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小转角双层石墨烯体系的结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学 2021-02-01
小转角双层石墨烯体系的结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学 2021-04-10
关于一维对称保护拓扑物态的研究
拓扑量子物相在过去十年里已发展成为凝聚态物理及超冷原子量子模拟的主流研究方向。 相关研究大大加深了对量子物质的基本理解。依据拓扑物态的存在是否依赖于系统的对称 特性,可将拓扑相分类成内秉拓扑物态和对称保护拓扑物相。前者不依赖于对称保护,而 后者需有对称保护才可稳定存在。其中,在一维量子系统中,已有理论表明拓扑相的存在 总是需要相关对称性的保护。对于自由费米子体系,基于熟知的 Artland-Zirnbauer 十重分 类的拓扑理论告诉我们,得到一维拓扑物相需要有类似于粒子-空穴对称的对称保护。在 合作小组完成的该篇文章中,他们发现一种新的并非由传统熟知的粒子-空穴或子晶格对 称保护的一维拓扑物相。该拓扑态被证明由一种隐藏的滑移镜像对称和非局域手征对称保 护。这超出传统的基于 Artland-Zirnbauer 十重类的拓扑分类理论的范畴。另外,这项工作 部分基于刘雄军等人较早期基于拉曼光晶格体系提出的 AIII 类拓扑物态(2013 年 PRL 工 作)。进一步,基于所实现的拓扑体系,他们理论预测、且实验观测到与量子体系拓扑特 征相关的两类基本量子动力学行为。这对研究拓扑体系的非平庸量子动力学带来启发。
北京大学 2021-04-11
量子通信技术
量子通信主要涉及量子密钥分配( QKD)、量子安全直接通信(QSDC) 、量子秘密共享( QSS) 等3个方面。通信双方以量子态为信息载体,基于量子力学相关原理及量子特性,利用量子信道,在通信收发双方之间安全地、无泄漏地直接传输有效信息,特别是机密信息的通信技术。量子秘密共享旨在对重要的密钥进行安全保护,使即便部分或全部密钥被第三方窃取也难以恢复出真实的密钥。
东南大学 2021-04-11
量子纠缠光源
提出一种如下图所示能克服光子侧向和背向泄露且能极大提高光子前向出射的新型微纳“射灯”结构,其单光子理论收集效率在较大的带宽中超过90%、最高可达95%。 该“射灯”结构量子光源的实验制备难度极大,因为它要求三大核心微纳制备技术:厚度160nm左右且内有量子点的薄膜转移技术;定位精度小于10nm的量子点光学精确定位技术;环形槽宽度制备精度小于5nm的高质量牛眼微纳结构制备技术。为实验制备出这一性能优越的量子光源,王雪华教授团队自2013年开始,从零起步,坚持不懈,不断探索,先后发展和掌握了上述三大核心微纳制备技术,在国际上率先制备出综合性能俱佳的“三高”量子纠缠光子对源
中山大学 2021-04-13
量子保密通信
中国科学技术大学潘建伟及其同事徐飞虎、张强,与清华大学马雄峰、多伦多大学Hoi-Kwong Lo等,应邀在囯际物理学权威综述期刊、美国物理学会的《现代物理评论》上发表题为“基于现实器件的安全量子密钥分发”的长篇综述论文。该论文系统阐述了量子密码的原理、理论和实验技术,并指出,经过全球学术界三十余年的共同努力,现实条件下量子密码的安全性已经建立起来,尤其是测量器件无关等量子密钥分发协议的提出,彻底关闭了量子密码在物理实现过程中可能出现的安全性风险,为实
中国科学技术大学 2021-01-12
量子相变研究
研究了二维二聚化量子自旋系统,通过理论分析和高精度的量子蒙特卡洛方法,发现在交错状二聚化量子海森堡模型中,相变临界指数具有新奇的非单调尺寸标度行为。他们通过在有限尺寸标度理论中引入两个驱动场,同时进行大尺寸的计算分析,成功地解释了非单调的量子蒙特卡洛结果,从根源上指出二维二聚化量子自旋系统的相变仍然属于O(3)普适类,适用于量子-经典对应理论。他们的研究表明,在量子相变中可能存在多个驱动场导致的新奇标度行为,需要采用正确的标度理论才会得到正确的结果。在论文中,他们还创造性地提出多参数联动-高阶拟合方法,能极大地提高数据准确度,可以用在不同体系的数据分析中。
中山大学 2021-04-13
积分球均匀光源测光功率光通量反射率量子效率辐射光度球光通球PTFE
创谱仪器ILT积分球均匀光源是由PTFE喷涂积分球、进口卤钨灯/LED光源、高稳定性电源模块组成;具有很高的出光均匀性以及漫反射特性; 把光源放置在积分球内,光源发出的光在球内壁上经过无数次的漫反射,充分积分球之后,最终在积分球出口平面的光斑是一种均匀的漫射光,具有理想的朗伯余弦特性,所以这种均匀光斑,在国防,科研,工业等众多领域有广泛应用。例如:均匀照明源,光学仪器定标等; 此款积分球兼容测光功能,预留多个光口,满足不同应用需求
山东创谱光学仪器有限公司 2025-12-03
积分球均匀光源测光功率光通量反射率量子效率辐射光度球光通球PTFE
       创谱仪器ISL系列积分球均匀光源是由PTFE喷涂积分球、进口溴钨灯光源,高稳定性电源模块组成;具有很高的出光均匀性以及漫反射特性;         把光源放置在积分球内,光源发出的光在球内壁上经过无数次的漫反射,充分积分球之后,最终在积分球出口平面的光斑是一种均匀的漫射光,具有理想的朗伯余弦特性,所以这种均匀光斑,在国防,科研,工业等众多领域有广泛应用。例如:均匀照明源,光学仪器定标等; 此款积分球兼容测光功能,预留多个光口,满足不同应用需求 创谱仪器可以根据客户要求定制各种应用积分球!
山东创谱光学仪器有限公司 2025-12-03
积分球均匀光源测光功率光通量反射率量子效率辐射光度球光通球PTFE
        创谱仪器ISL系列积分球均匀光源是由PTFE喷涂积分球、进口卤钨灯/LED光源、高稳定性电源模块组成;具有很高的出光均匀性以及漫反射特性;         把光源放置在积分球内,光源发出的光在球内壁上经过无数次的漫反射,充分积分球之后,最终在积分球出口平面的光斑是一种均匀的漫射光,具有理想的朗伯余弦特性,所以这种均匀光斑,在国防,科研,工业等众多领域有广泛应用。例如:均匀照明源,光学仪器定标等;         此款积分球兼容测光功能,预留多个光口,满足不同应用需求         创谱仪器可以根据客户要求定制各种应用积分球!
山东创谱光学仪器有限公司 2025-12-03
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