二、粒子物理与原子核物理专业简介

北大技术物理系的前身物理研究室，是 1955 年由周恩来总理亲自批准在北 京大学设立的我国第一个专门培养核科技人才的高等教育单位，一开始只有核物 理学科，第二年增加了放射化学学科，1958 年正式建系。当时在胡济民、虞福 春、朱光亚等前辈的带领下，每年培养输送约 200 名大学本科生。由技术物理系

培养的毕业生大都成为我国核科技战线的骨干，其中 11 人后来成为院士。技术 物理系目前主要分布在加速器楼和技物楼，两个楼的基础设施和周围环境都十分 适宜于从事教学科研。目前有加速器等大型实验设备，还有大量国际先进水平的 各种实验设施，为教学科研提供了良好条件。改革开放以来，核物理专业在学科 建设上获得巨大发展。1981 年第一批建立原子核物理博士点。1985 年第一批设 立原子核物理博士后流动站。1988 年核物理与核技术专业第一批被评为全国重 点学科。1993 年，核物理经单独评选进入物理学基础科学研究和教学人才培养 基地（理科基地）；核物理与核技术共同建立了重离子物理教育部重点实验室。 1997 年，原子核物理博士点按新的学科目录改名为粒子物理与核物理博士点； 通过多年的努力,理论队伍取得有国际影响的突破，形成系统的理论成果。实验 方向完成重大探测设备建设，进入 LHC 国际合作物理工作与兰州 CSR 物理工作， 取得阶段成果。应用方向在自己的设备和技术基础上取得创新成果。研究生数量 大幅度增加，水平接近国际水准。完成队伍结构和体制的变革，形成一流的学术 环境，拥有一支优秀的教师队伍。具体的主要研究方向有：

1．理论核物理

理论核物理拥有一支整体实力较强的研究队伍，目前的研究工作比较活跃， 研究方向主要包括放射性核束物理、核天体物理、中高能核物理、强子物质的状 态方程、原子核集体运动、量子物理、带电粒子在周期弯曲晶体中的沟道效应及 其在 γ 源和 γ 射线激光问题中的应用、玻色-爱因斯坦凝聚等。

2．实验核物理

实验核物理与粒子物理方向主要工作领域包括：重离子核物理、放射性核束 物理、核探测技术等。本方向队伍结构好，学术活跃；积极参与国际、国内最重

大的科学工程，密切国际合作；从事最前沿的核物理课题研究，发展有自己特色 的探测技术。

3．应用核物理

应用核物理方向主要从事围绕加速器开展的离子束与物质的相互作用研究， 包括团簇物理，特殊的离子束分析技术，离子束材料改性，离子束合成新材料， 极端条件下的物质结构（如微-纳结构）和物性研究，材料的辐照损伤研究；以 及辐射防护及环境放射性研究等。

4．高能物理与粒子物理

高能物理与粒子物理是研究物质世界的最基本结构及其相互作用的主要前 沿领域之一。我们通过积极参与国际国内高能物理大科学实验计划，来研究基本 粒子质量的起源、夸克在强子中的囚禁、核子的自旋结构以及 CP 对称的破缺等 基本问题。具体工作将涉及到实验探测器的研制开发、计算机上高能粒子对撞物 理模拟与重建软件的开发、高能实验数据的物理分析等多个方面。目前我们实质 性地参与了欧洲核子中心的 LHC/CMS、中科院高能所 BEPCII/BESIII、德国 DESY 实验室 HERA/HERMES、美国 BNL 实验室 RHIC/PHENIX 以及日本 KEK/BELLE 等五个 国际合作项目。

5．核电子学

核电子学近年来抓住虚拟仪器发展的机遇，重点研究基于虚拟技术的快电子 应用研究技术，自主开发适用于核物理实验的应用软件，准备系列取代现有的大 部分 NIM 插件。同时从事快前端电子学和多参数获取与处理系统硬件软件的研制 开发，以实现核电子学器件的革命性转变。

