
2025-01-22
依托綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置,在鈷基三角晶格量子磁性材料中,發(fā)現(xiàn)了兼具固體和超流體特征的新奇量子物態(tài)—自旋超固態(tài),這是首次在固體物質(zhì)中給出超固態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
2025年1月22日上午,由中國科學(xué)院、中國工程院主辦的“兩院院士評(píng)選2024年中國/世界十大科技進(jìn)展新聞”在江蘇省南京市揭曉。“我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案”入選2024年中國十大科技進(jìn)展新聞。中國科學(xué)院物理所孫培杰、項(xiàng)俊森,中國科學(xué)院理論物理所/中國科學(xué)院大學(xué)蘇剛、李偉,以及北京航空航天大學(xué)金文濤等聯(lián)合團(tuán)隊(duì),依托綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置,在鈷基三角晶格量子磁性材料中,發(fā)現(xiàn)了兼具固體和超流體特征的新奇...
2025-04-11
研究團(tuán)隊(duì)基于多組分氣體協(xié)同刻蝕技術(shù),設(shè)計(jì)并加工出基于鈮酸鋰納米孔結(jié)構(gòu)的非線性超透鏡,實(shí)現(xiàn)了將近紅外光束頻率上轉(zhuǎn)換到紫外波段同時(shí)聚焦的功能。近期,他們發(fā)現(xiàn)了鈮酸鋰雙折射導(dǎo)致的新現(xiàn)象,即由非手性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生手性光學(xué)響應(yīng)。
近年來,鈮酸鋰單晶薄膜制備技術(shù)的突破極大地推動(dòng)了鈮酸鋰晶體在光學(xué)超表面等微納光學(xué)器件中的重要應(yīng)用。但是,鈮酸鋰晶體的高硬度和化學(xué)性質(zhì)不活潑等特性給微納加工帶來巨大挑戰(zhàn);另外,常規(guī)的光學(xué)超表面制備材料多局限于各向同性材料,而各向異性鈮酸鋰晶體的雙折射特性尚未在光學(xué)超表面領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)性探索。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心微加工實(shí)驗(yàn)室李俊杰團(tuán)隊(duì)長期聚焦于微納光子學(xué)器件加工、設(shè)計(jì)及功能...
2025-04-09
研究團(tuán)隊(duì)提出了反?;魻柦堑碾p變量數(shù)學(xué)模型,根據(jù)電導(dǎo)率及電阻率的張量轉(zhuǎn)換,首次將反?;魻柦潜磉_(dá)為縱向電阻率與反常霍爾電導(dǎo)率之積的函數(shù)。
磁性材料的反?;魻栞斶\(yùn)效應(yīng)來源于能帶內(nèi)稟貢獻(xiàn)及雜質(zhì)外稟散射,其重要參量反?;魻柦谴砜v向電流密度驅(qū)動(dòng)橫向反常霍爾電流密度的能力。大反常霍爾角在反?;魻柎艂鞲小⒆孕娮訉W(xué)磁疇翻轉(zhuǎn)等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。過去70年來,反?;魻柦情L期處于0.1~3°(0.2%~5%)的較低水平,且缺乏調(diào)控模型和實(shí)驗(yàn)方案,導(dǎo)致反?;魻栠@一重要物理效應(yīng)長期不能得到有效應(yīng)用。近年來,本征磁性拓?fù)洳牧系陌l(fā)現(xiàn)為研究自旋相關(guān)拓?fù)湮飸B(tài)和物性提供了材...
2025-04-02
研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測量與理論計(jì)算,在KV2Se2O中揭示了金屬性室溫交錯(cuò)磁體的存在,并闡明了其獨(dú)特的d波自旋–動(dòng)量鎖定特性及自旋密度波轉(zhuǎn)變。
作為一類新型磁性材料,交錯(cuò)磁體的核心特征在于零凈磁化強(qiáng)度和動(dòng)量依賴自旋劈裂的能帶結(jié)構(gòu),突破了傳統(tǒng)鐵磁體與反鐵磁體的分類框架。角分辨光電子能譜(ARPES)測量首先在半導(dǎo)體材料MnTe和MnTe2中觀測到自旋劈裂的能帶結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)上確認(rèn)了交錯(cuò)磁體的存在。相比之下,金屬性的交錯(cuò)磁體不僅為研究低能準(zhǔn)粒子激發(fā)提供了獨(dú)特的平臺(tái),同時(shí)在自旋電子學(xué)應(yīng)用方面具有巨大潛力。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心EX7組、T...
