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量子多体系统中的拓扑序与分数化激发

物理学报 2024年第7期73卷 1-7页

作者：顾昭龙李建新南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论是传统凝聚态物理两座重要的基石,在处理BCS超导体和液氦超流体的形成机制等重要物理问题中取得了巨大成功.然而,以20世纪80年代量子霍尔效应和高温超导的发现为开端,人们逐渐认识到,对于一大类... 详细信息

朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论是传统凝聚态物理两座重要的基石,在处理BCS超导体和液氦超流体的形成机制等重要物理问题中取得了巨大成功.然而,以20世纪80年代量子霍尔效应和高温超导的发现为开端,人们逐渐认识到,对于一大类新的量子态,比如分数量子霍尔态和量子自旋液体,其性质超越了朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论.拓扑序及其所具有的长程多体量子纠缠和分数化激发成为我们理解这些奇异量子态的关键概念.在量子材料和量子模拟系统中设计并寻找具有拓扑序的物态、探测并操控其分数化激发是当代凝聚态物理重要的研究方向.近期,在里德伯原子体系、超导量子处理器和二维摩尔超晶格等具有高度可调控性的量子实验平台中,拓扑序的量子模拟和操控得到了快速发展并取得了重要成果.本文将简要论述拓扑序在传统凝聚态材料体系和量子模拟体系中最近的研究进展和挑战,并对该领域未来可能的发展方向做出展望.

关键词：拓扑序长程多体量子纠缠分数化激发

基于多维光场调控的超构表面先进成像与显示(特邀)

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光学学报 2024年第14期44卷 1-23页

作者：付博妍毕千惠郑诗雨彭于娟王漱明曹汛王振林祝世宁南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093

光学超构表面以其在亚波长尺度下精确塑造光场的能力,开辟了设计高分辨率、多功能、超紧凑光学器件的新范式。立足于多维光场的视角,全面回顾了超构表面在推进下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。结合相关智能算法,综述... 详细信息

光学超构表面以其在亚波长尺度下精确塑造光场的能力,开辟了设计高分辨率、多功能、超紧凑光学器件的新范式。立足于多维光场的视角,全面回顾了超构表面在推进下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。结合相关智能算法,综述了超构表面在多维成像、全息显示以及这些技术交叉领域的应用,探讨了其在计算成像、超分辨成像、可调谐显示技术,以及与光学微操控和量子技术协同发展方面的潜力。最后,对超构表面技术在成像与显示领域的广泛应用前景及未来研究方向进行了展望。

关键词：物理光学超构表面多维调控先进成像全息显示三维显示

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自组装生物分子软物质材料及其物理特性

物理学报 2024年第17期73卷 14-27页

作者：韩旭薛斌曹毅王炜南京大学物理学院固体微结构国家重点实验室南京210093 南京大学脑科学研究院南京210093

自组装生物分子软物质材料是以生物分子或生物分子基元为构建单元,通过自组织过程形成的一类新型软物质材料.因其组成单元的生物特性和其中弱相互作用驱动组装的特征,这类材料通常具有高度生物相容性、可逆组装、动态响应和微结构可控... 详细信息

自组装生物分子软物质材料是以生物分子或生物分子基元为构建单元,通过自组织过程形成的一类新型软物质材料.因其组成单元的生物特性和其中弱相互作用驱动组装的特征,这类材料通常具有高度生物相容性、可逆组装、动态响应和微结构可控性等优势,在生物医学、组织工程和柔性传感等领域中被广泛关注并得到了相关研发和应用.本文简要介绍自组装生物分子软物质材料的基本构建原理和物理特性,并以氨基酸、多肽分子等组装单元为例,对三类自组装生物分子软物质材料(纳米材料、凝胶材料和复合材料)的自组装分子机制、材料构建思路、力学特性和功能应用场景做了具体阐述.我们认为自组装生物分子软物质材料的研究,将从结构单元的发掘和相关特性的表征,向多功能性质定制与前端应用集成方向发展,从而研发出崭新的复合智能生物软物质材料,进一步促进其在生物医学、有机半导体和软体机器人等新兴领域中的应用.

