三相变送器

“幸福都是奋斗出来的。”把蓝图变为现实，将改革进行到底，无不呼唤不驰于空想、不骛于虚声的奋斗精神，无不需要一步一个脚印踏踏实实干好工作。天道酬勤，日新月异。 ——习总书记2018新年贺词回顾2017， “慧眼”卫星遨游太空，C919大型客机飞上蓝天，量子计算机研制成功，海水稻进行测产，艘国产航母下水，“海翼”号深海滑翔机完成深海观测，次海域可燃冰试采成功，洋山四期自动化码头正式开港，港珠澳大桥主体工程全线贯通，复兴号奔驰在祖国广袤的大地上……正是各行各业工作者的努力奋斗，才使得我国在各个领域都取得了辉煌的成就。本期将会为您重点介绍2017年我国材料学的一大重要发现——由清华大学于浦科研团队发现的电场调控下的“三态”相变。 2017年Nature在线刊登了一篇来自我国科学家的研究论文“Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch”，并在同期发表了题为“Condensed-matter physics: Functional materials at the flick of a switch”的新闻评述，对我国科学家的研究成果给予了高度评价。该研究次在单一材料中实现了基于双离子电场调控的三态结构相变，并揭示了三态相变过程中光、电和磁学特性调控的原理及应用前景。 图1 a、b为电场调控示意图，c为通对O2-离子和H+离子的选择性调控实现SrCoO3, SrCoO2.5和HSrCoO2.5之间的可逆相变。 电场调控是物理学和材料科学中常用的一种调控手段，但传统的电场调控大都只能调控一种离子的价态或者使材料可以在两种状态之间转换。于浦教授带领的团队经过巧妙的构思和设计，通过离子液体电场调控手段在氧化物SrCoO2.5中实现了对O2-离子和H+离子的选择性调控，使材料在SrCoO2.5、SrCoO3-δ以及HSrCoO2.5三相之间进行可逆结构相变，这是选择性双离子调控的次实现，也是电场调控的重要进步。图2 电场作用、选择性的双离子调控三相磁电耦合 由于材料的三态在可见光和红外光区具有不同的光学吸收特性，该研究展示了在可见光和红外线波段的三态电致色变效应，同时证实了三态相变是一种具有“非挥发”特性的相变，即撤掉电压后，其相变后的结构和性能会得到长久保持，从而大大减少维持相变所需的能源消耗。如果将这一成果应用在玻璃上，就可以通过对透光率的调节实现对室内亮度、温度的调节，从而达到高效节能的目的。新颖的光学特性使该材料在节能环保方面有着不可估量的潜力。另外，材料的三态还具有不同的电磁学特性，分别对应反铁磁缘体、铁磁金属和弱铁磁缘体。可调控的电磁学特性使得该材料在新的自旋电子学器件应用方面同样具有广阔的前景。图3 a. 三态电致色变效应，不同相在可见光波段的通过率不同；b. 不同相在红外线波段的通过率不同，可应用于玻璃来调节室内温度。需要指出的是，传统研究通常借助外加压力或材料生长过程中的化学掺杂等调控手段，实现新型物相及新颖物性的设计，但本研究通过电场控制实现离子的插入和析出及其所对应的物相转变，为材料物性调控提供了一类全新的手段。该项发现可以被广泛推广到其它一系列材料体系中，有望孕育出大量的新奇结构相变和丰富功能特性。在此，我们再次祝贺于浦教授取得可喜的科研成果，也非常荣幸Quantum Design的设备能够在实验中助老师一臂之力，同时感谢于浦教授继续选择PPMS，完成了清华大学10台PPMS综合物性测量系统的小小里程碑。正如习总书记所言，希望我们能与各位科研工作者一起并肩奋斗，在新的一年能够保持“逢山开路，遇水架桥”的坚定信念，为2018年中国科研事业的辉煌锦上添花！ 文章内容：部分来源于清华大学官网参考文献：Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22389） 相关产品及链接 PPMS 综合物性测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17086.htmMPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17089.htm完全无液氦综合物性测量系统 dynacool：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c18553.htm多功能振动样品磁强计 