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量子金属态的证实
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。
北京大学 2021-04-11
标准量子极限突破的研究
实验装置简图,原子能级以及与原子相互作用的光脉冲序列复旦大学物理学系精密测量物理与量子光学团队开展国际合作研究,在突破标准量子极限的精密测量研究中取得系列重要进展。团队利用预测和回溯测量的方法,实现了迄今含原子数最多的原子自旋压缩以及突
复旦大学 2021-01-12
量子安全云智慧考务平台
本项目开发了一种量子保密通信保障信息传输安全条件下的量子安全云智慧考场作弊防控新技术,并成功地开发了量子安全云智慧侦测器屏蔽、量子安全侦测等终端产品, 所开发完成的量子安全云智慧考场技防平台,确保考试安全和公平公正”的明确指示,针对当前无线电作弊的现状和未来趋势,实施有效的考场电子防卫。该系统侦测范围涵盖当前已知的几乎所有无线电作弊设备(包括语音通信、字符通信以及手机/对讲机等),兼具实时侦测、作弊信号识别、作弊信号内容探测、作弊信号还原取证、对作弊信号实施阻断等多种能力。功能全面强大,易于部署,且能够接入考务综合管理平台,通过数据接口链接支持与巡查指挥等其他系统的互联互通和协同工作,是目前业内最先进最完整的高科技作弊防控解决方案。 
中国科学技术大学 2021-04-14
三维量子霍尔效应
超高的迁移率、超低载流子浓度,以及单个费米口袋特性是整个实验成功的关键所在。他们研究了多种高品质的ZrTe5晶体,该材料在2014年被中科院物理所翁红明、戴希和方忠等人预测可能具有非平庸的拓扑性。在低温和小磁场条件下,通过量子振荡输运测量和分析手段,可以重构出一个非常清晰的闭合费米面拓扑结构。这种封闭的三维费米面可以与准二维体系明确分开,在量子极限
南方科技大学 2021-04-14
一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器
本发明提供了一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器,包括两层PDMS薄膜层以及两层PDMS薄膜层之间夹置的渗透层,PDMS薄膜层中的交联剂浓度大于4%,渗透层中的交联剂浓度为2%?4%,渗透层为内应力分布不均匀的PDMS薄膜层,渗透层上设有至少一组由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽或至少一组由中心点逐渐扩散的若干个环形凹槽,凹槽供量子点渗透。本发明量子点在随机激光出射过程中充当增益介质的作用,利用渗透层的内应力分布不均,通过光弹性效应形成局域化折射率不一致,增强多重散射作用,达到了降低出射随机激光阈值的目的。本发明中量子点填充在浓度较低的渗透层内,相比玻璃基板表面的量子点薄膜,具有长时间运作的特点。同时由于PDMS是柔性材料,具有可弯曲的特点,可以实现柔性随机激光器制备。
东南大学 2021-04-11
基于表面等离子体的量子点随机激光器及其制备方法
本发明提供了一种基于表面等离子体的量子点随机激光器,包括顺序层叠的第一玻璃基板、间隔层和第二玻璃基板,所述第一玻璃基板在与间隔层贴合的表面上设有微米级凹槽供量子点沉积,所述间隔层中含有固定在第二玻璃基板上的金属纳米粒子,控制金属纳米粒子与量子点之间的距离。本发明金属纳米粒子的表面等离子体共振效应增强泵浦光的激发效率和随机激光的辐射效率,同时间隔层有效避免了量子点与金属纳米粒子接触而产生的荧光猝灭现象,并且由于间隔层材料透明高分子聚合物,可以使金属纳米粒子的共振吸收谱发生红移,实现表面等离子体共振带和激励光谱与出射光谱的耦合,从而得到低阈值、高强度的稳定随机激光出射。
东南大学 2021-04-11
一种垂直打开破冰高压隔离开关
成果描述:本发明公开了一种垂直打开破冰高压隔离开关,操作拉杆(11)的上部铰接于破冰连杆(10)一端,破冰连杆(10)另一端铰接于破冰爪(7);在导电臂(12)的动触头区域内侧设置有可沿导电臂动触头表面作纵向滑动的破冰爪(7),破冰爪(7)尾部与破冰连杆(10)铰接,破冰连杆(10)另一端与操作拉杆(11)铰接。本发明利用冰的剪切强度较低的特点,在动触头拉杆的运动同时带动破冰机构的运动,实现闭合过程中动触头的破冰,然后无冰的动触头在操作机构的工作下再对静触头破冰。结构简单合理,工作可靠,能够满足快速破冰的要求。市场前景分析:破冰作业技术领域。与同类成果相比的优势分析:技术先进,性价比较高。
西南交通大学 2021-04-10
一种电磁式高压隔离开关
本发明公开了一种电磁式高压隔离开关。开关的闭合、断开等 工作过程能直观地观测到,并有状态信号输出;采用耐电弧烧蚀、机 械强度高、导电性能好的合金材料,具有较长的使用寿命及通流能力; 利用弹簧为主的机械控制装置与电磁牵引铁为主的开关闭合联动装置 配合,能快速实现隔离开关的闭合与断开,结构简单,可靠性高;能根据外部控制电源的要求灵活选择交流电磁牵引铁或直流电磁牵引 铁,控制方便;此外,本发明能从根本上实现不同端口之间的物理隔 离,安全可靠,实现简单,便于实际应用。 
华中科技大学 2021-04-14
三相非隔离型光伏并网逆变器
T 型三电平电路结构,全数字化控制、低漏电流的 SVPWM 技术,产品功率等级为 10kW、12kW、 15kW、 17kW,适用于户用型及小型并网发电站,自主知识产权。
扬州大学 2021-04-14
两级式高频隔离光伏并网逆变器
该产品功率等级为 3kW~4.6kW,具有双向功率流动特性,拓展产品应用范围,适用于低压输入的户用型及小型并网发电站,适用于储能系统、电动汽车充放电等, D2D 为模块化结构,功率易于扩容,高频电气隔离,更加安全可靠,高效、先进的软开关技术,自主知识产权。 峰值效率大于 96.5%; CEC 和欧洲效率大于 95%。
扬州大学 2021-04-14
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