量子材料与量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。量子相变与传统的热力学相变不同，是在绝对零度下调节非热力学参量而发生的相变，相变点附近量子涨落而非热涨落起了重要作用。作为量子相变的经典范例，二维超导-绝缘体相变以及超导-金属相变研究获得了2015年美国凝聚态物理最高奖巴克利奖。在量子相变过程中，除超导基态和绝缘基态外，量子金属态是否存在于二维超导体系一直是理论与实验上争论的焦点（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根据安德森标度理论，由于量子干涉效应以及相位相干长度在零温下发散的特性，载流子在趋于绝对零度时会表现出局域化效应，因此理论上不存在二维量子金属基态。尽管实验上在各种二维电子体系发现了量子金属态的可能迹象，但受低临界温度的制约以及外界高频噪声的影响（Science Advances 5, 3826 (2019)），二维量子金属态的存在与否仍存在着巨大争议，是近三十年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。 最近，北京大学物理学院量子材料中心王健教授、博雅博士后刘易与合作者在高温超导纳米多孔薄膜中首次完全证实了量子金属态的存在。通过调节反应离子刻蚀的时间，研究团队在高温超导钇钡铜氧（YBCO）多孔薄膜中实现了超导-量子金属-绝缘体相变。量子金属态存在的直接证据是体系的电阻随着温度降低表现出饱和特性，在高温超导体YBCO薄膜中，该电阻饱和温度高达5K，这一温度相比于传统超导体系提高了1-2个数量级，大大提升了量子金属态的稳定性和实验结果的可信度。通过高频滤波器极低温对照实验表明，是否添加滤波器对体系的电阻在低温下的饱和规律没有明显的作用，有效地排除了外界高频噪声对实验的影响，为量子金属态的存在提供了可靠的实验证据。实验还揭示了量子金属态的霍尔电阻为零欧姆，意味着量子金属态具有与超导体类似的粒子空穴对称性（particle-hole symmetry）。 此外，实验表明量子金属态在低温下满足欧姆定律且具有巨磁阻效应，这些发现也与理论上对量子金属态的预期吻合。 研究团队通过系统的极低温电输运测试发现，超导，金属与绝缘这三个量子基态都有与库珀电子对相关的h/2e周期的超导量子磁通振荡，这表明量子金属态与传统金属不同，是玻色金属态，揭示了库珀对玻色子对量子金属态的形成起到了主导作用。（注：传统金属中导电是电子，也即费米子）实验发现，对于超导态的样品，量子振荡振幅随温度的降低迅速增加而发散; 对于绝缘态的样品，振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下衰减; 而对于量子金属态的样品，振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下饱和。进一步分析揭示出振荡振幅饱和对应于相位相干长度饱和，是量子金属形成的一种可能机制。有意思的是通过调控正常态电阻仅两个数量级，量子振荡振幅从超导态样品到最绝缘的样品变化了九个数量级，这意味着多孔高温超导体系具备很好的相位相干调控性。 该工作于2019年11月14日在线发表于学术期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大学王健教授、布朗大学James M. Valles Jr 教授、电子科技大学熊杰教授是本文的共同通讯作者，电子科技大学博士生杨超和北京大学博士后刘易为文章共同第一作者，北京大学为第一通讯作者单位。这一工作的主要合作者还包括布朗大学Jimmy Xu教授，北京大学林熙研究员，北京师范大学刘海文研究员，清华大学姚宏教授，电子科技大学李言荣院士等。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、低维物理国家重点实验室开放基金、北京市自然科学基金、北京市交叉科学与技术基金、博士后科学基金等支持。 二维高温超导体系中量子玻色金属态的证实是王健研究组与合作者继量子格里菲斯奇异性发现以来（Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)），在二维超导量子相变领域的又一重要突破。该工作为国际上争论了三十多年的量子金属态的存在提供了有力的证据，并为研究量子金属态提供了新思路。该工作也得到了美国科学院院士斯坦福大学Steven A. Kivelson教授的高度评价，评论文章发表在Journal Club for Condensed Matter Physics（凝聚态物理期刊俱乐部）上。Kivelson教授指出：“这一工作对量子材料的理解具有基础性的重要意义”。图一， 钇钡铜氧（YBCO）纳米多孔薄膜中的超导-量子金属-绝缘体量子相变。(A)用多孔氧化铝（AAO）模板蚀刻法制备YBCO纳米多孔薄膜的工艺示意图。(B) YBCO纳米多孔薄膜扫描电镜（SEM）图像。(C) YBCO纳米多孔薄膜的几何结构示意图。(D)不同刻蚀时间下YBCO纳米多孔薄膜的电阻对温度的依赖关系。超导态(SC)、反常金属态(AM1)、过渡态(TS)和绝缘态(INS)四种典型薄膜的电阻温度曲线用黑色表示。图二,量子金属态证据。(A)量子金属态薄膜和超导薄膜的输运曲线。其中低温下电阻的饱和行为为量子金属态的特征。(B) 量子金属态薄膜极低温输运曲线。是否采用高频滤波器并不改变量子金属态饱和电阻的特征。插图: 量子金属态薄膜的I-V曲线，符合欧姆定律，亦为量子金属态的证据。(C)典型量子金属态薄膜的霍尔电阻和纵向电阻随温度的变化图。霍尔电阻(Rxy)在低温下趋于零，而纵向电阻不为零，表现出量子金属态的特征。插图: 量子金属态薄膜不同温度下的霍尔电阻(Rxy)。(D) 量子金属态薄膜的巨磁阻效应，与理论上对量子金属态的预期相符。图三，库柏对在量子相变过程中的相干性衍变 (A)超导态、(B) 量子金属态、(C)绝缘态的磁导振荡图。 (D) 不同温度下，所有YBCO薄膜的磁导振荡的振幅。对于量子金属态薄膜，磁导振荡的振幅随温度的降低在5 K左右而饱和。而超导态薄膜磁导振荡的振幅在低温下发散，绝缘态薄膜磁导振荡的振幅随着温度降低先增加后减小。(E) 通过相位相干的近似模型，计算得到量子金属态的相位相干长度在低温下饱和。揭示了量子金属形成的一种可能机制。

