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。  …

AI for Science期刊聚焦人工智能与材料科学、化学及计算建模交叉领域的高影响力研究。   得益于与中国科学院东莞材料科学与技术研究所的合作支持，期刊目前实行钻石开放获取模式，所有发表费用均已覆盖。 读者：可即时、免费获取全部前沿研究成果； 作者：可免费发表研究文章。   本期内容包括： 利用机器学习加速拉曼计算，用于研究固态电解质中的快速离子传导； 基于MOSES框架的本体驱动多智能体化学知识推理； 数据驱动的金属玻璃设计，实现实验与理论的更紧密结合； 以及更多精彩内容……   >>欢迎点击此处链接，阅读完整内容。 亮点文章 Letter Revealing fast ionic conduction in solid electrolytes through machine learning accelerated Raman calculations Manuel Grumet, Takeru Miyagawa, Olivier Pittet, Paolo Pegolo, Karin S Thalmann, Waldemar Kaiser and David A Egger Focus Issue on Machine Learning Potentials and Mapping…

IOP出版社Artificial Intelligence in Adaptive Radiation Therapy电子书于近日出版。本书的作者为美国哈佛医学院的Yi Wang助理教授和美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的X. Sharon Qi教授。 作者介绍 Yi Wang  助理教授 美国哈佛医学院 Dr Yi Wang is a medical physicist from the Department of Radiation Oncology at Massachusetts General Hospital (MGH) and an Assistant Professor of Radiation Oncology at Harvard Medical School (HMS) in Boston, MA, USA. He earned his BEng in Automation from…

本篇研究来自粤港澳大湾区量子科学中心刘卓俊和中山大学刘进课题组。连续域准束缚态通过同时提供高品质因子共振与强局域场，为超表面非线性光学带来了新的增强机制。本文系统梳理了不对称超表面中连续域准束缚态的形成原理、结构设计与材料实现，归纳了其在二次和三次谐波生成、高次谐波、非线性手性效应及参量过程中的代表性进展，展示了连续域准束缚态超表面在高效片上频率转换、结构光调控与量子光源等方向的应用潜力。 文章介绍 Quasi-bound states in the continuum for nonlinear applications in asymmetry metasurfaces Wei Wu（吴溦）, Zhuojun Liu（刘卓俊）, Guixin Qiu（邱贵鑫）, Bo Chen（陈波） and Jin Liu（刘进） 通讯作者： 刘卓俊，粤港澳大湾区量子科学中心 刘进，中山大学   研究背景： 非线性光学在频率转换、光信息处理和量子光学中具有重要意义，但如何在紧凑器件中同时实现强场约束、高转换效率与灵活功能调控，仍是纳米光子学面临的核心问题。超表面为操控光场振幅、相位和偏振提供了新平台，但传统非线性超表面常受限于共振品质因子不足和光物质相互作用弱。近年来，基于对称性破缺引入的准连续域束缚态因兼具高品质因子共振和强局域场增强，成为提升超表面非线性响应的重要机制。围绕这一方向，研究已拓展至谐波产生、手性非线性、高次谐波和参量过程等多个领域。本文旨在系统梳理连续域准束缚态不对称超表面的设计原理、关键进展及应用前景。   研究内容： 本综述文章围绕不对称超表面中准连续域束缚态（准BIC）的非线性应用展开系统综述，重点讨论了准BIC的形成机制、结构设计方法、材料平台选择及其在典型非线性光学过程中的应用进展。文章指出，理想BIC由于与外界辐射通道完全解耦而难以直接激发，而通过引入适当的对称性破缺，可以将其转化为既能与外场耦合、又保留超高品质因子特性的准BIC模式。该机制能够显著抑制辐射损耗并强化局域光场，从而大幅提升光与物质之间的相互作用效率，为非线性增强提供关键基础。 在此基础上，文章总结了准BIC超表面在多个非线性方向上的代表性研究进展，包括二次谐波产生、三次谐波产生、高次谐波产生、非线性手性效应以及自发参量下转换等。通过合理设计结构单元的几何参数、对称性破缺方式和材料组合，可以在纳米尺度上精确调控模式分布、辐射耦合和共振特性，从而实现高效、可控的非线性频率转换。特别是，将不对称超表面与高非线性材料，例如二维材料等相结合，为进一步突破传统平台中的效率瓶颈提供了新的方案。 本文的创新性和重要性在于，它并非局限于单一材料或单一非线性过程，而是从物理机制、器件设计到应用场景三个层面，对准BIC增强非线性光学这一方向进行了系统梳理。文章揭示了高品质因子共振、局域场增强与结构对称性工程之间的内在联系，明确了该领域从基础机理研究走向高性能器件实现的发展脉络。相关进展表明，准BIC不对称超表面有望在片上频率转换、低功耗非线性调控、结构光生成和集成量子光源等方面发挥重要作用，为下一代非线性纳米光子器件的发展开辟新路径。 作者介绍 刘卓俊  副研究员 粤港澳大湾区（广东）量子科学中心 刘卓俊，粤港澳大湾区（广东）量子科学中心副研究员，所在功能量子芯片与技术研究部，长期从事高性能腔增强量子光源等研究。在Physical Review Letters、Science Advances、Nano Letters、ACS Photonics等发表系列成果，相关论文为高被引论文，单篇谷歌学术累计引用近千次。   刘进  教授 中山大学 刘进，中山大学物理学院教授，国家海外高层次青年人才、教育部重大人才工程特聘教授，长期从事微纳光学与集成量子光学研究，在Nature、Nature Photonics、Nature Physics、Nature Nanotechnology等国际重要学术期刊上发表系列成果，其研究成果曾入选“中国光学十大进展”“中国高等学校十大科技进展”和“中国半导体十大研究进展”等。目前主持科技部重点研发课题、国家自然科学基金重点项目等，并担任Light: Science &…