自旋流探测的实现途径

自旋电子学是当前凝聚态物理中新兴的研究领域，目的在于利用电子的自旋自由度实现新一代更高性能的电子元件和信息技术。在自旋电子学的研究领域中，有许多基础的物理问题，例如如何在材料中实现自旋注入、自旋控制和自旋检测。中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室（筹）王永、夏钶与中科院理论物理所苏肇冰和北京大学马中水合作，从包含有Dirac场和Maxwell场的相对论拉氏密度出发，基于Noether定理，系统严格地研究了与自旋相关的非相对论近似下的守恒流，对上述问题做出了有益的探讨。     

大脑前扣带皮层神经元的NR2B受体在恐惧记忆形成中的作用

中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室（筹）方忠和姚裕贵，利用第一性原理方法计算了半导体和简单金属的自旋霍耳电导率，发现内秉自旋霍耳电导率具有丰富的符号变化，这一点与外秉自旋霍耳效应有着本质上的不同，这个属性有可能被用于分辨自旋霍耳效应的内秉和外秉机制。他们并预言简单金属钨和金具有较大的自旋霍耳效应且符号相反，同时发现强散射并不会抑制这两种金属中的自旋霍耳效应，也就是说在强散射情形下自旋霍耳电导率仍然具有较大的值，这使得它们有可能是一种潜在的可应用于自旋电子学器件中的材料。     

自旋电子材料

固体中的电子既是电荷的载体，又是自旋的载体。现有的信息技术分别利用半导体的电子电荷特性制造微电子器件，进行信息处理和运处；利用铁磁材料的电子自旋来进行信息存储。     

关联电子材料的自旋态限域调控与自旋电子器件应用研究进展

关联电子材料具有丰富的自旋序,包括铁磁、反铁磁、亚铁磁、螺旋磁序等,这些自旋序与电子轨道态、电荷空间分布等其他量子态存在强烈耦合,因而可以通过外场来实现不同自旋序的时域和空域调控。相对于存在化学界面的传统异质结构,在关联电子材料中利用外场限域调控,可以实现无化学界面的不同自旋序结构的空间可控排列,从而构筑基于同一材料的新型自旋电子器件。本项目围绕关联电子体系多量子态的调控规律展开,通过自旋电子学与量子物理、表面物理以及电介质物理的交叉,探索具有多场(磁场、电场、光场、应变场)可控性的新型关联自旋电子材料,发展新型的多场调控技术,揭示自旋序与量子态耦合机理,设计新型自旋电子器件,进而实现在同一关联电子材料中集成非挥发性自旋存储与逻辑运算功能。     

利用磁双势垒隧道结测量电子自旋-翻转长度

中科院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室（筹）韩秀峰研究组与美国橡树岭国家实验室张晓光及北京工业大学张泽合作，发展出一种利用纳米尺度的自旋电子学器件有效观测长度达微米量级的自旋翻转的新方法。他们通过比较用同种材料和相同工艺制备出的高质量单势垒和双势垒隧道结的隧穿磁电阻来有效获取自旋翻转的信息，发现在4．2K温度下，位于双势垒隧道结两个双势垒层中间的厚度小于一个nm的超薄Cu层中，测出电子自旋翻转的长度可达到1—2μm的量级，这个自旋翻转的长度比Cu层本身厚度大干倍以上，并且这个自旋翻转长度与声子对电子的散射相关。     

具有高磁场灵敏度的磁性隧道结及其线性输出磁敏传感器的研究

1项目概述1．1项目背景近年来，作为凝聚态物理领域一个新兴的研究方向——自旋电子学，已持续20年成为凝聚态物理的一个焦点研究方向。同时以巨磁阻GMR、隧穿磁电阻TMR为代表的自旋电子学新材料、新结构及新器件的应用，已成为纳米材料和技术迅速转化为高科技产业的两个典型范例。     

利用最优动力学解耦保持固态系统中电子自旋相干性

将量子力学和计算机科学结合并实现量子计算是人类的一大梦想,而实现这一梦想的关键挑战之一就是如何解决量子体系的退相干问题。如何在一个真实物理体系中保持量子相干,减小环境带来的退相干影响是量子信息和量子操控研究的基本前提和首要任务。近年来,一种被称为动力学解耦的有效对抗退相干效应的策略被提了出来,它是通过一串精心设计的微波脉冲序列来反复翻转电子自旋,从而有效地消去电子自旋与环境中核自旋之间的耦合,保护电子自旋的量子相干性。动力学解耦另外一个突出优势就是它可以很自然地与其它要实现的功能集成起来,如实现高精度的量子逻辑门。由于自旋反转难免会有错误发生,为达到最优效果,最近理论物理学家提出了所需脉冲数目最小化的最优动力学解耦序列和方案。然而在真实固体体系中,最优动力学解耦的可行性和有效性尚未得到实验验证。本研究通过选择合适的固体量子体系,利用精巧的脉冲控制(最优动力学解耦序列),使体系中环境对电子量子比特的不利影响被降到最小,从而大大减少量子体系中量子信息的流失,证明了这一技术的有效性,并成功厘清各种退相干机制在此类固体体系中的影响。     

