介观物理

课程编码：180081070205P2003H 英文名称：Mesoscopic Physics 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：沈洁等

目的：使学生掌握介观物理的基本概念和基础理论，深入了解重要的介观物理效应，培养深度阅读前沿科技文献的能力，提高利用所学知识解决实际问题的水平。
要求：课堂认真听讲并积极参与讨论，课后阅读指定参考资料，按时完成作业。

固体物理、量子力学

第一章 引论及基本知识 8学时 沈洁
第1节 介观物理引论
第2节 电子结构及半导体物理基础
第3节 低维量子结构(1)：包络波函数
第4节 低维量子结构(2)：典型结构及器件
第二章 线性响应理论 8学时 吴泉生
第1节 格林函数简介
第2节 响应函数(1): 涨落和耗散定理
第3节 响应函数(2): 散射实验和谱
第4节 响应函数(3): f求和规则
第三章 无序物理 12学时 吴泉生
第1节 输运基础
第2节 电导率的久保公式
第3节 局域化的标度理论(1)：对边界条件的敏感性
第4节 局域化的标度理论(2)：AALR理论等
第5节 莫特变程跃迁
第6节 弱局域化
第四章 介观效应 12学时 吴泉生
第1节 持续电流(1)：独立电子
第2节 持续电流(2)：相互作用效应
第3节 Landauer-Buttiker公式(1): 一般性情况、单通道
第4节 Landauer-Buttiker公式(2): 多通道、昂萨格关系
第5节 Landauer-Buttiker公式(3): 应用
第6节 电导涨落的普适性
第五章 量子霍尔效应及拓扑物态 12学时 沈洁
第1节 狄拉克电子体系与贝里相位
第2节 朗道能级与量子振荡
第3节 整数量子霍尔效应 (1)：基本特点及边缘态输运
第4节 整数量子霍尔效应 (2)：Laughlin及TKNN拓扑解释
第5节 分数量子霍尔效应
第6节 拓扑绝缘体以及量子自旋/反常霍尔效应
第六章 介观物理前沿专题 8学时 沈洁
第1节 超导约瑟夫森结相关器件
第2节 量子点和单电子晶体管
第3节 介观物理前沿邀请报告
第4节 介观物理前沿邀请报告/期末考试

沈洁，现任中国科学院物理研究所研究员，博士生导师，国家级青年人才项目获得者。2013年中国科学院物理所获得博士学位，先后在耶鲁大学（2013-2015）、荷兰代尔夫特理工大学qutech实验室-微软Delft量子实验室（2015-2019）做博士后。2021年获中国科学院人才项目，北京市科技新星，2023年获北京市杰出青年基金项目，2024年国际学术奖：英国牛津仪器“马丁-伍德爵士中国物理奖”，中科院物理所科技新人奖，担任科技部国家重点研发计划（青年项目）首席科学家。2023年全国妇女第十三届代表大会代表，2023年首都最美巾帼奋斗者，2025年北京市三八红旗奖章。从事拓扑量子器件和低温输运研究，先后在Science、Nature、Science Advances、Nature Communications、Nano Letters等发表多篇文章，引用6000以上，h因子24。作为一作或通讯作者发表一篇Science，四篇Nature Communications，一篇Science Advances，一篇PRX以及三篇Nano Letters等。


吴泉生，中国科学院物理研究所特聘研究员，博士生导师。2013年获中国科学院物理研究所博士学位，2015-2021年先后在苏黎世联邦理工学院(2015-2017)和洛桑联邦理工学院(2017-2021)从事博士后研究工作，2021年底加入中国科学院物理研究所凝聚态理论与计算重点实验室 T03组。主要集中在凝聚态新奇物性研究和计算方法软件发展；在Nature, Science，PRL等期刊上发表了80余篇SCI文章；引用率超过11000次。主导开发的WannierTools 软件成为拓扑材料领域的重要工具，引用率超过 2300 余次。