项目成果/简介:福州大学至诚学院孙磊教授为第一作者、物信学院陈恩果副教授为通讯作者、郭太良研究员为第三作者，在材料工程领域国际权威期刊《陶瓷国际》（英文刊名：《Ceramics International》）上发表的题为“Al2O3过渡层优化对ZnO量子点与CuO纳米线复合结构的场发射增强作用”（英文题为“Field emission enhancement of composite structure of ZnO quantum dots and CuO nanowires by Al2O3 transition layer optimization”）的论文。 本论文研究ZnO QDs 与传统一维氧化物CuO纳米线（CuO NWs）异质结构，以一维氧化物纳米棒为基体为 ZnO QDs 提供良好的定向电荷传输，同时 ZnO QDs 的表面改性又能改善基体的场发射性能，提出了详细的电势叠加效应和形成机制。鉴于 ZnO QDs 在 CuO NWs 表面呈现孤岛状分布且生长密度低，通过表面改性工程利用原子层沉积(ALD)工艺先在 CuO NWs 基体上沉积 Al2O3 薄膜，均匀的 Al2O3 薄膜为 ZnO QDs 的生长提供了良好的成核表面，同时可以降低基体表面的电子势垒高度。这种金属氧化物异质结构在很多应用中都具有重要的意义，特别是由于表面积大大增加，异质结密度提高，具有固有光捕获效应等优点。研究成果为改善单一纳米材料器件的场发射性能提供了有效途径，也为制备新型结构的场发射器件奠定理论基础。

北京大学量子材料中心王健研究组在硅衬底上外延生长了高质量超薄晶态铅膜，与北京大学谢心澄院士、林熙研究员和北京师范大学刘海文研究员合作在极低温下观测到反常量子格里菲斯奇异性，并给出理论解释。这一发现揭示了超导涨落与自旋轨道耦合效应对于量子相变的重要影响，揭示出量子格里菲斯奇异性在二维超导金属相变中的普适性。 超导-绝缘体与超导-金属相变是量子相变的经典范例，已有三十余年的研究历史。所谓量子相变，是指在绝对零度下系统处于量子基态时随着参数变化而发生的相变。近年来，随着薄膜和器件制备工艺的提高，二维晶态超导体系逐渐成为了研究量子相变的理想平台，得到了国际学术界的广泛关注。王健研究组与谢心澄院士、马旭村研究员、林熙研究员、薛其坤院士等合作者在前期二维超导的相关研究中发现了超导-金属相变中的量子格里菲斯奇异性 (Science 350, 542 (2015)), 并被同期perspective评论文章Science 350, 509 (2015)专题报道。随后被液态栅极技术发明人东京大学Iwasa教授的综述文章Nature Reviews Materials 2, 16094 (2016)誉为二维晶态超导中三个最重要的主题之一。量子格里菲斯奇异性的研究表明，无序可以定性地改变量子相变的临界行为，其主要特征是趋于量子临界点时，二维超导体系的动力学临界指数发散。 最近，王健研究组通过超高真空分子束外延生长技术在硅衬底上制备出宏观尺度高质量晶态薄膜，并实现了厚度为亚纳米尺度的原子层级可控生长。在此基础上，王健教授与谢心澄院士、林熙研究员、刘海文研究员等人合作，在4个原子层厚（约1纳米）的晶态铅膜中发现了一种具有反常相边界的超导-金属相变，并揭示了其中的反常量子格里菲斯奇异性。根据平均场理论，超导体的上临界场会随着温度降低而逐渐增加。然而，系统的极低温实验表明，4个原子层厚的铅膜的相边界在低温下具有非常新奇的反常特性：随着温度降低，铅膜的上临界场（onset Bc2）在低温下也逐渐降低。沿着反常相边界对铅膜的磁阻曲线进行标度理论分析发现，在趋近于量子临界点附近临界指数随着磁场减小而迅速增大直至发散，该现象与前期实验中发现的临界指数随着磁场增大而发散的行为不同，故称为反常量子格里菲斯奇异性。考虑到这类二维超导体系具有很强的自旋轨道耦合，研究团队基于超导涨落理论发展了一套新的唯象理论模型，定量地解释了这一反常相边界。在自旋轨道耦合与超导涨落效应的共同作用下，超导-金属相边界偏离平均场理论而向外突出，并在反常相边界处呈现出量子格里菲斯奇异性。这一新奇量子相变的发现，证实了量子格里菲斯奇异性在不同相边界的超导-金属相变中具有普适性，并进一步揭示出自旋轨道耦合与超导涨落效应对于超导-金属相变的影响，为深入理解二维晶态超导体中的量子相变现象提供了一个新的视角。图1 四个原子层厚晶态铅膜中的反常量子格里菲斯奇异性。(a) 铅膜在零磁场下的超导转变曲线。插图是输运测量结构示意图。(b) 在0到5特斯拉不同外加磁场下铅膜电阻随温度的变化曲线。 (c) 铅膜在低温下表现出反常相边界，与超导涨落唯象理论模型一致。 (d) 临界指数随着磁场减小而迅速增大，直至发散，是反常量子格里菲斯奇异性的特征。图2 反常量子格里菲斯奇异性相图示意图。在自旋轨道耦合和超导涨落的作用下，平均场理论的相边界（蓝色虚线）向外突出形成新的相边界（红色实线）。当温度低于T^'时，红色实线代表反常相边界。沿着反常相边界趋于无限随机量子临界点B_c^*可以观测到反常量子格里菲斯奇异性。 该工作于2019年8月12日发表于著名学术期刊《自然∙通讯》。(Nature Communications 10, 3633 (2019) DOI: 10.1038/s41467-019-11607-w): https://www.nature.com/articles/s41467-019-11607-w 北京大学王健研究组博雅博士后刘易和研究生王子乔为文章共同第一作者，北京大学王健教授和北京师范大学刘海文研究员是本文的共同通讯作者。其余作者包括谢心澄院士，林熙研究员，以及王健研究组本科生唐钺、博士生刘超飞、陈澄、邢颖（已毕业）、博士后王庆艳（已出站），和林熙组博士生闪普甲。 该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、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、博士后科学基金、中央高校基本科研基金的支持。