2025-03-26
研究團(tuán)隊(duì)首次合成和發(fā)現(xiàn)的BiH4高溫超導(dǎo)體,不僅刷新了分子型氫化物超導(dǎo)體的Tc紀(jì)錄,也為設(shè)計(jì)合成更多樣的氫化物高溫超導(dǎo)體提供了新思路。
近期,高壓下發(fā)現(xiàn)的系列富氫化合物高溫超導(dǎo)體刷新了超導(dǎo)材料臨界溫度(Tc)的最高紀(jì)錄,開辟了高溫超導(dǎo)研究的新方向,成為目前凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究前沿?zé)狳c(diǎn)。目前,已合成的氫化物高溫超導(dǎo)體主要分為兩大類,即以SH3為代表的共價(jià)鍵型氫化物和以LaH10為代表的氫籠型化合物(其中氫原子以共價(jià)鍵形成籠型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)),而被廣泛研究的分子型氫化物由于H2分子單元對(duì)費(fèi)米面附近態(tài)密度貢獻(xiàn)很小,尚未發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性。最近,中國科學(xué)院...
2025-02-26
鎳基超導(dǎo)體是繼銅基和鐵基之后又一個(gè)重要的高溫超導(dǎo)家族。鎳氧化物與銅氧化物具有類似的晶體結(jié)構(gòu)和電子構(gòu)型,為高溫超導(dǎo)機(jī)理研究提供了新的平臺(tái)。2023年中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)雙鎳氧層鈣鈦礦La3Ni2O7單晶在14 GPa壓力下出現(xiàn)高達(dá)80K的超導(dǎo)電性,引起了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。該材料在常壓下不具備超導(dǎo)電性,但可能存在兩個(gè)類密度波相變。研究La3Ni2O7類密度波相變?cè)趬毫ο碌难莼^程可以為理解鎳基超導(dǎo)電性的起源以及超導(dǎo)機(jī)理提供關(guān)鍵信息。
鎳基超導(dǎo)體是繼銅基和鐵基之后又一個(gè)重要的高溫超導(dǎo)家族。鎳氧化物與銅氧化物具有類似的晶體結(jié)構(gòu)和電子構(gòu)型,為高溫超導(dǎo)機(jī)理研究提供了新的平臺(tái)。2023年中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)雙鎳氧層鈣鈦礦La3Ni2O7單晶在14 GPa壓力下出現(xiàn)高達(dá)80K的超導(dǎo)電性,引起了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。該材料在常壓下不具備超導(dǎo)電性,但可能存在兩個(gè)類密度波相變。研究La3Ni2O7類密度波相變?cè)趬毫ο碌难莼^程可以為理解鎳基超導(dǎo)電性的起源以及超導(dǎo)機(jī)理提供關(guān)...
2025-01-20
隨著氦氣資源的日益短缺以及低溫制冷在空間應(yīng)用、量子技術(shù)和前沿科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用,低溫制冷技術(shù)的重要性不斷增強(qiáng)。絕熱去磁制冷技術(shù)(Adiabatic Demagnetization Refrigeration,ADR)基于材料的磁熱效應(yīng)(Magnetocaloric effect,MCE),提供了無需使用稀缺3He、4He達(dá)到亞開爾文溫區(qū)的有效解決方案。其中,材料的磁熵變(ΔSM)是驅(qū)動(dòng)ADR的關(guān)鍵因素。為使材料的磁熵變更接近理論值ΔSM=nRln(2J+1)/MW,除了選擇具有較大J值的稀土離子外,原子配位環(huán)境對(duì)磁密度、磁耦合和晶體場效應(yīng)起著關(guān)鍵作用,從而顯著影響磁基態(tài)和實(shí)際磁熵變值-ΔSM。
隨著氦氣資源的日益短缺以及低溫制冷在空間應(yīng)用、量子技術(shù)和前沿科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用,低溫制冷技術(shù)的重要性不斷增強(qiáng)。絕熱去磁制冷技術(shù)(Adiabatic Demagnetization Refrigeration,ADR)基于材料的磁熱效應(yīng)(Magnetocaloric effect,MCE),提供了無需使用稀缺3He、4He達(dá)到亞開爾文溫區(qū)的有效解決方案。其中,材料的磁熵變(ΔSM)是驅(qū)動(dòng)ADR的關(guān)鍵因素。為使材料的磁熵變更接近理論值ΔSM=nRln(2J+1)/MW,除了選擇具有較大J...
