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 物理系基本概况

  清华大学物理系始建于1926年,著名物理学家叶企孙先生担任首位系主任,吸引了多位著名物理学家,如吴有训、萨本栋、周培源、赵忠尧等在清华物理系任教,培养了以王淦昌、钱伟长、钱三强、林家翘、彭桓武、王竹溪等一大批卓越的物理学家,不到十年就成为国内最好的物理系。抗日战争期间,清华大学、北京大学、南开大学组建成国立西南联合大学,培养出杨振宁、李政道、黄昆、张守廉、邓稼先、朱光亚等一大批杰出人材。1952年全国进行高校院系调整,清华物理系的教师和学生全部并入北京大学等校。

  改革开放之后,清华大学于1982年重新恢复建立物理系,由原工程物理系系主任张礼教授担任复系后的首任系主任(1982-1984)。

  在清华物理系学习过或任教过的系友中,有中国科学院、中国工程院两院院士80余人。1999年受到中央表彰的23位两弹一星元勋中,有10位毕业于清华物理系。

  师资力量

  物理系现有教职工128人,其中有李家明、王崇愚、陈难先、李惕碚、顾秉林、范守善、邝宇平、朱邦芬、薛其坤等9位在职的中科院院士,教授(研究员)50人,副教授(副研究员)28人。

  本科生培养

物理系十分重视基础性人才的培养,关心志在从事基础研究的学生,在配备导师、因材施教、提高奖学金比例等方面给予政策上的倾斜。学分制和分流培养的办法使每个学生都有条件得到自主发展。本科毕业生选择继续深造的比例在90%左右,近年来有多位同学获得到哈佛大学、斯坦福大学、麻省理工学院、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校、加州理工学院等世界顶尖大学攻读研究生的机会。本科毕业后直接参加工作的同学则广泛分布于教育、科研、工业、金融、行政管理等行业。

研究生培养

物理系研究生培养以博士生为主,在凝聚态物理、原子分子与光物理、粒子物理、核物理、天体物理、声学、生物物理、量子信息等学科的导师指导下从事研究工作。每年毕业约15名硕士,40名博士,硕士约50%继续到国外知名大学深造,博士生约30%到国内外知名大学或研究机构从事博士后研究,其余就业于高校、研究所、企业等单位。就业的学生中到重点单位(重点高校、重要科研机构、政府管理部门和国内外知名企业)的占70%,重点单位中高校和科研单位所占比例为50%

1982年物理系复系后毕业的博士生和硕士生中,已有三人当选中科院院士(欧阳钟灿、刘国治、向涛),3 人分别入选中组部“千人计划”“青年千人计划”11人获国家杰出青年科学基金资助,3人入选教育部“长江学者奖励计划”。自2000年以来,物理系几乎每年都有博士生获得“全国百篇优秀博士论文奖”“提名奖”

专业介绍:

本科专业:

物理学

本专业的目标是培养两类人才:一类是物理学基础型人才,他们有扎实的数理基础知识,创造意识和动手能力强,对探索自然奥秘有浓厚兴趣,并愿意献身于基础科学研究与教学;另一类是物理学应用型人才,他们不但具有扎实的数理基础知识、较强的动手能力,而且既能够从技术应用中提炼出物理问题,又善于将现代物理成果应用到技术发展中去。物理系所培养的学生还都应具有健全的人格、良好的人文修养,国际化视野和批判精神,具备在物理学科和其它对物理基础要求较高的相关学科进一步深造的良好基础和潜能。

数理基础科学专业

数理基础科学专业的培养目标是:为基础科学培养富有创新意识和具有国际竞争能力的优秀人才;也为与数学、物理学密切相关的其它学科(信息、经管、材料、生命等)培养具有开拓精神和良好理科素养的新型人才。

基科班的培养特色:强调同时强化数学和物理基础;让学生较早参加科研实践训练,从三年级开始,学生可以根据本人的志趣选择学科方向,进入导师的课题组进行科研实践训练;将本科与研究生培养过程有机衔接,学生经过多次选择,找到适合自己发展的学科方向。

研究生专业:

凝聚态物理

凝聚态物理涵盖超导体、磁性材料、半导体、电介质、聚合体、新型生物与能源材料等研究方向。

计算和理论凝聚态物理根据材料的结构和构成试预测其性质、解释内在的物理机制。具体的研究内容包括:低维量子体系和纳米结构中的量子效应及其可能的器件应用;低维材料生长动力学过程的模拟;新型量子材料的理论设计、模拟计算及量子器件原理的研究;半导体材料中的电子态和自旋态;结构和功能材料的电子结构和性能预测;多层次- 跨尺度物性关联的物理机制及算法与材料设计;电子关联效应和超导机理。

