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2023年7月27日，Nature杂志邀请中国科学院物理研究所陈辉副研究员和高鸿钧研究员撰写文章，对目前受到广泛关注的超导中的配对密度波研究进行评述，文章题为“Widespread pair density waves spark superconductor search（广泛关注的配对密度波引发超导研究热潮）”，该文于2023年7月27日发表在Nature 的《新闻-观点》（News & Vi...
二维笼目（kagome）晶格体系材料由于其独特的晶体构型和拥有平带、范霍夫奇点和狄拉克锥等特殊的电子结构，为研究超导、电子关联以及拓扑及其相互作用提供了一个理想的平台。其中笼目超导体AV3Sb5 (A=K, Rb和Cs)因其新颖的电荷密度波序、向列相序以及展现出的反常霍尔效应和可能的非常规超导电性等，尤其激发了人们在笼目体系中寻找新奇物性的广泛兴趣。探索具有类似笼目结构的新材料和对其特征电子结构的...
中国科学院物理研究所永磁薄膜材料中拓扑增强的室温大反常能斯特效应（图）
永磁薄膜材料 拓扑 热电器件
2023/8/15
反常能斯特效应（anomalous Nernst effect，ANE）是一种横向的热电效应，即铁磁材料在受温度梯度影响时产生的一种与温度梯度方向和自发磁化方向相垂直的电势差。反常能斯特效应克服了正常能斯特效应需要在强磁场下才能实现的缺点，并且所产生热电压方向与热流方向相互垂直。因此，基于此效应制作的热电模块具有良好的延展性与方向性，在热电器件应用方面具有独特的优势（图1a，图1b）。 但是，如何...
拓扑量子计算可以有效抵抗杂质、相互作用等的扰动，从而解决量子退相干与纠错的问题，实现容错量子计算，因此引起学界广泛关注。其中，本征拓扑超导材料的超导态具有非常规的超导能隙结构，在晶体材料的自然边界即可产生马约拉纳零能模式，是实现拓扑量子计算的主要方案之一。相比于其他方案，从原理上可以回避诸如两种材料的晶格不匹配对拓扑保护的影响，和磁场/磁性杂质引入的其它低能态等问题，是目前凝聚态物理研究的前沿方向...
中国科学院物理研究所利用磁场实现材料热膨胀大小与符号的调控（图）
材料热膨胀 磁场 原子 器件
2023/8/15
众所周知，“热胀冷缩”是自然界的一种普遍现象。本质上，材料的热膨胀性质与原子的受热振动密切相关。由于各组成材料热膨胀系数的不匹配，可导致相应器件的性能恶化甚至失效。因此，如何调控材料热膨胀性质是基础研究与实际应用普遍关注的科学问题。目前对于热膨胀性质的调控主要集中在元素掺杂、尺寸效应或缺陷化学等方面，鲜有利用外磁场进行热膨胀调控的研究。
中国科学院物理研究所二维半导体中本征极化子的原子级操纵（图）
二维半导体 绝缘体 催化
2023/6/28
极化子是半导体或绝缘体中的一种基本物理现象，是由材料体内的额外电荷（电子或空穴）在电声耦合作用下被束缚在局域晶格畸变处而构成的复合准粒子，对材料的输运特性、表面催化、磁性甚至超导性表现出极其重要的影响。在原子尺度下对极化子的表征和操纵有助于了解极化子的基本物理机制，乃至材料的基本物理特性。然而自极化子概念提出以来，已发现具有极化子的材料体系中，额外电荷往往来自于晶格缺陷，如空位、掺杂或吸附原子等，...
中国科学院物理研究所在单层氮化铜中实现二维棋盘晶格（图）
单层氮化铜 二维棋盘晶格 线图晶格 耦合
2023/6/28
具有非平庸晶格结构的二维材料中存在丰富的物理特性，这些特性由于受到对称性的保护而非常稳定。例如，以石墨烯和硅烯为代表的蜂窝晶格在布里渊区的K点存在线性色散的狄拉克锥。另一方面，在二维线图晶格中（包括笼目和棋盘晶格），对称约束导致布洛赫波的干涉相消，从而导致实空间中波函数的局域化或动量空间中的拓扑平带，导致出现多种强关联物理效应，包括分数量子霍尔效应、非常规超导和维格纳结晶化等。线图晶格中丰富的物理...
中国科学院物理研究所超导量子计算机模拟黑洞霍金辐射和弯曲时空（图）
超导量子计算机 黑洞霍金辐射 弯曲时空
2023/6/28
黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一类特殊天体。它产生的引力场是如此之强，以至于连光都无法从其表面逃逸出去。2023年来，人们借由间接方式，比如物体被吸入黑洞前所放出的射线及周边恒星及星际云气绕行轨迹等手段，确认了宇宙中黑洞的广泛存在。黑洞并合会产生引力波，LIGO、Virgo这样的大型设施已经观测到很多黑洞并合引力波事件。另外霍金指出，在考虑量子效应后，由于真空的量子涨落，黑洞还会产生量子辐射[...
