第二代高温超导带材功能层制备关键技术研究

超导技术是一项综合性的前沿技术，在电力、能源、医学成像、军工和科学仪器等诸多领域具有广泛的应用前景，将会对国民经济和人类社会的发展产生巨大的推动作用。基于稀土氧化物高温超导材料的第二代高温超导带材具有优越的超导性能和低廉成本，适合于大规模商业化应用，被喻为21世纪最具潜力的电工技术。在新型高温超导材料研究领域，世界各国均投入了大量的人力、物力，并展开激烈的竞争，以期在短期内将高温超导材料大规模应用于实际应用中。     

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。     

重费米子体系中演生量子态及其调控的研究进展

作为典型的强关联电子体系,重费米子材料表现出丰富的量子基态,如反铁磁序、铁磁序、非常规超导、非费米液体、自旋液体、轨道序和拓扑态等。相比其他强关联电子体系,重费米子体系的特征能量尺度低,可以通过压力、磁场或掺杂等参量对不同量子态进行连续调控,因而是研究量子相变、超导及其相互作用的理想体系。本文重点介绍国家重点研发计划项目"重费米子体系中的演生量子态及其调控"执行两年来,在重费米子电子相图、量子相变、超导、强关联拓扑态、微观电子态等前沿科学问题上的研究进展。着重介绍了重费米子超导体CeCu_2Si_2的超导序参量,在重费米子材料YbPtBi中发现的外尔费米子激发,低载流子浓度近藤晶体中的关联拓扑电子态,以及CeTIn_5体系中的局域-巡游转变和重费米子态的微观机理研究等。这些研究成果加深了我们对重费米子体系中丰富的演生量子态及其调控的理解,为项目后期研究的凝练和深化奠定了坚实的基础。     

铁基超导体中的玻色模和超导电性的密切关系

铁基超导材料作为一类新的高温超导材料,其超导产生的原因一直备受关注,超导电子配对的机制一直是铁基超导研究中最具有挑战性的重大科学问题。目前有一个争论的焦点是,该类超导体是否仍然可以用BCS理论的延时电子和玻色子之间的相互作用来描述。我们通过扫描隧道谱仪,对两个不同铁基超导体系的样品进行了测量,发现除了超导特征的谱形之外,还有另一个特征峰,即玻色模,在两个样品中波色模的特征能量与中子自旋共振得到的能量数值相同,与超导临界温度之间呈现一个线性关系Ω/kBTc≈4.3±0.5。玻色模的特征峰与超导电性密切相关,并随着超导特征的减弱而减弱。上述研究结果揭示了铁基超导的非常规超导电性。     

高温超导量子干涉器

20世纪70年代初期,利用超导体的体宏观量子效应研制出一种灵敏度非常高的电子学元件——SQUID（超导量子干涉器）。90年代后,用高温超导材料和自有技术制成的HTc SQUID传感器的磁场检测灵敏也能达到5×10^-14T／Hz^1/2。目前,许多试验都已证实,HTc SQUID传感器不但能大幅度提高传统电子学仪器、装备和系统的性能和技术指标,还可能形成许多全新的应用。本文简单介绍了超导量子干涉器以及它在我国心磁图仪研制、大地电磁测量中的应用研究现状。     

全息超导体的有限N和动量耗散效应研究

超导材料因具备零电阻和抗磁性效应在诸多领域具有广阔的应用前景.至今,超导研究在各方面已经取得很多进展.关于超导机制,人们提出二流体模型、London方程、Ginzburg-Landau和BCS理论.临界温度也从最初的4.2,K提高到200,K.临界温度超过40,K的超导材料通常称为高温超导体.然而,近年来种种高温超导材...     

超导物理学的发展(1911—1957)

一、引言自从1911年卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes 1853—1926)发现超导电性以来,超导物理学已经有七十多年的历史了。目前,就我们所见,专门论述超导物理学史的文章主要有巴丁(John Bardeen,1908—)的《超导电性研究的历史》、《超导电性概念的发展》,弗勒里希(Herbert Frohlich)的《超导理论的历史》等文章。但以上文章均出自物理学家之手,且多以个人的观点出发,对一些历史发展的叙述不够清楚、全面。本文则是     

用于卫星和雷达的高温超导微波滤波器

超导电性的发现，是20世纪科学研究最重要的成果之一。目前，高温超导微波滤波器技术已经成熟，美国等国家已用于移动通信、卫星、雷达等系统。与常规器件相比，高温超导滤波器的优势主要表现在：插入损耗小；带外抑制高；带边陡度好；体积小、重量轻。此外，还可实现非常窄的通带。这些都是常规滤波器无法比拟的。     

拓扑量子材料、物性与器件研究

形形色色的拓扑量子新材料和新物态丰富了人们对物质世界的认识,也为量子调控提供了广阔的天地。来自于中国科学院物理研究所、北京大学、北京理工大学和北京计算科学研究中心的研究团队期望通过五年的努力,设计、合成出新颖的性能优越的拓扑量子材料,发现一些重要的拓扑量子新现象,制备出具有潜在应用价值的新型拓扑电子学原型器件。项目执行两年多来,研究人员们设计并合成了三重简并点半金属等新型量子材料,在拓扑量子材料中发现了一些新奇的电子输运、磁电和热电性质,制备并初步研究了Fu-Kane理论所建议的、用于寻找马约拉纳零能模的拓扑超导量子器件。     

