封面文章

专题：磁共振技术

李庆，季云兰，刘然，Suter Dieter，江敏，彭新华

物理学报, 2025, 74(11):117401

doi: 10.7498/aps.74.20250271

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相互作用量子系统在精密测量领域正受到广泛的关注，尤其是量子关联态的实现以及相互作用系统的动力学研究，为量子资源提供了全新的研究方向，推动了基于相互作用系统的传感技术的深入探索。然而，现有研究主要局限于单一物理量的测量，如何利用相互作用系统实现多物理量的精密测量仍亟待实验验证。本研究基于超低场条件下强相互作用核自旋系统，并结合高灵敏的原子磁力计实现信号读出，成功实现了三维矢量磁场的精密测量，测量精度达到10^–11 T，方向分辨率高达0.2 rad。有效克服了传统方法中因外部参考场引入的校准误差和技术噪声的限制。通过实验上的优化，基于相互作用的传感器在测量精度上实现了5个数量级的提升，为开发超高精度的新型量子传感器开辟了全新的技术路径。

图1  基于相互作用系统的量子传感实验示意图   (a)实验装置示意图; (b)多参数传感的基本过程，包括探针态制备、未知磁场编码以及探针态的读出; (c)⁸⁷Rb原子磁力计示意图

同行评价

本研究提出了一种基于强相互作用核自旋系统的矢量磁场测量方法，并成功在低场核磁共振系统进行了实验验证，结果显示该方法很好的提升了现有量子传感器的潜力。该方法突破了传统矢量磁力计对外部参考场的依赖，为高精度磁测技术提供了全新的方案，具有较强的创新性和广泛的适用性。

《物理学报》创刊90周年

张亚鹏，孙志宇，雍高产，冯兆庆

物理学报, 2025, 74(11):112101

doi: 10.7498/aps.74.20241650

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核物质状态方程是对核物质体系在不同热力学或者外场条件下的宏观性质的描述，它对理解微观强相互作用的理论——量子色动力学(QCD)、原子核性质、重离子碰撞动力学、致密天体内部结构、双中子星合并等具有重要意义。重离子碰撞(HICs)是在实验室产生极端条件(如高温、高密、强磁场、强涡旋等)核物质的唯一手段，不同碰撞能量的HICs为定量研究核物质在不同热力学条件下的性质提供了可能。本文主要介绍当前核物质状态方程的研究现状，并介绍HICs中对核物质状态方程敏感的基本可观测量、探索核物质状态的典型实验和结果。展现包含有奇异强子核物质状态方程的研究进展，并探讨未来可能的研究方向。介绍国际上在建和正在运行的重离子加速器和实验谱仪的最新进展，包括我国已经建成的兰州重离子加速器装置(HIRFL)和兰州重离子加速器装置-冷却储存环(HIRFL-CSR)、在建的强流重离子加速器装置(HIAF)和在建的低温高密核物质测量谱仪的研制进展，并讨论未来基于我国大科学装置开展核物质状态方程实验研究的机遇与挑战。

图1  用温度、重子密度和同位旋不对称度表示的核物质相图

同行评价

核物质状态方程是中高能核物理研究中重要的描写其宏观性质的方程，其中参数的定义与实验确定是中高能核物理重要前沿问题。本文立足中高能核物理前沿，系统介绍当前核物质状态方程研究现状、当前运行与计划中的实验，特别是我国即将开展的实验的基本情况与核物质状态方程研究的机遇。本篇综述对该领域的同行，特别是我国青年学者进入该领域开展相关研究有很好的参考价值，并对相关同行专家了解该领域的进展、推动和支持该领域的发展有一定促进作用。

特邀综述

储灏，张昊天，张至立

物理学报, 2025, 74(11):117402

doi: 10.7498/aps.74.20250241

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Nambu-Goldstone理论指出: 连续对称的破缺会产生零能的玻色激发。在超导相变中，连续的局域U(1) 规范对称发生破缺，理应产生零能的集体模式(即超导相位模式)。1962年，Philip Anderson指出: 库珀对(Cooper pairs)之间的库仑相互作用使该零能模跃迁至等离子体频率。因此超流体在库珀对配对能量(2Δ)以内不存在玻色激发，这套机制还导致介导电磁相互作用的光子获得质量。Anderson机制为超导体保持零损耗电流、展现完全抗磁效应提供了微观解释。1964年，为解释介导电弱相互作用的W±，Z玻色子为何具有质量，Peter Higgs，François Englert，Tom Kibble等分别提出自然界中存在(现称作)Higgs场的假设: 该物质场与零质量的W±，Z玻色子耦合，使它们产生质量。这套机制与超导体中光子产生质量的机制相似，被统称为Anderson-Higgs机制。2013年，欧洲大型强子对撞机捕捉到Higgs场的标量激发(即Higgs boson)的实验证据，证实了半个世纪以来关于Higgs场的猜想。与Higgs boson对应的超导振幅模式因此被称作超导Higgs模式。近半个世纪以来，在众多超导材料的谱学研究中，该模式同样难寻踪迹。近年来，超快/非线性谱学技术的发展与运用使谱学实验可以更加有效地捕获Higgs模式的踪迹。本文将介绍超导Higgs模式的历史背景与最新研究进展，讨论Higgs模式可能为高温超导研究带来的崭新视角、机遇与挑战。

