中科院物理研究所软物质物理实验室介绍

　　软物质 (Soft matter)或称软凝聚态物质(Soft condensed matter)是指处于固体和理想流体之间的复杂态物质。它的基本特性是对外界微小作用的敏感性、非线性响应、自组织行为等。软物质在介观尺度（约10-10000nm）范围内，通过相互作用可形成从简单的时空有序到复杂生命体一系列的结构体和动力学系统。软物质一般由大分子或基团组成，如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命物质等，在自然界、生命体、日常生活中广泛存在。构成 生物体的物质大多为软物质，如细胞、蛋白质、DNA等。

　　近来，软物质物理已成为国际上受到普遍重视的新学科领域。软物质的研究横越物理、化学、生物三大学科，特别是软物质物理研究的深入开展，是物理科学通向生命科学的桥梁。软物质物理代表了21世纪凝聚态物理发展的重要趋势 。

　　中国科学院物理研究所结合已有研究基础和当今物理学的发展动向，于 2001年4月正式成立软物质物理实验室。 物理所主要从事凝聚态物理、光物理、原子分子物理和等离子体研究，很多基本研究方法和实验条件适用于研究软物质，是开展软物质物理研究的良好场所。软物质物理实验室的课题组在过去已开展了具有一定国际地位的研究工作。在液体、电流变液、颗粒物质、生物大分子结构分析方法、复杂系统中斑图（ pattern ）的形成和控制、可激（excitable）系统的动力学、低维软物质界面结构和性质等方面取得了高质量成果，引起国际同行的重视。

　　软物质物理实验室将把研究复杂凝聚态物质体系的结构、性能及运动规律作为一个主要方向。特别是对一些生命基本物质，如核酸、蛋白质等生物大分子从物理学视点上开展结构和动力学研究。

　　软物质物理实验室的宗旨是营造出一个和谐、宽松和学术气氛浓厚的科研环境。为凝聚态物理研究开辟一方新天地。为有志于在此前沿阵地发挥聪明才干的研究人员支撑出一个良好的发展空间。软物质物理实验室将以人为本，团结向上，求实创新，不断凝练研究目标，力争在软物质物理某些交叉点上取得突破。

　　一 软物质简介
　　软物质 (Soft matter)或称软凝聚态物质(Soft condensed matter)是指处于固体和理想流体之间的复杂态物质。一般由 大分子或基团组成，如 液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命物质等，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。软物质的基本特性是对外界微小作用的敏感和非线性响应、自组织行为、空间缩放对称性等。这类物质与普通固体、液体和气体大不相同。 流体热涨落和固态的约束共存导致了软物质的新行为， 体现了软物质组成、结构和相互作用的复杂性及其特殊性。

　　软物质与人们生活休戚相关，如橡胶、人造纤维、墨水、洗涤液、饮料、乳液及药品和化妆品等等；在技术上有广泛应用，如液晶、聚合物等；生物体基本上均由软物质组成，如细胞、体液、蛋白、 DNA等。然而，软物质与一般硬物质的运动变化规律有许多本质区别。对软物质的深入研究将对生命科学、化学化工、医学、药物、食品、材料、环境、工程等领域及人们日常生活有广泛影响。

　　二 国际上软物质研究状况
　　20世纪的物理学开拓了对物质世界的新认识，相对论和量子力学起了支配作用。相对论揭示了质量和能量、时间和空间之间的深刻联系，量子论揭示了微观世界的基本运动规律。在此基础上，研究和深入认识了“硬物质”(如金属、半导体及各种功能物质)，对技术和社会产生了巨大推动作用。然而，却存在另一些类型的物质，其运动规律和行为主要不是由量子力学和相对论的基本原理直接导出。软物质就是这样的领域，其自组织行为和标度对称性是由内在特殊相互作用和随机涨落而引起。软物质某些方面的性质类似物质相变临界现象的状态。

　　21世纪物理学发展的一个主要方向是对复杂体系运动规律的研究。凝聚态物理是研究固体、液体及其居间态的科学，这里的居间态主要就是软物质。软物质是一类复杂体系，这类物质的奇异特性和一般运动规律尚未得到很好的认识。软物质的丰富物理内涵和广泛应用背景引起越来越多物理学家的兴趣，是具挑战性和迫切性的重要研究方向，已成为凝聚态物理研究重要前沿领域。

