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。

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。 

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

基于平面光波光路(PLC)技术的各类光功能器件，是实现现代高速光网络、高速光信号处理、大容量光互连节点和终端设备中光信号处理模块的基础。/lineInP基多量子阱PLC器件基于成熟的半导体工艺，以脊波导为基础，具有体积小、功耗/损耗低、可靠性高、性价比高等优点，在国际上即将形成新的产业热点。电子科学与工程学院光子学与光通信研究室顺应这一趋势，潜心攻关，埋头研究，历时四年完成了InP多量子阱PLC单元器件理论与实验研究。在国内首次建立了PLC光路设计和光学特性测试平台，探索出国产化工艺加工途径，取得多项自主知识产权，成功地研制出InP基多量子阱PLC无源光子器件。包括光调制器/开关、可调式多模干涉耦合器、谐振腔滤波器、2×4分路器等，于2007年2月通过了教育部组织并主持的科技成果鉴定，达到国际先进水平。

本实用新型公开了一种自适应光学聚焦干涉补偿系统。光束准直扩束模块布置在激光器后，激光器发射出光束平行扩束并空间滤波后入射到数字微镜器件，旁侧出射端前方置有相位补偿模块，正侧出射端置有分束器和缩束模块，相位补偿模块位于分束器旁侧，旁侧反射光束经相位补偿模块后再反射到分束器中，正侧反射光束直接反射到分束器中；光束经二向色镜反射后经扫描模块进入显微物镜聚焦，实验样品位于显微物镜焦平面；实验样品内激发出的荧光经过显微物镜与扫描模块后透过二向色镜被光强探测模块接收。本实用新型从光学干涉原理出发，能够快速改善散射介质内部聚焦光斑的质量，为光遗传学与活体深层高分辨率光学显微成像技术提供了新思路。

随着集成技术和微封装技术的发展，电子元器件和电子设备向小型化和微型化方向发展。电子设备所产生的热量迅速积累、增加。为保证电子元器件在使用环境温度下仍能高可靠性地正常工作。需要开发导热绝缘高分子复合材料替代传统高分子材料，作为热界面和封装材料，迅速将发热元件热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。高分子材料本身的热传导系数比较小，所以填充型高分子复合材料导热性能主要依赖于填充物的导热系数、填充物在基体中的分布以及与基体的相互作用。填料用量较小时，填料虽均匀分散于树脂中，但彼此间未能形成相互接触和相互作用，导热性提高不大；填料用量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时，材料导热性能提高很快；体系中在热流方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大。项目采用导热填料添加的同时，以耐高温的硅橡胶或者氟橡胶为基体，硅橡胶是由环状有机硅氧烷开环聚合或以不同硅氧烷进行共聚而制得的弹性共聚物。在有机硅产品的结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。硅橡胶有耐热，耐寒，有很宽温度使用范围，高电绝缘性，良好耐候性，耐臭氧性，并且无味无毒等性能。其最显著的特点是其优异的耐热性，可在?O0℃左右的温度下长期使用，因此被广泛用作高温场合的弹性材料。具有耐高温性的硅橡胶在印刷业、电子、电器、汽车、航空航天等工业部门和高新技术领域的应用是其它材料所不能替代的。

通过使用铅的条状非公度相作为铅膜和硅衬底的界面，用超高真空分子束外延技术成功制备出一种宏观面积的、塞曼保护的新型二维超导体。系统的低温强磁场实验表明，该体系的超导电性可存在于超过40特斯拉的平行强磁场中，这一数值远超过体系的泡利极限，是塞曼保护超导电性的直接证据。第一性原理计算结果也表明，条状非公度相中特殊的晶格畸变会延伸至铅膜中，从而在该体系中引入很强的塞曼自旋轨道耦合。同时，新的微观理论也给出了强杂质情形下各种自旋轨道耦合及散射效应对二维超导临界场的影响并定量地解释了塞曼保护超导电性的物理机制。该工作表明，可以通过界面工程在中心反演对称性保护的二维超导中引入面内中心反演对称性破缺，也即在二维晶体超导体系中人工引入塞曼保护的超导电性机制。这一结果预示出人们有望在二维超导体系中，通过界面调制发现新的非常规超导特性。这种宏观尺度强自旋轨道耦合下的二维超导，也为拓扑超导的探索提供了新的平台，并为未来无耗散或低耗散量子器件的设计与集成奠定了基础。图 (a) 脉冲强磁场实验表明6个原子层厚铅膜的超导电性在高达40 T的水平强场下仍不被破坏。(b) 临界场随温度的关系与理论高度重合，有力地证明了超薄铅膜中的塞曼自旋轨道耦合保护的超导电性。 (c) 对外延生长于条状非公度相（SIC）界面上的超薄铅膜进行磁阻测量的示意图。

