量子材料的本科生

2021-02-16 量子材料QuantumMaterials

致 學 生

 

君若青春亦有詩

君懷天地莫誰知

君辭歲月推杯盞

君慕年華趁早時

 

 

1. 引子

 

作為材料計算與模擬領域一平常之輩,筆者很清楚自己的物理基礎多有不足、積累更是單薄。提筆撰陋文、幾句荒唐言而已,乃是不自量力作祟。在此班門弄斧,不到之處還請讀者多加海涵與批評。

 

十餘年前,筆者跟隨老師學習經典自旋體系的相變理論與磁化動力學模擬。主要是使用蒙特卡羅(Monte Carlo)方法,去模擬一些經典自旋體系,為相關實驗提供理論解釋或預測。畢業單飛之後,也一直繼續得到老師指導,與諸多同行合作做一些工作,賺一份生活。與此同時,也指導一些大學本科學生用蒙特卡羅和微磁學模擬方法做一些磁性相變和磁結構動力學的研究。我們關注的對象並不是嚴格意義上的量子材料,且成績微薄、不值一提,最多也就只能算量子材料大學裡的本科生吧。

 

既然研究的對象屬於本科水準,那就交給本科生去做最合適不過了。理由有若干:

 

(1)   筆者之前所在課題組,在培養本科生從事科研方面做過一些努力,積累了若干還不錯的經驗和做法,可見前人所撰寫的博文( http://blog.sciencenet.cn/blog-915-6634.html )。那些所謂心得體會與經驗,當作為一面之詞,供有心人借鑑參考。這些經驗默化潛移於我輩,亦有發揚光大之責任。

(2)    筆者所在的華南師範大學,按照世俗之評,只是一所一般的211 大學。但其本科生素質卻不低,且確實有少部分孩子成績優秀、踏實肯幹、追求高遠。他們耐得住寂寞,吃得了辛苦。。。。。。(此處省略額外的褒義詞或中性詞三千字)。最關鍵的是,他們幾乎所有人都已成年,不會引發使用童工這樣敏感的職業道德問題。

(3)    通過近幾年的努力,筆者在物理學專業學生中積攢了不錯的人品記錄,雖然也偶有失敗的教訓。特別是過去幾年,與幾屆拔尖的本科生合作默契,取得了一定的成績。

 

本文以記流水帳的形式,向讀者簡要呈現相關的合作研究進程,以顯擺一下我們這裡的幾位本科生代表,也為大學教學培養方式的改革提供一方低端模板,更期待能有益於提升未來學生挑戰科研的興趣和決心。在華師這種研究生資源相對匱乏之地,這些本科生代表的加入,也為筆者心安理得地周旋於大學少年英才提供心理上的理論依據與支撐。

 

 

2. 初試啼聲

 

大約是2012 年前後,筆者與兩位2009 級本科學生合作開展過磁性阻挫體系的臺階磁化行為研究。那時,剛畢業不久的我更多像是他們的哥們,而不是指導老師。因此,他們多直接稱呼我為「你」而不是「您」,頗有親切之感。目前來看,那時候合作出來的工作比較簡單明了,但也從定性角度解釋了一些奇怪的體系如四硼化物的阻挫磁化行為,得到了同行一定的認可:那時候發表的文章形貌簡陋、內容簡單,卻獲得了可觀引用,作者也收到不少高層次期刊的相關論文評審邀請。更重要的是,這些初步成績,給了筆者很大的信心,「威逼利誘」本科生的方法與經驗也日積月累到如今得心應手之地步,從而為後續的相對精彩的故事奠定了方法和實踐的基礎。

 

2015 年5 月初,筆者自休斯頓大學德州超導中心任志鋒實驗室訪問兩年歸來。訪問期間,本以為給了麾下的兩位碩士生以訓練獨立工作能力的絕好機會,只是,人不遂願,那位跟隨我一起做蒙特卡洛研究的二年級碩士生拒絕獨立工作,宣布徹底罷工。無奈,只好「連蒙帶騙」,終得2013 級的三位本科生不明所以而主動送上門來。這三位學生,Ren、Zhuang 和Juan,後來被同學們號稱「三劍客」。他們的加盟,乃時光反轉,「磁」性就自然出來了。他們很快就展示出較強的學習領會能力,讓我喜不自禁、偷偷樂呵了很久。自此,我與他們亦師亦友、他們與我一起亦日亦夜,我們共同努力,開始了一段艱苦卻令我偶爾會回去回味的時光。

