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keli2 — Fri, 06 Sep 2024 08:26:48 +0000

beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室谢涛副教授关于阻挫磁性材料CsCeSe₂的磁结构和自旋激发研究成果在2024年8月29日以“Quantum Spin Dynamics Due to Strong Kitaev Interactions in the Triangular-Lattice Antiferromagnet CsCeSe₂”和“Stripe magnetic order and field-induced quantum criticality in the perfect triangular-lattice antiferromagnet CsCeSe₂”为题同时在知名物理学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）和《物理评论B》（Physical Review B）上发表。

阻挫广泛存在于具有三角晶格、笼目晶格、六角晶格等结构的材料中。磁阻挫的本质在于磁性相互作用之间的竞争，阻挫的存在可使材料中的自旋不易稳定地处于某个确定的有序态，进而产生新奇的磁基态和动态激发，其中一个著名的例子便是量子自旋液体及其中分数化的自旋激发。具有量子自旋（S = 1/2）的二维三角晶格反铁磁体是最早被研究的阻挫体系，也是最早被认为具有量子自旋液体基态的体系，目前已有较多的理论和实验研究工作。理论研究指出，三角晶格反铁磁体可随其磁性哈密顿量的交换耦合矩阵中各项的变化而呈现出包括120°型反铁磁序、多种条纹型反铁磁序和量子自旋液体等丰富的磁基态。

早年间，阻挫磁性的实验研究较多地集中在含过渡金属磁性离子的体系，而具有强自旋轨道耦合的稀土离子阻挫磁体则随着三角晶格材料YbMgGaO₄体系的深入研究而逐渐进入人们的视野。中国科学院物理研究所张清明研究员课题组发现了具有铜铁矿（delafossite）结构的三角晶格家族AReCh₂（A为碱金属，Re为稀土离子，Ch为氧族元素），为实验上深入研究三角晶格体系提供了一个理想的平台。揭示阻挫磁性材料的磁基态和磁性哈密顿量是阻挫磁性材料研究的关键。中子散射技术则是研究磁性体系的磁结构以及磁激发的重要手段。

近期，beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室谢涛副教授与合作者利用中子散射技术系统地研究了具有完美晶体结构的三角晶格阻挫磁性材料CsCeSe₂的磁基态与自旋激发。在CsCeSe₂中，自旋轨道耦合与晶体电场的共同作用使得其Ce³⁺离子在低温下呈现出有效自旋S = 1/2的量子磁性。比热测量显示在350 mK附近有一个尖峰，且该尖峰随着面内磁场的增加被轻微地推到了较高的温度，峰强也得到了明显的增强，最后该尖峰逐渐被进一步增强的磁场所压制，这表明该尖峰对应某种长程磁有序的建立（图1a）。粉末中子衍射测量在250 mK观测到了微弱的磁布拉格峰（图1c-d），印证了比热的实验结果。进一步的单晶中子衍射实验确认了这些磁布拉格峰对应传播矢量为k = (0, 1/2, 1)的磁有序（图1e），中子衍射数据的精修结果显示CsCeSe₂的磁结构为条纹（stripe-yz）型反铁磁序（图1d和f）。该条纹（stripe-yz）型磁结构在磁场中保持不变，直到所有的磁矩在临界磁场（B_c ≈ 3.9 T，也叫作饱和磁场）之上被极化到磁场的方向（图1b）。

图1：CsCeSe₂的比热和中子衍射测量结果及其磁结构与相图：的晶体结构与自旋激发谱。（a）CsCeSe₂的极低温比热数据；（b）CsCeSe₂的磁场-温度相图；（c）-（d）CsCeSe₂的粉末中子衍射测量结果；（e）CsCeSe₂的零场单晶中子衍射测量结果；（f）CsCeSe₂的磁结构示意图。

