关键词： 实验工具   半导体物理   凝聚态物理   光电子能谱   铜氧化物   高温超导   同步辐射光源   技术解析  

摘要： 光电子能谱最初是由于其在化学元素定量分析领域的广泛应用而发展起来的.此后,随着半导体物理的发展,人们逐渐开始使用在其基础上发展的角分辨光电子能谱(ARPES)技术解析一些固体的能带信息.而伴随着同步辐射光源的发展,以及20世纪80年代末的铜氧化物高温超导研究热潮, ARPES逐步成为凝聚态物理研究的关键实验工具.

关键词： 维格纳函数   量子输运   自旋输运理论  

摘要： 在重离子碰撞中,自旋轨道耦合可以导致整体极化现象.自从2017年,STAR工作中发现超子Λ在Au+Au碰撞中的整体极化,整体极化效应引起了学术界的广泛关注.整体极化效应的微观产生机制可以利用粒子之间非定域的散射过程来描述:在重离子碰撞中产生了热密物质,热密物质中的粒子之间通过非定域的碰撞过程实现了轨道角动量向自旋角动量的转换,从而导致散射后的粒子自旋极化.为了描述这一微观过程,在相空间描述自旋轨道耦合更加方便,而自旋轨道耦合又是一种量子效应,所以基于协变维格纳函数的量子动理学理论将是描述整体极化现象的有力工具.本文介绍了基于维格纳函数的量子动理学理论以及自旋输运理论.近期自旋输运理论的发展为以后数值模拟自旋极化现象的时空演化提供了理论基础.

关键词： 同步辐射   角分辨光电子能谱   量子材料  

摘要： 角分辨光电子能谱(ARPES)凭借直接探测电子能量和动量的优势,在研究固体材料能带结构、费米面以及能隙等方面发挥着重要作用.近年来,通过追随国际领先水平,我国ARPES技术得到了飞速发展,其中与第一、二、三代同步辐射光源的结合更是帮助凝聚态物理和自旋电子学等研究方向实现了许多重大突破.本文从线站技术特点和主要成果两个角度简要介绍了目前中国主要的基于同步辐射ARPES光束线站:包括合肥光源角分辨光电子能谱线站,上海光源“梦之线”、BL03U、BL07U-Nano ARPES和BL07U-自旋分辨ARPES线站,同时还对基于未来合肥先进光源的新ARPES线站进行了展望.这些实验站将在新型量子材料探索与调控、微纳原型器件的研发等方面提供关键且不可替代的技术支撑.

关键词： 确定性固态量子光源   分子束外延   半导体量子点   单光子源   纠缠光子源   量子信息技术  

摘要： 量子光源是量子通信和光量子计算的基础模块。光子的单光子性保证了通信的无条件安全,光子的高不可分辨性保证了计算方案的复杂度。在各类固态材料候选体系中,基于半导体量子点体系的单光子源和纠缠光子源保持着量子光源品质的最高纪录,展现了巨大的潜力。分子束外延是目前最适合制备固态半导体量子点的生长方法,超高真空、超纯材料、原位监测和生长过程中参数的高度可控等特点使其优势明显。为了实现同时具备高效率、高单光子纯度、高不可分辨性和高纠缠保真度的量子光源,量子点的材料生长、外部调控、钝化技术和测量技术等都需要系统优化提升。本文将综述基于分子束外延生长实现固态量子点体系量子光源的基础材料与器件的研究进展,讨论两种常见量子点的制备原理以及外延生长中各类参数对量子点品质的影响,包括背景真空、源料纯度、衬底温度、生长速率和束流比等。本文随后简介了外部调控、表面钝化、测量技术等手段优化量子光源器件性能的技术细节和实验进展,最后对量子光源在基础科学研究和量子网络构建中取得的进展进行总结,并对其实际应用与发展前景进行展望。

