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西北师范大学物理学科1908年始建于京师优级师范学堂物理科,近15年物理学学科建设得到了快速发展,2006年获得物理学一级学科硕士学位授予权,2011年获得物理学一级学科博士学位授予权。  

该学科点凝聚了一批淡泊名利、扎根西部、艰苦奋斗的学科带头人和结构合理的学术梯队。物理学学科点与许多国内外高水平大学和研究机构建立了广泛的合作与交流,特别是利用地域优势、充分依托国家大科学装置,与中科院近物所建立了紧密的合作,同时还同中科院旱寒所,化物所有紧密的合作。目前有国际兼职教授6人、国内兼职教授15人。 

上个世纪,西北师范大学物理学专业整体科学研究水平不高,为了建设理论物理与等离子体物理学科并申报学位授权点,2001年成立了西北师范大学理论物理研究所。2002年以后获得了几项国家自然科学基金理论物理专款资助的原“东西部合作项目”,这些项目带动了西北师范大学理论物理研究的发展。2005年西北师范大学获得了理论物理硕士学位授权点,并在全国同行评审中获得满分的评价。在此期间再次得到了国家自然科学基金委的支持与关心。2005年和2011年分别在西北师范大学举办了第一期和第七期“理论物理专题讲学活动”暑期学校,根据当时西北师范大学在理论物理研究领域培养年轻教师与科研人员的需要以及该领域本身发展的特点,并考虑到有利于青年教师与科研人员尽快进入前沿科研领域,邀请了国内理论物理界的知名专家进行讲学,内容涉及非线性科学、等离子体物理和超冷原子物理等领域。对这些领域若干前沿问题进行了深入的讨论。几位教师和研究生到了更高水平的科研机构进修学习,科研水平得到了提升。两次讲学活动在西北师范大学的举办对我国西部地区理论物理研究的发展起了极大的推动作用。对西北师范大学理论物理及物理学研究水平的提高更是起到了巨大的促进作用。使我们的教师和研究生的工作能力得到了锻炼。为西部地区理论物理研究事业的发展指明了方向。对推动我国西部地区理论物理研究的发展奠定了坚实的基础。此后,西北师范大学理论物理研究得到了快速的发展。目前相对较强的研究方向有:等离子体物理、原子分子理论、统计物理与计算物理等。2011年西北师范大学获得了国务院批准的物理学一级博士学位授予权。 并在全国同行通讯评审中获得满分的好成绩。这些成果和国家自然科学基金委“理论物理专款”学术领导小组的关心与支持是分不开的。  

西北师范大学理论物理专业主要开展的研究有: 

1. 基础等离子体物理:

依据磁流体理论,建立了描述考虑尘埃颗粒大小分布的尘埃等离子体的磁流体运动方程组,研究了尘埃等离子体中多种非线性现象,结合PIC模拟技术给出了几种传统摄动方法在等离子体与尘埃等离子体中的适用范围。使用Vsim与Usim专业电磁流体仿真软件,研究了尘埃等离子体中电磁波传播机理。同时还研究了非线性介质中波的激发机制、传播特性,丰富和发展了摄动方法,推广和扩展了求解非线性演化方程精确解的方法,获得了一些高维、非平面波模型及其演化规律。近年在Scientific Report、Phys. Rev. A (E)、Appl. Phys. Lett.、Phys. Plamsa等期刊发表论文多篇。

通过观测自然闪电过程,并基于等离子体理论研究闪电放电通道的物理特性;首次记录了球状闪电的光谱,揭示了球状闪电产生的机制,引起了国际学术界广泛关注。 

2. 原子分子理论:

主要从事超冷原子分子理论和等离子体理论等方面的研究。主要内容有:量子简并气体在光学晶格中输运特性、量子相变以及在外场中集体激发与稳定性, 经典与量子等离子体不稳定性与非线性过程,激光等离子体相互作用引起的粒子加速与辐射特性等,其中在Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. A (E)、Appl. Phys. Lett.、Europhys. Lett.上发表论文多篇。

通过优化激光参数和靶的状态提高了高次谐波的发射效率并获得超短阿秒脉冲,获得高时空分辨光源,促进了时空尺度在阿秒和埃量级的动力学过程测量;同时还发展了研究强激光场中分子电离的方法。对于光电离及相关原子过程的相对论理论研究、原子内壳层过程的相对论理论研究、极端条件下原子分子和团簇的结构和性质的研究、EUV 光刻光源中锡离子产生的13.5nm附近光谱的高分辨分析和辨认、高电荷态离子与原子分子碰撞反应动力学实验和理论研究、超重原子的结构和性质的相对论理论研究、高离化态离子的辐射过程的相对论理论研究、电子与离子碰撞激发过程的相对论理论研究、复杂原子的结构和性质的系统性理论研究、复杂原子(离子)的辐射和非辐射过程的理论研究、惯性约束聚变中的原子物理问题研究、离子与原子碰撞中的辐射和非辐射过程的理论研究以及双电子复合等相关领域都做了深入的探索研究,在Scientific Reports、Phys.Rev.A、Opt.Lett.等刊物发表论文多篇。 

3.统计物理与计算物理:

随着计算技术的迅猛发展和计算能力的日益提高以及计算方法的不断进步,计算物理已经成为物理学中与实验物理和理论物理并行的一个重要分支,并且起到了联系实验物理和理论物理的桥梁作用。特别是对复杂系统,计算物理几乎成了理解新物理现象、预言新量子态、设计新材料的唯一手段,在当今的科学研究各领域中扮演着关键角色。例如通过结构搜索预言高压下材料的新物态;通过发展新的计算方法理解放射性核燃料在不同条件下的物理性质;通过多体理论模型计算探索电子关联引起的新量子态及量子相变;以及通过第一性原理计算研究提高锂电池、太阳能电池及有机半导体材料的效率等等。所以,计算物理在今后的物理学发展中将愈发举足轻重。主要研究方向有:计算等离子体物理、计算材料物理、冷原子物理计算、强场物理计算、颗粒物理数值模拟等。

颗粒物质指的是粒径在1微米以上的离散体系,分子间作用力不再显著并且在该尺度下不适用于布朗运动。例如:自然界中沙石、土壤、浮冰、积雪等;日常生活中的粮食、糖、盐等;生产和技术中的煤炭、矿石以及化工品等。颗粒物质由大量离散的固体颗粒组成,近百年来,在工业和工程领域得到深入研究,提出了大量唯象模型和理论。但是,颗粒固体的强非线性特性和应力应变局部化,跨越固体和流体的类固-液转变行为,颗粒流体的流变性质,颗粒气体的类气-液相变等复杂性质的物理机制还远未得到合理解释。颗粒物质是以接触力为主要作用的多体系统,针对其多尺度结构特征,分析各自尺度的物理机制,建立尺度间的关联,是深入研究颗粒体系复杂物理与力学性质的必然之路。颗粒流作为科学和工程中一种十分常见的现象,其中的物理机制一直以来受到力学、物理学和工程学等方面专家的关注。颗粒流靶作为一种新型高功率靶方案,可以产生强流高能中子用于各种科学和工程用途,目前已被确定为国家“十二五”大科学装置CIADS散裂靶的首选方案,同时在紧凑型中子源,中微子研究方面也有着重要应用。为了促进颗粒流物理研究的发展,推动对于颗粒流靶中科学和工程问题的深入认识,建立一个以颗粒流为中心的良好的交流平台,研究颗粒物质与颗粒流中的基础物理与力学问题显得非常重要。