物理前沿

用一维声子晶体探测三维外尔物理

武汉大学物理科学与技术学院邱春印教授、刘正猷教授等在合成空间中首次实现拓扑声学，揭示了利用易于实现和检测的低维声学系统探测高维拓扑现象的可能性。研究成果发表于Physics Review Letters。外尔(Weyl)半金属是一种三维固体材料，具有许多独特的特性，如手性异常和拓扑费米弧表面态等。文章利用简单的一维声子晶体外加两个额外的结构参数，构造、合成了虚拟的三维空间以及外尔点，探索外尔材料中的物理现象。基于精确的超声实验，直接观察到了合成空间中的外尔点，验证了与合成外尔点拓扑稳定性相关的反射相位奇异性，进而检测了该合成体系中的拓扑非平庸界面态及其传输特性。

利用一维声子晶体和两个额外的几何参数构建虚拟的三维空间，实现合成的外尔点（图片来源于武汉大学物理科学与技术学院网站）

实验探测合成外尔点（图片来源于武汉大学物理科学与技术学院网站）

基于外尔半金属TaIrTe4的原型器件的拓扑特性的光电探测性能的研究进展

北京大学物理学院量子材料中心的孙栋研究团队与合作者探究了外尔半金属拓扑特性对其非线性光学效应的影响，并通过引入拓扑效应实现了基于半金属的光电探测器的响应度在中红外波段的巨大提升。研究论文发表于Nature Materials。该工作主要利用的拓扑效应是外尔半金属的外尔点附近具有发散的贝里曲率，使得跟贝里场相关的位移电流响应在外尔点附近受到明显的增强；而能量越低的光子造成的跃迁会越接近外尔点，受到增强的效果也就越明显。将该拓扑效应与光探测性能相结合，得以使基于拓扑半金属的原型光电探测器的响应度在中红外波段得到3个量级的增强，从而打破了过去半金属光电探测的主要技术瓶颈。

二硫化钼中晶界在催化析氢中的重要作用

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件重点实验室张广宇研究团队与北京大学江颖教授及南开大学张立新教授课题组合作，发展了一种全新的激活和优化二硫化钼基面催化活性的方法。研究论文发表于Nature Communications。论文以大面积、高质量的单层二硫化钼为实验对象，结合前期发展的表面诱导相变技术，研究了一系列具有不同晶畴和相畴密度的样品的析氢催化活性。通过对基面不同区域的电催化局域测量，他们发现2H-2H畴区边界和2H-1T相边界都可作为基面上有效的催化活性位点；且相较之下，2H-1T相边界比2H-2H畴区边界更具催化活性。

纳米孔的离子选择性增强传输

中国科学院近代物理研究所材料研究中心科学家将氧化石墨烯膜制备技术与核孔膜技术相结合，制备出氧化石墨烯膜/聚合物复合纳米孔结构，用以开展复合结构中的离子传输特性研究。研究论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces。文章利用兰州重离子加速器提供的高能重离子对PET聚合物进行辐照，再结合非对称化学蚀刻得到PET锥形纳米孔，然后利用旋涂法在PET纳米孔上制得氧化石墨烯薄膜（GOM），形成GOM/PET复合结构。氧化石墨烯膜与核孔膜相结合，在提高阳离子通量的同时，抑制了阴离子的传输，使得体系的离子整流系数从4.6增加到238.0，实现了溶液中阳离子的选择性增强传输。

高温高强非晶合金材料新体系

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心柳延辉、汪卫华研究组和美国耶鲁大学、约翰霍普金斯大学、日本东北大学等合作，用材料基因工程方法发现高温非晶合金。研究论文发表于Nature。采用材料基因工程理念开发了独特的高通量实验方法，在高性能非晶合金的成分设计和探索中取得突破，实现了非晶合金的快速筛选，研制出高温高强非晶合金材料新体系。高通量实验方法在非晶合金领域创造性的应用，有望突破成分多样性和复杂性造成的非晶合金材料探索所遇到的瓶颈，解决非晶合金的形成能力问题，实现非晶合金新材料的高效探索，获得更多高性能非晶合金材料，拓宽非晶合金的应用范围。

Ir-Ni-Ta-(B)高温非晶合金的设计以及高通量实验方法。该方法一次可实现1000个成分点以上的快速制备和表征，比传统非晶合金探索方法效率高1000倍以上（图片来源于中国科学院物理研究所网站）

Ir-Ni-Ta-(B)高温非晶合金具有低膨胀系数、抗氧化、耐腐蚀的特点，并且能通过超塑性成型工艺进行高精密加工（图片来源于中国科学院物理研究所网站）

量子纠缠光源研究进展

中山大学物理学院王雪华教授团队与奥地利林茨大学Armando Rastelli教授等合作者，研制出综合性能俱佳的“三高”量子纠缠光子对源。研究成果发表于Nature Nanotechnology。量子光源是量子信息和量子光电集成芯片不可或缺的量子器件。量子点（或其他辐射子）的量子光源可以根据需要由外部电脉冲或光脉冲触发来产生确定性的单光子或纠缠光子对。科学家基于量子光辐射控制理论，提出一种能克服光子侧向和背向泄露且能极大提高光子前向出射的新型微纳“射灯”结构，其单光子理论收集效率在较大的带宽中超过90%、最高可达95%。三大核心微纳制备技术保障了该“射灯”结构量子光源的实验制备。

微环境湿度调节新策略“湿泵”

上海交通大学机械与动力工程学院制冷与低温工程研究所王如竹教授团队提出了一种适用于小空间湿度控制的全固态“湿泵”，实现了固体制冷和吸附除湿技术的优势互补。研究论文发表于Joule。论文中提出的“湿泵”可以将空气中的水分从低湿度空间搬运至高湿度空间，从而实现对湿度的主动控制。通过构建系统级的动态计算模型，使用商用热电模块和硅胶除湿剂搭建了概念验证样机。通过特殊的涂层工艺和紧凑的结构设计，降低固态系统的接触热阻与传质阻力。典型工况下的测试结果优于其他已报道的小型除湿系统。此外，该除湿装置可以有效避免传统技术中制冷剂、冷凝水、溶液等产生的副作用。

超导量子计算在强关联纠缠体系的量子随机行走实验研究进展

中国科学技术大学潘建伟、朱晓波和彭承志等组成的超导量子实验团队，联合中国科学院物理研究所范桁等理论小组，将超导量子比特应用到量子随机行走的研究中，研究成果对未来多体物理现象的模拟及利用量子随机行走进行通用量子计算研究将产生重要影响。相关论文发表于Science。量子计算的基础研究和应用开发不断受到各国政府的高度关注，也得到了包括Google、IBM、Intel、华为、腾讯、阿里巴巴等在内的各大型公司的直接投入。超导量子计算作为固态量子计算方案，其内在的优势就在于其工艺上就具有良好的可扩展性。然而在不断集成更多的量子比特的同时，如何保证所有量子比特的质量是目前最大的挑战。