在此基础上，谢涛副教授与合作者团队又在极低温（70 mK）条件下开展了非弹性中子散射的测量，采集了从零磁场到面内饱和磁场以上的自旋激发数据。结果显示，低磁场下（≤ 4 T）的自旋激发有明显的反常行为。在低于饱和磁场时，尽管自旋波的色散可用经典的线性自旋波理论来描述，但自旋波有明显的谱线展宽和强度的重新分布（图2b-d）。而在临界磁场附近（4 T），测得的自旋激发能量与线性自旋波理论的计算有较大出入，且在布里渊区的中心（Γ点）有一个额外的“弧”型强度（图2e）。在进入极化态后，自旋波呈现出经典的余弦式色散（图2f），并随磁场的进一步增大被线性地抬升到更高能量。为了描述低磁场区域的反常自旋激发和高磁场下（≥ 5 T）的经典自旋波，该团队考虑了非海森堡型的（非各向同性的）最近邻反铁磁哈密顿量。他们首先利用线性自旋波理论拟合了极化态的经典自旋波，并得到了一组最优的交换耦合参数：J = 72.5 μeV, XXZ各向异性 Δ = 0.25, J_±±/J = 0.52, J_z_±/J =0.41（图2a）。如前所述，在线性自旋波理论近似下，基于这一系列参数的结果不能很好地描述低磁场下的反常自旋激发。为了解决这一问题，该团队针对自旋动力学结构因子展开了精确对角化计算（结果如图2g和h），计算的结果与实验数据吻合度较好，从而证明了上述交换耦合参数在低磁场时的正确性，并指出在低磁场区域自旋激发的反常行为来自磁子间的相互作用（magnon-magnon interaction），以及磁子（single magnon）与双磁子连续激发（two-magnon continuum）的相互作用。这一工作揭示了在磁性哈密顿量的交换耦合矩阵中，非对角项J_±±和J_z±在形成条纹（stripe-yz）型磁有序和产生反常自旋激发中所起到的关键作用。此外，通过对非对角项J_±±和J_z±的线性组合还可以得到著名的Kitaev相互作用项。这些实验结果呼应了此前关于二维三角晶格反铁磁体系的理论工作，展示了该体系的自旋动力学中复杂的多体物理现象，进一步加深了人们对阻挫磁性的理解。

图2：CsCeSe₂的自旋激发谱、精确对角化计算及三角晶格反铁磁体系的交换耦合参数相图：（a）固定XXZ各向异性 Δ = 0.25时的三角晶格反铁磁体系的交换耦合参数相图及CsCeSe₂在相图中的位置；（b）-（f）CsCeSe₂在系列变化的磁场中的自旋激发谱及其与线性自旋波理论近似下计算结果（灰色曲线）的对比；（g）和（h）为精确对角化计算所得的动力学结构因子与实验数据点（蓝色空心点）的对比，绿色曲线为线性自旋波理论近似的结果，红色曲线是双磁子连续激发（two-magnon continuum）的下边界。

这一系列成果在2024年8月29日以“Quantum Spin Dynamics Due to Strong Kitaev Interactions in the Triangular-Lattice Antiferromagnet CsCeSe₂”和“Stripe magnetic order and field-induced quantum criticality in the perfect triangular-lattice antiferromagnet CsCeSe₂”为题同时在著名物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）和《物理评论B》（Physical Review B）上发表。beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、中子科学中心的谢涛副教授是两篇论文的第一作者和通讯作者，beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、中子科学与技术中心为两篇论文的第一单位。这一系列工作是与南方科技大学吴留锁教授、赵南博士，美国橡树岭国家实验室邢捷博士、A. Podlesnyak博士等，美国高场实验室N. Harrison博士，德国莱布尼茨固体与材料研究所S. M. Avdoshenko博士，美国加州大学尔湾分校A. L. Chernyshev教授，瑞士保罗谢勒研究所S. Gozel博士、S. E. Nikitin博士，瑞士洛桑联邦理工学院（和保罗谢勒研究所）A. M. Läuchli教授等众多科学家们通力合作完成的，S. E. Nikitin博士是论文的共同通讯作者。实验样品的化学成分分析得到了beat365中国唯一官方网站分析测试中心刘洪涛老师的悉心帮助。该研究工作得到了国家自然科学基金委、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、beat365中国唯一官方网站公共科研平台、广州市科技计划项目基础与应用基础研究专题、松山湖材料实验室、beat365中国唯一官方网站中央高校基本科研业务费专项的大力支持。