先子呈现空间假说：组合先子拓扑模型的扩展及实验建议

本文基于Bilson-Thompson提出的组合先子拓扑模型(compositepreonstopologicalmodel,TM),提出了先子呈现空间假说(preonsemergingspacehypothesis,PESH),即携带同样电荷(0电荷或±e/3电荷)的3条先子(pre-ons)从粒子中向外延伸,构建出与其他粒子共享的各向同性三维空间。由PESH得到的4项规则经检验与标准模型的所有三代粒子相符合。应用PESH可以从几何/拓扑角度解释量子霍耳效应中的分数电荷准粒子、夸克禁闭及渐近自由、三维空间、粒子质量、宇称守恒及破缺、将引力子纳入TM、量子统计及自旋等物理现象。而且,基于PESH可以预言在特殊环境下存在带分数电荷粒子。本文并提出了两项实验以验证这些预言。     

关联电子系统调控研究进展

关联量子体系中,电荷、自旋与轨道的耦合在电子-电子相互作用驱动下产生了丰富的量子态,这些量子态在能量尺度上相近,对外界参数非常敏感,其合作或竞争导致了电荷自旋分离、赝能隙、条纹相、向列相等大量朗道费米液体理论不能解释的物理现象。本研究针对这些现象,从关联电子新材料探索、新现象和新规律的发现以及关联电子体系的实验和计算方法的发展几个方面进行研究,取得了系列重要进展。新材料方面,发现了新型铜氧化物超导体、新的Cr/Mn基超导体以及新型的量子自旋液体材料;新现象方面,发现了NbTi超导体在超高压下异常稳定的超导电性、铁基超导体的多自由度竞争以及铜氧化物的掺杂Mott绝缘体;新技术和新方法方面,建设了以能量可调的近红外至中红外泵浦太赫兹探测系统为代表的几种针对关联电子研究的实验系统,并发展了基于张量网络态的新算法针对典型强关联系统进行计算。这些进展对促进我国凝聚态物理学科的发展将产生重要推动。     

第二届电子学名词审定工作筹备会召开

2009年2月18日，第二届电子学名词审定工作筹备会在中国电子学会学术科技交流中心召开。中国电子学会沙踪教授、刘汝林秘书长、林润华副秘书长、学术科技交流中心董凯虹副主任等电子学专家，全国科技名词委刘青副主任、审定室邬江主任和赵伟编辑等参加会议，会议由林润华副秘书长主持。沙踪教授被推荐担任第二届电子学名词审定委员会主任，他在会上系统总结并充分肯定了第一版电子学名词的审定工作，并对第二版电子学名词的审定工作提出了总体意见和要求。中国电子学会刘汝林秘书长介绍了中国电子学会有关电子学名词审定的前期准备工作情况，表示中国电子学会高度重视电子学名词审定工作，     

具有巨单轴各向异性的纳米磁体自旋反转的电流控制

铂表面的钴原子的单轴磁各向异性可达到每原子9meV，第一原理计算还预测了更大的磁各向异性。而且巨大的单轴磁各向异性可以使自旋状态更稳定，在实际应用中应该更有利，也同样会产生自旋反转的过渡态势垒。中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室（筹）刘邦贵与李英设计并使用KMC方法研究了一类典型的、具有巨磁各向异性的纳米磁体在注入自旋极化电流作用下的行为和规律。     

对波莱尔关于函数奇点问题的思想研究

利用函数的泰勒展开研究函数奇点问题是函数解析开拓理论研究的重要课题。文章基于原始文献．深入探讨了波莱尔在函数奇点研究方面的有关工作，特别是对“函数奇点乘积的阿达玛定理”和“泰勒展开一般以收敛圆为割线”问题进行了深入研究，探讨其思想的演变过程及在当时的重要影响。该研究对客观评价波莱尔在函数奇点方面的工作有重要价值，对了解函数奇点理论的历史发展有重要意义。     

论光子和电子空间位置的变化

本文创建了光子和电子的传播理论：光子和电子都是分阶段在连续时空、散立时空中进行传播，而不是在连续时空中做机械运动。该理论的正确性可被光的干涉试验、衍射试验，Davisson-Germer电子衍射试验和已经证实了Josephson效应的一些试验所证实。基于此，该理论给出了光的波粒二象性和电子的波粒二象性的真实图像，并表明：量子力学中玻恩的几率性解释是错误的；德布洛意物质波理论中公式mc^2=by应该是mv^2=hv.     