 

 

2.1. 行仁得仁

 

「三劍客」之一是Ren,其智商和情商好像都挺高。一開始,安排給他的題目是模擬與複製離子摻雜調控第II 類多鐵材料CuCrO2 中的多鐵相。他很快完成了一篇小文章,並表現出已經開竅了的模樣。隨後,基於這一工作的推廣與拓展,他已經能夠主動去嘗試很多事情:例如,針對非磁性離子空穴摻雜,他找到了模擬的出口:即空穴摻雜會增強體系的量子漲落,可以用雙二次交換作用來定性反映這種量子漲落。在此基礎上,他展開了較為系統的模擬嘗試,成功解釋了摻雜CuCrO2體系中觀測到的多鐵相變,如圖1 所示 [1]。

圖 1. (a) CuCrO2 及 (b) 磁性離子摻雜體系的磁結構和交互作用示意圖。空穴摻雜誘導了雙二次交換作用 (K1, K2),進一步穩定了多鐵相。模擬不同 (K1, K2) 下的 (c) 比熱和 (d) 相圖。

 

 

經歷了這些洗禮,Ren 變得躊躇滿志,什麼都想躍躍欲試,很快就開始去嘗試那些相對陌生的前沿領域。例如,他嘗試用微磁學模擬去看反鐵磁疇壁動力學問題,而當時已經有很多人聲稱反鐵磁材料在諸如賽道存儲器中有潛在價值。相比鐵磁材料,反鐵磁具有更優越的性能。當然,反鐵磁疇壁動力學關係到將來的相關磁存儲器數據傳輸問題,也就成為自旋電子學的核心問題之一。

 

由於當時我們並未接觸過微磁學模擬,實際模擬過程中的很多具體問題都要靠Ren 自己摸索。這一過程中,「為伊消得人憔悴」的狀態很重要,而尋求得到其他老師的指點也是快速推進的不二法門。在掌握了微磁學模擬的相關算法後,他敏銳地注意到最近的文獻中對溫度梯度驅動反鐵磁疇壁的看法還存在爭議:不同理論得到的疇壁驅動方向不一致,甚至結論是相反的!一派說驅動力是熵轉矩,而另一派說是布朗力驅動。所謂熵轉矩,形象地說就是:由於熱力學第二定律限制,溫度場下疇壁的熵只能增大不能減小,因此疇壁就只能被迫向高溫端移動,這種驅動力被描述為熵轉矩。所謂布朗力驅動,形象地說就是:熱擾動使得疇壁會隨機遊走。從統計角度觀察,疇壁在溫度梯度下會向低溫端漂移,這相當於由一個等效的定向驅動力驅動疇壁運動,該力即為布朗力。

圖 2. (a) 布朗力與熵轉矩驅動疇壁中相互競爭的示意圖:(b) 理想情形和 (c) 實際情形的熵和自由能的變化及其漲落。

 

 

Ren 考慮到自由能漲落的影響,細緻研究了熵轉矩和布朗力驅動疇壁的競爭行為,揭示出事實上這兩種行為都存在,就看溫度梯度大小和磁性的軸各向異性強弱了,如圖2 所示。他最後說:可以通過調控溫度梯度的大小和軸各向異性來控制疇壁的運動方向,然後就發表了他的第三篇文章 [2]。該工作不僅很好地調和了前人結論的不一致,還提出了具體調控方案,得到一位同領域專家的表揚。更重要的是,別看他小小年紀,但他已懂得「和稀泥」、懂得將前人的黑和白疊加成灰色、知道「黑白不分」才是真實世界的物理!這一工作的具體細節可見相關科普文章 (幾年歌自苦、未見有知音——協調矛盾)。這一工作對我們「量子材料的本科生」項目的發展有重要推動作用,不僅新開了一個研究課題,還充實了這些小夥子們的手段和本領,讓我們有可能去觸碰更多有潛力的新問題。

