2016年第七期（总第132期）.pdf

纳米力学研究取得系列进展 近日，中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室杜江 峰院士领导的研究组在纳米力学研究上取得系列重要进 展，使用新方法在实验上产生了超强非线性效应并实现非 对称的振动传播。 科大研究人员首次提出了通过单个化学键与纳米机械 耦合产生非线性的新方法，并在实验上加以实现，其非线 性响应强度比之前报道的最高指标高出一万倍，而且可大 范围精确调节。在此基础上，研究人员首次观测到有微弱 布朗运动引起的双稳态动力学，标志着纳米力学系统首次 达到热非线性区。该工作被审稿人认为是 “使用灵巧的设 计解决了困扰该领域研究多年的核心问题（the authors introduce an ingenious alternative to resolve this outstanding problem）”，“这一突破性的工作将开创基于 同步过程的精密测量和信号调控、量子物理基本问题等研 究的新方向”。此外超强非线性的产生对开展基于纳米力 学的宏观量子效应的研究，以及实现诸如高频引力波等极 微弱力学信号的测量，都有着重要的意义。该工作发表在 《自然-通讯》（Nat. Commun. 7:11517 (2016)）上。 另一方面，研究人员在理论上构造出了一种新型的人 工晶体，其“原子”间的相互作用受外界参数含时的调 制，从而晶格的时间反演被破坏，并产生不再可逆的机械 波传输。研究人员构造出一个由九个“原子”构成的晶 体，并通过固态纳米力学芯片加以实现，由于机械波对应 于射频波段，该工作也同时首次实现可编程射频信号的非 对称传输。审稿人认为，“这个工作代表了领域内当前最 高的技术水平，是在该领域研究和应用中迈出的重要一 步”。该工作发表在《物理评论快报》（Phys.Rev.Lett. 117, 017701 (2016)）上。 基于晶体缺陷工程的低能耗低成本 有机合成技术取得重要进展 铁基高温超导材料中拓扑电子态研究取得重要进展 近日中国科学技术大学熊宇杰教授课题组基于无机固 体精准制备化学，采用晶体缺陷工程，设计了一类具有缺 陷态的氧化钨纳米结构，在广谱光照条件下展现出优异的 有氧偶联催化性能，有望实现低能耗和低成本的有机化工 技术。该工作在线发表于重要化学期刊《美国化学会志》 （J.Am.Chem.Soc. DOI:10.1021/jacs.6 b04629）。 课题组设计出了一类具有精准可控氧空位缺陷态的氧 化钨纳米结构。通常金属氧化物的金属原子具有配位饱和 的特点，无法通过化学吸附来活化氧分子。在该工作中， 氧空位缺陷的构筑克服了该缺点，促进了光生电子从氧化 物催化剂向氧分子的高效转移。另一方面，缺陷态的出现 大幅度地扩宽了光催化剂的吸光范围，使其在可见光和近 红外光区宽谱范围内俘获太阳能。这两方面的贡献实现了 太阳能的有效俘获及能量转换传递，解决了氧化物催化剂 在光催化有机合成中的瓶颈问题。熊宇杰课题组通过与江 俊教授合作，以理论模拟方法清晰地描述了氧空位缺陷态 在这两方面的贡献。国家同步辐射实验室的宋礼教授和朱 俊发教授课题组则分别利用X射线吸收精细结构谱和光电 子能谱解析了缺陷态光催化剂的精细配位结构及能带结 构，证实了理论模拟结果。基于该认识，研究人员得以通 过晶体缺陷工程来调控太阳能驱动有机有氧偶联反应的性 能，为利用太阳能替代热源驱动有机合成提供了可能性， 也对光催化材料的理性设计具有重要推动作用。  