2025-01-17
二維體系中的邊緣態(tài)可以作為一種獨(dú)特的一維導(dǎo)電通道,在電子輸運(yùn)中起著重要的作用,而具有自旋極化手性邊緣態(tài)的磁性拓?fù)浣^緣體被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量子反?;魻栃?yīng)的理想候選者,在自旋電子學(xué)和量子計(jì)算領(lǐng)域有重要應(yīng)用。然而,對(duì)自旋極化邊緣態(tài)的直接觀測研究仍然較為稀少,主要原因在于具有自旋極化邊緣態(tài)的理想二維體系仍然較為缺乏。二維過渡金屬鹵化物大多具有本征帶隙和磁性,利用體邊對(duì)應(yīng)的方法裁剪二維過渡金屬鹵化物材料,有可能構(gòu)建穩(wěn)定的自旋極化邊緣態(tài)。
二維體系中的邊緣態(tài)可以作為一種獨(dú)特的一維導(dǎo)電通道,在電子輸運(yùn)中起著重要的作用,而具有自旋極化手性邊緣態(tài)的磁性拓?fù)浣^緣體被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量子反?;魻栃?yīng)的理想候選者,在自旋電子學(xué)和量子計(jì)算領(lǐng)域有重要應(yīng)用。然而,對(duì)自旋極化邊緣態(tài)的直接觀測研究仍然較為稀少,主要原因在于具有自旋極化邊緣態(tài)的理想二維體系仍然較為缺乏。二維過渡金屬鹵化物大多具有本征帶隙和磁性,利用體邊對(duì)應(yīng)的方法裁剪二維過渡金屬鹵化物材料,有...
2024-12-25
研究團(tuán)隊(duì)綜合考慮固體多通腔和固體薄片組的各自優(yōu)勢(shì),提出超倍頻程光譜再展寬和少周期飛秒脈沖再壓縮的新路徑。首次以全固態(tài)技術(shù)路線高效率實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度壓縮26倍(180fs - 6.9fs),峰值功率提升11倍(1.1GW - 12.5GW)的高重頻少周期脈沖再壓縮,4小時(shí)功率穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%,其中第一級(jí)功率穩(wěn)定性優(yōu)于0.04%。該工作的峰值功率和壓縮脈寬在全固態(tài)方法中均位于國際較高水平,展寬優(yōu)化后的光譜范圍超過1.5個(gè)倍頻程(500nm – 1420nm),支持小于0.8個(gè)光學(xué)周期(2.7fs)的傅里葉變換極限脈沖。
少周期飛秒激光不僅是產(chǎn)生高次諧波和孤立阿秒光脈沖的主力光源,同時(shí)也廣泛應(yīng)用于各類超快泵浦-探測實(shí)驗(yàn)和瞬態(tài)吸收譜學(xué)。傳統(tǒng)的少周期飛秒脈沖普遍基于1kHz重復(fù)頻率的飛秒激光放大器系統(tǒng)。如能進(jìn)一步提高重復(fù)頻率(≥50kHz),不僅能將極紫外阿秒光脈沖的光子通量提高兩個(gè)數(shù)量級(jí),還將極大優(yōu)化非平衡態(tài)超快物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)探測過程中的信噪比。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心原子尺度阿秒超快動(dòng)力學(xué)青年團(tuán)隊(duì)長期...
2024-12-12
研究團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)高度有序的(CH3NH3)4InCl7單晶中,觀測到了類玻色子峰現(xiàn)象。單晶衍射、電荷密度分析和變溫拉曼測試等數(shù)據(jù)均表明,(CH3NH3)4InCl7材料的晶體結(jié)構(gòu)(空間群為Pn)高度有序?;诮Y(jié)構(gòu)分析、電極化測量以及DFT計(jì)算,研究團(tuán)隊(duì)提出,這些未成鍵Cl離子在7K仍具有極低的無規(guī)移動(dòng)能量勢(shì)壘(小于kT),即使小的無規(guī)移動(dòng)(~0.1埃)也可引發(fā)偶極子可觀的隨機(jī)變化,導(dǎo)致了晶體內(nèi)的偶極無序,因此(CH3NH3)4InCl7可以被視為一種不存在結(jié)構(gòu)無序的偶極玻璃。
晶體內(nèi)原子的振動(dòng)行為可以描述為一系列格波,這些格波的能量可以被量子化為聲子。在低頻區(qū)域,晶體的格波行為可近似視為連續(xù)介質(zhì)的彈性波,遵循經(jīng)典的德拜模型。然而,對(duì)于非晶態(tài)物質(zhì)(即結(jié)構(gòu)玻璃),其低頻振動(dòng)總是偏離德拜模型,并出現(xiàn)態(tài)密度過剩的現(xiàn)象。這種反常特征被稱為玻色子峰(Boson peak),通常被視為非晶材料的標(biāo)志性特征之一。除了結(jié)構(gòu)玻璃外,當(dāng)某種序參量(如磁矩或晶格應(yīng)變)呈現(xiàn)無序狀態(tài)時(shí),晶體中同樣會(huì)出現(xiàn)...
