采用红外光谱和拉曼光谱技术，克服了GaN中强烈的剩余射线带相关反射区导致的测量难题，实验中观察到半绝缘GaN中与C有关的两个局域振动模，并结合第一性原理计算，给出了C杂质在GaN中替代N位的直接证据，解决了这一长期存在的争议问题。该成果对于理解和认识C杂质在AlN、BN、ZnO等其他六方对称化合物半导体材料中的掺杂行为亦具有重要的参考价值。

李源和合作者所关注的材料是Cu3TeO6，在这个材料中，每个原胞内有12个具有磁性的Cu2+离子。在61K以下，Cu3TeO6成为反铁磁体，原胞中6个Cu2+离子磁矩方向大致平行，而另外6个Cu2+离子与它们反向。利用线性自旋波理论，李源和合作者发现，Cu3TeO6中的自旋波具有线性的能带交叠，而进一步的分析表明这种能带交叠具有拓扑性质：具有纯数形式的拓扑电荷，它们不依赖于模型的细节，而只和体系的对称性有关。李源和合作者证明了，只要材料中具有PT对称性（时间反演和空间反演），那么，自旋波的线性能带交叠总是存在。如果同时也存在整体的自旋旋转对称性U(1)，这种拓扑能带交叠具有狄拉克点的形式（图1a），而将U(1)对称性移除，则狄拉克点将拓展为结线（图1b）。狄拉克点和结线都是在特定材料新预言的拓扑能带交叠类型。Cu3TeO6具有很高的晶体对称性（第206号空间群，图1c）,由此保证了在U(1)对称性存在的前提下，布里渊区P点位置的自旋波总是狄拉克点。图1：（a）基于J1-J2模型的自旋波色散（b）布里渊区以及布里渊区中的狄拉克点，同时展示了U(1)对称性移除后狄拉克点演化为结线的过程（c）材料中Cu2+离子J1-J2交换网络。 为了在实验上研究上述自旋波的拓扑能带，李源和合作者又对Cu3TeO6晶体阵列样品进行了非弹性中子散射实验。在实验中，李源和合作者观测到了四维空间中清晰的自旋波信号。为了将实验结果和理论计算进行对照，李源和合作者在模拟材料中磁交换作用方面做了大量工作，他们认为：Cu2+离子之间最主要的磁交换作用是最近邻和第九近邻的交换作用，前者由于距离最近，后者由于离子之间相对笔直的交换路径。从图2a和b可以看到实验和计算结果符合得相当好：数据不仅表明在布里渊区的P点存在狄拉克锥型的色散（图2c），而且散射信号的强度与计算也几乎是一致的（图2d和e）。散射信号的强度反映了动力学结构因子S(Q,w)，其中包含了自旋波波函数的重要信息，所以实验和理论的一致性可以认为是材料中自旋波拓扑属性的直接验证。图2：（a和b）沿着图1（b）高对称路径的实验和计算的自旋波信号强度图，布里渊区中心是(1, 1, 2)（c）布里渊区P点的狄拉克锥型色散（d和e）a和b虚线框中自旋波的细节，虚线包络表明了P点的狄拉克锥型色散。

