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近期，西湖大學理學院何睿華課題組連同研究合作者一起，發現了世界首例具有本征相干性的光陰極量子材料，其性能遠超傳統的光陰極材料，且無法為現有理論所解釋，為光陰極研發、應用與基礎理論發展打開了新的天地。

衛星在軌運行和返回過程中需經歷極端高低溫環境，構件尺寸的穩定是保證衛星在軌高精度、返回高安全、任務高可靠的關鍵。針對衛星搭載的某寬帶微波載荷與衛星本體材料之間熱膨脹系數不匹配極易導致的載荷在軌及返回過程中載荷接收精度不穩定、信息傳輸不連續等問題。我校陳駿教授團隊以原創的負熱膨脹技術研發了具有輕質、熱膨脹系數低、力學性能優異、尺寸穩定性好的高性能低膨脹鋁基復合材料，并研制了系列關鍵連接內置件、環件等高性能低膨脹構件，首次將負熱膨脹技術應用到我國的衛星上，填補了高性能低膨脹金屬構件在工程應用領域的空白。該技術使得某寬帶微波載荷與衛星本體之間熱膨脹匹配性增強、界面應力大幅度減小，保證了衛星在軌與返回過程中信號高精度傳輸與接收，助力衛星成功返回。 圖1 實踐十九號衛星成功返回（圖片來源國家航天局） 圖2 高性能低膨脹鋁基復合材料及構件應用于全球首顆可重復使用返回式技術試驗衛星（圖片來源央視新聞頻道）

傳統的量子振蕩理論，包括考慮了塞曼劈裂的SdH振蕩，都無法解釋最新發現的對數周期現象。這預示著該工作為量子振蕩家族增加了一個新的成員。此外，相對于已知的量子極限以外的量子態，例如分數量子霍爾態、魏格納晶體以及密度波相變等，該研究同時揭示了一種量子極限之外的新型量子態。? 進一步分析表明，這一新奇發現中磁電阻振蕩的對數周期性實質上是離散標度不變性的明顯特征。標度不變性指體系在任何尺度下都是自相似的，體系不存在特定的特征尺度。離散標度不變性是連續標度不變性破缺的結果，其顯著特征是體系的特征尺度滿足等比數列。對數周期振蕩是離散標度不變性的典型特征，這一特征在動物學、金融危機、地震、湍流等多種研究領域中都有所體現。在經典物理體系里，離散標度不變性存在于非線性方程導致的分形結構中。譬如著名數學物理學家龐加萊提出的龐加萊圓盤模型就是一種滿足自相似性的分形結構，參見荷蘭著名畫家埃舍爾的畫作Circle Limit III （圖2A）。對于量子體系，目前已知的只有Efimov三體束縛態表現出離散標度不變的行為。近年來，Efimov三體束縛態在冷原子實驗中得到了觀測，進而激發了相關領域極大的研究熱情。