原文链接：

论文1：Xie et al., Phys. Rev. Lett. 133, 096703 (2024)：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.096703

论文2：Xie et al., Phys. Rev. B 110, 054445 (2024)：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.054445

部分参考文献：

Y.-D. Li et al., Physical Review B 94, 035107 (2016);

P. A. Maksimov et al., Physical Review X 9, 021017 (2019);

Y. Li et al., Physical Review Letters 115, 167203 (2015);

W. Liu et al., Chinese Physics Letters 35, 117501 (2018);

T. Xie, et al., npj Quantum Mater. 8, 48 (2023).

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keli2 — Mon, 02 Sep 2024 03:37:28 +0000

对量子多体物质态的分类与刻画一直是凝聚态物理的重要课题。对于这一课题，凝聚态物理、量子信息、数学物理、计算机科学、系统科学等学科之间的交叉可能会带来新的见解。

近日，beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室叶鹏教授团队发现了一类新的物质态的严格可解模型的构造、分类与理论探测方法。通过引入计算机科学中的高阶元胞自动机（Higher-Order Cellular Automaton, HOCA）方法，叶鹏教授课题组构建的这一类物质态具有丰富的子系统对称性，包括之前没有被发现过的具有混沌结构的子系统对称保护拓扑序以及同时具有分形和线型结构对称性的对称保护拓扑序。这一类模型被称为高阶元胞自动机生成的对称保护拓扑序（HOCA Generated Symmetry-Protected Topologial phase, HGSPT phase）。

图1 不同阶的线性元胞自动机（CA）生成的对称保护拓扑（SPT）模型类型的对称性示意图。

这一类物质态被证明具有一定程度的普适性，能够局域地模拟任何有限区域内的子系统构型。HGSPT的非平凡基态可以被多点奇异关联函数（Multi-Point Strange Correlator, MPSC）所探测。叶鹏教授团队构造了一套通过构建MPSC来探测HGSPT非平凡基态的程序，并证明了存在一类模型的基态只能被多点奇异关联函数探测而不能被通常的两点奇异关联函数探测。同时，研究团队揭示了多点奇异关联函数和该模型的赝拓扑纠缠熵（spurious topological entanglement entropy，STEE）之间存在深刻的联系，说明了通过上述程序构造的多点奇异关联函数中的算符乘积会在系统的三体拓扑纠缠熵计算中产生贡献，从而使得系统产生STEE。这一发现阐明了在对称保护拓扑序的短程关联基态中，两种来自于对称性的几何性质所产生的长程行为之间的对应关系。

图2 I-MSPT模型的哈密顿中的两项的两种可能的重叠方式。灰色圆圈表示来自两个项的重叠的 X 和 Z Pauli 矩阵。黑色晶格和蓝色虚线晶格分别表示子晶格。

这一研究将计算机科学中的高阶元胞自动机的概念引入凝聚态物理的拓扑物态理论研究中，并由此发现了大量新的拓扑物质态，阐明了对称性的空间分布模式对于物态分类的重要作用。通过引入多点奇异关联函数的概念并阐明其与赝拓扑纠缠熵的关系，该研究将进一步推动凝聚态关于物态分类的研究，并因其丰富新奇的现象而获得量子信息领域、计算机科学中的应用前景。

相关研究成果于2024年8月28日以 “Higher-order cellular automata generated symmetry-protected topological phases and detection through multi point strange correlators”为题发表在国际知名期刊《PRX Quantum》上，共49页。PRX Quantum（ISSN: 2691-3399）是美国物理学会出版的一份高度精选的、开放获取、同行评审的学术期刊，目前年发文量约200篇（2023年一共192篇），专注于发表具有杰出和持久影响力的研究。本工作作者包括团队的博士生张杰宇同学（第一作者）、博士生李萌远（刚毕业）。叶鹏教授为本文的通讯作者。beat365中国唯一官方网站为该成果的唯一署名单位。该工作得到国家自然科学基金委员会、广东省磁电物性分析与器件重点实验室的大力支持。