北京大学量子材料中心王健研究组与合作者在钛酸锶（SrTiO3）衬底上外延生长的单原胞层厚（0.55 nm）铁硒（FeSe）薄膜中观测到了具有磁激发迹象的玻色模式和强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。两项发现为超导机制备受争议的单原胞层铁硒薄膜提供了异号配对的重要实验证据，表明在该体系中尽管界面电–声耦合被认为可以增强超导特性，自旋涨落对于库珀对的配对有着不可忽略的作用，或对铁基高温超导机理的统一理解提供重要参考。 提升超导转变温度和理解库珀配对机制是超导领域两个最重要的研究方向。在以往的铁基超导研究中，基于电子–空穴费米口袋嵌套的s±波配对被广泛接受。然而对于AxFe2−ySe2 (A = K, Rb, Cs, Tl)、(Li1−xFex)OHFe1−ySe，尤其是单原胞层 FeSe/SrTiO3等一系列重电子掺杂铁硒化合物，重电子掺杂会导致费米能级上移，进而导致布里渊区中心Γ点的空穴费米口袋降至费米能级以下，使得电子–空穴费米口袋嵌套理论失效。因而，铁基超导中的s±配对图像受到严峻挑战。 钛酸锶衬底上外延生长的铁硒薄膜具有铁基超导家族最简单的分子结构和最高的超导转变温度（能隙闭合温度的典型值为65 K），自2012年被清华大学薛其坤团队发现以来在国际凝聚态物理领域掀起了研究热潮。前期，北京大学王健研究组与薛其坤研究组合作采用电输运和抗磁性测量首次报道了单层铁硒中高温超导的直接证据（Chin. Phys. Lett. 31, 017401 (2014)，被Science编辑选择文章Science 343, 230 (2014)报道）。然而，其中的超导配对机制，一直存在争议，始终悬而未决。 为了揭示单层铁硒中的超导配对机制，王健研究组开展了一系列系统的实验。实验中的单层铁硒超薄膜采用分子束外延技术生长于钛酸锶衬底。通过原位超高真空（~10−10 mbar）原位扫描隧道谱探测，研究组发现超导能隙外存在由电子–玻色子耦合导致的鼓包（hump）结构。系统的扫描隧道谱实验揭示以该鼓包为特征的玻色模式更接近磁激发信号（图1），极有可能是充当配对媒介、且连接布里渊区近邻角落（M点）电子费米口袋的(π,π)自旋涨落。超导序参量作为复数，其在费米面上的分布存在同相位（保号：sign-preserving）与反相位（异号：sign-reversing）两种情形。杂质散射作为一种相位敏感技术，已广泛应用于以往超导配对研究。其中非磁性杂质尤为特殊，其选择性地局域破坏s±波、d波等异号配对，实验上表现为诱导超导能隙内的束缚态，而对传统保号s波配对无明显效应，因此可用于区分异号和保号配对图像。王健研究组采用沉积于单层铁硒表面的强非磁性杂质铅（Pb）吸附原子作为散射中心，实验中发现相对于正常超导谱形，铅原子在超导带隙边界附近诱导出电子型谱权重增强，同时超导能隙减弱（图2）。该特征是‘隐’束缚态的典型信号。系统的势散射强度调节（图2(d)）等实验也印证了这一观点，有力地说明单层铁硒超导能隙函数存在异号。同时，基于异号配对图像，如扩展s±波（图2(e)），南京大学王强华教授与南京师范大学高绎教授理论上定性复现了非磁性杂质诱导的超导谱形重构。上述的玻色模式与非磁杂质散射两项研究成果一致支持单层铁硒中存在以自旋涨落为媒介的异号配对，为最终澄清单层铁硒的界面高温超导机制奠定了重要基础，同时也预示具有不同费米面构型的铁基高温超导体或存在统一解释。图1. 单原胞层 FeSe中具有磁激发迹象的玻色模式。(a) 单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱，显示超导能隙外由电子–玻色子耦合导致的鼓包结构；(b) Ω/2Δ1与Δ1的统计负关联（Ω：玻色模式能量；Δ1：内超导能隙）。图2. 单原胞层 FeSe中强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。(a) Pb吸附原子的STM形貌图；(b) Pb吸附原子和正常单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱，显示9.5 mV处存在‘隐’束缚态；(c) 跨Pb吸附原子的扫描隧穿线谱；(d) 101组Pb吸附原子扫描隧穿谱（黑实线下方）与无吸附原子时的扫描隧穿谱（黑实线上方）对比；(c) 扩展s±波图像下非磁性杂质的模拟局域态密度谱。 两项工作分别于2019年5月22日和2019年7月15日发表于Nano Letters（Nano Lett. 19, 3464−3472 (2019)）、Physical Review Letters（Phys. Rev. Lett. 123, 036801 (2019)）。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00144、https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.036801。 其中Nano Letters文章北京大学博士生刘超飞为第一作者，北京大学王健教授为通讯作者；Physical Review Letters文章，北京大学博士生刘超飞、王子乔和南京师范大学高绎教授为共同第一作者，北京大学王健教授和南京大学王强华教授为共同通讯作者。 以上工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、北京市自然科学基金、江苏省自然科学基金等经费的支持。王健特别感谢谢心澄、王垡、徐莉梅、任泽峰以及量子物质科学协同创新中心在北大超高真空分子束外延与低温扫描隧道显微镜实验室搭建过程中给予的支持。