实验凝聚态物理的研究组主要关注材料中的电子行为,比如半导体纳米结构,超导性和低温物理,原子和分子的准确测量和可控生长,以及新奇量子材料等。主要的研究方向包括:纳米材料与结构的可控制备方法与生长机理,纳米材料的尺寸效应及其表征,纳米电子学和光电子学原理和器件探索;极低温强磁场扫描隧道显微学,低维量子体系的制备和新奇量子现象,功能氧化物磁性薄膜、薄膜复合结构及纳米磁性材料的制备、物性及器件应用;强关联体系与新型超导体研究,高温超导材料及其应用,超导电子学。

原子分子与光物理

原子分子与光物理覆盖了原子分子与光物理的基本研究和光与物质相互作用的研究,由原子分子物理和光学两个二级学科组成。主要研究方向包括:原子分子及团簇理论;原子分子高激发态光谱、动力学及相干控制;冷原子物理及原子光学与原子玻色- 爱因斯坦凝聚;原子分子离子超灵敏谱学及应用;纳米结构和纳米光学;特异材料及其量子相干控制;全固化激光器物理及应用;物理量的精密测量。

粒子物理

粒子物理主要研究人类所能认识到的物质最深层次的结构、最基本的相互作用和运动规律、时空的性质及宇宙起源等问题,具体研究内容包括:电弱对称破缺机制及超出标准模型的新物理的理论和唯象研究,包括Higgs粒子、中微子、暗物质、各种新规范粒子及其可能的相互作用;重夸克偶素的强子跃迁和强衰变的理论研究等;第一原理研究束缚态粒子的有效拉氏量;非微扰理论、强子物理等。

核物理

核物理研究涵盖核与核子结构、相对论重离子碰撞与强相互作用体系、核反应、电子动量谱和核技术及应用等领域,是国内研究原子核物理的主要单位之一。

理论工作覆盖了从低能的原子核结构到相对论性重离子碰撞大能量范围内的诸多领域:在重离子碰撞的动力学模拟、等时量子输运理论、量子色动力学(QCD) 相变理论、QCD 凝聚态物质和相对论重离子碰撞中的夸克物质信号等领域做出了重要的原创性成果;在原子核结构模型,极端条件下的核结构和核反应等方面也取得了许多重要的研究成果;利用数学物理来理解量子系统的对称性,探索群和代数(李代数、李超代数、无限维李代数、变形李代数等)的表示论在物理学中的应用,如原子、分子结构和核结构的代数模型;利用Monte Carlo 模拟方法从事探测器、核电子学、量子化学等方面的研究。

在实验核物理方向,原子核的高自旋态研究取得了丰硕的研究成果,包括原子核的集体运动与对称性、各种奇异形变和形状驱动效应等新现象的观测和解释;核反应研究则包括热核性质与核物质状态方程的实验探测、大型探测器的模拟和预研、相对论性重离子碰撞中的集体流与夸克信号以及核探测技术在核能领域中的应用等;在强子物理领域,则有中子电偶极矩和标准模型之上新物理的探寻、QCD 奇异态的探寻和极化靶研制及其应用等方面的研究;电子动量谱学的研究集中在高性能电子动量谱仪的研制、重元素的电子结构和电子碰撞动力学以及柔性分子的构像等方面。

天体物理

天体物理中心的研究领域涵盖了空间天文、宇宙学、高能天体物理、光学天文和理论天体物理五个方面,具体研究内容包括空间天文仪器(例如硬X 射线调制望远镜天文卫星以及暗物质与暗能量的探测设备)、观测宇宙学、空间天文(诸如白矮星、中子星、黑洞、超新星、X 射线源、伽玛射线暴、活动星系核等方面的物理研究)。

生物物理

生物物理是利用物理学中各种力学、热学和光学成像等实验手段以及数据分析、模型建立、计算推导等理论手段研究生命活动和生物物质的一门学科,与研究大分子的软物质凝聚态,细胞内外物理化学过程的分子生物学,多组元相互作用高度非均匀非线性的复杂系统理论有密切的联系,包含了系统生物学、计算生物学、整合生物学等新兴学科。

目前物理系生物物理研究主要集中于生命物质的光学观测和系统生物学。具体包括:(1)用解析或数值的方法研究各种信号在细胞生化反应网络中的传导,蛋白质因子对基因表达的调控,噪声对信号的扰动;(2)结合图论和动力系统理论研究生化网络的拓扑及其动力学;(3)基于实验观测,建立物理模型,研究生物体胚胎发育、机体免疫,并结合生态学去解释生物形态、功能及种群的形成及消亡的过程;(4)运用单分子观测技术、活细胞实时动态成像和高分辨相干层析成像(OCT)技术去了解细胞器和生物组织及其在医学上的应用。

量子信息

量子信息包括量子通信和量子计算,其学科特点在于高度的交叉性。量子力学原理保证了量子通信具有极高安全性,量子计算具有经典计算不可比拟的强大计算功能,因此量子通信和量子计算研究具有重要的科学意义和战略意义。