2024-11-11
研究團(tuán)隊(duì)利用拓?fù)洳牧蟃a2Pd3Te5的邊緣態(tài)和超導(dǎo)電極構(gòu)建一種新型的約瑟夫森二極管。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Ta2Pd3Te5邊緣干涉器具有干涉約瑟夫森二極管效應(yīng),并具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):1)在非常小的磁場下就能實(shí)現(xiàn)較高的約瑟夫森二極管效率;2)其功率極?。ㄆね呒?jí));3)其效率在微波輻照下,隨功率的衰減比較慢,因此可在高頻下使用。該團(tuán)隊(duì)還證實(shí)該約瑟夫森二極管的產(chǎn)生機(jī)制:1)需外加磁場;2)需要兩個(gè)邊緣態(tài)約瑟夫森結(jié)的超流不一致;3)約瑟夫森結(jié)中的超流-相位關(guān)系需要有高階諧振項(xiàng)。
半導(dǎo)體二極管因其非互易電荷輸運(yùn)性質(zhì)(即單向?qū)ㄐ再|(zhì))成為了現(xiàn)代電子學(xué)中的重要組成部分。超導(dǎo)體中也存在著類似的半導(dǎo)體二極管現(xiàn)象,稱為超導(dǎo)二極管效應(yīng)。其特征是一個(gè)方向的超導(dǎo)臨界電流與相反方向的不同,因此可以表現(xiàn)出超導(dǎo)整流效應(yīng),其較大的優(yōu)勢(shì)就是近零(或極低)的功耗。自Nb/V/Ta超晶格超導(dǎo)體中觀察到超導(dǎo)二極管效應(yīng)以來,因該效應(yīng)的器件不僅可以作為低溫電子電路的基本元件,具有巨大的應(yīng)用潛力,還能反應(yīng)最基本的物...
2024-10-02
在鎳基高溫超導(dǎo)體的研究中取得重要進(jìn)展:通過采用離子半徑較小的Pr部分替代La,成功抑制了La3Ni2O7中其他R-P相的交織共生和內(nèi)頂角氧空位等問題,制備了純度顯著提高的La2PrNi2O7多晶樣品,并在該樣品中同時(shí)提供了高壓下實(shí)現(xiàn)塊體高溫超導(dǎo)的兩個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù),即零電阻(Tconset?= 82.5K,?Tczero?= 60K)和完全抗磁性(超導(dǎo)屏蔽體積分?jǐn)?shù)達(dá)到97%),同時(shí)利用多種實(shí)驗(yàn)手段揭示了微觀結(jié)構(gòu)無序?qū)a3Ni2O7中高溫超導(dǎo)電性的不利影響。
Ruddlesden-Popper (R-P)系列的Lan+1NinO3n+1?(n?= 1, 2, 3, ...,∞)鎳氧化物由n層LaNiO3鈣鈦礦層與LaO巖鹽層沿c軸交替堆疊而成,可形成單層La2NiO4?(n?= 1)、雙層La3Ni2O7?(n?= 2)、三層La4Ni3O10?(n?= 3)以及無窮層LaNiO3?(n?=∞ )等結(jié)構(gòu)相近的化合物。隨著n增加,Ni的價(jià)態(tài)逐漸升高,對(duì)應(yīng)Ni-3d軌道的電子填充也逐漸改變。近期,中山大學(xué)王猛團(tuán)隊(duì)與合作者發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7單晶在約14GPa高壓下可以出現(xiàn)Tc≈80K的高溫超導(dǎo)...