原文链接：https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.5.030342

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keli2 — Tue, 20 Aug 2024 03:33:56 +0000

磁性与超导电性是广受关注的宏观量子现象。当磁性材料与超导材料形成异质结时，由于两种物态的相互竞争与耦合，有可能在界面处呈现多种新奇量子现象。理论预言，磁性结构与s波超导体结合构筑的杂化系统，在合适的参数条件下会进入拓扑超导态并在缺陷（末端、边缘、磁通涡旋中心等）处出现马约拉纳零能模或边缘态，这被认为是实现高容错拓扑量子计算的物质基础。近些年来，在实验上探寻基于低维磁性-超导杂化系统的拓扑超导态是量子物态调控领域的重要研究课题。

钟定永教授团队开展低维与表面小量子系统的精准构筑及量子物态调控研究，在二维磁性体系的可控制备和原子尺度物性研究方面积累了丰富的经验（Sci. Bull. 65, 1064-1071 (2020)、ACS Appl. Mater. & Interfaces 15, 19574 (2023)）。最近，他们通过分子束外延技术在NbSe₂超导衬底表面实现了高质量单层CrI₂反铁磁薄膜的外延生长，得到了二维CrI₂-NbSe₂异质结。他们利用扫描隧道显微镜对异质结在低温下可能出现的新奇量子态进行探索，发现在二维CrI₂岛内部仍然可以探测到典型的超导能隙，但在二维岛边缘处存在能量处于超导能隙内的边缘态。同时他们发现，在CrI₂内部有些结构缺陷处存在缺陷诱导的零偏压电导峰，可能是体系中存在马约拉纳零能模的实验证据。在施加外磁场后，CrI₂-NbSe₂异质结表面的磁通涡旋打破了NbSe₂超导衬底原有的三重旋转对称性，表明外延CrI₂层对界面超导态产生了有效调制作用（图1）。研究团队结合理论数值模拟和第一性原理计算，进一步建立了二维反铁磁绝缘体-s波超导杂化系统的唯象理论模型，揭示该体系可以实现陈数为偶数的拓扑超导态，这为实验上的发现提供了一个定性的自洽理解。该研究工作为探索拓扑超导态和马约拉纳边缘态提供了一个极具吸引力的平台。

图1 单层CrI₂-NbSe₂异质结中拓扑超导态存在的迹象

研究成果于2024年7月24日以“Observation of In-Gap States in a Two-Dimensional CrI₂/NbSe₂ Heterostructure”为题发表在国际知名期刊《Nano Letters》上。beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、光电材料与技术国家重点实验室钟定永教授为论文通讯作者，博士后李培根与博士研究生张济海为共同第一作者。严忠波教授、姚道新教授和侯玉升副教授研究组为该工作提供了理论计算支持，郭东辉教授和沈冰副教授研究组参与了实验工作。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研究计划、广东省基础与应用基础研究重大项目、广东省磁电物性分析与器件重点实验室以及深圳量子科学与工程研究院的大力支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c01848

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keli2 — Mon, 29 Jul 2024 10:23:32 +0000

beat365中国唯一官方网站、光电材料与技术国家重点实验室董建文教授团队报道了一种基于超透镜阵列的近眼3D显示模组。该模组首次采用全新架构，阐明并证实了在近眼显示应用中超表面的优越性，实现了纳米压印超透镜制备技术、集成成像实时渲染快速算法，最终展示出具有单目聚焦深度线索的透视式AR和3D效果，消除了人眼辐辏调节冲突，为光学超表面在未来VR/AR领域的应用发展奠定了基础。相关研究成果以“Integral imaging near-eye 3D display using a nanoimprint metalens array”为题发表在国际著名期刊《光：快讯》（eLight）。