 

這一進程中,我們也能看到Ren 各方面綜合素質得到了提升,對物理問題的理解和把握好像也越來越到位。這是一種優秀的品質,特別是對本科生而言。當有什麼工作安排給他的時候,「沒問題」是筆者收到最多的回答。與此同時,他也很樂於去嘗一嘗「大公無私,樂於助人」是什麼味道,很享受將所掌握的技能毫無保留地傳授給他人的樂趣,使得當時在我這裡的很多同學受益頗大。當然,受益最大的是他自己,其次可能就是沒事要指手畫腳、有事就經常亂發脾氣的筆者我了。因此,我不得不致謝當時的物理創新班實施的做法:「本科學生四年級初的兩個月,不必下到中學實習,在科研課題組從事實習亦可」。這一做法,讓筆者受益匪淺。

 

略為遺憾的是,現在已經沒有創新班了。這一缺失,讓那些已經在我這裡「功成名就」的優秀學生可以用「教學實習」為藉口,逃避去做更有挑戰性卻更有價值的問題。

 

 

2.2. 愛紅妝更愛武裝

 

Zhuang 剛進課題組,用於練手的工作是阻挫異質結體系的磁化行為。我們花了很大力氣,但結果並不如意。審稿人兇狠的批評教訓,讓我們深刻意識到了這樣的題目必須要放棄,確實沒有再繼續開展下去的必要。於是Zhuang 將側重點放到鐵基超導體系磁性方面。筆者之前在德州訪問時做過一些相關研究,對此較為熟悉。我們考慮自旋-軌道耦合,研究體系相變行為,如圖3 所示。結果表明,自旋-軌道耦合可以誘導反鐵-四極化態,其相變溫度與軌道序發生在同樣溫度,進一步說明了軌道自由度在理解鐵基超導體系中的重要作用 [3]。得到審稿人的認可之後,我們就有了本科生的第一篇PRB 文章。在這個過程中,Zhuang 一直積極主動,對待自己好像苛刻嚴厲,整個暑假好像都泡在我們這裡。這在讓我感動的同時,也帶給我心理壓力。當然,通過不斷鑽研摸索,他對相變物理的理解提升了不少,已經可以承擔更難的任務了。

圖3. 蒙特卡羅模擬的 (a) 序參量及其 (b) 磁化率,表明反鐵四極化態與軌道序的相變溫度相同。(c) 和 (d) 為反鐵四極化態磁結構示意圖。

 

 

接下來的大學時光,Zhuang 在從事各項繁忙事務如實習、如戀愛之餘,依然充滿鑽研鬥志和拼勁。他自己獨立探索自旋波計算,針對FeTe 體系開展了相應的梳理工作,取得了一定結果。我仍然清楚記得,在2016 年的農曆臘月二十八,我們一起去中山大學找姚道新老師討教相關學術問題。姚老師對該工作的含金量表示認可,也細緻解答了我們的問題並提出寶貴建議。接下來的進展就暫且不表,但我仍然心懷僥倖等待這一工作的完成。

 

值得一提的是,Zhuang 在Ising 模型的相變屬性和標度行為問題上也做了大量工作,對相關物理解釋和研究思路有貢獻,替我做了很多本該屬於導師的工作。但由於生源和研究進程的問題,他辛苦摸索的自旋波理論迄今還被束之高閣,暫時無人能夠繼承和發揚。這裡,筆者不得不感慨優秀學生的重要性!他們能給人驚喜,義無反顧地離開的時候也令人不舍。However,this is life。將心比心,標題「愛紅妝」僅僅是為了不挫傷Zhuang 強烈的積極性。人生漫漫、山高水長,筆者祝願Zhuang,但也就只能寫到這裡了。

 

 

2.3. 不負青春不負Juan

 

