物理专业解析
PART.01凝聚态
01
凝聚态——实验
卡西米尔力测量系统及扫描卡西米尔力显微镜的研制
设计并建造了基于原子力显微镜 (AFM) )的系统，用于测量空气中镀金球体和平板之间的卡西米尔力
开发了一种制造AFM悬臂梁的工艺，悬臂梁尖端连接一个球体，并通过电子束蒸发过程中的水冷消除了悬臂梁的热应力诱导弯曲
开发了基于卡西米尔力的扫描力显微镜，并对金膜的表面形貌进行了成像
设计反馈电路，动态测量和补偿平板和球体之间的残余电压
磁流体中磁场可调排斥卡西米尔力的研究
将Lifshitz理论推广到超顺磁性磁流体介质，并使用分子动力学模拟预测了由磁流体分离的金和SiO2板之间的磁场可调排斥Casimir力
设计实验，测量磁场下磁流体中的卡西米尔力
石英音叉转矩微分磁力仪的研究
开发了一种高灵敏度的转矩微分磁强计，使用具有两个自由尖头的高质量因数QTF
测量了在真空下低温下作用于机械剥离Fe3GeTe2纳米片和溅射钴膜上的磁转矩引起的 QTF共振频移
02
凝聚态——理论
大分子聚集体中长程相互作用的OSV-MP2耦合方法
用多极展开法计算分子间静电势，用极化嵌入法研究中心分子如何受到周围分子的影响
在查阅相关文献和教科书的基础上，构造了Fock算子的静电势修正，从而解决了修正后的hartree-Fock+MP2能量问题。考虑从中心分子到周围分子的反向静电效应，对周围分子的多极矩作了必要的进一步修改，从而得到多极能
成功掌握必要的量子化学编码的pyscf文档，同时将其用作数据处理的主要工具
借助物理学中的电磁学公式，以图形的形式研究了多极势的距离依赖性和角度依赖性；数据显示与静电定律相符 【与化学交叉】
03
凝聚态小结
交叉专业和方向：
电子工程-电子器件/设备
化学-生物化学
PART.02原子、分子和光子AMO
旋转离子模拟——模拟
计算了任意数量离子在射频场、四极场和库仑排斥作用下的平衡位置，以及在不同温度下自旋四极场时离子的运动-测定了离子在不同陷阱频率、四极场强、温度和自旋上升时间下的约束稳定性
计算了一定温度下离子的振荡模式、频谱和旋转模式峰值的FWHM，确定了实验的参数范围
计算旋转离子角动量谱，重新设计旋转控制序列——模拟&计算
用Python软件计算了不同温度下自旋上升和释放旋转离子晶体后的经典角动量谱
用Qutip软件包模拟了释放阶段角动量波函数的演化过程。为简化计算，提出了三个旋转离子的刚体模型
重新设计旋转控制顺序，以确保捕集器附近的低热和低噪音
重新设计、制造、组装和测试旋转电路——实验
重新设计旋转电路和PCB，精确添加和放大来自DAC和AWG的信号，并为环形离子阱上的每个电极提供50V电压
使用铣床和BantanTools (OtherPlan) 软件制作原型板，测试旋转电路的功能和精度
AMO实验——实验
掺杂Si量子点：通过磁控溅射方法制备Si纳米晶、P和B掺杂Si纳米晶样品并在高温下退火
测量了常压和常温下的拉曼光谱和光致发光光谱，并用原子力显微镜测量了表面的构型
研究并解释了掺硼后样品光学性质的变化
用Mathematica模拟核四极共振和核磁共振——模拟
在Mathematica上模拟了具有核四极相互作用和塞曼相互作用的自旋3/2系统的演化
对不同相互作用强度下的自由感应衰减 (FID)信号进行了图示
通过NMR或NQR演示了双量子比特门的实现和赝纯态的制备 【与量子交叉】
解释了特定脉冲能选择性激发一定能级间跃迁的原因
海森堡交换相互作用下Jaynes-Cummings模型的本征消相干——理论
通过Mathematica研究了Milburn方程下双原子Jaynes-Cummings模型的演化
通过并发演示了两个原子之间的纠缠
比较了两个原子在不同海森堡交换作用下的纠缠度
以图形方式描述了并发与时间的演变
02
物理AMO方向转材料博士录取——AMO实验
利用NV中心观测单个Skyrmion的应变调制
通过使用操纵器将金刚石连接到AFM尖端构建探针
用磁铁测量NV轴方向，用连续波法测量磁场在NV轴上的投影
磁场成像：测量外部磁场并扫描材料多个点的荧光信号后，固定微波频率
