日前，北京理工大学物理学院张向东教授课题组和信息与电子学院孙厚军教授课题组合作，在拓扑电路和高阶拓扑态研究方面取得重要进展。相关系列研究成果发表在近期的Phys.Rev.Lett.以及Phys.Rev.BRapidCommunications(Editor’sSuggestions)上，系列研究工作得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的资助。

近日，哈尔滨工业大学物理学院丁卫强教授课题组在光力与光操控研究中取得重要突破，相关成果以《动量拓扑诱导的光学牵引力》（Momentum-Topology-Induced Optical Pulling Force）为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters124, 143901, 2020）上。哈工大为该论文的第一署名单位，物理学院博士研究生李航为论文第一作者，物理学院丁卫强教授与新加坡国立大学仇成伟教授为论文共同通讯作者。

体-边对应关系是拓扑物态的一个基本特征。近期新发现的高阶拓扑物态由于呈现出新型的体-边对应关系而受到广泛关注。特别地，由于高阶拓扑超导体允许马约拉纳零模直接出现在二维和三维系统的边界上，这为寻找马约拉纳零模和实现拓扑量子计算提供了新的思路。近两年来，虽然已提出一系列实现高阶拓扑超导体的理论方案，但这些方案或要求超导转变前的正常态具有拓扑非平凡的性质，比如，拓扑绝缘体，或要求混合宇称的超导配对。如果正常态只是普通的金属，而超导配对只有奇宇称或偶宇称型的配对，是否能实现高阶拓扑超导体仍是一个重要的开放问题。

物理学研究的前沿之一是在凝聚态体系中寻找Dirac方程所描述的一些基本粒子。Dirac方程是具有狭义相对论协变性的波动方程，最早由英国物理学家Paul M. Dirac 于1928年构造，用于描述自旋为1/2的费米子，典型代表如电子。Dirac方程成功地预言了正电子的存在, 并于1932年被实验证实。Dirac方程有不同的等价表示，比如Dirac、Majorana和Weyl表示等，其对应的准粒子可以分别在不同的凝聚态体系中被实现，如石墨烯 (2010诺贝尔物理奖) 、拓扑绝缘体表面可以存在二维无质量的Dirac费米子和非常规超导体的边界可能存在Majorana费米子等。特别是，Dirac方程的三维无质量极限，对应Weyl费米子，可以在最新发现的拓扑半金属中被实现。 通过系统的计算和数据分析，证明了这个反常信号与Weyl费米子在强磁场下最低朗道能带打开能隙有关。在凝聚态物理中，能谱打开能隙和狄拉克型方程描述的准粒子获得质量是等价的，因而从理论上支持了Weyl费米子湮灭的结论。

北京大学量子材料科学中心的韩伟研究员和谢心澄院士，以及日本理化学研究所的Sadamichi Maekawa教授，受邀在国际著名刊物《自然-材料》（Nature Materials)上撰写综述文章，介绍“自旋流--新颖量子材料的灵敏探针”这一新兴领域的前沿进展。 自旋电子学起源于巨磁阻效应的发现，在当时而言，自旋流指的仅仅是电子自旋的传播。随着自旋电子学的蓬勃发展，与相关研究的不断深入，新的自旋流现象与机制不断被拓展，相关研究证明一系列的粒子或者准粒子携带的自旋都能够形成自旋流，比如磁性绝缘体中的磁振子、超导体中自旋三重态和准粒子、量子自旋液体中的自旋子、自旋超导态等。尤其是对于量子材料而言，由于其往往具有独特的自旋性质，基于自旋流探针的研究方法就成为了表征量子材料物性的有效手段。 量子材料都是凝聚态物理与材料科学领域的研究前沿之一，其量子性质起源于诸多量子效应，包括低维尺寸效应，量子限域效应，量子相干效应，量子阻挫效应，能带结构的拓扑性，自旋轨道耦合，对称性限制等等。量子材料包括石墨烯，高温超导体，拓扑绝缘体，外尔半金属，量子自旋液体，自旋超流体等等。量子材料可以表现出诸多与自旋相关的量子性质，如二维过渡金属硫族化合物中的自旋-谷耦合，以及拓扑绝缘体当中的自旋-动量锁定等。因为量子材料的自旋属性在下一代的量子信息存储和量子计算科学当中的应用潜力，所以研究量子材料的自旋相关性质得到了广泛关注。 为了研究量子材料的自旋性质，发展一种易于实现和操控的高效工具显得尤为迫切与关键。幸运的是，在实验物理学家和理论物理学家的不懈努力下，成功的证实了自旋流探针能够作为量子材料的有效探测手段。一系列激发和探测自旋流的方法被提出并得以实现，从而证实了基于自旋流探针的量子材料物性研究的广泛适用性。 迄今为止，相关实验已经证实自旋流能够以超导体系中的自旋三重态库珀对和超导准粒子、量子自旋液体中的自旋子、磁性绝缘体和自旋超流体中的磁振子为载体进行传播，相关物理图像被总结在表1中。本篇综述文章着重介绍了在五类主要的量子材料体系中的基于自旋流探针的物性研究。第一类是超导材料体系，自旋流探针可以被用来验证自旋三重态的存在以及自旋动力学的演化过程。第二类是量子自旋液体材料体系，自旋流探针可以被用来验证自旋子携带的自旋角动量的有效传播过程。第三类是磁性绝缘体体系，自旋流以磁振子的形式传播，描述了磁有序材料当中的集体激发行为。第四类是杂化量子激发体系，自旋流以磁振子-声子杂化模式（磁振子-极化子）或磁振子-光子杂化模式（磁振子-极化激元）为载体进行传播。第五类是自旋超流体系，自旋流以玻色爱因斯坦凝聚中的自旋量子数为1的玻色子为载体进行传播，这种玻色子可以为电子-空穴激子或者是磁振子。 这些重要的研究进展已经充分证实了基于自旋流探针的物性表征对于量子材料而言是一种行之有效的研究手段。因此，这一方法将会极大的推动新颖量子材料的发现和相关物理性质的研究。例如量子霍尔和量子自旋霍尔材料，量子铁磁体和反铁磁体，六角晶格体系中的量子手征声子，自旋和力耦合的量子系统，超导体中的自旋动力学和铁磁与超导界面的超导能隙，自旋三重态超导体中的超导对称性，强耦合自旋系统中的杂化激发，拓扑磁振子材料，量子自旋液体中的自旋子，自旋超流体约瑟夫森效应，以及其他任何作为自旋流载体的量子态。另外，这一领域的进展还将推动自旋成像技术的发展，如利用自旋极化扫描隧道显微镜和氮空位色心显微镜技术对量子材料体系中自旋流的原位探测。