Juan 與Ren 和Zhuang 乃同時進入筆者小組。剛開始,我同樣布置了阻挫體系磁化行為的題目給他。Juan 除了學習蒙特卡羅模擬外,還很善於解析推導。他用平均場推導結果與計算模擬結果相互驗證,顯著提升了我們工作的物理含金量。他所表現出來的能力讓人刮目相看,也讓人寄予很高希望。

 

但有段時間,我們能明顯感覺其研究進度低於預期,給人一種心不在焉的感覺。果不其然,他那段時間將主要精力拿去參加物理實驗競賽,對我們的工作只是敷衍一下。豈不知,一天不用功,自己知道;三天不用功,老師知道。人的精力總是有限的,全力去做亦未見得有明顯進步,哪有額外心力去做其它的事情?!本科生從事科研訓練,最重要的就是習慣與品質的訓練。「沒課就來實驗室,否則就別來」,雖然略顯偏激,但有一定合理性。

 

幸運的是,Juan 能夠很快改觀其狀態。接下來一段時間,Juan 在物理推導方面進步很大,這方面的能力在其將側重點轉向斯格明子之後即展現出來。他很快就從能量角度對外加壓力調控斯格明子相變的實驗報導做出了合理解釋,給出了對應的理論表達,從而有了其第一篇文章 [4]。其次,他摸索了扭曲斯格明子的各向異性驅動過程,提出了一種抑制斯格明子橫向霍爾運動的可能機制,如圖4 所示。這一工作應該有一定的應用價值,雖然中間經歷了很長時間與審稿人的戰爭,但在補充了大量額外數據之後,也算較為幸運發表出來 [5],總算沒有辜負Juan 和筆者的努力。

 

此外,Juan 還是一把唱歌的好手,好像還進入過學校比賽的複賽,雖然由於外出參加學術會議放棄了比賽資格。在畢業告別聯歡會,Juan 跟一位美女同學對唱歌曲時,除了略顯靦腆,聲音和音律的表現都很棒,接近專業選手水平。此外,在斯格明子方面,Juan 的努力也為我們打下初步基礎,為後來者做了很好鋪墊。

 

2013 級的三劍客各有所長,都能獨立解決一些物理問題,各自都有好的收穫和前程。相關工作都順利獲得廣東省「挑戰杯」大學生科技作品競賽特等獎。遺憾的是由於多方原因,相關工作沒能再進一步。不過,小的挫折是磨練德性的大好機會,即便是我本人,也在經過鑽牛角尖的反思後,提升了自身的政治理論水平和思想素質,算是補上了人生重要的一課。

圖4. 扭曲斯格明子各向異性驅動。(a) 實線 / 虛線為微磁學模擬 / Thiele 理論計算的速度結果,(b) 扭曲斯格明子磁結構示意圖。

 

 

2.4. 感悟

 

作為「三劍客」的掛名老師,自然也應該給自己點讚。筆者自覺亦不愧為一位愛動腦、思考、善學習的中年男人。相比於這三位優秀學生,更多同學則在揮霍良好的資源和時間而不自知。這三位本科生能夠堅持下來、做出成績,可喜可賀,略有遺憾才算美麗。更重要的是,在合作研究的過程中,筆者與他們結下了深厚情誼。一向古板老土的我也拼湊了幾首幼稚的打油詩,作為紀念。現將其中一首部分抄錄如下,略表當時心跡:

 

最高樓·寄語

 

三少客,勤奮樂鑽研,不倦問由緣。

二類多鐵求相變,鐵基超導覓磁源。

望高山,崎路上,不得閒。

將遠去,沾巾別杞梓。

將遠去,鵬程三萬裡。

 

圖5. 反鐵磁體系粗粒化 (coarse-grain scheme) 示意圖。

 

 

3. 志高而事華

 

就在筆者為三劍客遠去而有些神傷、彷徨之時,2015 級的Yuan 悄無聲息地成長起來。這位號稱在61 天暑假裡有59 天泡在實驗室 (不管你們信不信,我是信了) 的本科生稍顯木訥,但有不錯的數學訓練、物理訓練,而且音樂感覺不錯。

 

