波天文学领域的LIGO合作项目。   问：在国内有哪些合作？ 在国内，我们与中国科学院物理研究所和北京量子信息研究院开展合作，尤其是在凝聚态物理和量子科学等领域。我们也重视与产业界的合作，一个显著的例子是我们与富士康的长期合作，我们系内成立了富士康纳米科技研究中心。   问：清华大学物理系有多少学生和教职工？ 我们拥有一个超过900人的学术群体：85名教职员工、约100名教辅人员、420名研究生和320名本科生。   问：你们有多少外籍师生？ 我们目前有4位外国教授，以及11名国际本科生和5名国际博士生——他们分别来自马来西亚、德国、白俄罗斯、俄罗斯和伊朗。   问：您希望看到这些数字增长吗？ 是的，但我更强调质的提升而非量的增加。一个更加多元化的国际社群能够带来重要的视角，挑战既有假设，激发创新，并将我们的集体工作提升到全球标准。我们正努力营造一个更加友好和支持性的环境——通过专门讨论国际化问题、促进研究合作以及举办全球性会议。 我希望人们记住的不仅是我们的发现，更是我们搭建起解决重大问题的关键研究“桥梁”。   问：为什么清华大学是一个有吸引力的工作场所？ 清华大学的魅力不在于任何单一特质，而在于其独特的科研创新生态系统。首先，清华大学在科学和工程领域实力雄厚，为跨学科研究提供了天然的孵化器。我自身的研究，尤其是在将先进计算方法与材料发现相结合方面的研究，得益于与相关领域顶尖专家的合作，取得了显著进展。 其次，是学术自由与责任的平衡。大学提供充分的学术自由和长期支持，使研究人员能够探索高风险的基础性问题，而不必仅仅受限于短期成果。与这种自由相伴的是强烈的责任感，即为国家和全球科学事业做出贡献，这种精神深深植根于清华的传统之中。 第三，是学生的素质。能够与一些最有才华、最有干劲的中国青年才俊交流，或许是我最大的荣幸。他们的好奇心、严谨的治学态度和新颖的视角不断挑战和启发着我的思考。指导他们从有前途的本科生成长为独立的研究人员，是我们在此构建的科学传承的核心组成部分。  …