陈宇翱教授荣获2016年度陈嘉庚青年科学奖  中国科大常务副校长潘建伟当选中国科协副主席  微尺度黄宏文、李晓娜和林俊三位博士后获得第 九批博士后科学基金特别资助 近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实 验室王征飞教授与美国犹他大学刘锋教授，清华大学薛其 坤院士、马旭村研究员，中科院物理所周兴江研究员合 作，首次发现了铁基高温超导材料中的一种新型一维拓扑 边 界 态 ， 该 成 果 发 表 于 Nature Materials上 （ DOI 10.1038/nmat4686）。 超导材料与拓扑材料是近年来凝聚态物理研究的两大 热点，应运而生的拓扑超导材料兼具两者特性，其内部是 超导态，而表面或边界则是受拓扑保护的无能隙金属态。 理论物理学家曾预言，拓扑超导材料在磁场下的涡旋中心 会产生马约拉纳费米子。由于马约拉纳费米子的反粒子就 是它本身，其状态非常稳定，不易被传统的电磁或物理干 扰破坏，可以被用于定义量子计算中的量子比特，有助于 解决传统量子比特的退相干问题，提高其存活时间。量子 左图：FeSe/SrTiO3 PN结艺术渲染图；右图：FeSe/SrTiO3拓扑能隙中 计算相比经典计算的优势在于量子力学的叠加原理，可以 一维拓扑边界态的理论和实验对比图。 实现经典计算的并行处理。为了发挥量子计算的优势，硬 件上需要保证量子比特的相干性，因此拓扑超导材料在量子计算中有着重要的应用前景。然而，自然界中至今还没有发现拓 扑超导材料，如何设计寻找拓扑超导材料已成为研究人员关注的一个焦点。以往的研究思路是借助外延生长将拓扑材料放置 在超导材料上或将超导材料放置在拓扑材料上通过邻近效应实现拓扑超导体，然而由于界面质量，材料结晶温度等因素的限 制，这种复合材料对于生长工艺的要求十分苛刻。同时其形成的拓扑超导态的超导能隙较小，超导临界温度较低，这些都在 不同程度上阻碍了拓扑超导材料研究的进一步发展。 为了克服上述研究瓶颈，实现单一材料高温拓扑超导体，研究人员以FeSe/SrTiO3这种新型高温超导材料为研究对象，结 合理论计算，扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱，系统地研究了其反铁磁电子构型，并在实空间观测到自旋-轨道耦合所打 开的拓扑能隙中一种新型一维拓扑边界态的存在。该研究工作揭示了FeSe/SrTiO3中同时存在的超导与拓扑两种特性，因此通 过电子和空穴掺杂可以进一步调节超导和拓扑能隙的位置，这就为探索单一材料高温拓扑超导体和马约拉纳费米子开辟了新 的研究途径。同时该工作也有助于进一步理解FeSe/SrTiO3的高温超导机制，对于推动铁基高温超导材料的机理研究具有重要 意义。 中国科大举办第六届新兴电子材料与器件物理国际研讨会 7月9日至13日，由中国科学技术大学主办，合肥微尺度物质科学国家实验室、中科院强耦合量子材料物理重点实验室共 同承办的第六届新兴电子材料与器件物理国际研讨会在合肥召开。中国科大副校长陈初升和中科院前沿局技术科学处孔明辉 处长出席开幕式并致欢迎辞。开幕式由中国科大张振宇教授和麦吉尔大学郭鸿教授共同主持。 在研讨会上，30多位专家学者做邀请报告。会议围绕新兴电子材料设计与器件研发领域的最新理论、计算和实验进展以 及该领域的未来发展方向进行热烈讨论。来自中国、美国、加拿大、荷兰、韩国、新加坡、中国香港等国家和地区的多个著 名大学和研究机构约200多名专家学者和研究生参加了此次研讨会。在会议参展的近40份墙报中，9位青年教师和研究生获得 最佳墙报展示奖。随后两天围绕量子输运计算实践操作，专家们从基础理论背景、计算程序的实践操作以及在实际的材料体 系中的应用等多方面，给参会的青年教师和研究生作了细致全面的介绍。 该系列年会最初由麦吉尔大学郭鸿教授发起，第一至第五届分别在中国人民大学、四川师范大学、南京大学、上海大 学、中科院物理所举办。会议围绕电子材料器件和量子输运主题，从理论、计算和实验三个方面以会议报告、墙报、实践操 作和自由讨论等多种方式，全方位地交流基本理论、数值模拟和实验研究成果，促进多学科交叉和国际合作。