对skyrmion进行高分辨率成像，达到50nm的空间分辨率
03
原子、分子和光子AMO小结
交叉专业和方向：
物理-理论/计算物理
物理-量子
物理-应用物理-AMO/量子工程
电子工程-光电子学/光子学
材料-电子、光学和磁性材料
PART.03量子
寻找类轴子粒子 (ALP) 介导的自旋相关相互作用
利用Mathematica和MATLAB模拟了柱状并五苯中极化自旋系综通过ALP介导的相互作用产生的有效磁场的空间分布
构建光学检测磁共振平台检测碱性磷酸酶介导的相互作用
与以前的结果相比，信噪比提高了一个数量级。
【AMO交叉】
单自旋实验传感量子大气 (QA)
受Wilczek的论文《用于材料诊断的量子大气》的启发，设计了一种基于NV中心进行原理验证实验以测量QA的量子涨落的方法
设计了类似CNOT的门，对量子大气中单核自旋的量子态进行非破坏性测量
用傅里叶成像方法研发系综NV中心磁强计
计算探索了利用傅里叶成像探测扭曲双层材料云纹超晶格中磁结构的方案
设计了NV孔径阵列法和非平衡回波序列的策略，以突破最大磁场梯度对空间分辨率的限制
设计了Lomb-Scargle稀疏采样分析方法来重建二维周期磁场分布
应用压缩传感方法加速傅里叶成像过程
【涉及能级跃迁，与量子相关】
量子自旋冰 (QSI) 中出射光子和自旋行为的模拟
在Yb2Ti2O7等真实材料中加入3NN和RK势项扩展QSI的最小XXZ模型
从头开始开发蠕虫型量子蒙特卡罗算法，并进一步开发低能有效哈密顿算法，以探索超低温行为并测量QSI热力学
发现可以调节出射DED中的光速和精细结构常数
PART.04应用物理
01 土木工程博士录取案例科研
使用足迹振动设置“掠夺者地图” ——土木
提出利用足迹诱发振动能量变化进行定位的新方法
通过提取特征和基于机器学习的分类实现人员识别
实现未知人检测
完成行人定位和人员识别的实时可视化
通过足迹诱发的地板振动监测社交距离顺应性——土木
预处理信号(足迹检测、信号能量校准等)
通过交叉传感器融合描述行走场景 (准确率97.8%)
检查社交距离合规性(准确率为80.4%)
02 其他领域科研应用
扫描微波阻抗显微镜的研发
使用Labview编程、控制和驱动硬件
处理信号，设计微波电路，测试数字电路
使用HFSS模拟射频组件和电路的功能
完成具有10nm空间分辨率和1aF电容分辨率的扫描微波阻抗显微镜
压电旋转器的设计
使用SolidWorks设计压电转子
使用COMSOL模拟其工作过程
完成使用压电陶瓷驱动尖端精确移动的旋转器的设计
衰减波厚度成像
使用532nm激光和一些其他光学设备测量蓝宝石衬底上SiO2膜 (304nm) 的厚度
成功拍摄薄膜厚度图像(2D图像)
完成了一种利用倏逝波特性测量和成像薄膜厚度的简易装置的设计
03 材料物理本科申请生物物理&应用物理
物理气相沉积法生长Bi二维薄膜
通过PVD(物理气相沉积)完成双层的生长
计算了特定基底的电子结构，建立了基底上的双层模型
利用Quantum ATK，通过分子动力学、分子力场和蒙特卡罗方法模拟了PVD过程
【与材料交叉】
【与电子工程-电子器件/设备交叉】
使用精确Muffin-tin轨道 (EMTO) 2 改进第一性原理计算工具包
用CPA (相干势近似) ) 和EMTO (精确Muffin-tin轨道) 方法导出的格林函数计算合金的布洛赫谱 (以能量和动量谱表示的电子态密度)
解析延拓和特殊k点积分的程序设计
【与电子工程的电子器件/设备交叉】
04 计算物理
计算物理
使用VASP模拟软件包优化晶体结构，再现层系的狄拉克点
用蒙特卡罗方法模拟随机过程并计算积分
用伊辛模型和蒙特卡罗方法模拟了铁磁性
计算了临界温度，再现了临界温度附近的磁性
【与凝聚态交叉】
构建稳定的高保真表达系统
构建了一个保真度高、稳定速度快的大肠杆菌表达系统
模拟了常微分方程表达式
对系统的稳态进行了分析，并通过优化参数对实验提出了建议和指导
05
应用物理小结
交叉专业/方向：
物理-凝聚态
物理-AMO
电子工程-电子器件-设备
物理-生物物理
材料-电子材料