在跟 Ren 合作完成那篇微波驅動反鐵磁疇壁的工作 [6] 後,他將目光放到反鐵磁疇壁的Landau – Lifshitz- Bloch (LLB) 方程上。相比於傳統的磁動力學 Landau – Lifshitz – Gilbert (LLG) 方程,LLB 方程考慮了磁矩等物理量隨溫度的變化,特別是對coarse-grain 近似做了很好的處理,過程如圖5 所示。因此,LLB 可用於處理大尺寸體系有限溫度下的疇壁動力學行為。雖然 LLB 與 LLG 不過一字之差,但 LLG 中難以包羅此等要素,在處理真實的有限溫度磁動力學問題時就有勉為其難之感。

 

Yuan 經過一系列複雜到稍顯繁瑣的理論推演,終於得到了處理大尺寸有限溫度反鐵磁體系的LLB 模型,基於這一模型的計算結果與前人的數值模擬結果吻合得不錯。保守估計,處理同樣問題,LLB 方程所用的計算時間比LLG 節省了至少一個數量級,具有良好的實際應用價值。

 

遺憾的是,這一LLB 模型推導繁瑣,物理過程不是那麼清晰,所以註定難成大器。工作雖然最終也發表出來,但未得其所、未得其用,是為可惜 [7]。

 

Yuan 看起來可不是那種學術上從一而終、心無二用的小夥子。他在LLB 模型處境艱難時,同時開展了缺陷釘扎對反鐵磁疇壁運動力學的研究。他用能量最小化分析,結合微磁學模擬,研究了晶格缺陷對疇壁退釘扎場的影響,如圖6 所示。這一工作揭示了阻尼係數對退釘扎場的調控作用,判定反鐵磁疇壁與鐵磁疇壁不同的退釘扎機制,並預測前者的退釘扎時間比後者要小兩到三個數量級。這是一項漂亮的工作,當然也是對反鐵磁的超快動力學的錦上添花 [8]。

 

相比於學術上的早熟與沉靜,Yuan 在畢業晚會上忽然就表演了一段長達八分鐘的鋼琴獨奏,據說讓女同學們驚奇不已。演奏集優雅和半專業於一體 (個人外行看法,他本人私下承認有極個別的地方表現不夠完美),讓聽眾搖頭的節奏與微磁學中自旋疇 coherent 運動如出一轍。後來他獲得了學校首屆十佳「礪儒學子」的稱號,雖然筆者以為這個稱號尚不夠scale他的才華。事實上,能夠將鋼琴演奏的才華隱藏這麼久,表明Yuan 的木訥不過是假象,悶騷是肯定的。筆者用「志高事華」來描述Yuan:志向彌高而行事高華,志向彌高而結果華麗。這是一位物理學本科生的優秀品行,值得讚許。

 

問題是,Yuan 摸索的這一套,目前筆者小組還沒有學生能夠繼續接住,筆者正在發愁:

 

浣溪沙·志高事華

 

充耳不聞人噪喧,嘔心推演式三千,賺得算速幾多番?

 雛雁奮飛雙展翅,大鵬翱向九重天,志存高遠事華年。

 

圖6. 不同奈爾場作用下具有晶格缺陷的反鐵磁納米帶平衡態自旋結構示意圖。

 

 

4. 欲蓋彌彰

 

行文至此,為避免讀者誤解,以為我們這些量子材料的本科生工作容易做、論文容易發,不該在此顯擺炫耀。其實,筆者願意澄清一點:並非我們灌水、亦非我們投機!我們的工作,的確是同學們努力拼命的結果,包括筆者本人也沒過於尸位素餐。凡是工作能拿得出手的本科生,幾年來暑假休假的時間不會超過十天,更不知道周末和假日是什麼概念。此一狀態,可以用本校一位德高望重的心理學教授名言來闡釋:所謂三無一有,乃無周末、無節日、無假期,則有成就。

 

這位心理學前輩、還有讀者您,都是筆者學習的榜樣。所謂捨得,有舍才有得。相比之下,這幾位同學與其家長可能捨棄了很多合家歡聚、捨棄了共享天倫的時光。所謂「寒暑無暇慰養嚴」,大概就是此意。藉此機會,筆者對家長們的付出表示由衷謝意!也藉機表達我的態度:天道酬勤,這是您們和我們應該付出與收穫的。但也不用感動什麼,因為我們就是幹這個的。