关键词：软物质生物分子多肽组装水凝胶力学特性

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拓扑半金属表面态的输运特性

科学通报 2024年第1期69卷 68-79页

作者：郑悦陈伟南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘... 详细信息

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘体的输运研究已经广泛地开展,其中的输运信号仅由拓扑表面态贡献;而拓扑半金属中体态和表面态共存,这在给输运研究带来复杂性的同时,也预示着更为丰富的物理现象有望被发现.大多数针对拓扑半金属输运性质的研究集中于其体态,而其表面态的贡献通常被认为小到可以忽略.需要指出,通过巧妙构筑输运器件结构,表面态可以贡献很强的输运信号并导致新奇而丰富的输运性质.本文介绍了若干典型拓扑半金属体系中表面态导致的新奇输运性质,包括拓扑节线半金属中鼓面表面态导致的共振自旋翻转反射及其输运信号,外尔半金属中费米弧表面态的奇异安德烈夫反射、法布里-珀罗干涉和门电压调控的栗弗席兹相变,以及这些效应对外场的奇特响应.本文介绍的研究成果为拓扑半金属表面态的探测与调控提供了新的思路.

关键词：节线半金属外尔半金属表面态费米弧量子输运

Mo掺杂二维VS_(2)吸附有毒气体的理论研究

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物理学报 2024年第1期73卷 131-139页

作者：王雪冰唐春梅谢梓涵俞瑞严杰蒋承乐河海大学力学与工程科学学院南京210098 河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室南京210098 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京210093

NO_(2)、NH_(3)、芥子气和沙林是具有代表性的化学毒剂,它们扩散快毒性强,因此实现学术界和工业界对它们的快速检测极为重要.本文使用密度泛函理论研究发现过渡金属Mo原子可以稳定掺杂在二维VS_(2)结构中的S空位上,且掺杂结构与NO_(2)、... 详细信息

NO_(2)、NH_(3)、芥子气和沙林是具有代表性的化学毒剂,它们扩散快毒性强,因此实现学术界和工业界对它们的快速检测极为重要.本文使用密度泛函理论研究发现过渡金属Mo原子可以稳定掺杂在二维VS_(2)结构中的S空位上,且掺杂结构与NO_(2)、NH_(3)、沙林和芥子气之间具有较强的相互作用,进一步影响VS_(2)对NO_(2)、NH_(3)、沙林和芥子气的气敏性.本文通过吸附能、吸附距离、Mulliken电荷,差分电荷密度,能带图与态密度分析等进一步揭示了影响机理,并依据电导率、能带等计算结果对4种气体进行区分.因此Mo原子掺杂的VS_(2)结构可以有效吸附有毒气体,该研究可以为实验研究者提供充足的理论依据.

关键词： VS_(2) 密度泛函掺杂气敏机理

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超导能隙振荡: 到底来自配对密度波还是拆对散射?

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物理学报 2024年第15期73卷 5-7页

作者：殷嘉鑫王强华南方科技大学物理系深圳518055 南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093

早在1965年,于渌先生发表在《物理学报》的经典理论工作就指出:超导能隙在磁性杂质周围会产生微弱的周期性振荡.近十年来,一系列高分辨率的扫描隧道显微实验观测到超导体内能隙在空间中的微弱振荡行为并指认为配对密度波.据此情况,李东... 详细信息

早在1965年,于渌先生发表在《物理学报》的经典理论工作就指出:超导能隙在磁性杂质周围会产生微弱的周期性振荡.近十年来,一系列高分辨率的扫描隧道显微实验观测到超导体内能隙在空间中的微弱振荡行为并指认为配对密度波.据此情况,李东海等理论学者近期指出,在多种情况下,杂质拆对散射构成的干涉效应也会导致能隙在空间形成周期性振荡.我们讨论这两种观点的对立与统一,以及它们和实验的联系.