　　尽管人们接触软物质已有很长的历史，并对若干体系 (如液晶)作了许多研究工作。但将软物质作为一类普遍物质形态进行深入物理研究还只有十余年。在20世纪80年代末，一般以 复杂液体 (complex fluid)一词来概括此类物质。1991年，被冠以“当代牛顿”的法国著名物理学家、诺贝尔奖金获得者de Gennes在诺贝尔奖授奖会上以“软物质”为演讲题目，引起广泛关注。近年来，国际上许多大学和研究机构均在大力开展软物质的研究。美国和欧洲各国开展研究比较广泛深入，日本科技厅也设立重大项目支持此类研究，已成为凝聚态物理的活跃领域。另一方面，美国物理学著名的Physical Review系列杂志，在1993年开刊了Physical Review E 分册，主要刊登软物质等研究论文, 从2001年起，该杂志分成两大栏目，第一大栏目就是“软物质和生物物理”；法国、德国和意大利物理学杂志在1998年合并成欧洲物理学杂志(Journal of European Physics), 其中B卷刊登凝聚态物理论文，在其目录分类中将“软凝聚态物质”与“固体物理”并列为主要栏目；欧洲物理学会Physica A 杂志在1998年也开辟了“软凝聚态物质”专栏。这些均表明，软物质物理已成为国际上受到普遍重视的新的学科领域。软物质的研究横越物理、化学、生物三大学科，特别是软物质物理研究的深入开展，是物理科学通向生命科学的桥梁。软物质物理代表了在21世纪凝聚态物理发展的重要趋势。2001年3月在美国西亚图举行的美国物理年会上，软物质科学作为单列的研讨学科，是大会的热门学科之一。

　　三 软物质物理实验室的研究使命

　　中国科学院物理研究所结合已有研究基础和当今物理学的发展趋势，于 2001年4月正式成立软物质物理实验室。

　　物理所主要从事凝聚态物理、光物理、原子分子物理和等离子体研究，很多基本研究方法和实验条件适用于研究软物质，是开展软物质研究的良好场所。物理所近年来已成功地举办了软物质国际研讨会，特别是 2001年6月在北京香山举办的国际会议 “Pattern Formation and Self-Organization in Nonlinear Complex Systems”，吸引了国际上这一领域的著名科学家参加讨论，物理所软物质物理实验室的相关工作引起了很大的重视。

　　软物质物理实验室的课题组在过去已开展了具有一定国际地位的研究工作。例如：陆坤权研究员的课题组进行液体、电流变液、颗粒物质实验研究，在国际液态物理及电流变液领域有一定影响。范海福院士的课题组长期从事生物大分子结构分析方法研究，做出突出贡献，他是国际上此领域著名专家之一。王鹏业研究员是年青的学术带头人，他所领导的课题组在非线性系统中 pattern的形成和控制以及时空不稳定性控制方面取得高质量成果，引起国际同行的重视。除此以外，在胶体相互作用和动力学、蛋白质折叠动力学、低维软物质界面结构和性质研究等方面也做出一批很好的研究工作。

　　软物质物理实验室将把研究复杂凝聚态物质体系的结构、性能及运动规律作为一个主要方向，特别是对一些生命基本物质，如核酸、蛋白质等生物大分子从物理学视点上深入开展研究工作。目前，正在开展的研究课题为：（ 1）后基因组时代 (Post-Genome Era) 的蛋白质结构分析方法；（2）DNA分子的动力学 研究 ；（3）复杂系统 中 的 斑图(Pattern)形成和 时空 动力学 控制；（4）应用脉冲升温（T-jump）技术研究蛋白快速折叠动力学；（4）应用X射线散射研究 低维材料及大分子复合体的 微结构；（5）液体、胶体及电流变液结构和性质研究。

　　软物质物理实验室的宗旨是营造出一个和谐、宽松和学术气氛浓厚的科研环境。为凝聚态物理研究开辟一方新天地。为有志于在此前沿阵地发挥聪明才干的研究人员支撑出一个良好的发展空间。软物质物理实验室将以人为本，团结进取，不断凝练研究目标，力争在软物质物理某些交叉领域取得突破。