福州大学至诚学院孙磊教授为第一作者、物信学院陈恩果副教授为通讯作者、郭太良研究员为第三作者，在材料工程领域国际权威期刊《陶瓷国际》（英文刊名：《Ceramics International》）上发表的题为“Al2O3过渡层优化对ZnO量子点与CuO纳米线复合结构的场发射增强作用”（英文题为“Field emission enhancement of composite structure of ZnO quantum dots and CuO nanowires by Al2O3 transition layer optimization”）的论文。 本论文研究ZnO QDs 与传统一维氧化物CuO纳米线（CuO NWs）异质结构，以一维氧化物纳米棒为基体为 ZnO QDs 提供良好的定向电荷传输，同时 ZnO QDs 的表面改性又能改善基体的场发射性能，提出了详细的电势叠加效应和形成机制。鉴于 ZnO QDs 在 CuO NWs 表面呈现孤岛状分布且生长密度低，通过表面改性工程利用原子层沉积(ALD)工艺先在 CuO NWs 基体上沉积 Al2O3 薄膜，均匀的 Al2O3 薄膜为 ZnO QDs 的生长提供了良好的成核表面，同时可以降低基体表面的电子势垒高度。这种金属氧化物异质结构在很多应用中都具有重要的意义，特别是由于表面积大大增加，异质结密度提高，具有固有光捕获效应等优点。研究成果为改善单一纳米材料器件的场发射性能提供了有效途径，也为制备新型结构的场发射器件奠定理论基础。