关键词：超导配对密度波扫描隧道显微镜

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光量子态的空域调控(特邀)

光学学报 2024年第10期44卷 151-170页

作者：刘志峰黄双印陈超任志成汪喜林王慧田南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理学院江苏南京210093 人工微结构科学与技术协同创新中心江苏南京210093

从单光子的线性空域调控出发,依次阐述单光子空域编码与转换、双光子纠缠态的制备与测量、多光子的高维空域纠缠态的制备及其在量子信息中的应用。主要围绕多自由度操控和高维量子信息转换,从制备、编码、测量和应用等方面概述空域光量... 详细信息

从单光子的线性空域调控出发,依次阐述单光子空域编码与转换、双光子纠缠态的制备与测量、多光子的高维空域纠缠态的制备及其在量子信息中的应用。主要围绕多自由度操控和高维量子信息转换,从制备、编码、测量和应用等方面概述空域光量子态的研究进展。同时探讨了一些关键问题的可能解决方案。

关键词：量子光学量子信息量子纠缠高维量子纠缠多自由度纠缠

基于合成维度拓扑外尔点的波长选择热辐射超构表面

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物理学报 2024年第11期73卷 1-10页

作者：赖镇鑫张也仲帆王强肖彦玲祝世宁刘辉南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093 东南大学物理学院南京211189

黑体辐射通常具有覆盖整个红外波长范围的宽带光谱,导致红外波段的大部分能量不能有效利用,降低了辐射效率.近年来,具有二维亚波长人工纳米结构的超构表面因其在调节光学特性方面的灵活性而得到广泛研究,这为调控热辐射提供了一个理想... 详细信息

黑体辐射通常具有覆盖整个红外波长范围的宽带光谱,导致红外波段的大部分能量不能有效利用,降低了辐射效率.近年来,具有二维亚波长人工纳米结构的超构表面因其在调节光学特性方面的灵活性而得到广泛研究,这为调控热辐射提供了一个理想的平台.在超构表面中,采用合成维度方法为热辐射的精细调控开辟了新路径,尤其突显了超越传统三维体系的物理特性和丰富的拓扑物理.相比于在三维系统中探索物理现象,研究一维或二维系统更为可行和高效.合成维度的方法通过引入系统的结构或物理参数,为操控光子系统中的内在自由度提供了可能性.本文研究了利用合成维度方法实现波长选择热辐射.首先在超晶格模型中构建合成拓扑外尔点,通过角分辨热辐射谱(ARTES)对合成外尔锥进行实验表征,在实现了合理的波长选择热辐射的同时能够尽可能地抑制其他波长的辐射,对于实际的红外应用,如热光伏和热管理装置,是必不可少的.

关键词：热辐射超表面超晶格合成维度

基于多维光场调控的超构表面先进成像与显示（特邀）

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光学学报 2024年第14期 9-31页

作者：付博妍毕千惠郑诗雨彭于娟王漱明曹汛王振林祝世宁南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室

光学超构表面以其在亚波长尺度下精确塑造光场的能力，开辟了设计高分辨率、多功能、超紧凑光学器件的新范式。立足于多维光场的视角，全面回顾了超构表面在推进下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。结合相关智能算法，综... 详细信息

光学超构表面以其在亚波长尺度下精确塑造光场的能力，开辟了设计高分辨率、多功能、超紧凑光学器件的新范式。立足于多维光场的视角，全面回顾了超构表面在推进下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。结合相关智能算法，综述了超构表面在多维成像、全息显示以及这些技术交叉领域的应用，探讨了其在计算成像、超分辨成像、可调谐显示技术，以及与光学微操控和量子技术协同发展方面的潜力。最后，对超构表面技术在成像与显示领域的广泛应用前景及未来研究方向进行了展望。

关键词：物理光学超构表面多维调控先进成像全息显示三维显示