versalab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c19330.htm超精细多功能无液氦低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c122418.htm低温热去磁恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c201745.htmmicrosense 振动样品磁强计：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c194437.htm智能型氦液化器 (ATL)：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c180307.htm

石膏三相是建筑石膏生产和应用企业必须检验的质量指标之一，在建筑石膏三相分析步骤中，分析可溶性无水石膏（AⅢ）和半水石膏含量时都有一个静置反应时间，分析可溶性无水石膏（AⅢ）需要静置10min，分析半水石膏需要静置2h。而目前行业内常见的三相分析方法有两种，烘箱法和水分测定仪法，此两种方法在分析石膏三相时，都需要手持辅助倒计时工具，来控制静置时间。 很多的石膏行业化验员反映，由于日常试验比较忙碌，需要分析的样品量大，往往都忽略了静置时间，不好控制，从而导致整个试验失败。计时器 石膏行业很多企业也在用烘箱法和水分测定仪法来分析石膏三相，为了解决倒计时问题，很多人想到了用计时器，但是在实际使用过程中不是很方便，很多客户反馈由于平时比较忙碌，很多时候都忘记了去看计时器，等到记起来时大多错过了时间，终还是导致试验失败。（计时器）手机倒计时 由于计时器不方便很多企业想到了利用shou机的倒计时功能，以此来控制试验静置时间，然而很多客户反馈，实际上由于平时手机电话、微信比较多，手机使用频繁，往往都忘记了去看倒计时界面，错过了时间，终导致整个试验失败。（手机倒计时功能）冠亚牌CS-002石膏相组分析仪 由于很多客户向我司反馈，在实际使用过程中遇到了静置时间不好控制，经常导致试验失败，希望我司能够在设备上解决此问题。因此冠亚专门组织了专业的技术团队，经过不懈的努力，在设备上实现了静置倒计时功能，并免费给客户升级换代，给石膏行业化验员带来了福音。1、附着水和可溶性无水石膏（AⅢ）含量分析步骤中10min倒计时功能 附着水和可溶性无水石膏（AⅢ）含量测定步骤中，加入5mL95%含量酒精后，点击10min倒计时开始按钮，仪器开始10min静置倒计时，倒计时结束后，仪器提示声响起，此时合上加热装置，点击开始测试，仪器即自动分析附着水和可溶性无水石膏（AⅢ）含量。（设备自带10min倒计时功能）2、半水石膏含量分析步骤中2h倒计时功能 半水石膏含量测定步骤中，加入5mL蒸馏水后，点击2h倒计时开始按钮，仪器开始2h静置倒计时，倒计时结束后，仪器提示声响起，此时合上加热装置，点击开始测试，仪器即自动分析半水石膏含量。（设备自带2h倒计时功能） 经过升级换代之后的冠亚牌石膏相组分析仪一经投入市场，受到了很多专家教授和企业用户的一致好评，很多客户都打电话向我司表示感谢，感谢冠亚解决了困扰他们多年的静置时间不好控制的问题，感谢冠亚为行业做出的贡献！ 冠亚公司始终秉持着为客户解决问题的理念，不断地完善设备，使用户得到更好的体验，急人之所急，为行业的发展贡献自己的一份力量！冠亚公司介绍 深圳冠亚公司是一家专业从事高精度水分测定仪、微波水分仪、水分活度仪、石膏相组分析仪、密度计与热失重试验机研制、开发、制造以及销售的guojia级高新技术集团公司。集团公司从1998年开始投入并致力于高端精密设备的研发、生产，目前申请的专利多达50项，已授权30多项技术专利，公司多次参与不同行业**标准和行业检定规程起草。 冠亚公司生产的产品，已被广泛引用于各个行业水分监控及院校科研等领域，如医药、塑胶、化工、食品、肉类、电池、红枣、鱼糜、食用菌、木材、煤炭、石膏、高分子材料、碳纤维、面条、面粉、饼干、月饼、化肥、肥料、粮食、饲料、种子、菜籽、烟草、茶叶以及纺织、农林、造纸、橡胶、纺织、粉体、化工等各种样品的水分、水活度、密度检测。（高新证书）（部分知识产权）

