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中北大学理学院

物理学一级学科硕士研究生培养方案

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学科概况

物理学学科发源于1958年太原机械学院介观物理学Appl.Phys.Lett.,Phys.Rev.B,J.Phys.Chem.B,J.Appl.Phys.,等SCI学术刊物上发表篇50余篇.近年主持国防973项目1项,国家自然基金3项,省部级项目19项.其中温廷敦教授主持国防973重点项目《纳机电器件声电转化机理研究》(2004-2016)项目一项.温廷敦教授主持国家自然基金项目《电子自旋极化增强介观压阻效应的理论与实验研究》(2016-2016)和《介观声电转换机理研究》(2005-2006),杨风暴教授主持的国家自然基金项目《双色中波红外成像差异特性及图像融合方法研究》.其它还有包括省自然基金,山西省归国人员基金,省国际合作项目,省科技攻关项目,武器装备预研基金,兵科院预研基金,国家留学人员基金等省部级项目累计15项.学术骨干教师都主持过省级以上科研项目.充足的科研经费保证,使中青年教师参研率在80%以上,同时很高比例的教师参与外系以及校外科研工作.值得特别提出的是介观物理学方向与我校测试科学与技术学科长期合作成绩斐然,提出在特定量子阱材料中由压力调制隧穿电流的"介观压阻效应"的概念,被相关专家认定为"概念创新,原理创新,并有较强应用背景"的理论,并据此为理论基础获得某国防973重点项目和多项国基金项目资助,温廷敦教授为此获得2016年度山西省科技奉献奖先进个人二等奖和2016年中国兵工科技进步一等奖.在应用领域,物理系的老师发展了光电检测的新途径,有6项发明专利授权,5项研究成果得奖.2016年我系获得副教授职称自评权,2016年物理学获准成为硕士学位一级授权点,至此覆盖凝聚态物理,原子与分子物理,光学,理论物理,等离子体物理等八个二级硕士学科培养群的形成.2016年物理学出身的贾锁堂教授出任中北大学校长,对我系的发展给予了极大的关心和支持,已有部分教师和物理学毕业生加入到贾校长的科研团队,为我系的发展注入了新的契机和增长点.


培养目标

应掌握物理学的基本理论和相关实验技术,了解本学科的历史,现状和当前国际上的学术动态.应较为熟练地掌握一门外国语,能阅读本专业的外文资料.熟练运用计算机及先进的检测设备,从事某一方向的理论或实验研究,做出有一定创新型的研究成果,从而初步具备独立承担科学研究或专门技术工作的能力,以胜任在凝聚态物理,原子与分子物理学,材料物理学,光电信息物理,理论物理等相关领域的研究,开发及高校的教学工作.

培养年限

本学科培养的研究生全部是学术型硕士研究生.培养年限为3年,硕士研究生课程与论文并重,要求1年内完成课程学习,论文时间不少于1.5年.提前答辩和延期答辩要经过严格审批.

研究方向

介观物理学*****",申请人获得2016年中国兵工科技进步一等奖.合作组成员获2016年国家技术发明二等奖(非通用项目),2016年获国家自然科学基金委员会仪器专项资助,为相关介观压阻型器件的进一步产业化再努力,获2016年度国家科技进步二等奖,并进一步研发第二代介观压阻型器件.

为了进一步充实"介观压阻效应"的科学内涵,依托于自旋电子学前沿进展,着手研究自旋级化对"介观压阻效应"的增强效应,让电子的三性(粒子性,波动性与自旋)同时显现正相干作用."电子自旋极化增强介观压阻效应的理论与实验研究"已获国家自然基金委资助.融合2007年度诺贝尔物理学奖"巨磁阻效应"成果,研究团队在"介观压阻效应"基础上,着手研究"巨压阻效应"及"介观压导""介观压容""介观弹光"等效应.以太阳能发电及光电探测为应用背景,着手研究"介观光电效应".

