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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
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
宫腔镜手术模拟训练系统
一、产品概述宫腔镜手术是指用宫腔镜来进行的微创手术。宫腔镜是对子宫腔内疾病进行诊断和治疗的先进设备,它能清晰地观察到了宫腔内的各种病变,明确做出诊断。宫腔镜模拟手术训练系统的主要功能是模拟人体真实宫腔,通过必要的腔镜手术器械,在监视器图像下进行宫腔镜手术技术训练。该设备为各大医院、学校的人才培养提供了良好的训练平台。二功能描述1、本模型采用优质高分子材料模具成型,无毒、环保。2、模型为成年女性特征,半身截石位。具有仿真阴道深7-8cm,子宫口直径5mm、卵巢-输卵管。模拟子宫纵径5.5-7.5cm,前后径3.0-4.0cm,横径4.5-5.5cm,子宫颈长2.5-3.0cm、子宫颈直径3cm3、评分系统:具有软件打分模块可以对学生的技能操作进行逐项打分,每次操作结果可以自动生成日志保留,可对所有数据进行评价打分,具有统计功能;3、腔镜:(1)、内窥镜尺寸:中7*155mm(2)、摄像头分辨率1280*720、25帧每秒(3)、镜头角度:30度(4)、光源类型:LED光源,光纤独立通道传导(5)、防水程度:工作部位IPX6三、使用方法:1、备好宫腔镜手术器材。2、按宫腔镜手术常规开机。3、将宫腔镜按操作常规伸入子宫腔内进行常规检查。病例1)、光滑、稍大为模拟粘膜下肌瘤;病例2)、光滑、较小的为模拟粘膜下息肉;病例3)、较大表面不光滑,凹凸不平的为模拟子宫内膜癌。4可采用宫腔镜环形电切割器电切上述各种瘤体,再结合卵圆钳夹出完整切除的肿瘤。5、可模拟宫腔粘连,进行宫腔粘连切除手术。6、镜头内置LED灯,提高模拟手术的清晰度。7、 配置有计算机,系统可进行录像并储存当前的操作流程画面,并且可事后回看。8、显示器可左右摇摆、上下调整、旋转等,在不同角度操作时更加方便。9、操作台车高度手摇进行上下调节(75cm-95cm),方便不同学员进行操作。10、操作台车侧端配有训练器械插孔,方便器械的存取。11、操作台车底部配有四个静音轮(其中两个带有刹车功能),便于移动。12、管理功能:操作视频可以存档调用。13、评分系统:教师可以对学员的操作进行主观评分,评分内容可自由编辑,评分项可添加和删除;14、触摸屏显示:采用触摸屏显示宫腔镜操作过程;
上海珊迦医学模型设备制造有限公司 2025-06-20
量子几何相位及其相关问题研究
项目成果/简介:1)提出冷原子实现和探测相对论狄拉克粒子的理论,并预言可观测相应的拓扑相变,被斯坦福、ETH和Nice大学的实验观察到。2)揭示了几何相位和量子相变的内在定量联系。3)是国际上最早研究冷原子几何相位诱导规范势的少数理论组之一,提出实现原子自旋霍尔效应理论,并被NIST实验实现。冷原子相对论效应和诱导规范势已逐步成为当前量子模拟的新热点研究。4)提出了非绝热和非常规几何量子计算理论,解决了原绝热理论不易在实际体系中实现的困难,已被7个独立实验验证。发表的20 篇核心论文中,PRL10 篇,被Nature、Science、PRL等SCI 论文他引1137次,8篇代表论文他引602次。
华南师范大学 2021-04-10
量子几何相位及其相关问题研究
1)提出冷原子实现和探测相对论狄拉克粒子的理论,并预言可观测相应的拓扑相变,被斯坦福、ETH和Nice大学的实验观察到。2)揭示了几何相位和量子相变的内在定量联系。3)是国际上最早研究冷原子几何相位诱导规范势的少数理论组之一,提出实现原子自旋霍尔效应理论,并被NIST实验实现。冷原子相对论效应和诱导规范势已逐步成为当前量子模拟的新热点研究。4)提出了非绝热和非常规几何量子计算理论,解决了原绝热理论不易在实际体系中实现的困难,已被7个独立实验验证。发表的20 篇核心论文中,PRL10 篇,被Nature、Science、PRL等SCI 论文他引1137次,8篇代表论文他引602次。
华南师范大学 2021-02-01
新型碳量子点生物成像剂