集成成像（Integral imaging, II）技术具有全彩色、全视差、准连续光场、无人眼辐辏调节冲突等特点，是最有前景的近眼3D显示技术之一。随着微显示屏像素密度越来越高，控光元件要求具有更精细的控光能力。基于微透镜阵列的传统光学架构在像素级控光能力上面临重大技术瓶颈，例如分辨率、视场角、景深等方面都受到限制。同时，现有3D片源渲染算法要求逐视点追迹，导致计算复杂度过高，不适配实时需求。

研究团队在厘米口径超透镜（国内首片）、宽带消色差超透镜（全可见光）、光纤束超透镜（全视场）等前期研究基础上，结合超透镜阵列与集成成像，首次提出了近眼3D显示架构（Meta-II NED）。为了与高密度微显示屏匹配，团队研发了高精度纳米压印技术，实现了大面积的高折胶超透镜阵列，为低成本超透镜阵列的量产奠定了基础。同时，团队还提出了基于不变的体元-像素映射关系的快速渲染算法，能在不使用GPU的情况下达到67 FPS的渲染速度，较好地满足了实时渲染需求。该近眼显示技术不仅实现了3D图像与周围物体的虚实融合，还实现了透视深度调节的效果，提供了更真实的虚拟现实体验，展示出其在AR领域的广泛应用潜力。

图1纳米压印超透镜阵列的近眼3D显示效果图

beat365中国唯一官方网站为该成果的唯一署名单位。beat365中国唯一官方网站董建文教授和beat365中国唯一官方网站电子与信息工程学院秦宗副教授为共同通讯作者。beat365中国唯一官方网站范智斌和陈泽茗博士、电子与信息工程学院程云帆硕士为共同第一作者。研究成果一经发表（eLight主要聚焦新兴光学交叉领域最具突破性的研究成果，2024年首个影响因子为27.2，在所有光学期刊中排名第二），就得到了Phys.org、科学网、EurekAlert、Newswise、中国光学、爱科学等国内外媒体的广泛报道。随后，董建文教授接受DeepTech 深科技专访。

该工作得到了国家重点研发计划揭榜挂帅项目、国家自然科学基金重点项目，广东省卓越青年团队（首批），中国博士后科学基金项目，以及beat365中国唯一官方网站、光电国重室等的大力支持。

论文链接：https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-023-00055-1

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keli2 — Mon, 29 Jul 2024 10:19:15 +0000

beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室郑跃教授团队采用相场方法，提出了通过畴工程作为一种有效策略，在单层四方铁电薄膜中创建多种弱关联极性斯格明子状织构[如图1a-c所示]，包括具有正/负拓扑荷的Néel型斯格明子和具有不同手性的Bloch型斯格明子。作者计算了稳定性相图[如图2所示]，并揭示了这些极性拓扑织构在局域电/力加载下的演化特性。该体系实现了对单个Néel型和Bloch型斯格明子的局域擦除和写入，以及对单个Bloch型斯格明子的确定性手性控制[如图1d所示]，证实了极性斯格明子的弱关联性。本工作拓展了极性拓扑织构的存在体系，为基于极性拓扑织构的存储和逻辑器件设计提供了新的方法。

图1：在单层四方铁电薄膜中创建弱关联极性斯格明子状织构的示意图。a 180度柱状纳米畴阵列嵌入铁电薄膜。极性拓扑态可能在柱状纳米畴之间的区域（标记为“interested region Ӏ”）和最初被柱状纳米畴占据的区域（标记为“interested region Ⅱ”）形成。b 引入空间调制的内建场稳定柱状纳米畴，内建场的方向和强度取决于界面环境。c 柱状纳米畴及interested regions的分布。d 示意图：对单个Bloch型斯格明子的局域擦除/写入和确定性手性控制。

图2：基于畴工程策略，在PTO薄膜中形成的平衡极化态。a 稳定性相图。b 在PTO薄膜中间层形成的拓扑荷Q = +1的Bloch型斯格明子（B-SK⁺）。c 四种主要斯格明子状极化织构的三维结构。