6．辐射防护

辐射防护是核科学领域的二级学科之一。它起源于 X 射线、放射性物质的发 现和应用，是随着原子核科学技术发展而发展起来的一门重要的应用性学科，亦

是研究辐射对人体的危害、防止和减少这种危害的综合性学科。在科研上主要从 事天然放射性物质在环境中的测量、迁移模式以及剂量安全评价的研究工作。

研究人员及其研究方向、联系方式如下：

三、等离子体物理专业简介

本学科针对实验室以及自然界中的各种等离子体物理现象，围绕能源与空间 开发方面的人类生存与发展的重大需求及相关国家重大科学研究计划，以聚变能 源开发、地球空间环境、宇宙天体演化、高新技术产业中的等离子体物理与高能 量密度物理过程为主要研究对象，通过理论、数值模拟与实验观测进行深入研究。

北京大学等离子体物理学科是 1950 年代后期根据国家核聚变研究发展的需 要，在胡济民先生亲自关心和指导下发展起来的（包括当时技术物理系的核聚变 教研室和物理系理论物理的磁流体力学方向），是全国高校中最早建立的等离子 体物理学科之一。随着中国于 2006 年正式参与国际热核聚变实验反应堆（ITER） 计划，学科得到进一步加强，研究方向逐渐形成以磁约束核聚变研究为主，还包 括空间与天体等离子体、高能量密度物理以及计算等离子体物理等。

近年来，随着激光惯性约束聚变高功率激光器、Z 箍缩等大型装置的发展， 尤其是美国国家点火装置的正式运行和中国相关重大工程的启动，高能量密度物 理的研究在国际国内已经成为物理学领域的一个重要热点，并逐步发展成为研究 高能量密度极端条件下物质结构特性、运动规律和有关现象物理本质的一门新兴 交叉前沿物理科学，是当前科学研究中最具活力的领域之一，孕育着丰富的新概 念和新发现。

1．聚变等离子体物理 核聚变研究是关系人类未来能源、国家长期可持续发展战略以及等离子体基

本理论与应用的重要领域，是与一些国家重大科学工程相关的科学技术研究的基 础。本研究方向主要在国家有关重大专项及国际合作专项的支持下开展聚变等离 子体物理基础研究，目前承担了 ITER 计划专项国内配套项目（国家磁约束聚变 能发展研究专项）、973 计划等多项国家科研项目，致力于培养一批拥有全面、 均衡和高水平的实验、理论、及计算模拟研究能力的聚变人才。

2．空间与天体等离子体物理

等离子体是宇宙中物质存在的主要形式。本方向以空间和天体等离子体为研 究对象，通过开展卫星及地面观测数据分析、地面实验、以及数值模拟研究，结 合空间物理、天体物理和基本等离子体物理理论，进行分析综合，理解等离子体 物理的基本规律。目前本方向在等离子体磁重联、磁层物理、太阳风湍流、以及 实验等离子体等方面具开展研究。

3．高能量密度物理 高能量密度物理是激光惯性约束聚变能源，国家战略武器科学技术等大科学

工程研究的科学基础，在国家能源发展战略、长期可持续发展战略、以及在先进 科学技术方面都占有重要的地位。本方向主要研究能量密度超过 10 万焦耳/立方 厘米（或压力超过一百万大气压）极端条件下的物质结构特性、运动规律和有关 新现象的物理本质。北京大学应用物理与技术中心是全面开展高能量密度内涵理 论、数值模拟并合作开展部分实验研究的国际先进研究团队之一，承担国家重大 科技专项、973 计划、国家高技术惯性约束聚变等多项国家科研项目。中心目前 拥有自己的四百万亿次集群计算机，并是高能量密度物理数值模拟教育部重点实 验室、2011 计划“IFSA 协同创新中心”和应用技术基础基地等平台依托单位。 该方向主要研究内容包括：(1)温稠密物质物理，（2）高能量密度激光等离子体 物理，（3）强场下物质电离物理，（4）惯性约束聚变物理，（5）辐射流体力学及 实验室天体物理等，研究方法采取理论、数值模拟及实验紧密结合。本方向学术 带头人为北京大学应用物理与技术中心主任贺贤土院士。