原子与分子计算物理学

本方向主要是用经典力学和量子物理手段计算原子与分子的宏观物理学性质.手段之一是分子动力学.分子动力学是一套分子计算机模拟方法,该方法依靠牛顿力学或量子力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系综中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础,进一步计算体系的热力学量和其它宏观性质.在分子动力学模拟中遵守同真实实验同样的方法,首先准备好试样,选择一个由N个粒子组成的模拟体系,解这样一个模型体系的牛顿运动方程直到体系的性质不再随时间改变(即体系达到平衡).平衡以后,就进行实际测定,要测定一个可观测量,我们必须首先能将这一量表达成体系中粒子的位置与速度的函数.分子动力学模拟可以用于NPT,NVT.NVE等系综的计算,能够得到体系分子微观分布构型,扩散,粘滞,弹性模量等力学热学量,分子模拟可以研究表面和纳米孔道中的扩散,也可以应用于生物蛋白质折叠问题.

本学科特色侧重于以下几个方面:(1)分子在分子筛与纳米管孔道上扩散的机理研究.(2)均匀相系化学反应机理的分子动力学研究.(3)分子在碳纳米管上的扩散输运研究.分子在分子筛孔道上的扩散和分子在均匀相系中的扩散不同,较为复杂且呈现丰富的变化.我们提出了一些特殊分子筛上的基于随机行走理论和过渡态理论的扩散模型,最终得到扩散系数依赖分子筛物理参数和分子负载量的解析关系.通过分子动力学对实际分子在分子筛孔道上的扩散模拟,对这些模型的合理性进行了评价.在第二方面,主要是与中科院煤转化国家重点实验室合作,对一些体系(如烷基化反应体系)反应过程的各个相态进行分子动力学模拟,以达到对反应机理的动力学理解.同时,对一些实验结果,如烷基化反应过程中混合物的临界性质实验测定,我们通过分子动力学模拟,都给出很好的理论解释.另外,建立了理论在水和其它有机分子在碳纳米管上反常快速扩散的模型,并通过动力学模拟得到了验证.

目前此方向有博士学位的教师5人,已承担并完成省部级以上科研项目4项,发表SCI论文20余篇,培养硕士生7人.

光电信息物理学(辐射)为基本信息载体,通过对光波(辐射)的控制,调制,接收,存储,处理和显示等技术方法,获取所需要的信息,以达到为不同的应用需求怎么写作的目的.光电信息技术有两个最显着的特点:一是有效地扩展了人类自身的视觉功能,促进了人类视觉探测的光谱延伸和阂值扩展.使视觉的光谱长波限达到亚毫米(THz)波段,短波限延伸到紫外线,x射线,Y射线乃至高能粒子.探测阂值达到和接近光子探测的极限水平.另一特点是以光子作为信息载体具有极快的响应速度,极宽的频宽,极大的信息容量和极高的信息效率.使超快速现象(核爆炸,火箭发射等)可以在纳秒(ns),皮秒(ps)以致在飞秒(fs)量级内记录变化过程.有线光通信(光缆)正在替代电缆通信,空间无线光通信正在研制和发展之中,利用信息高速公路(光网络)的多台计算机来传输和处理大容量信息功能材料物理学功能材料主要是利用物质的独特物理,化学性质或生物功能等而形成的一类材料.相当于10100个原子的尺度电子光电子材料微电子光电子太阳能电池敏感元件/AlAs共振隧穿二极管RTD,由上海微系统所生长研制后,实验测试成功出现微分负阻曲线.自旋电子学,涉及自旋对共振隧穿的影响,自旋输运及弛豫机理的研究,利用Elliott-Yafet理论和D'yakonovPerel

理论讨论不同材料中,电子的自旋-轨道耦合与杂质,声子散射所带来的极化弛豫行为.该方向与美国科罗拉多州立大学磁学实验室有长期稳定的合作,发表了一系列高影响因子的论文.

目前已承担并完成省部级以上科研项目5项,研究内容涉及纳米面材料的电子通透性,光学通透性,介观机电无线传感机理等,作为第二负责人,参与国家级科研项目4项,研究内容涉及自旋电子的输运及隧穿等.发表相关研究论文30余篇,其中SCI收录10篇,EI收录4篇,ISTP收录2篇,培养硕士生7人,并为多名博士生及硕士生毕业论文的完成,提供了基础理论支撑.

此外,还在理论物理和光学方向也招收研究生.

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