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北京大學量子材料中心王健研究組在硅襯底上外延生長了高質量超薄晶態鉛膜，與北京大學謝心澄院士、林熙研究員和北京師范大學劉海文研究員合作在極低溫下觀測到反常量子格里菲斯奇異性，并給出理論解釋。這一發現揭示了超導漲落與自旋軌道耦合效應對于量子相變的重要影響，揭示出量子格里菲斯奇異性在二維超導金屬相變中的普適性。 超導-絕緣體與超導-金屬相變是量子相變的經典范例，已有三十余年的研究歷史。所謂量子相變，是指在絕對零度下系統處于量子基態時隨著參數變化而發生的相變。近年來，隨著薄膜和器件制備工藝的提高，二維晶態超導體系逐漸成為了研究量子相變的理想平臺，得到了國際學術界的廣泛關注。王健研究組與謝心澄院士、馬旭村研究員、林熙研究員、薛其坤院士等合作者在前期二維超導的相關研究中發現了超導-金屬相變中的量子格里菲斯奇異性 (Science 350, 542 (2015)), 并被同期perspective評論文章Science 350, 509 (2015)專題報道。隨后被液態柵極技術發明人東京大學Iwasa教授的綜述文章Nature Reviews Materials 2, 16094 (2016)譽為二維晶態超導中三個最重要的主題之一。量子格里菲斯奇異性的研究表明，無序可以定性地改變量子相變的臨界行為，其主要特征是趨于量子臨界點時，二維超導體系的動力學臨界指數發散。 最近，王健研究組通過超高真空分子束外延生長技術在硅襯底上制備出宏觀尺度高質量晶態薄膜，并實現了厚度為亞納米尺度的原子層級可控生長。在此基礎上，王健教授與謝心澄院士、林熙研究員、劉海文研究員等人合作，在4個原子層厚（約1納米）的晶態鉛膜中發現了一種具有反常相邊界的超導-金屬相變，并揭示了其中的反常量子格里菲斯奇異性。根據平均場理論，超導體的上臨界場會隨著溫度降低而逐漸增加。然而，系統的極低溫實驗表明，4個原子層厚的鉛膜的相邊界在低溫下具有非常新奇的反常特性：隨著溫度降低，鉛膜的上臨界場（onset Bc2）在低溫下也逐漸降低。沿著反常相邊界對鉛膜的磁阻曲線進行標度理論分析發現，在趨近于量子臨界點附近臨界指數隨著磁場減小而迅速增大直至發散，該現象與前期實驗中發現的臨界指數隨著磁場增大而發散的行為不同，故稱為反常量子格里菲斯奇異性。考慮到這類二維超導體系具有很強的自旋軌道耦合，研究團隊基于超導漲落理論發展了一套新的唯象理論模型，定量地解釋了這一反常相邊界。在自旋軌道耦合與超導漲落效應的共同作用下，超導-金屬相邊界偏離平均場理論而向外突出，并在反常相邊界處呈現出量子格里菲斯奇異性。這一新奇量子相變的發現，證實了量子格里菲斯奇異性在不同相邊界的超導-金屬相變中具有普適性，并進一步揭示出自旋軌道耦合與超導漲落效應對于超導-金屬相變的影響，為深入理解二維晶態超導體中的量子相變現象提供了一個新的視角。圖1 四個原子層厚晶態鉛膜中的反常量子格里菲斯奇異性。(a) 鉛膜在零磁場下的超導轉變曲線。插圖是輸運測量結構示意圖。(b) 在0到5特斯拉不同外加磁場下鉛膜電阻隨溫度的變化曲線。 (c) 鉛膜在低溫下表現出反常相邊界，與超導漲落唯象理論模型一致。 (d) 臨界指數隨著磁場減小而迅速增大，直至發散，是反常量子格里菲斯奇異性的特征。圖2 反常量子格里菲斯奇異性相圖示意圖。在自旋軌道耦合和超導漲落的作用下，平均場理論的相邊界（藍色虛線）向外突出形成新的相邊界（紅色實線）。當溫度低于T^'時，紅色實線代表反常相邊界。沿著反常相邊界趨于無限隨機量子臨界點B_c^*可以觀測到反常量子格里菲斯奇異性。 該工作于2019年8月12日發表于著名學術期刊《自然?通訊》。(Nature Communications 10, 3633 (2019) DOI: 10.1038/s41467-019-11607-w): https://www.nature.com/articles/s41467-019-11607-w 北京大學王健研究組博雅博士后劉易和研究生王子喬為文章共同第一作者，北京大學王健教授和北京師范大學劉海文研究員是本文的共同通訊作者。其余作者包括謝心澄院士，林熙研究員，以及王健研究組本科生唐鉞、博士生劉超飛、陳澄、邢穎（已畢業）、博士后王慶艷（已出站），和林熙組博士生閃普甲。 該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、北京市自然科學基金、博士后科學基金、中央高校基本科研基金的支持。