 

有道是,培養學生的方式方法不盡同,但作為老師付出的衷心卻莫不同。看到同學們在課餘時光中捉夜揮汗,筆者有些感慨。一個人閒下來時,我會想念他們,也相信他們也懷念那段歲月。遵循「幼吾幼以及人之幼」的原則,筆者一向無條件支持每一位同學的個人發展,也相信這些同學的一部分將來會成為人才、人物。將來他們回母校時,我應該會是第一個喝醉的。醉臥酒場君莫笑,誰人知我當年艱。舉個例子:付出心血悉心培養了很長時間的學生,突然一天發一張「好人卡」給您,用留言「。。。經過慎重考慮,我決定放棄。。。」告知,此等舉動比文章拒稿更令人鬱悶。所謂「無奈心傷,最怕學生罷工無影蹤」。這樣的情形,平均每年要經歷三次以上。當然,這些打擊相對於教學相長帶來的快樂,好像也不算什麼。正所謂:

 

七律@園中草

 

繁花少與鬥芳菲,碧水無爭各翠微。

新雨又增時雨潤,今春不減前春暉。

憂心喜待雛鶯入,淚眼笑別鴻雁飛。

青草故園依舊綠,萋萋滿地豔陽追。

 

 

5. 蛇足

 

本應該寫完了,才發現囉裡囉唆半天,科普文章只完成了普通的「普」這一半,而將科學的「科」忘記了。如果看君您感到不舒服,請接收我的歉意。這裡,姑且畫蛇添足,為我自己圓上幾句。

 

作為一貫秉承謙虛、謹慎、低調做人理念的筆者,寫作本文的目的很單純,就是想給那些優秀的本科生們提供若干觀摩的話劇,給那些成天打遊戲、混日子的本科生們一些與遊戲世界不大一樣的作品。好好生活、做有意義的事,是大學的一種模式,雖然不是唯一模式。

 

筆者認可,一位本科生的首要任務是打好專業知識基礎。早早介入研究工作,只是針對那些能確保完成專業課學習的同學而言。將科研訓練作為課程學習之外的大學生活方式,是很多方式之一種。只是,有很多事實可以證明,科研訓練對本科生課程學習有促進而非耽誤的作用。這也是很多同學在投入了時間精力到科研訓練之後,課程成績不降反升的原因之一。當然,有些同學的專業排名已經到了坐標原點,沒有繼續上升的空間了。這些同學進入科研訓練活動是最佳的大學生活模式。筆者希望每一位學生都能夠合理充分地利用自己的時間,為個人發展奠定一些基礎。筆者的期待是,哪怕有一位同學受到本文的鼓舞,汲取了本文的些許正能量,本文就沒有白寫。

 

當然,本文涉及的都是一些適合於本科生水平的簡單問題和簡單想法。成功的幾例這裡都說了,更多是不成功和中途放棄的實例。其次,這些文章能夠發表,也有諸多國內外專家同行的參與和貢獻,得到了很多人的指點幫助。考慮到本文的寫作側重點,對於這些指點幫助不再一一點出。

 

另外,相比於那些高大上的優秀成果,筆者以為我們的工作也有一定的科學和現實價值。梁啓超先生曾經說:「天下事業無所謂大小 (士大夫救濟天下與農夫善治其十畝之田所成就一樣),只要在自己責任內,儘自己力量去做,便是一等人物」。因此,那些學習上的混混通過努力能夠跟上教學進度、那些普通學生通過努力取得優異成績、那些優秀學生通過努力獲得各方素質甚至科研本領的提高,其實都是一樣的。

 

值暑假到來之際,不妨給各位本科生們洗一下腦:挑戰一下59 / 61,你也可以進步!而看君您如果是準備給本科生洗腦的師尊長者,本文也許也有一絲用處。而如果您願意點擊「閱讀原文」,可以看到我們的本科生的作品還算很數學和很物理。

 

 

6. 參考文獻

 

[1]  Ren et al., Spin glass state and enhanced spiral phase in doped delafossite oxide CuCrO2, Phys. Rev. B 94, 024410 (2016).