研究团队利用能谷-赝自旋耦合原理，在绝缘层硅（SOI，silicon-on-insulator）上制备出能谷光子晶体平板。该拓扑光学结构具有~40nm的特征尺寸，其光子模式（因工作于光锥以下）能够较好地局域在平板内，抑制了平板外损耗。他们制备了直线形、Z形和Ω形等三种拓扑光学通道，测量出高透平顶透射光谱带，证实了近红外波段下拓扑保护的宽带抗散射传输。采用硅微盘技术产生相位涡旋源，无需低温和强磁等极端环境，实现了拓扑界面态的选择性激发，实现了亚微米量级耦合长度的宽带光子路由行为，验证了能谷-赝自旋耦合等拓扑光学原理。在硅基平台上证实拓扑光子学原理，是目前国际学术前沿的聚焦度较高的领域之一。研究团队过去在拓扑光子学原理方面的工作，多次引起国际同行关注，论文入选ESI高被引。该工作中，他们深入系统地发展出硅基拓扑光学等关键理论，攻克了数十纳米加工工艺等关键技术，率先在硅基光子平台与拓扑光子学之间建立了联系，突破了单一自由度调控的传统框架，提出了硅基中多自由度耦合的多维调控新机制，为微纳光学与光子学、光二极管等关键光子芯片器件、混合集成光子学、高保真光量子信息光学、非线性光学等领域，提供了新方法和新思路。

近日，北京大学物理学院马仁敏研究员课题组实验发现了拓扑能带反转光场限制效应，将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态，并基于此实现了一种高性能的拓扑体态激光器。这种新型激光器具有垂直出射、高方向性、小体积、低阈值、窄线宽、单横模、单纵模和高边模抑制比等优异特性。相关工作被《Nature Nanotechnology》杂志以标题 “A high-performance topological bulk laser based on band-inversion-induced reflection” 进行长文报道。 激光器的发明加深了人们对光与物质相互作用的认识，并对现代科学与技术的发展起到了巨大的推动作用。至激光器发明以来，激光微型化始终是一个重要的研究方向。半导体激光器因为易于电泵浦和规模生产与集成等优点，是激光微型化的首要选择。经过几十年的发展，半导体激光器的微型化已经取得了巨大的成就。尤其是具有垂直出射特性的垂直腔面发射激光器（VCSEL），目前已有数以百亿计的该型激光器被广泛应用于数据通讯、激光雷达、人脸识别、数据存储与医疗手术等领域。图1：拓扑体态激光器原理和示意图。(a) 用于构造能带反转的拓扑态和拓扑平庸态光子晶体示意图。(b) 实验中发现能带反转可用来实现光场的反射和限制。(c) 垂直发射拓扑体态激光器示意图。拓扑体态激光器出射方向垂直于光学腔反馈平面。 马仁敏研究员与合作者提出并实现了一种新型垂直发射激光器—拓扑体态激光器。这种新型激光器直径只有数微米，具有良好的垂直发射方向性, 窄线宽，单横模、单纵模，能够在室温下以千瓦每平方厘米阈值稳定工作，单模输出边模抑制比超过36 dB。这些性能与商业化激光二极管相当，根据IEEE以及相关工业标准，指标满足多数应用领域需求。 该类激光器的实现有赖于实验中发现的一种新型光反射和限制机制：能带反转光场限制效应。图1给出了能带反转光场限制效应和基于其实现拓扑体态激光器的原理和示意图：实验中首先通过对二维光子晶体进行变形操作，分别获得了具有拓扑态和拓扑平庸态的能带结构；相较于拓扑平庸态，拓扑态的光子晶体能带结构中发生偶极子和四极子能带间的能量反转；实验和理论计算发现频率靠近能带边缘的光场虽然在拓扑态和拓扑平庸态中都可以自由传播，但是在两者的界面处会发生能带反转引起的光场发射；该能带反转引起的光场反射和限制效应仅发生在布里渊区中心附近，越靠近布里渊区中心，光场反射和限制越有效，使得利用该类型反射机制构建的拓扑体态激光器具有单横模、单纵模、面内反馈、垂直出射等优异特性。图2：拓扑体态激光器件与性能。(a-b) 拓扑体态激光器谐振腔（a）和拓扑界面处（b）的电镜图。（c）随功率变化的光谱。（d）激射光谱。（e）激射实空间近场分布。（f）激射角分辨远场分布。 能带反转光场反射和限制效应为激光物理提供了一种新颖的激光模式选择和出射光场调控机制。基于该原理构建的新型拓扑激光器各项性能均达到了可商业化应用的水平（图2）。新的光场反射和限制机制将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态，同时该原理可以拓展到电子学、声学和声子学等领域。 该工作发表于Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-019-0584-x)，马仁敏研究员为论文通讯作者；北京大学博士后邵增凯、博士生陈华洲和王所为共同第一作者；其他作者包括北京大学博士生冒芯蕊、杨振乾、访问学生王少雷，以及日本国立材料研究所教授胡晓，学生王星翔。这项工作得到国家自然科学基金委、科技部、北京市自然科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心等的支持。

