晶格常数

近日, 中南大学物理与电子学院教授刘艳平、何军与美国加州州立大学北岭分校Gang Lu、澳大利亚悉尼大学刘宗文以及湖南大学潘安练、段曦东教授等国内外学者合作，在《先进材料》（Advanced Materials)上发表题为“TMDCs莫尔超晶格层间耦合效应的量子调制”的研究论文。中南大学物理与电子学院为该项研究成果的第一完成单位，博士后郑海红博士为论文第一作者，刘艳平教授为论文的通讯作者。在范德瓦尔斯材料中，层间扭曲或晶格失配可以形成莫尔超晶格(Moiré superlattices)，其周期随着扭曲角的变化而连续变化。莫尔超晶格可以产生空间周期性的莫尔势，改变材料的电子和能带结构，从而产生强相关联的量子现象，为研究多体系统的量子模拟提供了可能，促进了量子光学器件的发展。二维莫尔超晶格为探索新的强相关联的物理现象提供了一个强大的平台，这些现象都取决于界面层间耦合相关的莫尔势。目前，莫尔超晶格主要通过机械剥离技术和人工堆叠方法制备。然而，人工转移方法不可避免地造成由不纯界面引发的层间耦合在空间上的不均匀性，阻碍了对周期性莫尔超晶格物理性质及其应用的深入理解。因此，直接生长具有均匀的层间耦合和最小晶格重构的莫尔超晶格仍然是一个挑战，对莫尔超晶格的应用构成严重限制。针对这一难题，该研究创新性通过Sn原子辅助生长克服堆积自由能，并使用CVD生长技术直接制备了不同扭角的WSe2莫尔超晶格。利用低频拉曼散射光谱验证了其均匀性，证明了强的界面耦合。扭曲角为1.5°的CVD生长的莫尔结构的莫尔势比人工堆叠的更深(增加了155%)，表明界面耦合可以调节莫尔势的深度。第一性原理模拟揭示了莫尔超晶格中的平带现象，为莫尔激子的产生提供了理论基础。本研究成果提出了一种合成二维莫尔超晶格的新方法，并为设计和优化其莫尔性能提供了策略，这种新策略将有望用于量子计算、量子通讯、新型超导体等领域。研究者通过Sn原子辅助下克服堆积自由能，采用CVD生长技术制备了具有不同扭曲角的WSe2莫尔超晶格。受访者 供图据悉，“低维物理与量子器件”是中南大学物理与电子学院特色研究方向和“十四五”规划重点发展支持方向之一。此项研究得到了国家自然科学基金面上项目、湖南省自然科学基金杰出青年项目、湖南省重点研发项目、湖南省芙蓉学者特聘教授基金、中南大学创新驱动青年团队项目、中南大学高性能复杂制造国家重点实验室自主研究课题、澳大利亚ARC Discovery、博士后面上项目等多个项目的支持，并获得中南大学高性能计算公共平台在材料结构计算等方面提供的有力支持。

