有方物理學科熱門科研課題匯總

2017年諾貝爾化學獎，頒給了三個物理學家，獎勵他們在生物學領域做出的貢獻。世界上獲得諾貝爾生物學和化學獎的科學家一半以上有物理學背景，獲得物理學獎的科學家沒有其他學科背景。(生物學和化學這兩門自然科學)。生物學家和化學家如果把一個問題歸結為物理問題，他們會認為找到了問題的根本，而在物理學家看來，問題才剛剛開始。

作為一門擁有2600多年歷史的古老學科，一門代表著人類智慧疆界的學科，他的基礎性，重要性，革命性不言而喻。阿基米德，伽利略，牛頓，愛因斯坦，玻爾……一個個璀璨的名字在物理學的天空中閃爍，數以萬計的天才前赴後繼為了揭開高高在上的智慧女神的神秘面紗，才創造了今天的瞬息萬變的精彩世界。可以說科學的發展歷史本質上是物理數學發展的歷史。

無論你是否想探究時間，空間，物質或其他有趣的物理元素，物理學專業學位能讓你在職業選擇上錦上添花。很多物理專業學生選擇去各種研究機構工作——包括教育業，汽車航天工業，國防部門，公共服務機構，醫療衛生領域，能源業，材料業，計算機技術及IT行業。

進階 - 探究項目

01

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中美之間的貿易戰使得晶元行業再次被放到了聚光燈下，電子材料科學的發展也再度引起了大眾的興趣。而半導體材料的應用也不僅僅止於晶元。此課題設計意在帶領學生熟悉科學研究中的文獻調查(literature research)部分。在基礎知識（包括與電子材料相關的基礎量子力學，以及能帶隙與半導體性質）講解、鞏固之後，學生可以自由選擇自己感興趣的調查研究方向，在導師的指導下進行文獻閱讀和進一步的知識點補充講解，並完成最後的調研報告。

Solar panels and p-n junction diode

p-n junction diode是結構相對簡單的半導體材料器件，卻也是太陽能利用最開始也是最關鍵的部分。選擇這個方向，學生可以研究太陽能電池板的原理，發展，現在面臨的瓶頸，以及對未來的展望。（p-n junction diode的另一個應用是LED燈，大致就是太陽能板的原理反過來應用。LED因此也是這個方向下另一個可以探討的話題）

課題

導師

康奈爾大學 碩士

擔任加州戴維斯分校及康奈爾大學的化工實驗室助理

研究方向：材料科學與工程

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從高分子材料誕生的100年以來，已經有哪些高分子材料製品普及到了我們的日常生活中呢？在日化產品中，高分子材料曾經帶來過哪些產業變革？（一些使用了高分子材料的產品舉例：所有乳狀的洗護用品，紙尿布，塑料瓶，人造皮革，人造橡膠，人造紡織品，等等。）

高分子材料以其廣泛的應用，已成為對人們日常生活影響最大的科學分支學科之一。在高分子材料下，有許多有趣的方向可以探究。此課題設計意在帶領學生熟悉科學研究中的文獻調查(literature research)部分。在基礎知識（包括基礎的高分子材料合成，以及高分子材料性質與構型）講解、鞏固之後，學生可以自由選擇自己感興趣的調查研究方向，在導師的指導下進行文獻閱讀和進一步的知識點補充講解，並完成最後的調研報告。

課題

導師

康奈爾大學 碩士

擔任加州戴維斯分校及康奈爾大學的化工實驗室助理

研究方向：材料科學與工程

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計算材料學是材料科學和計算機科學的交叉學科，是一門正在快速發展的新興學科，也是材料科學中一個重要的研究方向。它一方面從實驗數據入手，通過建立數學模型模型，使用計算機進行模擬計算出實際過程，另一方面是材料的計算機設計，即直接通過建立材料的理論模型和計算，預測或者設計材料的結構和性質。計算材料學既可以解決理論方面研究體系的複雜性，又可以解決實驗室無法具備的一些特殊環境，例如超高壓，超高溫等極端環境。