该成果以“Stabilization and Control of Weakly Correlated Polar Skyrmions in Ferroelectric Thin Films”为题发表在国际知名期刊《Acta Materialia》上。该工作由beat365中国唯一官方网站独立完成，beat365中国唯一官方网站、广东省磁电物性分析与器件重点实验室郑跃教授与材料学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室陈伟津教授为论文通讯作者，博士研究生任建华为第一作者，该研究工作得到了国家自然科学基金委、广东省磁电物性分析与器件重点实验室以及光电材料与技术国家重点实验室的大力支持与协助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120154

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huangyitai — Sat, 13 Jul 2024 08:26:10 +0000

为深入学习贯彻习近平总书记关于安全生产重要论述和重要指示批示精神，认真落实教育部关于加强实验室安全管理工作的相关要求，迎接beat365中国唯一官方网站百年校庆做好实验室安全保障，2024年7月3日上午，我校校长高松院士带队到广东省磁电物性分析与器件重点实验室（以下简称“实验室”）进行安全飞行检查及工作指导。设备与实验室管理处胡国庆处长、郑仕勇副处长，学校实验室安全管理专家，beat365中国唯一官方网站院长、实验室副主任郭东辉教授及实验室副主任姚道新教授等参加了本次实验室安全检查。

▲高松校长及安全专家检查实验室

高松校长现场查看了实验室的安全管理工作情况，听取了郭东辉副主任、实验室负责教师及实验技术人员对实验室仪器设备的使用及管理情况、危险化学品安全管理及应急预案，以及其它安全管理制度等情况的介绍。

高松校长指出，实验室安全无小事，实验室要全面落实实验室安全责任体系，压实实验室安全管理责任，做好责任到人到岗。实验室要严格按照教育部和学校的工作要求做好危险源的辨识，实施实验室安全分级分类管理，并根据实验室的安全风险等级落实风险管控和应急处置措施，按要求组织开展实验室安全检查和安全培训，杜绝发生实验室安全事故。

▲实验室科研老师汇报精密仪器使用及科研情况

高校长还向实验室科研人员深入了解和探讨高压物理实验平台、激光脉冲沉积、综合物性测量系统、扫描探针显微镜等大型精密仪器设备的使用情况，以及制备、数据分析等科研情况。

▲高松校长及有关负责人、实验室老师合

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xuying — Mon, 10 Apr 2017 01:39:02 +0000

嘉宾:

中国科学院院士郑晓静

题目:

风沙运动中若干多尺度问题的定量分析和模拟 The Quantitative Analysis and Simulation on Some Multiscale Problems in Wind-blown Sand Movement

地点:

beat365中国唯一官方网站南校园怀士堂

时间:

2017年4月12日（星期三）下午15:00

主持人：beat365中国唯一官方网站副校长朱熹平教授

报告摘要：

对大气表面层的风场和沙漠的风场沙丘场这类自然界多尺度现象的不断准确地分析和表征乃至预测倍受科学界和工程界关注。本报告简要介绍了兰州大学风沙环境力学研究组所建立的针对大气表面层风场高雷诺数壁湍流特性的野外观测阵列和目前最高雷诺数流动中不同尺度结构物理特性以及沙漠化扩展速度的预测及其遏制措施等方面的研究进展。

个人简历：

郑晓静,理学博士，力学教授, 中国科学院院士（数理学部）, 发展中国家科学院院士（工程科学学部）。现任西安电子科技大学（Xidian University）校长。兼任中国科协副主席,中国科学院数学物理学部副主任, 中国力学学会副理事长，TWAS奖励委员会委员，TWAS工程科学学部奖励委员会主席等。主要从事风沙环境力学、电磁固体力学、非线性板壳力学领域的研究, 曾获国家自然科学奖二等奖, 国家科技进步奖二等奖, 何梁何利科学与技术进步奖(数学力学奖)等。