2024-07-05
研究团队在基于电荷密度波(TaSe4)2I和TaS3一维纳米线中发现了一种新型的电驱动型量子振荡现象，即电压V随着电流倒数1/I呈现出周期性的振荡。从现象上看，这种以1/I为周期的振荡与以1/B为周期的dHvA、SdH磁驱动量子振荡有异曲同工之妙。
凝聚态物理体系中磁场驱动导致的几类量子振荡现象大都非常优美，它们的出现都与一些特定的物理机制有关。例如，在超导环的Little-Parks实验中可观测到超导转变温度（Tc）随磁场（B）的周期性振荡；在介观导体环中出现以B为振荡周期的Aharonov-Bohm和Altshuler-Aronov-Spivak振荡。上述两种量子振荡都涉及磁通量子化现象。再如，在de Haas–van Alphen (dHvA) 和 Shubnikov–de Haas (SdH)效应中，一些可观测物理量表现出以1/B为...
2024-07-05
研究团队长期致力于自主研发飞秒时间分辨非共线光参量放大瞬态荧光光谱探测技术，目前已经实现高时间分辨率（<80fs）、高光学增益（>106）、宽光谱测量带宽（>150nm）、高探测灵敏度（<15光子/脉冲）等优异技术指标，达到国际领先水准。而近期通过采用创新的锥形荧光收集和环状放大方案，极大抑制此装置中量子噪声涨落的影响，将其信噪比提高了一个量级。该团队应用此技术，针对典型光合体系内的超快激发态动力学进行了一系列研究，揭示了高等植物叶绿素a分子在溶液环境以及捕光天线LHCII中电子激发态上的振动能量转移、光合细菌反应中心的能量转移机制及电荷分离过程。
在自然界的光合系统中，由捕光天线内色素分子吸收太阳光能，并将其激发态能量传递给反应中心驱动后续的电荷分离等过程，这些通常发生在几十飞秒到几十皮秒的时间尺度。得益于时间分辨光谱技术的发展，光合体系的超快激发态动力学得到了广泛研究。近年来的最新结果表明，色素分子的振动模式与电子态之间的耦合在促进光合体系高效能量转移与电荷分离等过程中发挥着重要的作用。特别电子振动相干耦合效应，被认为是揭示光合体系中...
2024-06-04
研究团队发展出超重力离心熔炼的方法，在接近平衡状态下制备出具有成分和结构梯度的三元MgZnY高通量合金样品库，进而发展出高通量气相脱合金技术，通过集成高通量方法，成功探索出多种能够构建具有不同形态的金属间化合物Zn2Y1纳米多孔前驱体合金。这种集成的高通量方法大大简化了多孔材料的探索和开发，为探索多组元多孔合金提供了新的有效途径。
多孔材料具有高比表面积、高导电性、开放和可调的孔道结构，在催化、传感、燃料电池、驱动等领域具有广泛的应用前景。脱合金提供了一种简单而高效的方式来构建纳米多孔结构，常见的脱合金技术包括：化学/电化学脱合金、液态金属脱合金和真空气相脱合金等。以电化学脱合金为例，通过选择合适的电解液，选择性地溶解活泼的元素，剩余相对稳定的元素在表面扩散作用下自组织形成双连续多孔结构。然而这一方法仅适用于制备贵金属或易...
2024-04-15
研究团队在基于非常规金属材料NiTe2的约瑟夫森结研究中观测到边界态超流信号，并发现通过施加平行于电流方向的磁场，可以快速抑制体态超流并保留边界态超流，即磁场对超流的“过滤”效应。进一步的理论计算指出NiTe2中存在非常规的阻塞棱态，且理论预测的自旋绑定特性与实验数据相呼应，指向棱态超流的存在。
量子材料中存在的边界态，包括三维拓扑材料中的二维表面态、二维拓扑材料中的一维边缘态以及高阶拓扑材料中的一维棱态、角态等，一直以来都引人关注。最近发现的非常规阻塞（obstructed）原子材料因为拥有阻塞边界态而引起了广泛的研究兴趣，其阻塞态源于这类非常规材料的电子电荷中心与原子位置不重合。这些边界态中的电子往往具有独特的行为，如低耗散的输运、自旋动量锁定及自旋极化等。此外，探索这类边界态中诱导的超导电...