分子動力學是計算材料學的計算模擬方法之一，該方法主要通過牛頓力學來模擬實際分子體系的運動，是一種多體模擬方法。該方法通過對分子在一定時間內的運動狀態的模擬計算，引入統計物理的概念，計算出該材料的宏觀熱力學性質以及研究系統的演變過程。

本課題旨在讓學生了解計算材料學，深入學習分子動力學和蒙特卡羅方法的基礎理論，結合惰性氣體的相關材料學知識，使用計算機實現該模擬，計算原子體系的部分基礎性質，並且讓學生進行對比試驗，了解兩種方法的優點以及缺點。

課題

導師

斯坦福大學 材料學碩士

在斯坦福大學擔任研究助理，研究方向為二維材料的模擬計算

本科獨立研究預測氮化鉻的性質和鋰電池結構問題

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儘管在大多數科幻影視以文學作品裡，機器人常常是以智能擬人型的狀態出現，機器人(Robotics)的定義卻不僅僅局限於類人形機器人（Humanoid Robot）, 它涵蓋著感知，設計，製造和運作等方面，並且廣泛的運用在當代社會。這其中就包括著本課題的中心：機械手臂。它是具有仿人手臂功能並可完成各種作業任務的自動控制設備。機械手臂擁有多關節連接並節允許其在平面及三維空間中進行各種運動，也正是這種特性，使其成為了在教學及工業界最頻繁使用的一類機器人。

本課題將圍繞機械手臂，從應用和科研的角度涉足機器運動規劃，運動學和逆運動學等等多種實用的機器人相關知識。我們將從基礎線性代數及幾何學開始，逐漸深入講解機器人理論知識，並讓學生基於虛擬機械手臂模擬空間運動，強化並運用所學知識從而達到課題目標。通過本課題的學習，學生將對機器人學有所認知，並對以後的相關學習起到幫助。

課題

導師

密歇根大學 碩士

有多年機器人教學和人工智慧領域項目研究經驗

擅長C/C ，Java，MATLAB，Python等多種編程語言

高階 - 有方學者

02

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人們總是在探索銀河系中心的位置和它究竟是什麼很長一段時間。現在我們知道銀 河系是一個棒狀旋轉的星系，銀河系中心(銀心)離我們的太陽系大約 26,000 光年。銀河系中心擁有一個超大質量黑洞，比我們的太陽大約四百萬倍。但是我們如何知道超大質量黑洞的存在以及我們如何確定銀河系中心與我們之間的距離。通過監測銀河系中心 周圍恆星的緊密軌道，發現並探索了中央超大質量黑洞。對這些恆星的高自行運動和加速度的測量意味著只有像黑洞這樣的集中暗物質的引力勢能使恆星保持在如此緊湊的軌道。

該課題與導師在加州大學洛杉磯分校(UCLA)的博士研究領域有關。導師在銀河系中心科研組工作，該科研組是天文學系最大的團隊，主要關注銀河系中心的所有相關研究。在天文學領域，研究人員通常分為觀測工作者，理論工作者和模擬工作者分別來研究觀察工作，理論研究和數值模擬。作為一名觀測工作者，導師在觀察操作和數據處理方面擁有豐富的經驗，因為導師與 Keck 望遠鏡(在夏威夷)合作了三年。在這個項目中，您可以了解真實天文學研究的樣子，如何將高中的物理知識與天文學領域聯繫起來，如何以最有效的方式閱讀文獻，如何直接從望遠鏡處理原始數據，如何開始，最後學會寫科學論文。

課題

導師

加州大學洛杉磯分校 博士

曾以專業第一名成績畢業於南京大學天文系;AAS頂級國際會議的oral presenter

曾於2015年被選拔參與UCLA-CSST暑期科研項目，為亞太所有高校92名被選人之一

科研項目適合學生

9-12年級

有一定數學和編程基礎的學生

有志於對專業課題進行深刻鑽研的優秀學生

諮詢方式

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