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物理学院由原湖南医科大学、长沙铁道学院及中南工业大学的物理学科及部分电子学科于2002年合并组建而成，原名为物理科学与技术学院，2011年更名为物理与电子学院，2023年更名为物理学院。学院下设应用物理系、光电信息系、超微结构与超快过程研究所、量子物理研究所、大学物理中心和综合办公室。学院坐落于潇湘校区物理大楼。
坚持人才强院战略，师资力量雄厚。学院现有教职工122人，其中专任教师93人，其中教授41人，副教授35人，讲师17人。教师中有国家级特聘教授1人，国家万人领军人才1人，国家四青人才9人，教育部新世纪优秀人才3人，以及湖南省芙蓉学者特聘教授、湖南省百人计划、湖南省杰出青年基金获得者30余人，科睿唯安高被引科学家4人，爱思唯尔高被引学者5人。拥有湖南省基础物理教学团队。
坚持内涵式发展，学科建设稳步推进。拥有物理学一级学科博士学位授权点，物理学博士后科研流动站，自主设置了电子材料与器件、光电子科学与技术二级学科博士点，与冶金与环境学院等共建新能源与储能工程交叉学科硕士、博士学位授权点，与地球科学与信息物理学院等共建遥感科学与技术交叉学科硕士、博士学位授权点，与电子信息学院等共建电子信息工程博士、专业硕士学位授权点，是首批学科教学(物理)国优计划试点高校。物理学科是湖南省十四五重点学科，2020年7月物理学科进入全球ESI前1%，成为学校19个ESI前1%学科之一，2021年物理学学位点国际评估为优秀。
创新人才培养模式，培养质量持续提升。学院以立德树人为根本，以学生为中心，以“价值塑造、知识传授、能力培养、智慧启迪”为人才培养理念，加强课程思政建设和创新创业能力培养。学院设有应用物理学(理学)、光电信息科学与工程(工学)2个本科专业，2020年，应用物理学获批国家一流建设专业、光电信息科学与工程获批湖南省一流建设专业。现有全日制在校学生900多名，其中本科生500多名、研究生400多名。积极开展拔尖创新人才培养探索，从2012年起，开设物理科学班，从2019年起，开设应用物理拔尖人才培养实验班，2020年应用物理学强基班开始招生，2019年应用物理学成为湖南省物理拔尖学生培养基地，2021年，应用物理学获批国家基础学科拔尖学生培养2.0基地。毕业生质量高，就业形势好，本科生就业率超过90%，本科升学率超60%，研究生就业率100%。近三年连续获评中南大学就业工作先进单位。
大力加强平台建设，办学条件不断改善。拥有国家工科物理教学基地、国家物理实验教学示范中心、国家虚拟仿真教学中心、大学物理课程国家首批虚拟教研室建设点等4个国家级教学平台，有大学物理、物理实验和固体物理3门国家精品课程(国家网络资源共享课程)，以及大学物理国家双语示范课程，“低温强场下磁性材料的磁特性测试与微观结构表征虚拟仿真实验”、“大学物理B”、“信号与系统”、“电磁学”、“大学物理(线上)”获批国家一流课程。拥有超微结构与超快过程、纳米光子学与器件2个湖南省重点实验室，建有中南大学微纳加工与器件制造平台，与企业共建纳米银线透明导电薄膜湖南省工程技术研究中心、湖南省微纳光学工程技术研究中心。教学、科研实验室2.0万平方米，各种先进的仪器设备价值超1.5亿元。
科研势力不断增强，高水平成果不断涌现。年均发表高质量论文450多篇，年均进校科研经费超2000万元，年均获得授权专利20余项；高水平论文成为新亮点，2024年发表NM论文1篇，PRL论文3篇，NI指数期刊论文160多篇。
国际化办学程度不断提高，对外交流与合作不断拓展。已与哈佛大学、麻省理工学院、劳伦斯伯克利国家实验室、罗切斯特大学、新加坡国立大学、多伦多大学、澳大利亚国立大学、东京工业大学、德国于利希研究中心、德国拜罗伊特大学、西班牙瓦伦西亚大学、丹麦技术大学、韩国成均馆大学、台湾科技大学、香港中文大学等国(境)外20余所知名高校开展了长期稳定的合作关系。同国内外多所大学建立了交流合作和人才培养关系，每年互访的学者达100余人次。