p style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/6c705e03-4866-4043-bc00-2acbbbf48ec4.jpg" title="2190009d92c102ae316.jpg"//pp style="text-align: center "潘建伟(右)、陆朝阳/ppbr//pp　　在一场长达15年的国际竞赛中，最近，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳研究小组拔得头筹，率先实现了同时兼备“三项全能”最优指标的单光子源，为实现大规模的光子纠缠和可实用量子信息技术开辟了一条新路。/pp　　这项工作1月14日在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表。随后，美国物理学会的《物理》(Physics)网站以“全能的单光子源”为题刊发了推介文章，《自然》(Nature)杂志以“可实用化的单光子源”在其研究亮点栏目做了报道，英国物理学会《物理世界》(Physics World)和美国光学学会旗下的《光学与光子学新闻》(Optics & Photonics News)也做了长篇报道。/pp　　这个引发国际广泛关注的“单光子源”到底是什么?它有哪些性能、又有何应用?《知识分子》试图一探究竟。/ppbr//pp　　对单光子的制备、操纵和测量是量子信息技术(如量子网络、量子计算)最基础的部分。如果把大规模可实用化的光学量子信息处理器看成一幢大房子，那么单光子就是一步一步垒成这个房子的砖头。房子要造得高，砖头的质量很关键。/pp　　优良、纯净、实用的单光子源是可扩展量子信息和量子计算绕不开的一个关卡。如今，它从理想变为现实，就像早些时候潘建伟、陆朝阳团队“多自由度量子体系的隐形传态”的实现一样，不仅突破了以往技术的局限，也让人们看到了量子信息技术大规模实用化的曙光。/pp　　对于未来可以真正用于可扩展、实用化的量子信息技术来说，所需的单光子发射器的优劣主要包括三个核心性能指标的考量：单光子性(Single-photon Purity)、全同性(Photon Indistinguishability)和提取效率(Extraction Efficiency)。光量子信息主要是利用量子干涉效应和量子纠缠等为基础进行信息编码、传输和处理的技术。而以上三项指标，与此息息相关。/pp　　什么是“单光子性”呢?大家记不记得上小学的时候，下课铃声一响，咱们都找三两个小伙伴一起出去玩儿。通常，自然界产生的光子也喜欢这样“抱团儿”。可是一抱团儿科学家操纵起来就很难了。他们希望得到的光子像通过旋转式栅门一样，一个一个独自走出来，便于进行操作。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/a637ed97-13c9-4b61-b8e0-1d009bb08fae.jpg" title="2cc0000242288e3da45.jpg" width="600" height="170" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 170px "//ppbr//pp　　上、中、下三束光子，区别在于，越往下，光子越喜欢“抱团儿”。量子信息需要的正是最上面的那种。/pp　　此外，光量子计算不可避免地需要控制逻辑门操作，光子与光子之间必须进行某种“对话”。可是静质量为零、以光速飞行、神龙见首不见尾的单光子都气质高冷，绝大多数情况下都独来独往，不和其他光子来往。但是，在真正觅得知音的特殊情况下，光子还是能够和聊得来的同伴进行“对话”。对光子来说，“聊得来”是什么意思呢?/pp　　1987年，美国罗切斯特大学的三位研究人员Chung-Ki Hong、Z.Y. Ou(区泽宇)和Leonard Mandel发现了一种双光子量子干涉效应，实现了两个单光子的“对话”【1】。这个过程的发生有一个至关重要的条件，就是两个光子一定要“全同” 也就是说，从量子力学原理上，两个光子一模一样，根本不可能分得清谁是谁。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/f0a83479-4236-480b-89c3-ec4762c23af7.jpg" title="2190009d92b6d091060.jpg" width="600" height="169" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 169px "//ppbr//pp　　Hong-Ou-Mandel干涉效应原理图。