[2]  Ren et al., Brownian motion and entropic torque driven motion of domain walls in antiferromagnets, Phys. Rev. B 97, 054308 (2018).

[3]  Zhuang et al., Phase transitions in a frustrated biquadratic Heisenberg model with coupled orbital degrees of freedom for iron-based superconductors, Phys. Rev. B 93, 094424 (2016). 

[4]  Juan et al., Helical and skyrmion lattice phases in three-dimensional chiral magnets: effect of anisotropic interactions, Sci. Rep. 7, 7392 (2017).

[5]  Juan et al., Dynamics of distorted skyrmions in strained chiral magnets, New J. Phys. 20, 063050 (2018).

[6]  Yuan et al., Microwave fields driven domain wall motions in antiferromagnetic nanowires, New J. Phys. 20, 063003 (2018).

[7]  Yuan et al., Landau-Lifshitz-Bloch equation for domain wall motion in antiferromagnets, Phys. Rev. B 99, 214436 (2019). 

[8]  Yuan et al., Ultrafast depinning of domain walls in notched antiferromagnetic nanostructures, Phys. Rev. B 100, 020402(R) (2019).

 

 

備註:

(1) 筆者供職於華南師範大學華南先進光電子研究院的先進材料研究所 IAM,主要從事磁結構動力學行為和磁性相變計算模擬研究等。近三年與物理專業的本科生一起,致力於做一些簡單而有趣的物理模擬研究工作。已發表本科生為主要作者的學術論文12 篇,包括Phys. Rev. B 文章 5 篇,New J. Phys. 文章 3 篇,相關成果獲廣東省「挑戰杯」大學生科技作品競賽特等獎和一等獎各1 項。曾指導本科生申獲國家大創項目和廣東省攀登計劃項目10 項,所指導的本科生申獲國家獎學金和百名優秀畢業生稱號10 人次。聯繫郵箱:qinmh@scnu.edu.cn

(2) 題頭小詩乃 Ising 所杜撰,以表達對同學們青春年華之羨慕。

(3) 封面圖片來自https://sybbure.org/sybbure/about/,反映了本科生培養模式的基本要求。

 

 