关键词： 拓扑半金属   费米弧   量子输运   三维量子霍尔效应   外尔轨道  

摘要： 由于体边对应关系,拓扑半金属表面态呈现一种特殊的开放式费米弧结构。在磁场下,处于相对表面的费米弧可通过体态手性朗道能级耦合,形成穿越三维空间的外尔轨道,可在高维度材料中实现超越传统二维体系的量子霍尔效应。重点介绍外尔轨道和三维量子霍尔效应的物理机制、实验验证和潜在应用等方面的研究进展。根据理论预测的外尔轨道模型,在实验上通过变角度探测费米面维度、厚度调控回旋相位和双栅极构型验证表面态耦合等方式研究外尔轨道的输运特性。拓扑边界态与量子霍尔效应的结合在拓扑电子材料研究领域开辟了一个全新的前沿阵地,为量子霍尔效应在三维体系中的发展奠定了重要基础。

关键词： 量子点复合材料   光电活性   光电化学   界面构建   生物传感器  

摘要： 鉴于量子点(QDs)丰富的特性和光电化学(PEC)传感技术的双重优势,将基于量子点的PEC传感器用于生物样品的检测有着广阔的发展前景和巨大的潜力。为了进一步提高光电生物传感器的各项分析性能,引入具有高光电活性和生物相容性的量子点复合材料非常有必要,近年来已成为国内外研究的热点。本文在全面介绍量子点复合材料的分类、制备及界面构建方法基础上,重点综述了基于量子点复合材料的PEC传感器在生物小分子检测、酶及DNA检测、免疫分析及细胞分析等生物方面的应用研究进展,并对其前景进行了展望。

关键词： 量子结构   光电子器件   航空航天   医疗健康   光电材料   可调性   智慧生活   超低功耗  

摘要： 低维量子结构光电材料具有灵活的能带剪裁特性、丰富的异质界面可调性、优异的电子输运特性及独特的光学性能等,在超敏、超快、超低功耗、超高集成的新型光电子器件领域有着重要的应用前景,是实现对航空航天、深地深海深空探测、智慧生活、医疗健康等领域的升级变革的一项关键技术。

关键词： 时间分辨角分辨光电子能谱   非线性光学晶体   非平衡态电子动力学   量子材料   超快相变  

摘要： 通过飞秒激光激发固体材料,利用材料中不同自由度的响应时间尺度研究多体相互作用、追踪超快相变过程、实现光诱导新物态或隐藏态等,这是凝聚态物理研究的前沿和重要探索方向.时间分辨角分辨光电子能谱是近十多年发展起来的研究量子材料在飞秒激光激发后超快电子结构动力学的关键实验手段.本文回顾了基于非线性光学晶体和高阶倍频的时间分辨角分辨光电子能谱的基本原理和组成,以及利用其对量子材料的超快电子结构动力学进行的研究.主要包括四个方面的研究进展:(1)量子材料的非占据电子态探测;(2)光诱导的超快电子结构相变;(3)关联电子材料中电声相互作用强度确定;(4)光致新物态.最后,讨论了时间分辨角分辨光电子能谱未来可能的发展方向.

关键词： 库仑相互作用   量子输运   库仑拖拽效应   不对称耦合  

摘要： 当材料尺寸限制在纳米级时,电子在输运的过程中会产生明显的量子效应.库仑拖拽效应是由一个处于偏压的系统和一个无偏压系统的库仑相互作用所产生的一种量子输运现象.纳米结构中的电子流动会因为库仑相互作用变得相关,这种相关程度由电荷能控制.该效应背后的机制同时依赖于拖拽系统的不对称耦合.该文用主方程的方法计算了双量子以并联的方式耦合产生的拖拽效应.除了库仑相互作用和有限的外部电位偏差,还考虑到了双量子点间的弱耦合导致的单电子局域隧穿过程.当量子点之间处于弱耦合并且在允许隧穿的情况下,所产生的拖拽效应并不依赖于拖拽系统的不对称耦合.量子点间隧穿通道的建立对拖拽电流产生了很大的贡献,通过调谐门电压控制量子点能级的位置,产生新的单电子输运图像丰富了拖拽效应的理论研究.

关键词： 量子结构   光电子器件   航空航天   光电材料   可调性   智慧生活   超低功耗   异质界面  

摘要： 低维量子结构光电材料具有灵活的能带剪裁特性、丰富的异质界面可调性、优异的电子输运特性及独特的光学性能等,在超敏、超快、超低功耗、超高集成的新型光电子器件领域有着重要的应用前景,是实现对航空航天、深地深海深空探测、智慧生活。