当两个一模一样的光子分别从上、下方向射向一个半透半反的分束器，结果存在1、2、3、4四种可能。其中，2、3这两种情况在原理上都无法区别，而且相位相消，因而剩下1、4两种可能：要么都从上方走，要么都从下方走。其实，Hong-Ou-Mandel干涉效应也进一步说明了光子不抱团儿的重要性——只有两个单光子输入分束器，该效应才存在。/pp　　至于提取效率呢?提取效率衡量的是从谐振腔跑出来到达第一级透镜的光子数占产生光子数的比例。可想而知，当然是越大越好，因为对于N个光子的体系来说，总的效率是单个量子点提取效率的N次方，如果提取效率不够大，总效率会非常小，大规模的应用也只能是空中楼阁啦。/pp　　三个指标同时达到优良，实现起来到底有多难呢?/pp　　在过去的将近二十年里，优良的单光子源是国际上许多小组努力的目标。2000-2001年，加州大学、剑桥大学和斯坦福大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源【2-4】。量子点(Quantum Dot)是由分子束外延方法人工生长的纳米尺寸原子团簇。由于材料性质，电子在各方向上的运动都受到囚禁，所以量子限域效应显著，形成分立的能级。电子受到激发，在分立能级之间跃迁，就能发射我们需要的单光子。/pp　　之前非共振激发有着致命的缺陷。首先，它使得产生的光子频谱加宽 其次，产生光的波长之所以会偏离激发光的波长，是因为激发到高能级的电子会先跃迁至附近的某个能级(即弛豫过程)，再跃迁至低能级发射光子，而弛豫过程的时间人们无法控制，所以发射时间会有“抖动”，以至于到两个原本需要“对话”的光子可能无法同时达到，压根儿打不着照面儿。/pp　　采取共振激发方法(量子点产生的光子波长等于激发光波长)能克服这两个问题。但是，其技术代价是，如何滤除比单光子信号强一百万倍以上的激光背景。2009年，赵勇、陆朝阳等所在的英国剑桥大学卡文迪许实验室Atatü re小组利用激发光和产生光的偏振性质不同来消除激光背景，观测到了量子点荧光【5】。/pp　　但是，Atatü re团队实现的单光子源采取的是连续激发，产生的光子效率低而且时间是随机的，这无法在量子信息方面得到应用。因为若要光子发射器为我所用，人们需要一个控制光子的“开关”——我这厢一按“激发”，那厢光子就往外跑 我一按“停止”，发射器就不再发射光子。/pp　　这样的“开关”在2013年由潘建伟、陆朝阳小组实现，他们首创量子点脉冲共振激发方法，实现了当时国际上品质最好的量子点单光子源，单光子性和全同性分别达到99.7%和97%【6】。但美中不足的是，提取效率只有6%，主要就是由于量子点材料折射率、平面腔结构设计等各方面技术限制。也就是说，前面提到的三个指标还是无法同时达到优良。/pp　　进一步的发展需要更好的半导体工艺。在该团队最新的工作中，通过高精度分子束外延生长与纳米刻蚀工艺结合，获得了低温下与量子点单光子频率共振的高品质因子光学谐振腔。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/cd22bc7b-83e9-4a47-9787-524d4b518837.jpg" title="2530007b5cce561408e.jpg"//ppbr//pp　　一根根“柱子”就是光学谐振微腔，由一层层的“镜面”构成。腔中的红点就是量子点，量子点受激产生光子。完美的谐振腔设计保证光子达到我们需要的指标。/pp　　如果我们把腔中的红点放大了看，就能看到量子点的真容，像下图这样。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/37928bf4-28c3-4d05-8627-681452aa9152.jpg" title="2530007b5ced818c032.jpg"//ppbr//pp　　紫红色的部分就是利用高精度分子束外延生长技术制备的量子点。科研人员在纳米尺度上控制砷化镓和砷化铟，让它们长成图中的样子，就是为了巧妙设计量子点的尺度和形状，形成势能壁垒，将电子和空穴束缚其中，砷化镓和砷化铟原本都有各自的能带结构，在这样的势肼中，连续的能带变成了分立的能级，这就是受激辐射产生光子所需的二能级结构——电子吸收能量从基态跃迁至激发态，再通过受激辐射回到激发态，同时放出一个特定状态的光子。