量子材料與量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。量子相變與傳統的熱力學相變不同，是在絕對零度下調節非熱力學參量而發生的相變，相變點附近量子漲落而非熱漲落起了重要作用。作為量子相變的經典范例，二維超導-絕緣體相變以及超導-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態物理最高獎巴克利獎。在量子相變過程中，除超導基態和絕緣基態外，量子金屬態是否存在于二維超導體系一直是理論與實驗上爭論的焦點（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根據安德森標度理論，由于量子干涉效應以及相位相干長度在零溫下發散的特性，載流子在趨于絕對零度時會表現出局域化效應，因此理論上不存在二維量子金屬基態。盡管實驗上在各種二維電子體系發現了量子金屬態的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響（Science Advances 5, 3826 (2019)），二維量子金屬態的存在與否仍存在著巨大爭議，是近三十年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。 最近，北京大學物理學院量子材料中心王健教授、博雅博士后劉易與合作者在高溫超導納米多孔薄膜中首次完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，研究團隊在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導-量子金屬-絕緣體相變。量子金屬態存在的直接證據是體系的電阻隨著溫度降低表現出飽和特性，在高溫超導體YBCO薄膜中，該電阻飽和溫度高達5K，這一溫度相比于傳統超導體系提高了1-2個數量級，大大提升了量子金屬態的穩定性和實驗結果的可信度。通過高頻濾波器極低溫對照實驗表明，是否添加濾波器對體系的電阻在低溫下的飽和規律沒有明顯的作用，有效地排除了外界高頻噪聲對實驗的影響，為量子金屬態的存在提供了可靠的實驗證據。實驗還揭示了量子金屬態的霍爾電阻為零歐姆，意味著量子金屬態具有與超導體類似的粒子空穴對稱性（particle-hole symmetry）。 此外，實驗表明量子金屬態在低溫下滿足歐姆定律且具有巨磁阻效應，這些發現也與理論上對量子金屬態的預期吻合。 研究團隊通過系統的極低溫電輸運測試發現，超導，金屬與絕緣這三個量子基態都有與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁通振蕩，這表明量子金屬態與傳統金屬不同，是玻色金屬態，揭示了庫珀對玻色子對量子金屬態的形成起到了主導作用。（注：傳統金屬中導電是電子，也即費米子）實驗發現，對于超導態的樣品，量子振蕩振幅隨溫度的降低迅速增加而發散; 對于絕緣態的樣品，振幅隨溫度的降低先迅速增加然后在低溫下衰減; 而對于量子金屬態的樣品，振幅隨溫度的降低先迅速增加然后在低溫下飽和。進一步分析揭示出振蕩振幅飽和對應于相位相干長度飽和，是量子金屬形成的一種可能機制。有意思的是通過調控正常態電阻僅兩個數量級，量子振蕩振幅從超導態樣品到最絕緣的樣品變化了九個數量級，這意味著多孔高溫超導體系具備很好的相位相干調控性。 該工作于2019年11月14日在線發表于學術期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大學王健教授、布朗大學James M. Valles Jr 教授、電子科技大學熊杰教授是本文的共同通訊作者，電子科技大學博士生楊超和北京大學博士后劉易為文章共同第一作者，北京大學為第一通訊作者單位。這一工作的主要合作者還包括布朗大學Jimmy Xu教授，北京大學林熙研究員，北京師范大學劉海文研究員，清華大學姚宏教授，電子科技大學李言榮院士等。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中央高校基本科研業務費、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、低維物理國家重點實驗室開放基金、北京市自然科學基金、北京市交叉科學與技術基金、博士后科學基金等支持。 二維高溫超導體系中量子玻色金屬態的證實是王健研究組與合作者繼量子格里菲斯奇異性發現以來（Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)），在二維超導量子相變領域的又一重要突破。該工作為國際上爭論了三十多年的量子金屬態的存在提供了有力的證據，并為研究量子金屬態提供了新思路。該工作也得到了美國科學院院士斯坦福大學Steven A. Kivelson教授的高度評價，評論文章發表在Journal Club for Condensed Matter Physics（凝聚態物理期刊俱樂部）上。Kivelson教授指出：“這一工作對量子材料的理解具有基礎性的重要意義”。圖一， 釔鋇銅氧（YBCO）納米多孔薄膜中的超導-量子金屬-絕緣體量子相變。(A)用多孔氧化鋁（AAO）模板蝕刻法制備YBCO納米多孔薄膜的工藝示意圖。(B) YBCO納米多孔薄膜掃描電鏡（SEM）圖像。(C) YBCO納米多孔薄膜的幾何結構示意圖。(D)不同刻蝕時間下YBCO納米多孔薄膜的電阻對溫度的依賴關系。超導態(SC)、反常金屬態(AM1)、過渡態(TS)和絕緣態(INS)四種典型薄膜的電阻溫度曲線用黑色表示。圖二,量子金屬態證據。(A)量子金屬態薄膜和超導薄膜的輸運曲線。其中低溫下電阻的飽和行為為量子金屬態的特征。(B) 量子金屬態薄膜極低溫輸運曲線。是否采用高頻濾波器并不改變量子金屬態飽和電阻的特征。插圖: 量子金屬態薄膜的I-V曲線，符合歐姆定律，亦為量子金屬態的證據。(C)典型量子金屬態薄膜的霍爾電阻和縱向電阻隨溫度的變化圖。霍爾電阻(Rxy)在低溫下趨于零，而縱向電阻不為零，表現出量子金屬態的特征。插圖: 量子金屬態薄膜不同溫度下的霍爾電阻(Rxy)。(D) 量子金屬態薄膜的巨磁阻效應，與理論上對量子金屬態的預期相符。圖三，庫柏對在量子相變過程中的相干性衍變 (A)超導態、(B) 量子金屬態、(C)絕緣態的磁導振蕩圖。 (D) 不同溫度下，所有YBCO薄膜的磁導振蕩的振幅。對于量子金屬態薄膜，磁導振蕩的振幅隨溫度的降低在5 K左右而飽和。而超導態薄膜磁導振蕩的振幅在低溫下發散，絕緣態薄膜磁導振蕩的振幅隨著溫度降低先增加后減小。(E) 通過相位相干的近似模型，計算得到量子金屬態的相位相干長度在低溫下飽和。揭示了量子金屬形成的一種可能機制。

