物理前沿

用一維聲子晶體探測(cè)三維外爾物理

武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院邱春印教授、劉正猷教授等在合成空間中首次實(shí)現(xiàn)拓?fù)渎晫W(xué)，揭示了利用易于實(shí)現(xiàn)和檢測(cè)的低維聲學(xué)系統(tǒng)探測(cè)高維拓?fù)洮F(xiàn)象的可能性。研究成果發(fā)表于Physics Review Letters。外爾(Weyl)半金屬是一種三維固體材料，具有許多獨(dú)特的特性，如手性異常和拓?fù)滟M(fèi)米弧表面態(tài)等。文章利用簡(jiǎn)單的一維聲子晶體外加兩個(gè)額外的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)造、合成了虛擬的三維空間以及外爾點(diǎn)，探索外爾材料中的物理現(xiàn)象。基于精確的超聲實(shí)驗(yàn)，直接觀(guān)察到了合成空間中的外爾點(diǎn)，驗(yàn)證了與合成外爾點(diǎn)拓?fù)浞€(wěn)定性相關(guān)的反射相位奇異性，進(jìn)而檢測(cè)了該合成體系中的拓?fù)浞瞧接菇缑鎽B(tài)及其傳輸特性。

利用一維聲子晶體和兩個(gè)額外的幾何參數(shù)構(gòu)建虛擬的三維空間，實(shí)現(xiàn)合成的外爾點(diǎn)（圖片來(lái)源于武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院網(wǎng)站）

實(shí)驗(yàn)探測(cè)合成外爾點(diǎn)（圖片來(lái)源于武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院網(wǎng)站）

基于外爾半金屬TaIrTe4的原型器件的拓?fù)涮匦缘墓怆娞綔y(cè)性能的研究進(jìn)展

北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料中心的孫棟研究團(tuán)隊(duì)與合作者探究了外爾半金屬拓?fù)涮匦詫?duì)其非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)的影響，并通過(guò)引入拓?fù)湫?yīng)實(shí)現(xiàn)了基于半金屬的光電探測(cè)器的響應(yīng)度在中紅外波段的巨大提升。研究論文發(fā)表于Nature Materials。該工作主要利用的拓?fù)湫?yīng)是外爾半金屬的外爾點(diǎn)附近具有發(fā)散的貝里曲率，使得跟貝里場(chǎng)相關(guān)的位移電流響應(yīng)在外爾點(diǎn)附近受到明顯的增強(qiáng)；而能量越低的光子造成的躍遷會(huì)越接近外爾點(diǎn)，受到增強(qiáng)的效果也就越明顯。將該拓?fù)湫?yīng)與光探測(cè)性能相結(jié)合，得以使基于拓?fù)浒虢饘俚脑凸怆娞綔y(cè)器的響應(yīng)度在中紅外波段得到3個(gè)量級(jí)的增強(qiáng)，從而打破了過(guò)去半金屬光電探測(cè)的主要技術(shù)瓶頸。

二硫化鉬中晶界在催化析氫中的重要作用

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心納米物理與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張廣宇研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)江穎教授及南開(kāi)大學(xué)張立新教授課題組合作，發(fā)展了一種全新的激活和優(yōu)化二硫化鉬基面催化活性的方法。研究論文發(fā)表于Nature Communications。論文以大面積、高質(zhì)量的單層二硫化鉬為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，結(jié)合前期發(fā)展的表面誘導(dǎo)相變技術(shù)，研究了一系列具有不同晶疇和相疇密度的樣品的析氫催化活性。通過(guò)對(duì)基面不同區(qū)域的電催化局域測(cè)量，他們發(fā)現(xiàn)2H-2H疇區(qū)邊界和2H-1T相邊界都可作為基面上有效的催化活性位點(diǎn)；且相較之下，2H-1T相邊界比2H-2H疇區(qū)邊界更具催化活性。

納米孔的離子選擇性增強(qiáng)傳輸

中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心科學(xué)家將氧化石墨烯膜制備技術(shù)與核孔膜技術(shù)相結(jié)合，制備出氧化石墨烯膜/聚合物復(fù)合納米孔結(jié)構(gòu)，用以開(kāi)展復(fù)合結(jié)構(gòu)中的離子傳輸特性研究。研究論文發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。文章利用蘭州重離子加速器提供的高能重離子對(duì)PET聚合物進(jìn)行輻照，再結(jié)合非對(duì)稱(chēng)化學(xué)蝕刻得到PET錐形納米孔，然后利用旋涂法在PET納米孔上制得氧化石墨烯薄膜（GOM），形成GOM/PET復(fù)合結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯膜與核孔膜相結(jié)合，在提高陽(yáng)離子通量的同時(shí)，抑制了陰離子的傳輸，使得體系的離子整流系數(shù)從4.6增加到238.0，實(shí)現(xiàn)了溶液中陽(yáng)離子的選擇性增強(qiáng)傳輸。

