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。

关键词： 规范势   量子态输运   量子态制备  

摘要： 借助于电感型耦合器产生人造规范势(有效磁通),本文研究了正方形传输子量子比特模型中的量子态输运性质.理论计算发现,单粒子本征态与单空穴本征态具有相同的本征能谱,并且相同能量下,两者的平均粒子流与平均空穴流受有效磁通正弦调制后互为相反数.当初态为占据一个格点的单粒子与单空穴时,如果系统时间反演对称(有效磁通为4π的整数倍),单粒子与单空穴的含时波函数各分量相等,否则不等.分析证明,以上计算结果是由于对体系哈密顿量的粒子-空穴操作等价于对其做时间反演.此外还发现,有效磁通为π时,单粒子或单空穴只在初始比特与两个相邻比特之间输运,有效磁通为0时,单粒子或单空穴通过两个相邻比特输运到对角比特,然后再反向输运;无论有效磁通如何取值,两者具有相同的平均(粒子或空穴)流和格点占据概率.

关键词： 碱金属离子电池   量子点   负极   复合材料   电化学性能  

摘要： 负极材料作为碱金属离子电池的重要组成部分,对电池的性能有着巨大的影响。传统的负极材料如石墨,由于比容量低很难满足未来对储能的需求。因此,寻找具有高比容量、优异的循环性能和稳定性能的负极材料至关重要。量子点因细小的尺寸和超高的比表面积被广泛用于与负极基体材料复合,由量子点修饰的复合负极材料在碱金属离子电池中表现出优异的电化学性能。然而,目前对量子点及其复合材料用于碱金属离子电池负极的研究缺乏综述和展望。本文从金属氧化物量子点、金属硫化物量子点、金属氮化物量子点、碳量子点、单质类量子点以及其他类型量子点这6个方面对应用于碱金属离子电池负极的量子点进行综述,重点分析了各类量子点修饰的复合材料的作用机理和电化学性能。综合分析表明,量子点复合负极材料能有效缩短碱金属离子的扩散路径,提供更丰富的活性位点以及具有更高的循环稳定性,有望成为碱金属离子电池最具前途的负极材料。此外,本文总结了量子点复合负极材料存在的问题,并对未来量子点及其复合材料在电池领域的发展前景作了展望:(1)优化量子点合成路径;(2)明确量子点作用机理;(3)减少副反应消耗;(4)选用更合适的基体材料。

关键词： 光阴极   阴极材料   自由电子激光   粒子加速器   发射角   尖端科技   电子谱仪   相干性  

摘要： 西湖大学理学院何睿华课题组连同其他合作者,发现了世界首例具有本征相干性的光阴极量子材料,其性能远超传统光阴极材料,且无法为现有理论所解释,为光阴极研发、应用与基础理论发展打开了新天地。相关成果近日在线发表于《自然》。光阴极材料是当代粒子加速器、自由电子激光、超快电镜、高分辨电子谱仪等尖端科技装置的核心元件。一直以来,它存在固有的性能缺陷—所发射的电子束“相干性”太差,也就是电子束的发射角太大,其中的电子运动速度不均一。