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。     

全球竞逐的“超导” 中国排第几？

<正>现如今,在研发新的可大规模应用的超导材料成为全球科技竞逐的目标之际,中国科学家做得怎么样呢？自人类发现超导现象以来,该领域已经产生了5个相关的诺贝尔奖。中国科学家也因超导领域的突破,两次获国家自然科学奖一等奖、一次获国家最高科学技术奖。     

固态光学微腔与量子体系相互耦合的调控及其量子器件研究

固态光学微腔与量子态组成的耦合量子体系,由于能够满足量子信息处理所要求的可扩展和可集成性,被认为是实现量子计算和量子通信的重要实验平台之一。目前该体系的研究主要围绕新型高品质光学微腔的制备、局域腔模与激子态或声子态的相互作用调控以及新型量子光电子器件的研发等方面开展。虽然该领域的研究取得了一些进展,但仍面临诸多挑战,例如量子点与微腔确定性共振耦合;光学微腔与量子态相互作用的多手段调控;多微腔共振耦合的集成与实用化的量子光源等。为了攻克这些挑战,本项目围绕"微腔与量子态的耦合"这一主题展开研究,旨在发展微腔与量子的相互作用理论,建立具有自主知识产权的数值模拟平台,同时研究高品质固态微腔的制备以及与量子体系的有效耦合调控手段,开发高性能微腔量子器件和量子芯片。     

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。     

砷化镓基量子级联激光器研究取得重要进展

量子级联激光器(QCL)是一种基于子带间电子跃迁的中红外波段单极激光光源,其工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它利用垂直于纳米级厚度的半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态,在这些激发态之间产生粒子数反转。该激光器有源区是由耦合量子阱多级串接组成(通     

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。     

量子对象的模糊同一性问题

传统哲学讨论的物质对象几乎都是我们能经验到的宏观对象,宏观对象都是由经典物理学理论所支配。然而,量子理论所讨论的范围是我们平时经验不到的微观领域,这使得传统的哲学因为没有考虑微观的量子对象而有所遗漏,模糊性问题正是如此。量子理论不仅对经典物理理论造成了很大的冲击,并且对传统哲学也造成了一定的冲击。     

量子对象的模糊同一性问题

传统哲学讨论的物质对象几乎都是我们能经验到的宏观对象,宏观对象都是由经典物理学理论所支配。然而,量子理论所讨论的范围是我们平时经验不到的微观领域,这使得传统的哲学因为没有考虑微观的量子对象而有所遗漏,模糊性问题正是如此。量子理论不仅对经典物理理论造成了很大的冲击,并且对传统哲学也造成了一定的冲击。     

在铝及其合金表面制备仿荷叶表面超疏水结构

太赫兹（THz）辐射源是THz技术应用的关键器件。基于半导体的THz辐射源有体积小、易集成等优点。中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室曹俊诚等与加拿大国家研究理事会微结构研究所等单位合作，采用半导体共振光学声子设计和双面金属波导结构研制成功了激射频率为2．9THz的量子级联激光器。研究人员并进一步表征了一组除掺杂浓度外其它参数均相同的THz量子级联激光器，研究发现，     

氮化铝陶瓷与铜界面传热计算机仿真

固体界面热阻是航空航天、低温与超导、微电子技术等领域中关注解决的基本科学问题,氮化铝陶瓷和金属铜被广泛应用于低温超导装置和集成电路芯片.该文基于氮化铝陶瓷与金属铜样品之间界面热阻的低温实验,应用MATLAB软件对实验数据进行回归分析,建立了氮化铝陶瓷与铜之间界面热阻与温度、压力等参数的回归分析仿真模型,仿真结果与实验数据有较好的一致性.该文研究结果对氮化铝陶瓷、铜应用于超导装置和集成电路芯片的传热设计、空间热控制具有重要意义.     

高温合金材料设计与制备的基础研究

高温合金具有高的室温和高温强度、优良的抗高温氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力和良好的长期组织稳定性，广泛应用于航空、航天、能源、核工业、石化等领域，是国防武器装备和国民经济建设不可或缺的关键材料。经过多年的发展，我国已经初步建立了较为完善的高温合金体系，但在高温合金基础理论研究方面相对薄弱，导致高温合金制备加工中的一些关键技术问题无法取得突破性进展。本项目针对国家重大战略需求以及高温合金科研和生产中存在的技术瓶颈，以铸造、变形和粉末三类高温合金体系为载体，重点开展了高温合金成分设计及强韧化机理、纯净化冶炼及微量元素控制、凝固成形及缺陷控制、材料加工成形与组织性能调控、先进加工制备技术理论体系、苛刻环境下合金损伤机制、高温腐蚀与防护等基础性研究工作。在国内外学术期刊发表论文三百余篇，申请自主知识产权三十余项。