中国科学院物理研究所借助高通量方法获取具有类金刚石耐磨性能的非晶合金（图）
高通量 金刚石耐磨性能 非晶合金
2023/6/28
类金刚石材料因超高的硬度和自润滑能力而展现出极佳的摩擦磨损性能。然而，受湿度、温度、气氛等环境因素和尺寸的限制，类金刚石材料的应用局限于涂层和复合材料的填充剂。相比类金刚材料，金属的应用更加广泛。但金属的硬度往往较低，缺乏自润滑能力，大部分金属材料的摩擦磨损性能远远逊色于类金刚石材料。在金属材料中获得金刚石般的摩擦磨损行性能将极大地拓宽耐磨材料的选择范围。
中国科学院物理研究所解析金属钠和金属锂空气稳定性差异的本质（图）
解析金属钠 金属锂 气体电池
2023/6/28
金属锂、金属钠等活性碱金属因具有较高比容量在高能量密度电池领域具有广阔的应用前景。实现金属锂/钠大规模可持续制造、运输和储存的关键在于其空气稳定性。然而，一个有趣且常见的现象是金属锂在干燥空气中稳定，而金属钠不稳定，对此现象的通常解释是钠比锂更容易失去电子。但是，具体的化学钝化机制尚不清楚；对该现象的理解有助于对初始电极固体电解质界面(SEI)、金属-气体电池中的气体交叉反应等复杂效应的正确解释，...
中国科学院物理研究所超高密度自支撑纳米岛阵列的实现（图）
纳米岛阵列 磁存储容量 耦合磁性颗粒
2023/6/28
磁存储单元是用于记录海量数据的磁介质中的最小单元，也是当今较为可靠的高密度非易失性数据存储方式之一。为了进一步提高磁存储容量，必须在保证磁性纳米畴稳定和可读取的同时，尽可能的降低基本单元的尺寸。然而，磁性材料中的超顺磁效应限制了最小铁磁畴的大小。目前，研究人员普遍采用直写电子束光刻技术将高耦合磁性颗粒组成的连续磁性薄膜图像化成离散的单纳米结构，并局部调控异质结构的磁性，进一步开发纳米尺度的数据存储...
在全球变暖和能源危机的大背景下，随着新能源技术的快速发展，人们对高性能、低成本储能技术的需求不断扩张。锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命等优异综合性能，广泛应用于消费电子产品、电动汽车及储能等应用领域。为应对不断提高的产能需求和日益紧缺的原材料资源，高比容量、高稳定性、低成本电极材料开发是目前锂离子电池技术研发的重要环节。2014年，Ceder等人基于渗流理论首次报道了无序岩盐氧化物材料（L...
过渡金属钙钛矿氧化物表现出丰富的物理性质，为凝聚态物理和材料科学的研究提供了一个广阔的舞台。简单钙钛矿具有ABO3构型，若将B位放入两种金属离子，则会衍生出B位有序钙钛矿A2BB'O6。在后者中，两种过渡金属离子间将产生B-B/B'-B'/B-B'等多重磁关联，他们间的竞争将诱发丰富磁电性能。如果同时将高、低轨道d电子的过渡金属元素填入B位，例如3d(B)-5d(B')的组合，由于同时具有强关联效...
中国科学院物理研究所量子计算线路模拟临界量子相变取得进展（图）
量子计算 线路模拟 量子相变 拓扑
2023/6/28
量子模拟提供了一种研究多体物理的有效途径，有望解决经典计算机可能难以处理的多体问题。通过操控人工可控量子系统，如超导量子比特，可以实现对一大类哈密顿量的模拟与测控。而Aubry-André-Harper（AAH）模型作为一种用于研究局域化和拓扑态的理论基础，2023年来引起实验与理论层面的广泛兴趣。一类由AAH模型演变而来的推广AAH（GAAH）模型，其哈密顿量同时包含对角(on-site)与非对...
手性被认为是自然界的基本属性，在物理化学和生命科学领域中占据重要地位。法国化学家巴斯顿曾说宇宙是非对称的，生命由非对称作用主宰，如“自然界中的氨基酸几乎都是左撇子，自然界中的糖类基本都是右撇子”。手性分子的对映异构体往往呈现出不同的物理和化学特性，例如，不同手性的药物分子导致不同的生理反应。由于手性对映异构体能量简并，如何将具有特殊物理化学特性的单一手性对映异构体进行分离并凝聚放大成为目前化学合成...