PART.05等离子体/粒子/高能/核物理
01 等离子体
Pickett Chargee等离子体装置中离子声波的研究——德国
量了Pickets带电等离子体装置中离子声波的特性，如频率、波长和速度
根据实验和测试对象的需要收集、研究、组织和完善参考文献
维护和升级主要测试设备，包括气压校准、频率过滤器的设计和安装
参与实验的优化、分析和研究，设计符合我们需求的实验方案
膨胀等离子体中离子束形成的电子效应——德国
通过呈现不同中性压力下EEPF的径向分布和有效电子温度，探索了EEPF细节与膨胀等离子体中离子加速度的关系
对实验设备进行测试、维护和升级，包括真空压力调整；安装拆卸等离子体发生器，焊接电路
辅助并参与实验需求的沟通和梳理，参与实验方案的讨论和制定
采用LabVIEW和Matlab对实验设备进行控制，并对实验数据进行记录和分析
得出的结论是，压力是高能电子穿透等离子体核心的屏障
02粒子/高能/核物理
基本粒子：电子、中子和质子
粒子：粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质，而是它们的统称，是一种模型理念。
粒子分类：电子、原子核、介子、夸克、轻子、强子族等粒子。
轻子：
不参与强相互作用的自旋h/2 的费米子
受弱相互作用力的影响
强相互作用：
是自然界四种基本相互作用 (引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力) 中最强的一种。
最早研究的强相互作用是核子 (质子或中子) 之间的核力，它是使核子结合成原子核的相互作用。
强相互作用与其他分支交叉：凝聚态物质和超冷原子的物理 (AMO)
夸克和胶子之间的相互作用
短长度尺度上研究
解释对撞机在标准模型内外寻找新的短距离物理以及理解填充微秒旧宇宙的热物质和中子星中心的致密物质的性质
夸克和胶子如何形成质子、中子和其他强子 (宇宙中最早形成 的复杂结构)以及随后形成的原子核的关键
介子：由夸克和反夸克组成的复合粒子
重子：由三个夸克 (或者三个反夸克组成反重子) 组成的复合粒子
强子：
是一种亚原子粒子，所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子
包括重子和介子
由夸克、反夸克和胶子组成
03 如何判断是否与核物理相关
改变原子核结构或性能：
衰变/核辐射
强相互作用
弱相互作用
粒子：介子、夸克、轻子、强子
思考：粒子物理与核物理的关系？
MIT实验核物理与实验粒子物理
目的：了解核物理和粒子物理的基本定律
在研究一些问题：
除了已知的力或粒子之外，还有新的力或粒子吗?
宇宙中的基本力是如何相互作用的?
早期宇宙和中子星中炽热致密物质的性质是什么?
暗物质的性质是什么?
我们宇宙中质量的性质是什么?
为什么宇宙由物质而不是反物质支配?
中微子质量的性质和规模是什么?
QCD的基本夸克-胶子相互作用如何产生有效的核相互作用?
质子和原子核的三维结构是什么? 关于天体物理过程和自然界的基本力，奇异核告诉了我们什么?
宇宙中原子核的性质是什么?/宇宙中基本粒子的性质是什么?
04总结
高能/粒子/等离子体物理，与凝聚态/AMO、量子物理是完全不同的体系，跨度较大——不建议这两种体系跨申，理论研究可尝试
涉及计算凝聚态和实验高能/粒子/等离子体物理，大概率用到Monte Carlo——背景提升指导
理论凝聚态和粒子物理理论在理论的形式上有很多相通的部分
1. 都可以用场论的语言和费曼图的语言，也早已多次互相借鉴成为对方领域的理论重大突破。
2. 举例：起源于粒子物理、场论、引力理论的Ads/CFT(Anti-de Sitter/Conformal Field Theory correspondence反德西特/共形场论对偶，是两种物理理论间的假想联系) ，有科学家在宇宙学中应用此理论进行理论模型的研究，有在Ads/CMT【(d+1)维的AdS时空中的量子引力理论和d维时空中的共形场论(这个低维时空是(d+1)维AdS时空的边界) 是对偶的】的凝聚态理论研究。