4．计算等离子体物理及高能量密度物理计算科学 由于等离子体物理及高能量密度物理体系的复杂性，计算与大规模计算机模

拟从来就是等离子体研究的一个不可或缺的部分，也是高性能计算领域的重要应 用方向之一。大规模聚变模拟对计算能力提出了更高的要求，反过来又促进了超 级计算硬件和软件的研究和发展。开发、改进和选用合适模拟程序在高性能计算 机上进行计算和获取海量数据是分析物理规律、改进物理模型、深化物理规律认 识的基础。

研究人员及其研究方向、联系方式如下：

四、凝聚态物理专业简介

北京大学凝聚态物理学科的前身是北大物理系在 1952 年院系调整后建立的 固体物理专门化。2001 年北京大学物理学院成立，原物理系半导体、磁学、低 温物理、固体结构、固体能谱专业合并成立凝聚态物理与材料物理研究所，使本 学科在组织体系上成为一个整体。本学科依托“人工微结构与介观物理”国家重 点实验室，是全国第一批硕士点和博士点，从 1988 年起成为高等学校第一批重 点学科，2001 年被评为国家重点学科，是我国主要的凝聚态物理研究和人才培 养基地之一。本学科形成了多个具有相当实力和一定规模的学术团队。目前，本 学科有教授 19 人，新体制研究员 9 人，副教授 19 人，高级工程师 9 人。其中包

括中科院院士甘子钊、杨应昌、秦国刚、欧阳颀、俞大鹏 5 人，教育部长江特聘

教授 4 人、国家杰出青年基金获得者 5 人，国家“****”青年拔尖人才 1

人、 “青年****”研究员 5 人，国家优秀青年基金获得者 4 人，教育部新、

跨世纪优秀人才 6 人，北京大学“****”研究员 3 人，博士生导师 35 人，

55 岁以下教师全部具有博士学位（上述数字均不含双聘和兼职教师）。2004 年

和 2005 年，本学科的两个研究团队被评为教育部创新研究团队。凝聚态物理专 业培养了数百名硕士和博士研究生，多人获北京大学，以及北京市优秀博士论文 奖，先后有 4 人获全国优秀博士论文奖。毕业研究生中涌现国家“****”和 国家“青年****”入选者、国家杰出青年基金、美国总统青年科技奖获得者， 许多人在国内外高校、研究所从事科研和教学工作，以及在高科技企业工作。凝 聚态所尽力为所有研究人员创造自由、民主、公平、公正的工作环境，吸引优秀 的教师、研究人员和研究生，使大家都能充分发挥自己的个性和特长，展示自己 的才华。目前凝聚态物理专业的主要研究方向有：凝聚态理论；高温超导体及其 相关材料、物理与器件；半导体物理和半导体光电子学；磁学与磁性材料；纳米 结构和低维物理；宽禁带半导体物理和器件研究；微纳光学结构及超高分辨表征； 软凝聚态物理和生物物理。目前继续招收研究生的研究方向主要有：

1．凝聚态理论物理

强关联电子体系的理论研究；半导体纳米晶粒的电子态和有限固体中的电子 态的理论研究；高温超导机制研究；新器件的物理基础研究；软物质和颗粒物质 的理论研究；无序系统中的扩展态的研究；低维和纳米半导体的理论研究，材料 性质的物理计算，统计物理的基本问题研究。

2．高温超导体及其相关材料、物理与器件 高温超导材料的各种非均匀性的结构及其对超导电性的影响，特别是高温超

导体的结物理、晶界物理、非平衡超导电性等；高温超导量子干涉器件（HTSQUID） 的制备工艺、物理研究及应用的原理；介观超导电性，新材料和新结构的超导电 性；高温超导体的磁通物理；纳米尺度上的超导电性，FET 结构超导体、MgB2 型超导体及其间的内在联系。

3．纳米半导体与半导体光子学

一维纳米半导体生长、掺杂、及相关物理性质；二维新型半导体材料制备、 掺杂、及相关物理性质，包括: 谷电子学、 二维异质结构的物理特性及应用等； 基于纳米材料的高性能电子、光子器件的制备和物理特性；有机金属卤化物钙钛 矿等新型半导体光子学材料、物理及器件；纳米等离激元激光器件物理与应用， 包括：等离激元激光器件物理及其在高密度数据存储、生物化学传感、深亚波长 光刻技术和纳米光谱学领域的应用；硅光互连中的光源问题。

