中國科學技術大學在低維量子輸運領域取得系列新進展

2021-01-17 澎湃新聞
中國科學技術大學在低維量子輸運領域取得系列新進展

中國科學技術大學

2017-10-19 19:38

近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室國際功能材料量子設計中心與中科院強耦合量子材料物理重點實驗室教授曾長淦研究組，在低維量子輸運領域取得系列新進展，發現電子-等離激元耦合對石墨烯電子輸運過程中的量子相干性有極大的增強效應，並實現氧化物界面二維電子氣自旋軌道耦合的光學調控。研究成果相繼發表在Physical Review Letters和Nano Letters上。

2017年4月20日，安徽合肥，在中國科大多光子糾纏實驗室，黃合良（左）和羅弋涵正在進行量子計算和量子實驗。 東方IC 圖

在固體中運動的電子與不同準粒子（聲子、極化子等）之間的多體耦合作用，導致一系列重要的物理效應。例如，電子-聲子相互作用使自旋相反的電子形成庫珀對從而引發超導。此外，等離激元是大量電子集體相干振蕩形成的準粒子。近年來，等離激元的量子特性陸續被發現，以往實驗揭示量子糾纏經歷了從光子到等離激元再到光子的轉化過程後仍得以保持。核心問題是，等離激元是否影響以及如何影響電子的量子輸運特性。研究團隊與臺灣清華大學教授果尚志研究組、中國科大教授張振宇研究組等合作，對這一問題進行了深入探索。

研究團隊製備了石墨烯與納米金顆粒陣列的複合體系，以雷射輻照來激發金顆粒的局域等離激元，再通過金顆粒與石墨烯之間的近場耦合激發石墨烯的等離激元。隨後以弱局域化量子輸運作為有效探針，發現激發等離激元能夠極大增強石墨烯電子的量子相干性，其量子相干長度甚至可增加到原來的3倍。微觀唯象理論分析表明，電子-等離激元耦合能夠有效抑制破壞量子相干的非彈性散射，如圖1所示。這種電子-等離激元耦合對量子相干性的增益，為探索準粒子間相互作用從而實現非平庸量子效應和設計量子器件開闢了新視野。研究成果發表在《物理評論快報》上。

過渡金屬氧化物異質界面由於電荷、自旋、軌道和晶格等多自由度之間的複雜耦合展現出豐富的物理現象，例如磁性、超導、磁性和超導共存、以及Rashba自旋軌道耦合。自旋電子學以電子自旋作為信息載體，而Rashba自旋軌道耦合可以有效操控電子自旋，從而在自旋電子學中扮演重要角色。以往對界面二維電子氣Rashba自旋軌道耦合都是通過柵電壓來調控。

曾長淦研究組和中科院上海技術物理研究所研究員俞國林課題組合作，通過可見光和紅外光輻照來調節費米面位置，進而有效調控基於SrTiO3界面（LaAlO3/SrTiO3和LaVO3/SrTiO3）二維電子氣的自旋軌道耦合強度。這種光場調控具有非接觸、非易失和可擦除等優點。通過光調控實現了界面量子輸運從弱局域化到弱反局域化的轉變，即從電子的量子相長幹涉到量子相消幹涉的轉變，如圖2所示。這一研究為設計光控自旋器件以及探索光誘發非平庸量子態提供了新思路。研究結果發表在《納米快報》上。

研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部、安徽省自然科學基金委以及量子信息與量子科技前沿協同創新中心的資助。

（原標題：中國科大量子輸運、量子等離激元研究獲進展）

(本文來自澎湃新聞，更多原創資訊請下載「澎湃新聞」APP)

