物理前沿

用一維聲子晶體探測三維外爾物理

武漢大學物理科學與技術學院邱春印教授、劉正猷教授等在合成空間中首次實現拓撲聲學，揭示了利用易于實現和檢測的低維聲學系統探測高維拓撲現象的可能性。研究成果發表于Physics Review Letters。外爾(Weyl)半金屬是一種三維固體材料，具有許多獨特的特性，如手性異常和拓撲費米弧表面態等。文章利用簡單的一維聲子晶體外加兩個額外的結構參數，構造、合成了虛擬的三維空間以及外爾點，探索外爾材料中的物理現象。基于精確的超聲實驗，直接觀察到了合成空間中的外爾點，驗證了與合成外爾點拓撲穩定性相關的反射相位奇異性，進而檢測了該合成體系中的拓撲非平庸界面態及其傳輸特性。

利用一維聲子晶體和兩個額外的幾何參數構建虛擬的三維空間，實現合成的外爾點（圖片來源于武漢大學物理科學與技術學院網站）

實驗探測合成外爾點（圖片來源于武漢大學物理科學與技術學院網站）

基于外爾半金屬TaIrTe4的原型器件的拓撲特性的光電探測性能的研究進展

北京大學物理學院量子材料中心的孫棟研究團隊與合作者探究了外爾半金屬拓撲特性對其非線性光學效應的影響，并通過引入拓撲效應實現了基于半金屬的光電探測器的響應度在中紅外波段的巨大提升。研究論文發表于Nature Materials。該工作主要利用的拓撲效應是外爾半金屬的外爾點附近具有發散的貝里曲率，使得跟貝里場相關的位移電流響應在外爾點附近受到明顯的增強；而能量越低的光子造成的躍遷會越接近外爾點，受到增強的效果也就越明顯。將該拓撲效應與光探測性能相結合，得以使基于拓撲半金屬的原型光電探測器的響應度在中紅外波段得到3個量級的增強，從而打破了過去半金屬光電探測的主要技術瓶頸。

二硫化鉬中晶界在催化析氫中的重要作用

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心納米物理與器件重點實驗室張廣宇研究團隊與北京大學江穎教授及南開大學張立新教授課題組合作，發展了一種全新的激活和優化二硫化鉬基面催化活性的方法。研究論文發表于Nature Communications。論文以大面積、高質量的單層二硫化鉬為實驗對象，結合前期發展的表面誘導相變技術，研究了一系列具有不同晶疇和相疇密度的樣品的析氫催化活性。通過對基面不同區域的電催化局域測量，他們發現2H-2H疇區邊界和2H-1T相邊界都可作為基面上有效的催化活性位點；且相較之下，2H-1T相邊界比2H-2H疇區邊界更具催化活性。

納米孔的離子選擇性增強傳輸

中國科學院近代物理研究所材料研究中心科學家將氧化石墨烯膜制備技術與核孔膜技術相結合，制備出氧化石墨烯膜/聚合物復合納米孔結構，用以開展復合結構中的離子傳輸特性研究。研究論文發表于ACS Applied Materials & Interfaces。文章利用蘭州重離子加速器提供的高能重離子對PET聚合物進行輻照，再結合非對稱化學蝕刻得到PET錐形納米孔，然后利用旋涂法在PET納米孔上制得氧化石墨烯薄膜（GOM），形成GOM/PET復合結構。氧化石墨烯膜與核孔膜相結合，在提高陽離子通量的同時，抑制了陰離子的傳輸，使得體系的離子整流系數從4.6增加到238.0，實現了溶液中陽離子的選擇性增強傳輸。

高溫高強非晶合金材料新體系

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心柳延輝、汪衛華研究組和美國耶魯大學、約翰霍普金斯大學、日本東北大學等合作，用材料基因工程方法發現高溫非晶合金。研究論文發表于Nature。采用材料基因工程理念開發了獨特的高通量實驗方法，在高性能非晶合金的成分設計和探索中取得突破，實現了非晶合金的快速篩選，研制出高溫高強非晶合金材料新體系。高通量實驗方法在非晶合金領域創造性的應用，有望突破成分多樣性和復雜性造成的非晶合金材料探索所遇到的瓶頸，解決非晶合金的形成能力問題，實現非晶合金新材料的高效探索，獲得更多高性能非晶合金材料，拓寬非晶合金的應用范圍。

Ir-Ni-Ta-(B)高溫非晶合金的設計以及高通量實驗方法。該方法一次可實現1000個成分點以上的快速制備和表征，比傳統非晶合金探索方法效率高1000倍以上（圖片來源于中國科學院物理研究所網站）

Ir-Ni-Ta-(B)高溫非晶合金具有低膨脹系數、抗氧化、耐腐蝕的特點，并且能通過超塑性成型工藝進行高精密加工（圖片來源于中國科學院物理研究所網站）

量子糾纏光源研究進展

中山大學物理學院王雪華教授團隊與奧地利林茨大學Armando Rastelli教授等合作者，研制出綜合性能俱佳的“三高”量子糾纏光子對源。研究成果發表于Nature Nanotechnology。量子光源是量子信息和量子光電集成芯片不可或缺的量子器件。量子點（或其他輻射子）的量子光源可以根據需要由外部電脈沖或光脈沖觸發來產生確定性的單光子或糾纏光子對。科學家基于量子光輻射控制理論，提出一種能克服光子側向和背向泄露且能極大提高光子前向出射的新型微納“射燈”結構，其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過90%、最高可達95%。三大核心微納制備技術保障了該“射燈”結構量子光源的實驗制備。

微環境濕度調節新策略“濕泵”

上海交通大學機械與動力工程學院制冷與低溫工程研究所王如竹教授團隊提出了一種適用于小空間濕度控制的全固態“濕泵”，實現了固體制冷和吸附除濕技術的優勢互補。研究論文發表于Joule。論文中提出的“濕泵”可以將空氣中的水分從低濕度空間搬運至高濕度空間，從而實現對濕度的主動控制。通過構建系統級的動態計算模型，使用商用熱電模塊和硅膠除濕劑搭建了概念驗證樣機。通過特殊的涂層工藝和緊湊的結構設計，降低固態系統的接觸熱阻與傳質阻力。典型工況下的測試結果優于其他已報道的小型除濕系統。此外，該除濕裝置可以有效避免傳統技術中制冷劑、冷凝水、溶液等產生的副作用。

超導量子計算在強關聯糾纏體系的量子隨機行走實驗研究進展

中國科學技術大學潘建偉、朱曉波和彭承志等組成的超導量子實驗團隊，聯合中國科學院物理研究所范桁等理論小組，將超導量子比特應用到量子隨機行走的研究中，研究成果對未來多體物理現象的模擬及利用量子隨機行走進行通用量子計算研究將產生重要影響。相關論文發表于Science。量子計算的基礎研究和應用開發不斷受到各國政府的高度關注，也得到了包括Google、IBM、Intel、華為、騰訊、阿里巴巴等在內的各大型公司的直接投入。超導量子計算作為固態量子計算方案，其內在的優勢就在于其工藝上就具有良好的可擴展性。然而在不斷集成更多的量子比特的同時，如何保證所有量子比特的質量是目前最大的挑戰。