實驗裝置簡圖，原子能級以及與原子相互作用的光脈沖序列復旦大學物理學系精密測量物理與量子光學團隊開展國際合作研究，在突破標準量子極限的精密測量研究中取得系列重要進展。團隊利用預測和回溯測量的方法，實現了迄今含原子數最多的原子自旋壓縮以及突

本項目開發了一種量子保密通信保障信息傳輸安全條件下的量子安全云智慧考場作弊防控新技術，并成功地開發了量子安全云智慧偵測器屏蔽、量子安全偵測等終端產品， 所開發完成的量子安全云智慧考場技防平臺，確保考試安全和公平公正”的明確指示，針對當前無線電作弊的現狀和未來趨勢，實施有效的考場電子防衛。該系統偵測范圍涵蓋當前已知的幾乎所有無線電作弊設備（包括語音通信、字符通信以及手機/對講機等），兼具實時偵測、作弊信號識別、作弊信號內容探測、作弊信號還原取證、對作弊信號實施阻斷等多種能力。功能全面強大，易于部署，且能夠接入考務綜合管理平臺，通過數據接口鏈接支持與巡查指揮等其他系統的互聯互通和協同工作，是目前業內最先進最完整的高科技作弊防控解決方案。 

超高的遷移率、超低載流子濃度，以及單個費米口袋特性是整個實驗成功的關鍵所在。他們研究了多種高品質的ZrTe5晶體，該材料在2014年被中科院物理所翁紅明、戴希和方忠等人預測可能具有非平庸的拓撲性。在低溫和小磁場條件下，通過量子振蕩輸運測量和分析手段，可以重構出一個非常清晰的閉合費米面拓撲結構。這種封閉的三維費米面可以與準二維體系明確分開，在量子極限

徐虎課題組發現具有量子谷Berry Phase的拓撲聲子態在二維六角晶格材料中普適存在。隨著研究的深入，拓撲材料的分類越來越豐富和多樣化。到目前為止，拓撲材料的研究主要集中在費米子相關的系統。隨著研究水平的進一步發展，拓撲的玻色子系統也越來越引起人們的關注，例如光子晶體、聲子晶體等人工晶體中的拓撲現象等。但是，固體中的THz頻率段的拓撲聲子的研究相對緩慢。理論研究表明，拓撲聲子對研究量子聲子霍爾效應、拓撲聲子熱器件等具有重要作用。因此，在現實材料中尋找拓撲聲子態是相關領域亟待解決的問題。 在研究中，徐虎課題組研究人員采用基于密度泛函理論的晶格動力學計算，根據二階力常數矩陣構造類似于電子系統的緊束縛哈密頓量，從而可以獲得聲子系統的Berry 相和拓撲邊緣態。在此基礎上，他們結合高通量計算，發現具有量子谷Berry相的Dirac聲子態在二維六角晶格材料中普適存在(圖3a)。研究結果對進一步研究拓撲聲子態以及其實際應用具有重要作用。 近兩年，徐虎課題組致力于拓撲材料的理論預測和設計方面的研究工作，以南方科技大學物理系為第一單位發表1篇Phys. Rev. Lett.，1篇Nano Lett.和8篇Phys. Rev. (其中5篇為Phys. Rev. B Rapid Communications)。