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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
量子谷Berry Phase的拓扑声子态在二维六角晶格材料
徐虎课题组发现具有量子谷Berry Phase的拓扑声子态在二维六角晶格材料中普适存在。随着研究的深入,拓扑材料的分类越来越丰富和多样化。到目前为止,拓扑材料的研究主要集中在费米子相关的系统。随着研究水平的进一步发展,拓扑的玻色子系统也越来越引起人们的关注,例如光子晶体、声子晶体等人工晶体中的拓扑现象等。但是,固体中的THz频率段的拓扑声子的研究相对缓慢。理论研究表明,拓扑声子对研究量子声子霍尔效应、拓扑声子热器件等具有重要作用。因此,在现实材料中寻找拓扑声子态是相关领域亟待解决的问题。 在研究中,徐虎课题组研究人员采用基于密度泛函理论的晶格动力学计算,根据二阶力常数矩阵构造类似于电子系统的紧束缚哈密顿量,从而可以获得声子系统的Berry 相和拓扑边缘态。在此基础上,他们结合高通量计算,发现具有量子谷Berry相的Dirac声子态在二维六角晶格材料中普适存在(图3a)。研究结果对进一步研究拓扑声子态以及其实际应用具有重要作用。 近两年,徐虎课题组致力于拓扑材料的理论预测和设计方面的研究工作,以南方科技大学物理系为第一单位发表1篇Phys. Rev. Lett.,1篇Nano Lett.和8篇Phys. Rev. (其中5篇为Phys. Rev. B Rapid Communications)。
南方科技大学 2021-04-13
高校智慧资助系统
建设智教智慧资助系统,通过其高效协同的后台分类处置能力,把高校学工资助事项进行整合和业务流程的约简化处理,运用大数据打通“最后一公里”,将线下的业务操作剥离开实体大厅转化为线上业务,实现高校学生资助工作的无纸化办公,让学生真正实现“最多跑一次”。 管理员可以灵活设定经困生等级(比如一般困难、困难、特别困难等)。 管理教师可以根据学校的经困生管理办法灵活设定经困生认定条件,在对应的条件下可以设置多条困难条件类型及对应的权重值、限制条件。 管理员可以灵活设定经困生申请计划,包括起止时间、对应认定条件、申报条件参数设置、申报对象。 学生通过移动端进行在线填写经困生申请材料,提交后系统可根据管理员设定的经困生等级条件自动给审核人员推荐申请经困生等级并可以手动调整,学生提交后可以实时查看审核进度。 班主任可以根据系统推荐的经困生等级自行根据实际条件进行手动确认等级,并保留推荐等级和班主任确认等级查询痕迹。 经困生认定条件需具备权重分配方案和认定版本的统一联动管理。 二级学院可以根据权限设置批量打包下载学生上传的经困生证明文件,并以学号+姓名方式保存。
吉林省智教软件有限责任公司 2025-05-16
高校报修管理系统
智教高校报修管理系统优化校园设施维修流程,提升服务效率与质量,满足学校师生及后勤管理部门的需求,维修完成后,能对维修服务质量(如维修效果、维修人员态度)进行打分评价,并可填写反馈意见,以便学校改进服务。 教师、学生可以通过手机端,点击报修服务、我要报修后,可以根据实际报修情况进行问题描述、上传图片等。学生可以实时跟踪维修进度,并对维修结果进行线上打分、评价。
吉林省智教软件有限责任公司 2025-05-16
VR心理放松系统
VR心理放松系统 功能介绍:1、 用户系统:独立的来访者管理体系,详细的个人档案记录,辅助量表评测体系,生物反馈数据、实时语音记录、单次诊疗记录、单次自评量表等多项数据的传输与记录;单次训练记录带有时间信息独立保存,可实现同一训练不同时段的跨越对比。2、 模块系统:多种功能的训练模块可供选择——肌肉渐进式放松训练:提供多种身临其境的立体放松场景和自主选择的视角模式,提供详细的练习指导语及放松音乐,使来访者以循序渐进的方式完成放松练习,消除身体和心理的紧张和焦虑情绪。深呼吸放松训练:提供多种身临其境的立体放松场景和自主选择的视角模式,提供详细的练习指导语及放松音乐,并提供可视化的呼吸信号配合来访者的练习,使来访者更轻松和舒适的完成放松练习,消除身体和心理的紧张和焦虑情绪。快速放松训练:提供多种身临其境的立体放松场景和自主选择的视角模式,提供特定的快速放松指导语,帮助来访者通过反复的练习可以实现快速放松,可以更有效的缓解各种生活中的压力和紧张情绪。
北京京师慧智科技有限公司 2025-05-22
基于声波的锅炉温度场测量系统
基于声波在特定介质中的传播速度与介质温度间成单值函数关系的原理,设计开发了基于电声源的锅炉温度场测量系统,并已申请国家发明专利。系统结构简单,维护方便,可以实时测量和显示锅炉内部三维温度场,便于运行人员据此及时判断炉内燃烧状况,并进行相应调整,实现燃烧优化;同时有利于防止火焰中心偏斜,减少事故发生。该系统经大量理论研究和现场试验,目前已实现成功运行。
东南大学 2021-04-13
高精确度数字式转速测量系统
本系统采用单片机及其外围电路,再配以相应软件可克服这种随机性,实现对整个转速范围的高精确度测量。其设计思想为:先用单片机中的定时/计数器T0记录单位测量时间(如1秒)内的被测信号脉冲数,且保证测量时间的起始时刻与被测信号某个脉冲的上升沿同步;再用其定时/计数器T1记录从单位测量时间结束时刻到被测信号下一个脉冲上升沿之间的时间Δt(为基准脉冲的个数),这样在=(106 +△t)μs内准确记录下被测信号个完整的周期,故被测信号频率为=。由于和定时1秒无误差,Δt的绝对误差仅为一个基准脉冲周期Tφ(如若单片机的晶振频率为12MHz,则Tφ=1μs),所以该测频法的相对误差与被测信号频率无关,称为等精确度测量,并且< 10-6,显然,若选测量时间为10秒,则测量相对误差不大于10-7。 本仪器的应用范围:科研、教学以及需要精确测量转速的场合。 主要性能指标:1. 测量范围:30~100,000 rpm;2. 显示方式:LCD;3. 数字位数:6;4. 显示时间:每秒自动重复(当转速在30~60rpm范围内时,每2秒重复);5. 数据保持:任意时间;6. 测量精确度:整个量程范围内测量相对误差小于10-6。
北京航空航天大学 2021-04-13
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