郭光灿院士团队的李传锋、许金时、王俊峰等人与其合作者在国际上首次实现了碳化硅中氮-空位（NV）色心的室温相干操纵，并且实现了单个NV色心的可控制备和光探测磁共振谱的探测。这种色心的发光波长在通讯波段，在量子通信和量子网络中具有重要用途，基于这种色心自旋的量子器件十分适合光电集成以及产业化。该成果于2

本项目揭示了磁性纳米结构中电子自旋极化效应的新机理和新规律，通过构建新型纳米结构和器件实现了自旋电子极化的产生、传输的可调控性。加深了对自旋特性和基本物理现象的理解，也解决了自旋电流产生、传输、控制和应用方面的多个关键科学问题，为下一代自旋电子学器件提供了重要的技术支撑。近5 年来在Phys Rev B，Appl. Phys. Lett.等国际主流期刊上发表SCI 论文76 篇。申请国家发明专利22 项，已授权专利7 项。其中10 代表性论著被SCI 他引288次。多项研究成果受到了学术界的高度关注

简单、实用，低成本实验仪器做前沿物理学研究。

近日，东南大学智能材料研究院、化学化工学院杨洪教授课题组在光控软驱动器研究领域取得重要进展，将拓扑学设计与液晶弹性体材料相结合，开发了一种具有多模态、自维持、可调谐运动的软驱动器。研究成果发表在国际顶级期刊《德国应用化学》上，并被选为VIP论文。

刘奇航及其合作者以最近由中科院物理所领衔的研究团队发现的ZnCu3(OH)6BrF为例，采用修正后的单体平均场密度泛函理论方法，对这一体系的本征和掺杂行为进行了详尽的模拟。研究发现，ZnCu3(OH)6BrF掺杂后，掺入的电子并没有成为期待的“自由载流子”，而是局域在一个铜原子周围，引起了局域形变。这种电子与束缚它的晶格畸变的复合体称为极化子（如图一所示）。本征材料的带隙中形成新的电子态。因此，电子掺杂后，ZnCu3(OH)6BrF并没有实现半导体到导体的转变。相比之下，具有类似CuO4局部环境的铜氧化物高温超导体的母体材料Nd2CuO4显现除了不同的随掺杂浓度变化的导电性。研究发现，低掺杂浓度时，铜原子附近形成较为扩展的极化子，因此在高掺杂浓度时，这些极化子之间的跃迁可以使系统导电性大大增加，实现半导体到导体的转变，与实验观测很好地吻合。 该研究圆满地解释了最近实验上观测到的Kagome晶格的锌铜羟基卤化物在掺杂后并不导电的现象，指出要在量子自旋液体实现超导，仅仅找到量子自旋液体体系是远远不够的，还必须实现有效掺杂，注入一定浓度的“自由载流子”，为耕耘在该领域的实验工作者提出了新的挑战和实验方向。