反常輸運現象，這一現象起源于量子反常，在量子場論、凝聚態和宇宙學等領域有著廣泛的應用。外爾反常可以誘導產生兩類不同的反常電流，第一類由法國CNRS著名物理學家Maxim Chernodub(2016)發現，適用于沒有邊界的彎曲時空，第二類由臺灣清華大學的朱創新教授和我院苗榮欣副教授(2018)發現，適用于帶有邊界的一般時空。此前人們只知道第一類反常電流在近平坦時空的近似表達式，我校物理與天文學院本科生的主要工作是推導出了第一類反常電流在任意時空的一般形式，并將其推廣到高維的n-形式場。此外，文章還得到了電流在外爾變換下的變換法則，并利用該變換法則將兩種反常電流統一起來。

研究表明，陳絕緣體可以通過磁性摻雜的拓撲絕緣體薄膜獲得，但是這種方法產生穩定的長程鐵磁序比較困難，而且產生的體能隙也比較小，導致可觀測溫度極低（30-100 mK）。劉奇航課題組及其合作者通過研究本征的層狀磁性拓撲材料Mn-Bi-Te家族（MnBi

在負折射率材料中，由于介質折射率為負，多普勒頻移在相對運動使波源和 接收器之間的距離增加時藍移，距離減小時紅移，因此稱為反常多普勒效應。這 一違反物理常識的效應最早由前蘇聯物理學家 Veselago 在 1968 年理論預言，但 一直未得到直接的實驗證實，只有在 GHz 和音頻段的間接測量實驗報道。因為多 普勒效應現象早已被廣泛應用于工農業生產、醫療衛生、科技國防等等社會生活 的許多方面，可以預見，反常多普勒效應的存在將會對這些應用領域帶來根本性 的影響。另一方面，目前雖然在很多人工合成材料中觀察到

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量子通信主要涉及量子密鑰分配( QKD)、量子安全直接通信(QSDC) 、量子秘密共享( QSS) 等3個方面。通信雙方以量子態為信息載體，基于量子力學相關原理及量子特性，利用量子信道，在通信收發雙方之間安全地、無泄漏地直接傳輸有效信息，特別是機密信息的通信技術。量子秘密共享旨在對重要的密鑰進行安全保護，使即便部分或全部密鑰被第三方竊取也難以恢復出真實的密鑰。

提出一種如下圖所示能克服光子側向和背向泄露且能極大提高光子前向出射的新型微納“射燈”結構，其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過90%、最高可達95%。? 該“射燈”結構量子光源的實驗制備難度極大，因為它要求三大核心微納制備技術：厚度160nm左右且內有量子點的薄膜轉移技術；定位精度小于10nm的量子點光學精確定位技術；環形槽寬度制備精度小于5nm的高質量牛眼微納結構制備技術。為實驗制備出這一性能優越的量子光源，王雪華教授團隊自2013年開始，從零起步，堅持不懈，不斷探索，先后發展和掌握了上述三大核心微納制備技術，在國際上率先制備出綜合性能俱佳的“三高”量子糾纏光子對源

中國科學技術大學潘建偉及其同事徐飛虎、張強，與清華大學馬雄峰、多倫多大學Hoi-Kwong Lo等，應邀在囯際物理學權威綜述期刊、美國物理學會的《現代物理評論》上發表題為“基于現實器件的安全量子密鑰分發”的長篇綜述論文。該論文系統闡述了量子密碼的原理、理論和實驗技術，并指出，經過全球學術界三十余年的共同努力，現實條件下量子密碼的安全性已經建立起來，尤其是測量器件無關等量子密鑰分發協議的提出，徹底關閉了量子密碼在物理實現過程中可能出現的安全性風險，為實

研究了二維二聚化量子自旋系統，通過理論分析和高精度的量子蒙特卡洛方法，發現在交錯狀二聚化量子海森堡模型中，相變臨界指數具有新奇的非單調尺寸標度行為。他們通過在有限尺寸標度理論中引入兩個驅動場，同時進行大尺寸的計算分析，成功地解釋了非單調的量子蒙特卡洛結果，從根源上指出二維二聚化量子自旋系統的相變仍然屬于O（3）普適類，適用于量子-經典對應理論。他們的研究表明，在量子相變中可能存在多個驅動場導致的新奇標度行為，需要采用正確的標度理論才會得到正確的結果。在論文中，他們還創造性地提出多參數聯動-高階擬合方法，能極大地提高數據準確度，可以用在不同體系的數據分析中。

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