图1  拉曼散射的微观机制   (a) 非共振光子-电子散射(也称作双光子散射、带内散射、diamagnetic scattering)诱导电子-空穴对密度涨落，散射前后光子、电子的能量、动量均发生变化; (b) 共振光子-电子散射(也称作带间散射、paramagnetic scattering)过程中光子被电子完全吸收、产生电流、再辐射出; (c) 非共振弹性(Rayleigh)散射过程; (d) 共振弹性(Rayleigh)散射过程; (e) 太赫兹三次谐波生成过程; (f) 非共振拉曼/太赫兹三次谐波散射过程; (g) 两种玻色子共同参与的非共振拉曼/太赫兹三次谐波散射过程; 这里波浪线为光子传播子，实线为电子传播子，红色双虚线和黑色双波浪线为玻色子传播子

同行评价

高温超导中的Higgs模式研究不仅深化了对强关联体系集体激发的理解，也为揭示超导机理提供了独特视角。该文对近年来国内外高温超导Higgs模式的研究进行了总结，并对未来的研究方向提出建议，值得凝聚态物理研究学者的进一步关注。

编辑推荐

专题：磁共振技术

刘刚钦

物理学报, 2025, 74(11):117601

doi: 10.7498/aps.74.20250224

cstr: 32037.14.aps.74.20250224

高压极端条件是实现和调控新奇物态的重要途径，磁共振技术是材料微观磁结构和磁性表征的重要方法，两者的融合为物质科学前沿研究提供了新的机遇。然而，传统磁共振技术受限于自旋极化度低、信号探测效率差等因素，难以实现超高压极端条件下微米级小样品的原位测量。近年来，以金刚石氮空位中心为代表的色心量子传感迅速发展，为高压极端条件下的磁共振和原位量子传感提供了全新解决方案。本文总结了高压极端条件对金刚石氮空位中心自旋和光学性质的影响，梳理了高压下色心磁共振的基本现象和规律。同时，以高压下微区磁成像、压强探测、超导迈斯纳效应测量等应用为例，本文还介绍了高压下色心量子传感的近期研究进展。

图1  高压下的金刚石色心量子传感. 左图为金刚石对顶砧的基本结构，由两块特殊切割的金刚石和金属垫片构成，垫片中心孔内装载样品并填充传压介质，通过上下两片金刚石的挤压给样品施加高压. 右图为金刚石氮空位(nitrogen-vacancy，NV)中心的物理结构——由一个替代位氮原子和一个近邻空位构成. NV中心自旋状态可通过光学方法高效地极化、操控和读出，可作为灵敏的纳米尺度量子传感器. 基于NV中心的量子传感完全兼容于金刚石对顶砧压机，为高压极端条件下的磁共振和微区磁测量提供了全新的方案

同行评价

这篇综述性论文全面回顾了金刚石色心量子传感器在高压科学应用上的挑战、技术进展以及应用情况。高压下的原位微观磁探测技术手段是当前高压科学领域比较匮乏的测量手段，但很多前沿研究都不可避免涉及到磁效应的探测，包括近室温超导的迈斯纳效应、磁畴动力学，以及各种新型分子结构磁共振探测等。以金刚石氮空位色心为代表的量子精密测量为高压磁测量提供了新的可能，并迅速成为整个领域受关注的新型探测技术。文章能够为关注和想深入了解这个技术的读者提供参考。

编辑推荐

专题: 磁共振技术

刘凡，蒋渊丞，郭华

物理学报, 2025, 74(11):118703

doi: 10.7498/aps.74.20250235

cstr: 32037.14.aps.74.20250235

磁共振扩散加权成像(DWI)在神经科学和临床疾病诊断中具有重要价值。单次激发平面回波成像(ss-EPI)是DWI最常用的技术，但受主磁场不均匀性和T₂/T₂*衰减的影响，易出现几何变形、信噪比低等问题。为解决这些问题，研究者开发了更先进的高分辨率磁共振扩散成像技术。本文对这些成像技术进行综述。平面回波成像(EPI)方面，本文介绍了读出分段EPI、交错采集EPI、点扩散函数编码EPI、EPTI等多次激发EPI DWI技术，这些技术能够减小或消除几何变形、提高图像信噪比和分辨率。此外，多次激发EPI与多层同时激发技术(SMS)的结合能够缩短采集时间，本文对此类技术进行简要介绍。相较于EPI，螺旋 (spiral)成像的信噪比和采样效率更高，但对主磁场不均匀性更敏感。在螺旋成像部分，本文分别介绍了单次激发以及多次激发的spiral DWI成像，以及二者与SMS技术的结合。本文重点介绍了各类成像技术的原理、采集策略与重建方法。最后，本文阐述了高分辨率扩散成像的挑战和未来方向，包括三维DWI、体部DWI、磁场探针、超强梯度磁共振系统以及超高场磁共振系统。

图1  ss-EPI DWI序列图

同行评价

磁共振扩散加权成像在临床诊断和神经科学研究中扮演重要角色，本文对高分辨率磁共振二维扩散成像技术（基于EPI和Spiral的成像方式）的现有进展进行了总结和分析，并对未来的发展做了简要的展望，这为从事该领域研究的学者提供了有价值的参考。