具体的研究方向集中于:(1)基于自旋的量子信息处理。从理论和实验上研究利用包括核自旋、电子自旋的自旋体系开展量子信息处理,实验上采用磁共振操控技术;(2)开展量子通信的实用化理论与实验研究,解决量子通信中的一些关键科学与技术问题;(3)开展量子直接安全通信的实验研究。与量子密钥分发传输随机数不同,量子直接安全通信在量子信道中直接传输秘密信息。研究噪声下的量子直接安全通信及其实验实现;(4)开展基于量子光学的量子信息处理,包括量子信息基本原理的实验研究,与量子光学相关的物理体系的量子信息处理,包括微腔量子信息处理;(5)量子信息与量子力学基础,包括量子纠缠分类与刻画、量子失谐的刻画,广义量子门及其性质,量子contexuality、量子非局域性等的理论与实验研究;(6)量子控制理论与实验研究,包括量子动力学解耦方法、量子纠错及其在量子信息处理中的应用。  

声学

声学目前的研究工作主要有两个方向:物理声学和超声学。物理声学致力于声致发光、热声现象、声脉冲和波束在界面上的反射和透射、声波的多重散射、声传播的基础理论以及建筑声学的计算机模拟等方面的研究。超声学研究更多地关注其应用价值,包括超声电机、超声检测、超声定位、超声焊接、超声加工、超声清洗和声检测等方面的研究。

 

Undergraduate

○       Physics

The department places strong emphasis upon students obtaining a sound background in basic mathematics and suitable foreign language skills, as well as significant experience with experimental techniques. Upon graduation, students will have mastered fundamental theories and research methods in physics, preparing them for a wide range of possible future careers, including research scientist, physics teacher, technical manager, and other positions in business, government, and industry calling for physics expertise. 

 

Graduate

●       Theoretical Physics

Major Courses:

Advanced Quantum Mechanics, Quantum Field theory, Group theory, Gauge Field Theory , Particle Physics , Differential Geometry ,etc.

Research Field:

Particle theory and data analysisparticle physics at high energy region associated with international high energy colliders; particle physics at intermediate and low energy region include various non-perturbative interaction theories; quantum field theory and quantum mechanics; mathematical physics. 

●       Particle Physics and Nuclear Physics

Major Courses:

Advanced Quantum Mechanics, the Physics of Nuclear Structure and of Nuclear Reactions, Group Theory, Laboratory for Advanced Physics, Computational Physics, Applied Atomic and Molecular Physics, Topics in Nuclear Physics, etc.

Research Field:

Experimental nuclear physics and particle physics, nuclear theory, nuclear technology and its application in atomic and molecular physics, quantum computing theory and experiment, applications of characteristic symmetries and group theory methodology in physics.

●       Plasma physics

Major Courses:

Solid state theory, mathematical methods in physics, quantum statistics, quantum field theory, computational physics, superconductivity, thin films and surface physics, and topics in solid state physics.

Research Field:

New methods of nuclear fusion; Industrial plasma applications.

●       Atomic and Molecular Physics

Major Courses:

Experimental methods in atomic and molecular physics, atomic and molecular theory, topics in atomic and molecular physics, laser spectroscopy and technological applications, etc. 

Research Field:

Ultra sensitive spectroscopy for atoms and molecules and their applications; spectroscopy for highly excited states of atoms and molecules, dynamics and coherent control; dynamics and structure of atoms, molecules and clusters.

●       Optics

Major Courses:

Laser physics, Nonlinear optics, Theoretical fundamentals of spectroscopy, Laser spectroscopy and detection technique, Ultrafast optics and electronics, Quantum optics and atomic optics.

Research Field:

This group’s research work focuses on optics and photonics and their applications - more specifically: quantum optics and photonics; laser physics, laser technology and laser spectroscopy; near field optics and micro-region spectroscopy; and precision photoelectric measurements. 

●       Condensed Matter Physics

Major Courses:

Solid state theory, mathematical methods in physics, quantum statistics, quantum field theory, computational physics, superconductivity, thin films and surface physics, and topics in solid state physics.

Research Field:

Computational condensed matter physics, nano-structure and low-dimensional physics, condensed matter theory, superconductivity and its applications, magnetic oxide films.

●       Acoustics

Major Courses:

Physical acoustics, introduction of modern acoustics, applications of acoustics to technology, laboratory for modern acoustics, etc.  Emphasis is placed on calculational and experimental skills.

Research Field:

Physical acoustics, ultrasonics and underwater acoustics. 

●       Astrophysics

Major Courses:

Selected Topics on Astrophysical Frontiers (I), Selected Topics on Astrophysical Frontiers (II), Fluids and Plasmas in Astrophysics,etc. 

Research Field:

High-energy astrophysical observations, statistic analysis of high-energy astrophysics and theoretical astrophysics.

 

Job Opportunities for Graduates:

Graduates are well-qualified to do research or teach in universities, scientific research or management institutions, and various advanced technology enterprises.