4．磁性物理和新型磁性材料研究

以磁性物理的基础研究为指导，致力于从宏观和微观电子结构、介观、界面 等角度研究材料的磁特征，研究强磁晶各异性、高饱和磁矩、巨磁电阻、巨磁致 伸缩和磁卡等效应的起源，了解物性与结构的关系，建立相关理论，进而控制和 合成具有各种特性的新材料。主要研究内容：探索 3d -4f 金属间化合物的新相， 研究宏观磁性与微观结构的联系，为发展新材料、开拓新应用提供源头；纳米磁 性功能材料的制备、结构及其应用研究，侧重点是纳米磁性薄膜和粒子的研究； 强关联和无序体系的磁性与输运特性研究；新型能源相关材料的物理特性与磁性 关系研究。

5．纳米结构和低维物理

功能准一维系统的制备工艺和物理性质，包括硅等材料纳米捧、以碳纳米管 为代表的管状结构以及用扫描探针制备的一维结构等的制备工艺、生成机理、结 构特征以及物理性质；半导体纳米线（Si、GaN、ZnO、ZnSe、Ga2O3）和纳米碳 管制备与物理性能研究。低维纳米体系中电子多体相互作用、受限体系中量子效 应。基于纳米结构和低维体系的能源器件构筑，如新型太阳能电池等。基于低维 纳米通道的生物单分子探测技术研究。

6．宽禁带半导体物理和器件

北京大学是国内最早开展Ⅲ族氮化物半导体研究的机构，在 GaN 基半导体材 料外延生长、物理性质研究和光电器件研制等方面做出了多项开创性工作，是国 内宽禁带半导体的主要研究基地之一，并具有重要的国际影响。近期开展的主要 研究方向有：(1) GaN 基高效蓝白光 LED/微纳米 LED 及半导体照明应用，(2) GaN 基异质结构和电力电子/微波射频器件， (3) 高 Al 组分氮化物半导体和紫外光 电器件， (4) 高 In 组分氮化物半导体和长波长光电器件，（5） GaN 基微腔和 短波长激光器，(6) 自支撑 GaN 和 AlN 衬底材料, （7）宽禁带半导体物理和氮 化物半导体自旋电子学等。

7.         微纳光学结构及超高分辨表征 主要研究的是在纳米尺度的光学材料超高分辨表征及器件应用。利用近场光

学及其它扫描探针显微技术，应用于纳米尺度的光学材料设计及高分辨表征，并 最终实现等离激元的光信息器件的构筑与集成。

近期研究内容：1）纳米尺度的光源设计及制备表征；2）纳米尺度金属波导 的表征和操控；3）纳米尺度器件耦合和调制的物理界面过程；4）纳米尺度等离 激元信息器件对微弱光信号的光电探测及高分辨光学检测；5）新材料在等离激 元纳米光电器件上的应用；6）开发和研究多物理场（包括磁场、电场、应力场、 温度场），纳米光学材料的光电特性超高分辨表征，等等。

8．  软凝聚态物理和生物物理

软凝聚态物理和生物物理方向的近期主要研究工作包括：（1）基于冷冻电镜 的生物大分子结构和动力学理论和实验：结合理论、实验和大数据并行机器学习 等综合手段，利用高分辨冷冻电子显微镜定量研究生物大分子机器及其它超分子 复合体的动力学和功能的关系。（2）分子生物物理及其技术应用：研究生物分 子的结构、动态相互作用、非平衡统计和自组织行为及应用。（3）非线性物理 与复杂系统：研究非线性系统的动力学与热力学特征，重点研究非线性系统的动 力学分叉现象与斑图自组织现象，远平衡态热力学。利用数值模拟方法研究物理、 化学、生物、生态、等系统中的复杂性现象。（4）定量及合成生物学:基于非线 性动力学与复杂系统理论指导系统生物学与合成生物学研究，解析生物控制网络 的拓扑结构、动力学行为、功能特性以及三者之间的依赖关系，并将研究成果应 用于人工生命器件合成。（5）高通量生物微流技术：开发适合与系统生物学的 微流器件应用于单细胞检测与单细胞-微环境相互作用动力学过程的定量研究。

研究人员及其研究方向、联系方式如下：