2024-04-08
研究人员利用偏振拉曼光散射技术对笼目超导体CsV3Sb5进行了系统研究，揭示了其中存在的堆垛有序-无序相变行为，这为理解该材料中多种关联电子物态之间的反常竞争行为提供了重要的结构信息。
二维笼目晶格材料体系具有独特的晶格结构以及非平庸的拓扑能带结构，如范霍夫奇点、平带以及狄拉克锥等，为研究几何阻挫、电子关联效应以及拓扑量子物态等新奇物性提供了一个全新平台。另一方面，伴随着二维材料的深入研究，人们逐渐意识到堆叠方式是调控材料物性的一个关键自由度，在对称性破缺以及多种演生现象等方面发挥着重要作用。近年来，笼目超导体CsV3Sb5引起了人们广泛的研究兴趣，呈现出一系列新颖的关联现象，如电荷...
2024-04-07
研究人员成功在3d强电子关联氧化物CaMnO3（CMO）中引入5d强SOC氧化物SIO并制备成高质量的超晶格（[In/Mn]m）样品，其中SIO与CMO的总厚度固定在24个（m×n=24）原胞层。随着周期数m的增加，体系发生了金属-非金属转变，并且转变温度随周期数m的增加而升高。通过详细的低温磁电阻分析表明，体系的金属-非金属转变源于SOC和EEC之间的反相关性。准二维特性的EEC能够影响界面处SIO层的SOC强度，并向SIO内部延伸一定的深度。
作为5d过渡金属氧化物的典型代表之一，钙钛矿结构的SrIrO3（SIO）中自旋-轨道耦合（SOC）及电子关联能（U）相当，二者的相互竞争使得SIO中存在丰富多彩的新奇量子效应，如金属-绝缘体转变，顺磁-反铁磁转变、以及Mott绝缘体-Slater绝缘体中间态。在3d - 5d氧化物异质界面上，3d体系引入的强电子-电子关联（EEC）能够调控界面附近电子的相互作用从而诱导出新奇物性。然而有关3d - 5d界面处相互作用的物理机制，目前研究的还...
2024-03-18
研究团队通过将有机长链引入三维塑晶卤化铵中，体系(CH3–(CH2)n-1)2NH2X（X表示卤素）表现出层内强氢键作用力和层间弱vdW作用力，形成二维结构，DSC测试证实其相变具有高熵变、低滞后特征。利用单晶XRD、粉末XRD、红外光谱及分子动力学模拟等手段，确定了二维体系中低压驱动的可逆庞压卡效应机制。
由磁场、电场、静水压力场、单轴应力场等外场驱动固态体系发生相变从而产生的热效应为固态卡效应（磁卡、电卡、压卡及弹卡效应），借助这些效应，能够获得清洁高效的新型制冷手段。在压卡材料中，多元醇塑晶的出现使卡效应大小实现数量级的提升，数值与商用制冷剂氟利昂持平。然而，由于其固有的紧密三维氢键结构，使相变过程中体积变化较小，对压力响应不敏感，同时两相间较大的几何不兼容性引起显著的相变滞后效应，造成低压...
2024-01-18
研究团队在基于InAs0.92Sb0.08半导体纳米线的可调门约瑟夫森结中测量到多种电荷态（单电荷、多电荷和Cooper对）来回隧穿的相干时间，以及Cooper对的宏观相干性到微观粒子相干性的转变。
相干性和隧穿效应在量子现象中扮演着重要角色。在隧穿事件中，粒子在势垒中所需的隧穿时间一直存在着争议。当涉及多粒子过程时，这个问题将变得更加复杂。当多粒子在势垒两侧来回隧穿时，其量子相干时间是值得研究的重要物理问题。约瑟夫森结为研究多粒子的隧穿过程提供了理想平台。当施加电压时，多重安德烈夫反射过程提供了多粒子相干隧穿的机制；在超导能隙边，将发生单粒子隧穿；在电压为零时，将发生Cooper对的隧穿。利用...
2024-01-10
研究团队通过极低温下的热力学测量、中子衍射实验，结合量子多体理论计算，在钴基三角晶格材料Na2BaCo(PO4)2中发现了一种新型量子物态，即自旋超固态（兼具自旋固态序和自旋超流序）的关键实验证据，并在自旋超固态相内观测到了该材料超越传统顺磁盐的巨大磁卡效应。
量子磁体中如果存在自旋阻挫效应，体系中的自旋交换相互作用将会相互竞争，导致经典基态无法满足能量最低的要求。因此，在阻挫量子磁性体系中探索新型量子物态是凝聚态物理的一个重要研究方向。此外，利用新型量子物态的丰富低能激发和相应的量子临界物态调控，有可能获得高效的固态制冷效应，相关研究正在逐步发展成为一个新兴的研究方向，研究成果有望为低温固态制冷提供新的思路和解决方案，缓解低温研究领域面临的氦气短缺...