"本项目研发的新型量子吸蓝光材料，用于防蓝光眼镜，防蓝光护眼贴膜等产品。可用于防护液晶（LCD）和有机电致发光（OLED）手机，电脑显示器等电子产品显示器屏幕发出的高能蓝光，实现健康护眼的目的。 该种新型量子吸蓝光材料具有超强的光波过滤功能，比市面现有主流吸蓝光材料效果高10－100倍，处于世界领先水平。在技术层面优于市场上现有产品。依托于先进的新型量子技术制备防蓝光护眼镜片和护眼贴膜，可高效吸收蓝光，从根本上解决电子产品蓝光伤害这一社会痛点问题。 本项目量子防蓝光眼镜和贴膜产品的生产有两条技术路线，主要步骤如下： 1、无机吸蓝光材料分散在聚合物基材（如聚碳酸酯,聚丙烯酸酯）中直接成型； 2、无机吸蓝光材料分散在紫外光固化胶水中，采用涂布技术制作镜片或者可贴合膜片。"

从理论物理学家安德森“more is different”的观点提出以来，人们越来越多地意识到多体系统中可以出现丰富的、与单个粒子性质不同的新物理规律。在二维自由电子系统中，大量相互作用的二维电子构成一个强关联体系。在特定条件下，系统哈密顿算符中的电子间长程库伦相互作用主导了系统的物理性质。这是一个无参数的理论问题，也是一个无法微扰处理的问题。多体问题的复杂和有趣在这里体现得淋漓尽致：携带单位电荷的一群电子可以产生携带小于单位电荷的准粒子。 极低温强磁场中的超高迁移率二维电子气可以出现分数量子霍尔效应。奇数分母的分数量子霍尔态有唯一的基态：复合费米子的整数量子霍尔效应或复合玻色子的玻色爱因斯坦凝聚。单层二维电子气中填充因子为5/2的分数态是罕有的偶数分母态的例子，它可能对应了p波配对的复合费米子，拥有拓扑保护的多简并基态波函数，其准粒子可能服从非阿贝尔统计。5/2态是第一个被认为可以用于拓扑量子计算的实验体系。3/2填充因子处，原有的实验结果和理论框架支持复合费米子海的解释，即不存在3/2分数态，也不应该存在分数量子霍尔平台。图：不同门电压条件下的磁场依赖关系，随着门电压改变局域条件，5/3的量子霍尔平台逐渐演变为令人意外的3/2平台。[Nature Communications 10, 4351 (2019)] 量子材料科学中心于2016年观测到了3/2偶数分母分数量子霍尔平台，该工作于2017年10月投稿，2019年9月26日在线发表于《自然.通讯》（https://doi.org/10.1038/s41467-019-12245-y）。林熙课题组的付海龙（2017年毕业，现为Penn State University校级荣誉Eberly Research Fellow）为此现象的观测者，二维电子气样品由普林斯顿大学L. N. Pfeiffer提供。实验发现，3/2平台的量子化程度高达0.02%，只在二维电子气被局域的特定条件下出现，这意味着带合适边界条件的多体体系可能有与无边界条件时不一样的量子态存在。 当局域结构中形成3/2平台时，局域结构外是5/3分数态，所以1/6量子电导被反射了。1/6的量子电导不属于通常理论框架下的任何边界态，所以它的出现可能预示着新的边界态以及新的准粒子的出现。量子中心的谢心澄老师和他的学生吴宜家对此给出理论分析，提出隧穿强度的变化在局域结构附近引起拓扑相变，从而导致分数电荷的再次量子化。5/3分数态的准粒子携带的电荷是e/3，1/6电导的出现可能是5/3态的准粒子继续1/2量子化的结果，所以理论预言了一个携带e/6分数电荷的新激发。