瑞士洛桑联邦理工学院基础科学学院研究人员建造了第一个大型可配置的超导电路光学机械晶格，可克服量子光学机械系统的尺度挑战。该团队实现了光机械应变石墨烯晶格，并使用新的测量技术研究了非平凡的拓扑边缘状态。这项研究发表在最近的《自然》杂志上。对微机械振荡器的精确控制是许多当代技术的基础，从传感和定时到智能手机的射频过滤器。腔光力学使科学家能够利用电磁辐射压力来控制介观力学对象。这大大提高了人们对其量子性质的理解，使包括基态冷却、量子压缩和机械振子远程纠缠在内的许多进展成为可能。前沿理论研究曾预测，研究光学机械晶格有望带来大量物理学和动力学方面的创新性发现，比如量子集体动力学和拓扑现象。但要在高度可控的条件下造出这种实验性设备，构建可承载多耦合光学和机械自由度的光学机械晶格一直是个挑战。此次，研究人员开发了一种用于超导电路光学机械系统的新型纳米制造技术，该技术具有高再现性和对单个设备参数的极其严格的公差，使他们能将不同的位置设计成几乎完全相同，就像在自然晶格中一样。作为晶格单一位置的一部分，关键元件是所谓的“真空间隙鼓面电容器”，它由悬挂在硅衬底沟槽上的一层薄铝膜制成。这构成了器件的振动部分，同时形成了一个带有螺旋电感的谐振微波电路。石墨烯晶格具有非平凡的拓扑特性和局部边缘状态。研究人员在他们所谓的“光机械石墨烯薄片”中观察到了这种状态，该薄片由24个位点组成。该团队的测量结果与理论预测非常吻合，表明他们的新设备是研究一维和二维晶格拓扑物理的可靠实验平台。光机械晶格的演示不仅提供了在真实的凝聚态晶格模型中研究多体物理的途径，而且当与超导量子比特相结合时，还有望带来一种新型混合量子系统。

光子晶格以其特有的光子带隙能够对光子的辐射和传播行为进行精确控制。自上世纪80年代提出以来，人们在光子晶体研究方面做出了巨大努力，取得了一系列重要研究进展。但作为光子信息处理中最重要的高速与海量光子元件，由于其设计与制备上的困难，发展速度一直比较缓慢。因此，成功设计与制备功能性光子晶体对于提高光子信息传输速率与信息处理能力有重要科学意义与应用价值。　　最近，中山大学光电材料与技术国家重点实验室周建英教授与俄罗斯莫斯科大学Tretyakov院士以及英国圣安德鲁大学Krauss教授合作，成功设计与制备了一种新型光子晶格——折射率虚部形成的光子晶格，其相关成果发表在近期的《先进材料》杂志(Advanced Materials)。　　周建英教授设计的新型光子晶格具有奇特的光学性质：这种由在透明介质中周期性掺杂吸收材料而形成的光子晶格晶体，在偏离材料吸收峰时等同于一块结构均匀的体材料，而在特定波段和光强作用下又表现出光子晶体的性质，这种二象性在高速量子信息处理以及光子缓存等领域有广泛应用价值。　　此成果的合作者，英国St Andrews大学的Thomas F. Krauss教授和莫斯科大学材料学院的Yuri. D. Treyakov院士为物理和材料领域的国际著名学者，他们在本项目成果的样品制备方面提供了重要的技术支持。　　本项目成果的主要作者之一，中山大学物理科学与工程技术学院毕业的李俊韬博士已于2009年获得著名的“欧盟-玛丽居里夫人研究奖”(Marie Curie Fellowship授予世界各国取得杰出成就的青年学者)，现正在英国St Andrews大学开展相关研究。课题组的博士生毕业后分别在英国St Andrews大学，以色列魏兹曼科学研究所，香港科技大学与光电材料与技术国家重点实验室继续开展合作研究。　　近期，由周建英教授与美国马里兰大学巴尔地摩分校Yan Li教授以及香港科技大学Kim Sin Wong教授合作的另一相关研究成果“基于相控非线性频率转化的激光光束合成技术”(《光学快报》，Optics Express, Vol. 18, p2995 (2010))，被英国物理学会(IOP)作为亚太地区物理学领域的重要研究进展与亮点予以报道。周建英教授的研究项目获得了国家自然科学基金重点项目，面上项目以及国际合作项目的持续资助。项目还获得了973国家基础研究计划的部分支持。　　附：研究成果与论文发表　　《先进材料》(Advanced Materials)2010, 22, 1-4，Juntao Li, Jianying Zhou, et al　　链接：http://dx.doi.org/10.1002/adma.200903938　　《光学快报》,(Optics Express),2010，18, 2995，Peiqing Zhang, Jianying Zhou, et al　　链接：http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-18-3-2995　　英国物理学会亚太地区物理学研究亮点报道：　　链接：http://asia.iop.org