2023-12-21
研究人员在“呼吸型”Kagome结构的范德瓦尔斯材料Nb3Cl8中明确发现了这类Mott绝缘体，可用单带Hubbard模型完美描述。
在没有相互作用或者只存在弱相互作用的体系中，能带理论能够很好地描述材料的电子结构，并据此区分金属（部分填充）和绝缘体（全空或全满）。然而，这种理解并不完整，因为多体相互作用可能导致能带理论的失效，典型案例即为Mott绝缘体。在能带理论中，半填充的能带应表现为金属态。然而，由于强电子-电子相互作用，实际上呈现为绝缘态，即Mott绝缘体。从Mott绝缘体出发，可以引发许多有趣的强关联物理现象，如高温超导、量子自...
2023-12-11
研究团队证明了二阶拓扑绝缘体Ta2Pd3Te5的边缘态具有高度稳定、可延展和易调控的Luttinger液体行为，使其不仅成为研究和调控相互作用的新拓扑体系，也为拓扑材料在低温电子学领域的潜在应用提供了出口。
从量子霍尔效应发现至今的四十余年间，拓扑体系一直是凝聚态物理研究的重点和热点之一，特别是在关联电子体系的拓扑物态方面发现了十分丰富的物理现象，如分数量子霍尔效应、拓扑莫特绝缘体、强关联陈绝缘体、量子自旋液体、拓扑超导等等。然而，目前能够对相互作用强度进行可控调节和定量研究的拓扑体系仍然较少。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心Q02/HX-Q02课题组的沈洁特聘研究员、吕力研究员、屈凡明...
2023-10-10
研究团队以UTEM为平台，基于光诱导近场电子显微学（PINEM）的方法对银纳米线周围的表面等离极化激元（SPP）近场进行了观测。通过能量过滤像和电子能量损失谱，观察到了多模式的表面等离激元共振和二次谐波的产生，并展示了激光偏振对纳米线两侧等离激元波长和对称性的调控。该工作揭示了银纳米线周围量子态的布居。
近年来，超快透射电子显微镜（UTEM）在表征物质科学领域的超快动力学过程上取得了一系列成果。由于综合了超高的时间分辨率（飞秒量级）和空间分辨率（埃量级），UTEM在研究微观超快过程有着显著的优势，受到了诸多国内外学者的关注。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心A06组的李建奇，杨槐馨研究员团队，基于JEOL-2100F场发射透射电子显微镜，成功搭建了国内第一台基于肖特基场发射电子枪的UTEM（Ultramicroscopy...
2023-09-26
激子是一类由电子-空穴对通过库仑相互作用束缚而形成的准粒子。激子不但为探索新奇的量子现象提供了基础，还在发展新一代光电器件的过程中扮演着重要的角色，因此引起了人们的广泛关注。由于在半导体或绝缘体中注入自由载流子可影响其介电背景，导致激子束缚能被屏蔽以及激子特征强度被减弱，所以，激子一般在具有低载流子浓度的半导体或绝缘体中可被观察到。当半导体或绝缘体中载流子浓度高于莫特浓度时，体系将发生绝缘体-金...
2023-06-16
研究团队在新型钽酸钾异质界面超导体中观测到面内空间二度旋转对称性的混合宇称型非常规超导电性，为进一步理解异质界面超导体中的电子运动物理规律奠定了基础。
在异质界面系统中，由于存在着异质界面间的相互耦合和界面对称破缺促使该系统中的电子电荷、自旋和轨道以及晶格自由度之间的激烈相互作用、相互影响，体系将呈现出许多丰富的不同于块体材料的新颖量子物性，特别是新颖界面超导电性。对它的研究也已经成为当前前沿凝聚态物理学的热点和重点研究方向之一，也有望从中获得新的物理线索为理解非常规超导电性产生的背后物理机制，实现可能存在的更高超导转变温度的异质界面超导体。...
2023-05-22
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...