大部分铁基超导的母体在有限温度会有“向列”相变，在此温度之下晶格的四重旋转对称性会自发破缺，而在此相变温度下略低或相同的温度会发生条纹反铁磁相变。所以通常认为这些铁基材料中的向列相是由反铁磁关联驱动。但是FeSe体材料的行为与典型的铁基超导材料非常不同。FeSe在90K温度有向列相变，但直到可以测量的最低温度都没有磁性长程序。最近的核磁共振研究在向列相变温度附近也没有看到低能自旋涨落的增强。基于这些结果，一些人推测FeSe中的向列相和磁性无关而可能是由轨道序驱动。通过理论论证和数值计算提出正方晶格上自旋为1的阻挫自旋模型可以有一种“向列量子顺磁相”。这个相自发地破缺晶格的四重旋转对称性，但是有自旋能隙，所以没有接近零能的自旋涨落。王垡及合作者指出这种物相可以解释FeSe体材料的不寻常物性，并且预言FeSe会在条纹反铁磁序和交错反铁磁序的两种波矢都具有有限能量的低能自旋涨落。

研究人员创造性地运用了可积模型以及低维量子场论的研究手段，通过严格的计算，分析了由一维接触相互作用玻色气体实现的量子热机循环，得到了热机效率、功率等主要参数的解析表达式。作者针对冷原子物理实验的特点，提出了通过调控原子之间相互作用强度实现量子热机循环的构想，理论上证实了相互作用调控可实现和原先人们熟知的磁热、压热效应类似的一种全新的量子热效应。基于

产品详细介绍太阳能电池QE/IPCE(量子效率)测量系统Solar Cell Scan100        太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。    