磁性分子体系中的自旋态量子调控研究进展

分子磁性材料是新一代信息材料的一类重要研究对象。利用大小只有纳米尺寸的分子来存储信息和作为“分子计算机”,将使计算机在小型化方面发生“量子飞跃”。本文介绍了南京大学配位化学国家重点实验室近期在新型单分子磁体、光电多重响应自旋转换材料、单分子自旋电子学性质等研究中取得的重要进展。     

基于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和人工的磁斯格明子研究

磁性斯格明子是一种实空间拓扑准粒子,它展现出丰富、新奇的物理性质,为自旋电子学的研究提供了新的方向。另一方面,由于其具有尺寸小、稳定性高、易操控等特性,在未来的存储器件中也有潜在应用价值。本文简单介绍了在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项(2017YFA0303200)资助下,对基于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和人工的两种磁性斯格明子进行的系统研究。     

密立根是否占用了学生成果

密立根是本世纪知名物理学家，1923年诺贝尔物理学奖获得者，以电子电荷的测定著称于世。1982年，密立根昔日的学生，著名的立体声设备发明人弗莱切尔（H.Fletcher)在一篇回已忆录中披露了密立根对他的不公平待遇。本文对这一事件进行了分析，得出了若干结论。     

量子自旋阻挫体系与量子自旋液体

量子自旋液体是量子磁性系统中的新型物质形态,一般认为这种新物态源于阻挫相互作用。由于强烈的量子涨落导致基态呈磁无序状态,其低能激发不是通常的自旋波,而是分数化的自旋子和演生的规范涨落。经过几十年的积累,量子自旋液体在分类理论、数值计算和材料合成、物性测量等方面取得了丰富的成果。在国内,实验方面在三角晶格上的自旋轨道耦合材料YbMgGaO_4、笼目晶格上的材料ZnCu_3(OH)_6FBr和ZnCu_3(OH)_6FCl、六角晶格上的Kitaev材料α-RuCl_3等阻挫系统的研究中取得突破性进展,部分达到国际领先水平;理论方面,在计算笼目格子海森堡模型的基态、刻画具有自旋轨道耦合的阻挫模型的相图、构造非对易自旋液体模型、建立自旋液体低能有效理论等方面也取得重要进展。由于强关联系统的复杂性,自旋液体领域仍然有很多重大问题尚未完全解决。另一方面,鉴于这一领域的重要性,我们需要集聚力量、协同合作,在材料、实验和理论上取得新的突破,推进相关领域的持续性发展。     

香山科学会议第552～561次学术谈论会简述

2015年12月21日~2016年5月18日,香山科学会议陆续召开了主题为"合成生物学发展战略""自旋波电子学物理、材料与器件""医学分子探针关键技术""深层地热能系统理论与系统工程的集成创新""光合作用、光能利用与生物质能源——前沿科技重要问题""生物大数据和精准医学时代的生物信息学核心问题与理论体系""聚集诱导发光""土木工程可持续发展面临的挑战和应对技术路径""丝绸之路经济带自然灾害与重大工程风险"和"空间辐射生物交叉学科研究"的第552~561次学术讨论会。     

0.1meV能量分辨率扫描隧道谱的发展及其在单自旋态探测中的应用

本研究利用低温扫描隧道显微镜研究了吸附在超导体表面上的磁性杂质诱导的束缚态。通过提高扫描隧道谱的能量分辨率,可以观察到对应于不同角动量散射通道的多重束缚态。该工作提供了一种探测单个自旋态以及研究磁性与超导相互竞争等的灵敏实验手段。     

量子材料中的有序现象及其调控的研究进展

关联体系中多种量子有序态的竞争催生了极其丰富的物理性质和相图,对它们的研究将加深人们对量子材料中基本现象和规律的认识。而对量子序调控机制的研究,将有可能产生新的关键技术和新原理原型器件。本综述介绍了国家重点研发计划项目"关联体系多种量子有序态的竞争与调控"执行两年来,在量子材料的自旋量子纠缠序、向列序、电荷序、轨道序、超导序和拓扑序等多种量子有序态的机理与调控研究中取得的主要进展。着重介绍发现了多种基于有机-无机杂化结构的超导体系和一系列含稀土元素的新型铁基超导体,在自旋液体中发现分数化的激发,对FeSe_(1-x)S_x中向列序与超导序相互作用和Li_(0.8)Fe_(0.2)OHFeSe表面电子结构和超导电性的研究,对重费米子体系中电子的局域行为和巡游行为的相互作用的研究,以及实现了固体离子门电压的调控技术并得到了多种体系的相图等重要发现。这些研究成果加深了我们对量子序的认识,建立了研究和控制量子序的手段,也为未来量子序的应用打下了基础。