本方法以丙三醇作为溶剂及碳源快速制备大量粒径小于 10 nm 的碳量子点。这种碳量子点的荧光量子产率能够达到 30 %左右。制 备好的碳量子点,不需要任何提纯即可与成膜性较好的高聚物混合得 到荧光碳量子点薄膜。而且这种碳量子点毒性低,水溶性好,荧光量 子产率高,在细胞及活体成像方面表现出显著优势。总之,该制备方 法简单易行,材料来源广泛且廉价,产率大。所得的荧光碳量子点具 有荧光量子产率高、易成膜、低细胞毒性且耐光漂白等性质,已经作 为生物成像剂用于细胞的荧光共聚焦成像
兰州大学 2021-04-14
验证三维量子霍尔效应
要实现三维量子霍尔效应,就需要达到所谓的极端量子极限条件(Extreme Quantum Limit)。这个实验条件要求异常苛刻,如果选用常用的金属铜块作为研究对象,要施加超过3000特斯拉的磁场才能进入极端量子极限态,而这是当前的实验条件无法提供的。因此,三维量子霍尔效应方向的研究一度处于几乎停顿的状态。 为了满足这项苛刻的条件,张立源团队巧妙地选用了高品质的五碲化锆(ZrTe5)晶
南方科技大学 2021-04-14
用于模块化多电平换流器的子模块拓扑及其应用
本发明公开了一种用于模块化多电平换流器中的子模块拓扑结 构,包括:相互串联的第一开关模块和第二开关模块,其中第一开关 模块的负端与第二开关模块的正端相连接,开关模块由一个全控型器 件和一个二极管反并联而成;直流电容,其正极和负极分别与第一开 关模块的正端和第二开关模块的负端相连接;还包括第三开关模块, 其与第一开关模块和第二开关模块电气连接,使得正常工作时该第三 开关模块的全控型器件一直施加触发脉冲从而一直处于导通状态,而 发生直流故障时通过闭锁该第三开关模块的触发脉冲实现阻断直流故 障电流。本发明
华中科技大学 2021-04-14
高级多功能急救训练模拟人
1.★模拟人与控制器无线WiFi连接。2.★液晶彩显控制器,8英寸彩屏。3.★模拟生命体征:.瞳孔液晶彩色显示。.初始状态时,模拟人瞳孔散大,颈动脉无搏动。.按压过程中,模拟人颈动脉被动搏动,搏动频率与按压频率一致。.抢救成功后,模拟人瞳孔恢复正常,颈动脉自主搏动。4.★气管插管操作:切换到气管插管操作页面,操作正确与否,有相应报警,和动画显示。5.心肺复苏操作:可进行人工呼吸和心外按压。可进行标准气道开放,气道指示灯变亮。三种操作方式:可进行CPR训练、模式考核和实战考核。(1)方式一:CPR训练,可进行按压和吹气训练。(2)方式二:模式考核,在设定的时间内,根据2020国际心肺复苏标准,正确按压和吹气数30:2的比例,完成5个循环操作。(3)方式三:实战考核,老师可自行设定操作时间范围、操作标准、循环次数、操作频率、按压和吹气的比例。6.控制器显示屏功能:■ 电子监测:电子指示灯显示监测气道开放和按压部位。人工呼吸和胸外按压的正确次数计数和错误次数计数。■ 语音提示:训练和考核中全程中文语音提示,可开启和关闭语音,调节音量。■ 文字提示:训练和考核中全程中文文字提示。■ 条形码显示吹气量:正确的吹气量为500~600ml-1000ml:(1)吹气量过少时,条形码为黄色。(2)吹气量合适时,条形码为绿色。(3)吹气量过大时,条形码为红色。(4)吹入的潮气量过快或超大,造成气体进入胃部指示灯显示;数码计数显示;错误语言提示;■ 条形码显示按压深度,正确的按压深度5-6cm:1.按压深度过少时,条形码为黄色。2.按压深度合适时,条形码为绿色。3.按压深度过大时,条形码为红色。■ 可自行设定操作时间,以秒为单位。■ 操作频率:标准为至少100~120次/分7.★电源:人体和控制器内置高容量锂电池,支持边充边用。8. 股外侧肌肉注射操作训练:1) 可真实注入药物。2) 模块可拿出把注入药物挤出。3) 同一部位可经受几百次穿刺。4) 模块可更换。9.手臂静脉注射操作训练:1) 静脉分布与真实人体相同。2) 进针有明显落空感,可加入模拟血液产生回血。3) 静脉血管和皮肤同一穿刺部位可经受几百次穿刺渗漏。4) 皮肤和血管可更换。★ 模拟人踝关节可左右旋转:与真实人体大小基本相同,可进行脚步护理操作。★ 模拟人可互换男女外生殖器,可进行导尿操作训练:模拟人体内有模拟膀胱,可注入模拟尿,操作成功有模拟尿液流出。 
上海珊迦医学模型设备制造有限公司 2025-06-20
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