产品详细介绍    

一、 项目简介采用流态化技术处理气体（液体）/颗粒（粉体）物料，具有气（液）固接触效率高，传质传热性能好等优点，在石油、煤、无机/有机化工、制药、环保、水处理等领域得到了广泛的研究和应用。根据被处理物料的加工时间、气（液）固比等处理条件不同，可分别采取鼓泡床、湍动床、循环流化床等操作形式。对于一种特定的物料体系，在采用流态化技术全面投入工业应用之前，需要对物料性质（包括粒度分布、骨架密度、堆积密度、休止角、介质粘度、熔点、沸点等）进行全面分析，然后根据物料加工过程工艺特点确定合适的装置结构，再对物料的基础流态化特性（包括起始流化速度、起始鼓泡速度、起始湍动速度、噎塞速度等）及操作工况（进料量、操作速度、物料循环量）下设备压降、密度、温度、停留时间、混合与分级、传质传热效率、分离效率等进行综合实验测试，以此为依据进行工业规模的装置设计及指导工业操作。本项目可以针对物料处理体系及加工工艺特点，研发合理的流态化装备，并对其物料物性、流体力学特性、装置结构性能等进行综合实验测试，根据测试结果为新装备的工业设计和操控、新技术的工业应用提供基础参数和指导，也可为原有设备改造提供可靠依据。二、 项目技术成熟程度项目组对FCC催化剂、煤粉、石油焦、半焦、石英砂、树脂、刚玉球、含盐废水等不同特性物料的流态化性能及相关流态化装备性能进行过系统的实验测试，物料粒度范围从30μm~5mm不等，流态化装备涉及鼓泡床、湍动床、快速床、移动床、喷动床及各种装备上相关的分布装置、分离装置等，介质涉及气-固、气-液、液-固、气-液-固体系，相关实验结果为新技术的实施推广提供了大量基础数据。三、 技术指标（包括鉴定、知识产权专利、获奖等情况）在大量实验研究并借鉴已有实施项目经验的基础上，本项目已形成如下成果：鉴定项目：[1] 外循环多相流化床换热器的颗粒循环和分布研究. 河北省教育厅，鉴定时间：2011.01，证书编号：20110367，成果水平：国际先进.[2] 液固三相流化床蒸发器总体优化及应用研究. 河北省科技厅，鉴定时间：2011.01，证书编号：20110265，成果水平：国际先进.[3] 高效半干法烟气脱硫剂制备工艺研究. 河北省科技厅，鉴定时间：2011.01，证书编号：20110266，成果水平：国际先进.[4] 锅炉烟气喷动床脱硫除尘工艺及设备研究. 河北省科技厅，鉴定时间：2011.06，证书编号：20111588，成果水平：国际先进.[5] 带导流管的多喷嘴矩形喷动床烟气脱硫设备研究. 河北省科技厅，鉴定时间：2011.06，证书编号：20111589，成果水平：国际先进.[6] 新型高效立体传质并流塔板的研究开发. 河北省科技厅，鉴定时间：2011.10，证书编号：20112669，成果水平：国际先进.专利技术：[1] 一种克服换热设备水平管路颗粒沉积的构件和方法，中国发明专利，专利号：ZL 200910245134.9.（已获授权）[2] 一种多功能集成设备精制介酸的方法，中国发明专利，专利号：ZL 200910245133.4. （已获授权）[3] 一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器. 中国发明专利，申请号：201210405627.6. （已公开）[4] 一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器. 中国发明专利，申请号：201210405649.2. （已公开）[5] 多孔球状反应装置及操作方法. 中国发明专利，申请号：2012101155697.4，申请日：2012.04.19. （已公开）[6] 一种烟气同时脱硫脱硝综合实验装置及其操作方法. 中国发明专利，申请号：201210115569.3. （已公开）[7] 多室双管程蒸发器，中国实用新型专利，专利号：ZL 201020609305.X. （已获授权）[8] 多孔球状反应装置. 中国实用新型专利，专利号：ZL 201220167080.6. （已获授权）[9] 一种烟气同时脱硫脱硝综合实验装置. 中国实用新型专利，专利号：ZL 201220167161.6. （已获授权）[10] 一种提升管与床层耦合反应器的分布器. 中国实用新型专利，申请号：201220542989.5. （待授权）[11] 一种串联组合流化床提升管出口的分布器. 中国实用新型专利，申请号：201220543000.2. （待授权）项目获奖：[1] 组合型颗粒分布装置的颗粒分布性能与结构优化. 河北省科技进步奖三等奖（证书编号：2008JB3122-3），2009年3月.四、 市场前景（应用领域、市场分析等）本项目可广泛应用于石油、煤、无机/有机化工、制药、环保、水处理等领域，在满足高效节能、低碳环保的前提下，可为企业新技术开发、旧有装置改造提供实验测试及技术支持，进而提高企业的技术装备水平和经济效益。五、 规模与投资需求（资金需求、场地规模、人员等需求）规模与投资需求依据企业要求而不同。（1）从装备选型与性能测试角度，需要研究设计新型装备，并针对具体物料进行相关性能测试，本项目组可提供场地和人员，企业投资约为5~30万元；（2）从旧有装置改造角度，需要对装置现存问题进行分析，研究设计合理的装置结构，并对其性能进行测试，再结合后续加工、安装，本项目组可提供场地和研究设计人员，并辅助联系加工单位，企业投资约为50~300万元；从直接利用本项目相关技术成果角度，本项目组可提供研究设计人员，并辅助联系加工单位，企业需提供场地和操作人员5~10人，投资约为100~500万元。（内容字体为宋体、四号字）六、 生产设备装备性能测试设备，项目组可进行开发设计；生产设备依据各具体物料体系及加工过程特点而定，主要以流态化操作设备为主，并辅以风机、泵、测量及控制仪表等。七、 效益分析实施本项目的效益体现在如下几个方面：（1）可以提高企业的技术创新能力及装备操作水平；（2）可以提升企业的装备运行周期与生产效率，提高企业的经济效益；（3）可以降低企业的废气、废液、废渣排放水平，具备显著的环保效益。八、 合作方式（1）项目组独立承担；（2）与企业合作研发。九、 项目具体联系人及联系方式（包括电子邮箱）王德武：天津红桥区河光荣道8号北工业大学化工学院300信箱，022-60204482，13752711488，wangdewu@hebut.edu.cn；张少峰：天津红桥区河光荣道8号北工业大学化工学院300信箱，022-60204596，13132081566，shfzhang@hebut.edu.cn。