低维微纳尺度体系声子热传导和热调控:来自芯片散热的非平衡统计物理问题

半导体芯片发展路线图上的一个障碍是“热死(heat death)”,也就是大量热量的产生而导致芯片被烧毁.所以散热问题成为进一步发展半导体工业亟待解决的关键问题.芯片里的热传导包含一维和二维材料中声子热传导以及声子通过不同材料间的界面热传导.本文总结了过去30年来一维、二维和界面声子热传导的主要理论和实验进展,重点介绍了一维体系声子热传导发散的物理机制以及反常热传导和反常扩散之间的关系.本文还简要讨论了与此相关的非平衡态统计物理的基本问题:从给定的哈密顿量出发是否能够推导出宏观输运行为.本文从微观图像的角度讨论了调控声子热传导的几种方法:纳米声子晶体,纳米热超材料,界面和声子凝聚等.为了让读者全面了解声子热传导,还简要地介绍了其他声子热输运现象,包括热导量子化、声子热霍尔效应、手性声子,以及声子与其他载流子之间的相互作用.最后,本文讨论了声子热传导研究面临的挑战和机遇,包括声子在量子信息和技术中的潜在应用.

试论非平衡统计物理基本方程

由于从刘维方程不能严格统一推导出不可逆性、熵增加原理和流体力学方程，本文提出时间反演不对称的刘维空间反常朗之万方程或其等价的广义刘维方程，作为统计物理的基本方程。这个方程反映了统计热力学的运动规律是随机性的而非确定性的。由它出发推导出了非平衡熵、熵增加原理、平衡态系综、ＢＢＧＤＹ扩散方程链，流体力学方程，如质量漂移扩散方程、广义Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程等。所有这一切都是统一的严格的，不需增补任何假设．但是难以证明所有非均匀的远离平衡态的孤立系统内各处的熵产生密度σ≥０。

两位中国女物理学家对非平衡统计物理学的重要贡献

介绍了两位中国女物理学家王明贞和王承书在 2 0世纪中叶对统计物理发展所作出的重要贡献 .王明贞与乌伦贝克 (Uhlenbeck) 194 5年在ReviewofModernPhysics上发表的有关布朗运动的综述文章[1] 不仅详尽地分析了耦合谐振子的布朗运动特性 ,而且对随机过程做了完整的科学分类 ,至今仍被科学界采用 .王承书对气体分子动理论所作的大量研究结果[2— 7] ,特别是她与乌伦贝克提出的处理多原子分子气体输运系数的王承书 -乌伦贝克方程 ,以及她对麦克斯韦气体的线性化玻尔兹曼方程碰撞算子本征值与本征函数的结果 ,已经成为现代动理学理论的经典内容 .两位中国女物理学家通过她们在物理学史上留下的科学工作 ,为当代中国妇女攀登科学研究高峰树立了榜样 .

非平衡统计理论在大学生创业因素中的应用

分析了影响大学生创业的各种因素,并依据非平衡统计物理理论进行调查,确定出影响大学生创业的主要因素,研究结果对提高大学生创业素质和创业能力,促进大学生创业工作能起到积极的作用.

非平衡和平衡统计系综的一个统一框架

提出通过子动力学方程(简称SKE)来建立一个非平衡统计系综体系。利用所构建的理论框架来研究在弱相互作用和强相互作用的情况下的自旋玻色子模型,从而很容易的得到正则系统的约简密度算子。也讨论了一种建立在安德森模型上的强关联量子网络。

独树一帜的统计物理理论——子动力学

介绍了子动力学基本思想,描述了子动力学基本框架与复谱的意义,并提出了相似网络的模型及扩张空间技术在反量子信息密码传输中的应用.

统计物理与网络科学面临的若干挑战与思考

从科学发展简史回顾、考察与分析了国内外研究统计物理与网络科学研究的概况,并结合我们自己的工作,提出网络科学与非平衡统计物理今后面临的若干挑战性课题和可能研究方向。

泊松噪声驱动系统的统一色噪声近似

讨论色泊松噪声驱动系统，利用统一色噪声近似方法，得到系统几率密度主方程，定态几率分布函数及其极值方程．结果应用于Ｖｅｒｈｕｌａｔ模型，发现泊松噪声对噪声感应相交的闭值和定态都会产生影响．

集合预报物理基础的探讨

将集合预报中的每次积分算程视为非平衡统计物理理论中的准粒子轨迹 ,由此对Lorenz模型进行了数值试验 ,计算了初值位于不同性质平衡态附近时准粒子数处于基态和第一激发态随时间的演化 .结果证明 :( 1)若动力系统在整个相空间内存在稳定的平衡态 ,在稳定的平衡态附近 ,系统随时间长期演化行为是可预测的 .( 2 )若动力系统在整个相空间内不存在任何稳定的平衡态 ,初值位于远离非稳定的平衡态 ,则在 1— 2周内准粒子多数分布在低能量态 ,即预报是最可几率的 .( 3)若初始状态位于非稳定平衡态附近 ,系统随时间的演化几乎是不可预测的 .这从理论上说明了作大量积分算程的集合预报其效果会比单一初值的单程积分要好 .

编者按

郝柏林院士是在新中国的阳光下和疾风暴雨中成长起来的理论物理和计算物理学家，我国非平衡统计物理、非线性科学和生物信息学的倡导者，我国自然科学基础研究的促进者。几十年来，他本着“顺乎历史潮流，坚持个人奋斗”和“先投入真正的战斗，才有希望取得胜利”的精神，在国家需要的时候，