为了追求极限性能，越来越多的电子系统需要在低温条件下工作。例如，在量子计算机、高性能传感器、深空观测以及一些经典信息处理系统中，通常使用工作温度为2K甚至是mk温区的低温器件，从而在噪声、速度和灵敏度等方面实现接近量子极限的性能。对于这一类低温系统，信号读取与处理通常采用两种方式：第一种是采用超导数字电路SFQ（单磁通量子技术）来实现高性能计算和处理；第二种是将信号传送至几十K的温区，再采用低温CMOS技术对进行信号处理。然而，不论采用何种技术路径，数字电路的功耗都必须控制在极小范围之内，从而保持极低温的工作环境，维持低温器件的高性能。随着应用需求的提高和低温阵列器件规模的扩大，低温电子系统性能受到信号处理和传输技术的制约，急切需要新的方案进行解决。 图1. (a) 采用超导纳米线结构实现的12门控或逻辑门；(b) 超导纳米线数字编码器芯片照片。针对此问题，南京大学吴培亨院士领导的超导电子学研究所团队，赵清源教授和康琳教授课题组设计出新型多门控超导纳米线逻辑器件(superconducting nanowire cryotron, nTron)，并利用此器件搭建经典二进制数字编码器；在1.6K的温度下，成功实现数字信息编码，总功耗小于1微瓦(10-6瓦)。同时，他们还利用此编码器对超导纳米线单光子探测器阵列实现数字化读出，为低温阵列探测器的信号读出和处理提供第三种解决方案。图2. 超导纳米线逻辑芯片实现对单光子探测器阵列的数字化读取。半导体数字电路，经历了从电子管、晶体管、混合集成电路至大规模集成电路的发展过程。每一代技术的升级变革，其核心推力都是基础逻辑器件的更新换代。前沿技术领域对超导电子器件的应用需求，也正将超导电子技术推向数字化的发展时代。南京大学吴培亨院士团队基于超导纳米线技术，开展了新型超导逻辑器件(nTron)的研究工作。nTron为单层平面器件，利用局部超导相变，实现高速低功耗的开关逻辑。

自西南交通大学在2000年底成功开发出世界首辆高温超导磁浮试验车以来，国际上有关高温超导磁浮车的研究取得了显著的进展。继我们之后，俄罗斯莫斯科航天研究所在2003年底开发出可以乘载两人的高温超导磁浮车。尽管该车没有装备驱动系统，但其高度的稳定悬浮、较大的悬浮气隙（-40cm）、简洁的轨道设计展示了人们在高温超导磁浮技术的应用开发上又取得了显著的进步。2004年中期，德国的德累斯顿固体物理研究所开发出低速高温超导磁浮车。该车采用短定异步感应电机驱动、实现了车载控制驱动一体化，展示了便捷的、个性化的超导磁浮交通系统的美好前景。尽管如此，西南交通大学的高温超导磁浮车的研究仍然在整体上处于领先地位。为了不断推进和深化高温超导磁浮车的基础研究和技术开发，西南交通大学超导研究开发中心将在近期开展以下几个方面研究，为其工程化奠定基础：1）超导磁浮车的岔道技术研究 高温超导磁浮车要走向应用，岔道技术是关键技术之一。由于高温超导车将主要用于高速交通，安全、高效的岔道和转轨技术不仅显得尤为重要，并有着高温超导磁浮系统的独特性。我们将采用水磁、电磁相结合的方法，探索和开发出新型的、经济的、高效率的高温超导磁浮车的岔道技术。2）高温超导磁浮车的导向纠偏技术 高温超导磁浮车与常民电磁悬浮车的一大区别是高温超导磁浮车具有自稳定和自导向性，从而有可能省略复杂的控制系统。然而，在某些运行条件下，磁浮车的导向一旦出现偏离自稳定的范围，将产生严重后果。开发出适合高温超导磁浮车的导向纠偏技术,实现高温超导磁浮车工程应用的重要技术。3) 导磁浮系统动力学 在过去的三年多时间里，高温超导磁浮车在低速下的稳定运行已经得到了充分的检验。然而，在高速和超高速状态下的运行稳定性却缺乏充分的理论基础和实验依据。为此，我们将采用理论研究和实验模拟相结合的方法，研究高温超导磁浮系统在高速运动和强冲击下动力学稳定性，为开展高温超导磁浮车的中试试验提供理论和技术指导。4) 导磁浮系统中超导材料的电磁动力学特性 高温超导磁浮车的性能主要取决于高温超导大块材料的性能，提高超导材料的性能是提高高温超导磁浮车的安全性、降低制造和运行成本、提高其效能最为关键的问是。此外，研究在高速运动、高强度冲击下高温超导磁浮系统中超导材料的电磁稳定性也是实现其工程化的关键头号是。在改善材料性能的同时，我们将研究高温超导磁浮材料的交流损耗、钉扎稳定性和热稳定性，为高温超导磁浮车的工程设计提供可靠依据。

本项目属于MRI核心部件研发。梯度线圈为MRI仪器的三大核心部件之一，其作用是在一定范围内产生一个交变的梯度磁场，其性能对成像质量与成像速度起着至关重要的作用。该项目具备以下优点： 涡流小：涡流是梯度线圈最重要的指标之一，影响图像的质量，而且很难校正。我们的梯度线圈涡流比Tesla公司同款产品的小很多，经MRI系统厂家测试，成像更清新。 载流能力强：两款线圈载流能力达到850A以上，能匹配更高性能的功放。 耐压强度高：匹配梯度功放的电压可达到1400V以上