课题组使用一种名为角分辨光电子能谱的强大表面物理实验工具研究了反铁磁拓扑绝缘体MnBi2Te4。理论预测和此前的实验表明，这种最近合成的材料是第一个理想的反铁磁拓扑绝缘体，其天然解理面应该是绝缘的。但是，课题组通过研究数据表明，它的表面能带形成了一个完整的X形——这证明该表面以不寻常的，拓扑保护的方式导电。这个数据推翻了此前的实验结论，使磁性拓扑体系的研究迈入一个新的阶段。课题组指出，这种奇异的行为可能是由于表面磁性或结构重构引起的。文中的第一性原

针对分布式风光发电在配电网中的高比例接入态势，源荷存在时空不匹配特性，导致功率倒送和节点过电压等问题，面向电网网架相对薄弱地区，开展考虑风光发电不确定性的储能的选址定容研究，实现不同运行方式下储能的优化配置；提出基于有功/无功电压控制分区的新型配电系统电压控制策略，实现配电网电压的分散式与集中式协同控制，满足高渗透率风光并网场景下的电能质量要求。

大幅提升接收灵敏度、抗干扰能力和信噪比的“高温超导接收前端”系统。功能介绍:“高温超导接收前端”利用高温超导技术，可广泛应用于军民用通信、雷达、电子对抗等众多领域，替代常规技术接收前端，给接收系统性能带来跨越式提升。在通信领域，能够大幅提高无线通信基站的接收灵敏度，改善基站抗干扰能力，对基站的上行链路信号提供前所未有的增强。高温超导通信接收前端部署简单可靠，即插即用，无需复杂的配置。一旦部署，无需维护。高温超导接收前端系统应用于通信接收前端可以给运营商带来长期稳定的运行收益，在不改变网络结构，不增加基站的前提下，可显著提高基站覆盖面积，增加网络容量，对于终端用户，通话质量也会得到明显的改善，数据传输速率大幅提升，同时还能减少手机辐射，保护用户健康。

大幅提升接收灵敏度、抗干扰能力和信噪比的“高温超导接收前端”系统。功能介绍:“高温超导接收前端”利用高温超导技术，可广泛应用于军民用通信、雷达、电子对抗等众多领域，替代常规技术接收前端，给接收系统性能带来跨越式提升。在通信领域，能够大幅提高无线通信基站的接收灵敏度，改善基站抗干扰能力，对基站的上行链路信号提供前所未有的增强。高温超导通信接收前端部署简单可靠，即插即用，无需复杂的配置。一旦部署，无需维护。高温超导接收前端系统应用于通信接收前端可以给运营商带来长期稳定的运行收益，在不改变网络结构，不增加基站的前提下，可显著提高基站覆盖面积，增加网络容量，对于终端用户，通话质量也会得到明显的改善，数据传输速率大幅提升，同时还能减少手机辐射，保护用户健康。

一种超导同步电机，其超导线圈固定于圆柱形的密封的转子内腔中，转子内腔罩有密封的外罩，外罩上设有真空嘴，外罩通过轴承固定于定子外壳上；转子内腔及外罩的一端均与旋转接头 相连，旋转接头的另一端同时与制冷剂的输入管和制冷剂的输出管相连；转子内腔 的另一端与外罩的另一端固定联接；超导线圈的两个引出端与铜片的内端相连，铜片穿出转子内腔及外罩的外端通过电源线与电源的相接；超导线圈的两个引出端还与一个超导开关相连，其具体连接结构是：超导开关的超导线与超导线圈的两个引出端相连，超导线的一段与加热器紧贴，加热器的电源线穿出转子内腔及外罩与加热器电源相连。该种超导同步电机的可靠性高、效率高、使用寿命长。