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本发明公开了一种偏振衍射光栅结构，包括基底层、光栅层， 其特征在于：光栅层的各块状区域栅条方向、周期、占空比不同；光 栅层位于基底层上方，需经过曝光、显影、刻蚀形成光栅层；本发明 可以克服传统偏振衍射光栅参数调整只有一个自由度的缺点，从三个 自由度来控制光栅透射光的分布，以达到任意光束的分束/合束功能， 其理论分/合束效率达 99％，且光栅器件的体积小，可应用在抗反射器、 相干偏振合束、测量 Stokes 参量、生物

纵向偏振激光束作为一种特殊光束，它的主要偏振态与光束的传播方向一致， 这与传统的麦克斯韦方程所描述的光的偏振态与它的传播方向垂直相矛盾;该光 束的尺寸可以小于系统 0.5 波长衍射极限分辨率，达到 0.36 波长，如果用于扫 描成像，可以实现 38%的分辨率提高，对于蓝色 405 纳米的激光，分辨率可以小 于90纳米。

项目简介 本成果提出基于微结构芯填充技术和非对称耦合理论的光纤折射率传感器，可以检 测水溶液等低折射率样本的成份、含量、比例等特性，具有灵敏度高、适用液体范围广、 检测极限低的特点。已授权发明专利 1 项（ZL201110356530.6）。 性能指标 （1）灵敏度达到 1×104 nm/RIU。 （2）检测极限达到 1×10-7 RIU。 适用范围、市场前景 适用范围：生物、医学等领域对微量成分的检测与分析，基于温度调谐的超灵敏度 滤波器。 市场前景：光纤

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基于哑铃形光纤结构的马赫增德干涉仪, 适用于光纤激光器、光纤传感、光纤通信领域。解决了基于光纤结构的马赫增德干涉仪尺寸大、敏感性差、制作成本高的问题。该干涉仪包括在光纤(1)上制作的第一、第二扩芯区(21、23)，拉锥区(22)。制作方法：将光纤(1)去除涂覆，在对光纤(1)加热的同时将光纤(1)两端向中间推，分别制作位置连续的第一、第二扩芯区(21、23)，然后在第一、第二扩芯区(21、23)之间将光纤(1)拉细制作拉锥区(22)。加热的方法包括：电火花放电、CO2激光器聚焦或火焰加热。激光在第一扩芯区21分成两路，一路耦合到包层中传播，另一路继续在纤芯中传播，在第二扩芯区23处，包层中的光信号和纤芯中的光信号相干产生干涉条纹。

造成我国安全阀技术水平相对落后的关键问题是安全阀热态试验技术的落后。安全阀是 “小阀门、大台架”。安全阀热态试验台架包含锅炉、容器、控制阀和控制系统，造价近亿 元，试验技术远比安全阀本身复杂得多。目前，安全阀热态试验主要是依照美国标准ASME PTC 25，此标准规定了对试验过程和测试精度的要求，但如何实试验过程则是一大挑战。安全 阀热态试验装置最早出现在美国。目前美国Tyco公司分别在Stafford、Wrentham等地建有热态 试验台架。建于Wrentham的试验台架始建于1949年，后来逐步完善，试验介质为饱和蒸汽， 设计压力10.3MPa。建于Stafford的试验台架，试验介质为饱和蒸汽，最大试验压力10.2MPa。 美国以上试验台架存在进行大口径、大排量安全阀热态试验中存在安全阀频跳问题。即安全阀 在一次测试过程中会出现多次的开启与回座，试验过程将对安全阀的密封面将造成显著的损 伤。另一方面，安全阀设计和制造工艺不合理也会造成安全阀的频跳，此是安全阀所需严格避 免的产品缺陷。而由于试验装置和方法的不足所带来的安全阀测试中的频跳将会掩盖产品本身 的问题，这去在安全阀的实际使用中埋下重大安全隐患。 中国合肥通机械检测院和国家特种泵阀工程技术研究中心具有安全阀的型式试验资质， 但没有以蒸汽为介质的热态试验系统。国内共有3套热态安全阀试验台架建，都采用实验台架 整体升压直至安全阀起跳，进而测量安全阀机械性能的方法，安全阀业内称之为“自由膨胀 法”。三套台架分别建在上海阀门厂、哈尔滨锅炉有限公司、中国船舶工业711所。 “自由膨 胀法”不符合ASME PTC 25标准的要求，存在如下的缺点： (1) 自由膨胀无法满足高参数、大排量安全阀试验过程中稳定排放的要求； (2) 采用自由膨胀法，造成整定压力和排放压力测量值相同，无法准确测量排放压力； (3) 安全阀测量的额定开高比实际值偏低。 另外，一个非常严重的问题是中国尚没有安全阀热态试验台架能够测量安全阀的排量系 数。安全阀的排量系数是安全阀设计的核心，决定了安全阀的设计。我国由于没有可以测试安 全阀热态排量系数的试验台架和技术，所以长期只能走模仿外国产品特别是美国产品的道路。 设计大多只进行强度校核，没有核心技术，产品技术一直处于低端水平。 华东理工大学经过多年攻关开发出了先进的高参数并符合ASME标准的安全阀热态试验台 架， 打破了国外的垄断。