高溫高強(qiáng)非晶合金材料新體系

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心柳延輝、汪衛(wèi)華研究組和美國(guó)耶魯大學(xué)、約翰霍普金斯大學(xué)、日本東北大學(xué)等合作，用材料基因工程方法發(fā)現(xiàn)高溫非晶合金。研究論文發(fā)表于Nature。采用材料基因工程理念開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的高通量實(shí)驗(yàn)方法，在高性能非晶合金的成分設(shè)計(jì)和探索中取得突破，實(shí)現(xiàn)了非晶合金的快速篩選，研制出高溫高強(qiáng)非晶合金材料新體系。高通量實(shí)驗(yàn)方法在非晶合金領(lǐng)域創(chuàng)造性的應(yīng)用，有望突破成分多樣性和復(fù)雜性造成的非晶合金材料探索所遇到的瓶頸，解決非晶合金的形成能力問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)非晶合金新材料的高效探索，獲得更多高性能非晶合金材料，拓寬非晶合金的應(yīng)用范圍。

Ir-Ni-Ta-(B)高溫非晶合金的設(shè)計(jì)以及高通量實(shí)驗(yàn)方法。該方法一次可實(shí)現(xiàn)1000個(gè)成分點(diǎn)以上的快速制備和表征，比傳統(tǒng)非晶合金探索方法效率高1000倍以上（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站）

Ir-Ni-Ta-(B)高溫非晶合金具有低膨脹系數(shù)、抗氧化、耐腐蝕的特點(diǎn)，并且能通過(guò)超塑性成型工藝進(jìn)行高精密加工（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站）

量子糾纏光源研究進(jìn)展

中山大學(xué)物理學(xué)院王雪華教授團(tuán)隊(duì)與奧地利林茨大學(xué)Armando Rastelli教授等合作者，研制出綜合性能俱佳的“三高”量子糾纏光子對(duì)源。研究成果發(fā)表于Nature Nanotechnology。量子光源是量子信息和量子光電集成芯片不可或缺的量子器件。量子點(diǎn)（或其他輻射子）的量子光源可以根據(jù)需要由外部電脈沖或光脈沖觸發(fā)來(lái)產(chǎn)生確定性的單光子或糾纏光子對(duì)。科學(xué)家基于量子光輻射控制理論，提出一種能克服光子側(cè)向和背向泄露且能極大提高光子前向出射的新型微納“射燈”結(jié)構(gòu)，其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過(guò)90%、最高可達(dá)95%。三大核心微納制備技術(shù)保障了該“射燈”結(jié)構(gòu)量子光源的實(shí)驗(yàn)制備。

微環(huán)境濕度調(diào)節(jié)新策略“濕泵”

上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所王如竹教授團(tuán)隊(duì)提出了一種適用于小空間濕度控制的全固態(tài)“濕泵”，實(shí)現(xiàn)了固體制冷和吸附除濕技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。研究論文發(fā)表于Joule。論文中提出的“濕泵”可以將空氣中的水分從低濕度空間搬運(yùn)至高濕度空間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的主動(dòng)控制。通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)級(jí)的動(dòng)態(tài)計(jì)算模型，使用商用熱電模塊和硅膠除濕劑搭建了概念驗(yàn)證樣機(jī)。通過(guò)特殊的涂層工藝和緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低固態(tài)系統(tǒng)的接觸熱阻與傳質(zhì)阻力。典型工況下的測(cè)試結(jié)果優(yōu)于其他已報(bào)道的小型除濕系統(tǒng)。此外，該除濕裝置可以有效避免傳統(tǒng)技術(shù)中制冷劑、冷凝水、溶液等產(chǎn)生的副作用。

超導(dǎo)量子計(jì)算在強(qiáng)關(guān)聯(lián)糾纏體系的量子隨機(jī)行走實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波和彭承志等組成的超導(dǎo)量子實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院物理研究所范桁等理論小組，將超導(dǎo)量子比特應(yīng)用到量子隨機(jī)行走的研究中，研究成果對(duì)未來(lái)多體物理現(xiàn)象的模擬及利用量子隨機(jī)行走進(jìn)行通用量子計(jì)算研究將產(chǎn)生重要影響。相關(guān)論文發(fā)表于Science。量子計(jì)算的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)不斷受到各國(guó)政府的高度關(guān)注，也得到了包括Google、IBM、Intel、華為、騰訊、阿里巴巴等在內(nèi)的各大型公司的直接投入。超導(dǎo)量子計(jì)算作為固態(tài)量子計(jì)算方案，其內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)就在于其工藝上就具有良好的可擴(kuò)展性。然而在不斷集成更多的量子比特的同時(shí)，如何保證所有量子比特的質(zhì)量是目前最大的挑戰(zhàn)。