/pp　　经过精心设计和多次尝试，最终的综合指标令人满意，单光子性、全同性和提取效率分别达到了99.1%、98.5%和66%【7】。这是国际上首次能够把这三项指标在同一个量子点上结合在一起，达到“三项全能”。/pp　　这项工作距离大规模光子纠缠还有多远?这是很多人关心的问题。/pp　　虽然提取效率达到了66%(理想的水平实际应该可以达到85-99%)，但最终被探测器探测到的光子只有20~30%，也就是说，探测效率还需要进一步提高。实现更高的提取和探测效率，将是量子信息技术下一阶段中进行协同创新、系统集成要抢占的高地，也是将量子技术推向实用化的必经之路。/pp　　潘建伟团队估计，能操纵20-30个光子，量子模拟机就可以在波色取样问题上实现与现有最好的商用经典计算机一样的处理能力 由于并行处理能力，若能控制50个左右的光子，就可以在特定问题上跟目前最好的超级计算机——天河二号一较高下。那也许就是量子计算和经典计算“华山论剑”的激动时刻了。/pp　　(特别致谢：中科大上海研究院张文卓副研究员对本文亦有贡献。)/pp　　参考文献：/pp　　【1】C. K. Hong, Z. Y. Ou, and L. Mandel，Measurement of Subpicosecond Time Intervals Between Two Photons by Interference，Phys. Rev. Lett. 59, 2044(1987)/pp　　【2】P. Michler, A. Kiraz, C. Becher, W. V. Schoenfeld, P. M. Petroff, Lidong Zhang, E. Hu, A. Imamoglu, A Quantum Dot Single-Photon Turnstile Device, Science 290, 2282 (2000)/pp　　【3】C. Santori, M. Pelton, G. Solomon, Y. Dale, Y. Yamamoto, Triggered Single Photons from a Quantum Dot, Phys. Rev. Lett. 86, 1502 (2001)/pp　　【4】Z. Yuan, B.E. Kardynal, R.M. Stevenson, A.J. Shields, C.J. Lobo, K. Cooper, N.S. Beattie, D.A. Ritchie, M. Pepper Electrically Driven Single-Photon Source, Science 295, 102 (2002)/pp　　【5】A. N. Vamivakas, Y. Zhao, C.-Y. Lu, M. Atatü re, Spin-resolved quantum-dot resonance fluorescence, Nature Physics 5, 198-202 (2009)/pp　　【6】Y.-M. He, Y. He, Y.-J. Wei, D. Wu, M. Atature, C. Schneider, S. Hofling, M. Kamp, C.-Y. Lu, J.-W. Pan, On-demand semiconductor single-photon source with near-unity indistinguishability, Nature Nanotechnology 8, 213-217 (2013)./pp　　【7】X. Ding, Y. He, Z.-C. Duan, N. Gregersen, M.-C. Chen, S. Unsleber, S. Maier, C. Schneider, M. Kamp, S. Hö fling, C.-Y. Lu, J.-W. Pan，On-Demand Single Photons with High Extraction Efficiency and Near-Unity Indistinguishability from a Resonantly Driven Quantum Dot in a Micropillar, Phys. Rev. Lett. 116, 020401 (2016)/ppbr//p