2024-08-29
借助綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置(SECUF)的獨(dú)特實(shí)驗(yàn)技術(shù),成功克服CsCr3Sb5單晶樣品極薄、易碎、且產(chǎn)量少等特點(diǎn),并率先在壓力驅(qū)動(dòng)的磁性量子臨界點(diǎn)附近觀察到非常規(guī)超導(dǎo)電性,助力了新型籠目鉻基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。
具有籠目晶格的量子材料因其能帶結(jié)構(gòu)中包含平帶、狄拉克點(diǎn)、范霍夫奇點(diǎn)等特征而備受關(guān)注。近期,人們?cè)趯?shí)驗(yàn)上合成了釩基籠目金屬體系A(chǔ)V3Sb5(A?= K、Rb、Cs)并觀察到超導(dǎo)電性、手性電荷序、配對(duì)密度波、反常霍爾效應(yīng)等豐富物理現(xiàn)象,吸引了大量研究并成為當(dāng)前凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。在探索與AV3Sb5同結(jié)構(gòu)的籠目結(jié)構(gòu)量子材料過程中,浙江大學(xué)曹光旱團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn),率先制備出新型鉻基籠目結(jié)構(gòu)CsCr3Sb5單晶,通過詳細(xì)測...
2024-08-28
利用自己搭建的器件加工互聯(lián)系統(tǒng),在控制好氬氣刻蝕參數(shù)的情況下,構(gòu)筑了高質(zhì)量的具有原子層界面和彈道輸運(yùn)的量子器件,解決了復(fù)合量子器件中一直存在的高質(zhì)量界面和微加工工藝不兼容問題,從而嘗試突破拓?fù)淞孔颖忍厮枰母哔|(zhì)量和復(fù)雜器件兼具的瓶頸;同時(shí),該方法還有效調(diào)節(jié)超導(dǎo)體與半導(dǎo)體納米線之間的能帶彎曲情況,并調(diào)節(jié)兩者之間的耦合程度,獲得大誘導(dǎo)超導(dǎo)能隙、非局域的交叉安德略夫反射等有利于構(gòu)建拓?fù)淞孔颖忍氐囊亍?
金屬-半導(dǎo)體的異質(zhì)界面對(duì)現(xiàn)代電子器件的性能起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)半導(dǎo)體和金屬接觸時(shí),界面處的能帶彎曲情況極大地影響了接觸(電阻)的性質(zhì);它的細(xì)節(jié),比如歐姆接觸還是具有肖特基勢(shì)壘,導(dǎo)致不同的電荷密度和電場分布,控制了整個(gè)器件的電學(xué)性質(zhì)和對(duì)外界調(diào)控的響應(yīng)。一個(gè)特殊類型是超導(dǎo)體(如鋁、鉛)和具有強(qiáng)自旋軌道耦合的半導(dǎo)體納米線(如InSb、InAs納米線)的復(fù)合器件,因?yàn)樗锌赡軐?shí)現(xiàn)馬約拉納零能模和拓?fù)淞孔佑?jì)算。...
2024-07-19
文章提出混合式回?zé)嵝略砗屠酶邿釋?dǎo)固體代替流體進(jìn)行回?zé)岬睦砟?,并成功設(shè)計(jì)出一種基于混合式回?zé)岬娜虘B(tài)磁制冷器件。相比于傳統(tǒng)磁制冷器件,(1)該器件運(yùn)行過程中,穩(wěn)定的溫度梯度同時(shí)建立在磁熱材料和用于傳輸熱量的物質(zhì)上,有效提高了回?zé)嵝?;?)利用高熱導(dǎo)固體(HTCM)取代流體構(gòu)建回?zé)嵫h(huán),打破了流體對(duì)工作頻率的限制。
自上世紀(jì)以來,蒸汽壓縮制冷技術(shù)在家庭、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而,蒸汽壓縮制冷普遍能效比低,同時(shí)大量排放高全球變暖潛值的制冷劑對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不可逆轉(zhuǎn)的影響。隨著全球能源緊張和環(huán)境問題的日益加劇,具有環(huán)境友好、高能效比的磁制冷技術(shù)成為重要發(fā)展方向。然而,傳統(tǒng)磁制冷器件主要采用被動(dòng)式或主動(dòng)式回?zé)?,制冷性能無法滿足預(yù)期。原因包括:(1)對(duì)于被動(dòng)式/主動(dòng)式回?zé)崮J?,穩(wěn)定的溫度梯度僅建立在用于傳輸...