關鍵詞 >>

相關推薦

評論（12）

相關焦點

  • 物理學院廖志敏課題組在拓撲量子輸運方向取得系列進展
    拓撲量子輸運是研究新穎量子物態的重要手段近期，北京大學物理學院廖志敏課題組在低維拓撲材料電子輸運與器件效應研究的前沿領域取得了系列重要進展。廖志敏課題組率先實驗發現了狄拉克半金屬Cd3As2中外爾費米子手性反常導致的負磁電阻效應【Nature Commun.
  • 中國科大在量子輸運、量子等離激元研究領域取得重要新進展
    中國科大在量子輸運、量子等離激元研究領域取得重要新進展 近期，合肥微尺度物質科學國家實驗室國際功能材料量子設計中心與中科院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授研究組在低維量子輸運領域取得系列新進展
  • 清華大學：探秘低維量子世界
    實驗室以低維量子體系為研究對象，瞄準國際最新科學前沿和關鍵科學技術問題進行攻關。窺視真理並非易事，在持之以恆的奮鬥後，實驗室不僅取得了一系列豐碩的科研成果，而且培養出了一大批優秀的物理學人才，知交同道，砥礪前行。
  • 中國科學技術大學郭光燦團隊首次實現高保真度32維量子糾纏態
    中國科學技術大學郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利Marcus Huber教授研究組合作，首次實現了高保真度32維量子糾纏態。相比二維系統，高維量子糾纏態在信道容量上有著巨大的優勢。然而要展示這一優勢，必須要實現高保真度高維量子糾纏態的製備、傳輸與測量。
  • 中國科學家在量子通信研究領域首次實現高保真度32維量子糾纏態
    記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊中的李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態。相比0和1的2維系統，高維量子糾纏態在信道容量上有著巨大優勢。
  • 科學探索低維量子系統新突破,低維系統中的遷移邊緣
    科學探索低維量子系統新突破，低維系統中的遷移邊緣。為促進低維量子物理領域的基礎研究和應用基礎研究及學術交流，吸引國內外優秀科研人才開展學術合作，鼓勵國內外相關領域的科研人員前來利用低維量子物理國家重點實驗室的學術和設備條件，開展前沿性、原創性或解決重大科技問題的研究，低維量子物理國家重點實驗室設立開放研究基金。低維量子功能材料研究組成立於2016年10月。
  • 物理所低維半導體納米材料的結構與熱電特性研究取得進展
    低維半導體納米材料是未來納電子器件的基本組成單元，在電子、熱電、光電乃至能源等領域都有重要的應用。在過去的幾年中，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）高鴻鈞研究組在新型硼低維納米材料的製備、性質和應用方面開展系統研究，取得許多有意義的成果【Adv. Funct.
  • 物理學院在拓撲絕緣體納米材料的光熱電效應研究方面取得系列新進展
    拓撲絕緣體的材料製備和量子輸運特性是近年來國際研究前沿的一個熱點。在眾多拓撲絕緣體材料中，Bi2Se3是拓撲絕緣體家族中一種重要的三維強拓撲絕緣體。拓撲絕緣體納米結構因其巨大的比表面積和增強的表面電導貢獻非常有利於探索拓撲絕緣體奇異表面態的物理性質和開發拓撲絕緣體在自旋電子學等方面的潛在應用。
  • 中奧研究量子通信獲重要進展：首次實現高保真度32維量子糾纏態
    圖文無關從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊近期在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊中的李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態。李傳鋒、柳必恆等人另闢蹊徑，2016年以來採用光子的路逕自由度編碼並取得一系列前沿突破。比如近期採用商用多芯光纖解決高維糾纏的傳輸問題，實現了4維量子糾纏態在11公裡光纖中的有效傳輸。但隨著維度數的增加，量子系統的複雜度及操控與測量難度都急劇提高。
  • 物理所具有強相互作用的低維量子氣體理論研究取得新進展
    最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室陳澍研究員和博士生關黎明，在費米超TG氣體研究方面取得了重要進展。近年來，由於冷原子物理領域中實驗技術的迅猛發展，在低維量子氣體的實驗研究方面已取得一系列重要進展。
  • 中國科學技術大學在固態量子光學領域取得重要進展
    中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等和德國維爾茲堡大學、英國劍橋大學相關小組合作，在國際上首創雙色脈衝相干激發理論，為光和原子的相互作用等基礎量子光學問題的研究打開了一個新思路，解決了共振螢光長期存在的雷射本底噪聲問題。
  • 物理所拓撲絕緣體材料生長調控和輸運性質研究獲系列進展
    最近三年來，三維拓撲絕緣體的研究在世界範圍內取得了飛速進展，並成為凝聚態物理研究中的一個爆發性熱點領域。拓撲絕緣體是一類具有非平庸的拓撲對稱性(Z2)的材料，其內部絕緣，但在表面上存在著一種無能隙的、線性色散並且自旋與動量鎖定的特殊電子態。這種新的量子物質態被預言可以產生出許多新奇的準粒子和物理效應，如磁單極、Majorana費米子和量子化的反常霍爾效應等。
  • 中奧學者研究量子通信獲重要進展:首次實現高保真度32維量子糾纏態
    新華社合肥9月5日電（記者徐海濤）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊近期在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊中的李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態。　　相比0和1的2維系統，高維量子糾纏態在信道容量上有著巨大優勢。
  • 中奧學者研究量子通信獲重要進展：首次實現高保真度32維量子糾纏態
    新華社合肥9月5日電（記者徐海濤）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊近期在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊中的李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態。
  • 中國科學技術大學太陽能電池激發態載流子複合機製取得新進展
    近日，中國科學技術大學物理學院及合肥微尺度物質科學國家研究中心國際功能材料量子設計中心(ICQD)趙瑾教授研究團隊在鈣鈦礦太陽能電池電子空穴複合機理研究工作中取得新進展，他們利用團隊自主發展的第一性原理激發態動力學程序，揭示了低頻振動聲子在電子空穴複合機制中的重要作用，該結果以「Low-frequency
  • 量子通信研究首次實現高保真度32維量子糾纏態
    科技日報訊 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊中的李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態。
  • 中國科大在金剛石量子模擬研究領域取得新進展
    中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、王亞等人與理論合作者北京大學劉雄軍等合作，在金剛石氮-空位（NV）色心體系的量子模擬實驗研究方面取得新進展。他們利用量子淬火動力學在實驗上模擬了凝聚態體系中尚未觀測到的三維手性拓撲絕緣體，並第一次對體內和表面的拓撲物理進行了全面的實驗研究。
  • 中國科大等在固態量子光學領域取得進展
    中國科大等在固態量子光學領域取得進展 2019-08-01 中國科學技術大學 【字體：大 中 小】 　　中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等和德國維爾茲堡大學、英國劍橋大學相關小組合作
  • 中科大在超冷原子量子計算 與量子模擬領域取得重要進展
    記者6月19日從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉、苑震生等在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要進展。他們在理論上提出並實驗實現原子深度冷卻新機制的基礎上，在光晶格中首次實現了1250對原子高保真度糾纏態的同步製備，為基於超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定了基礎。
  • 中國科大團隊在量子存儲領域取得重要進展
    合肥在線訊（記者 王旭）1月5日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子存儲領域取得重要進展，該團隊李傳鋒、周宗權研究組首次實現了按需式讀取的可集成固態量子存儲器。該成果12月28日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。該成果對大容量量子存儲和構建量子網絡均有重要意義。