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    科學家發現首個低於尼爾溫度的反鐵磁拓撲量子材料  Emma Chou • 2019-12-21 15:14:11
  • 量子中心杜瑞瑞課題組在自旋量子霍爾材料研究方面持續取得進展
    北京大學量子材料中心杜瑞瑞教授課題組近期在自旋量子霍爾材料研究方面持續取得新成果他們發現,在InAs/GaSb量子自旋霍爾絕緣體中存在能隙內的非常規磁阻振蕩,並清楚地展示了這種振蕩來自於絕緣的體態,讓人們對量子振蕩和費米面有了重新的認識。另一項工作實現了在InSb(111)襯底上外延生長高質量stanene,並首次製備輸運器件觀察到SdH振蕩。眾所周知,金屬的磁阻振蕩來自於帶電粒子在磁場下的朗道量子化。
  • 探測量子材料中自旋電流的新方法,有望「解鎖「新一代電子器件
    (年度訂閱用戶可加入科技英語學習社區,每周科技英語直播講堂,詳情查看「閱讀原文」)近期,一種能夠精確探測流經量子材料表面電子磁性與奇異行為的新方法自旋是量子材料的特徵之一,其雖難以捉摸,但卻能被調控以增強電子器件性能。最近,由橡樹嶺國家實驗室的 An-Ping Li 領導的一個研究團隊,開發了一種新穎的顯微鏡技術來探測拓撲絕緣體中的電子自旋。而這些被探測的新型量子材料將可被應用於自旋電子學和量子計算等領域。
  • 浙江九州量子:用量子「盔甲」打造量子通信商業化標杆!
    量子應用在浙江九州量子用量子科技賦能智慧交通量子科技理論研究成果向 實用化、工程化 轉化的速度正在加速。在蕭清大道超載治理項目中,蕭山區引入了量子密碼技術,對核心業務數據進行量子安全加密保護,有效保障了端到端的數據加密傳輸。這是量子科技產業化應用的典型案例。與傳統數據加密相比,量子密鑰是基於量子物理隨機性原理產生的高質量密鑰,密鑰的安全性更高。為蕭山區提供這一副量子「盔甲」的是浙江九州量子信息技術股份有限公司。
  • 什麼是量子點?淺談幾種量子點類型
    在全部的量子點材料中,膠體量子點是最大的一類,採用化學合成的方法,使金屬的有機或無機物形成量子點,分散於溶劑中。膠體量子點的優點是:量子點尺寸可以精確調控,平均尺寸分布大約在5%~10%範圍內;量子點組分易於控制;可以獲得高密度的量子點陣列;製備價格低廉等。
  • 解決「卡脖子」問題 北京大學輕元素量子材料交叉平臺開工
    來源:中國新聞網中新網北京9月24日電 (記者 李曉喻)北京大學24日發布消息稱,該校輕元素量子材料交叉平臺日前在懷柔科學城開工。這意味著「十三五」期間,北大落戶懷柔科學城的三個設施平臺全面進入建設階段。
  • 專注於半導體量子點發光材料,撲浪創新完成數千萬元天使輪融資
    撲浪創新是一家高新技術企業,專注於半導體量子點發光材料、新型量子點顯示和半導體薄膜工藝設備的研發、生產與銷售。撲浪創新獨有的量子點包覆技術解決了量子點材料穩定性不足的關鍵問題,公司生產的量子點光學膜產品在厚度(超薄)、穩定性、邊緣失效、色域等關鍵指標方面處於國內領先地位,撲浪創新使得量子點技術在可攜式顯示設備上的應用成為了一種可能。
  • 優秀:上海大學一本科生王亞鵬在Entropy以一作發表論文!
    最近,上海大學理學院物理系本科生王亞鵬以第一作者的身份在MDPI旗下的國際學術期刊Entropy(IF:2.494)上發表題為「Digital quantum simulation of nonadiabatic geometric gates via shortcuts to adiabaticity
  • 量子冰箱、量子鑽石、量子音樂……這些「搞笑」研究是認真的嗎?
    科學家們可以利用這種基於超導量子特性的冰箱,促進和提高用於超快量子計算機的量子傳感器或電路的性能。一種材料導電的好壞被稱為電導率。當一種材料具有高導電性時,它很容易讓電流通過。例如,金屬是良導體,而木頭或金屬線周圍的屏蔽層是絕緣體。但是,儘管金屬絲是良導體,它們仍然會因為摩擦而遇到阻力。
  • 進展|高壓合成準1維新材料及維度調控的量子演生現象
    在壓力調控的維度演化過程中,伴隨多種相互作用的此消彼長,可產生豐富的量子演生現象。目前對準1維導電材料的研究主要集中在(TMTSF)2X(X=TaF6,AsF6,PF6,ClO4,ReO4)和(TMTTF)2X等有機材料,這些有機材料結構複雜,缺乏對維度過渡物理現象的深入研究。
  • 首批材料學院與東京工業大學聯合培養本科生畢業
    首批材料學院與東京工業大學聯合培養本科生畢業 2020-07-25 19:20 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 【材料】空氣中穩定的二維材料中原子空位誘導的局域磁矩
    這一工作為在非磁性的二維材料中,尤其是空氣中穩定的二維材料中,實現原子尺度上的磁性調控提供了新的思路,對自旋電子學和量子信息等領域的發展具有潛在的重要價值。研究團隊使用化學氣相沉積的方法生長了厚度在8-70 nm之間的PtSe2薄片,並利用透射電子顯微鏡和選區電子衍射等手段確認了薄片樣品良好的單晶性。
  • 什麼是量子點?
    什麼是量子點當材料被縮小到納米尺度時(通常小於10 納米),電子或空穴在空間三個方向的運動都被限制住,於是得到具有零維結構的量子點,有時也被稱為人工原子。量子點通常是塊材半導體材料通過自下而上法製備而得。