物理前沿

室温量子网络研究

上海交通大学物理与天文学院金贤敏团队和李家明院士合作，实验上首次基于室温原子系综实现了独立量子存储节点之间的预报量子纠缠建立。相关成果发表于Optica。研究团队主要使用了两项巧妙但是易于操控的设计，分别是针对正交偏振干涉仪的锁相设计和控温精度极高的滤波腔设计，它们为成功实现室温原子系综的预报纠缠提供了有力的技术支持。最终，研究团队成功观察到室温存储器间量子纠缠。基于稳定的相位锁定和强大的滤波能力，研究团队观察到了高干涉对比度的量子干涉曲线，并成功地重构出两个独立室温原子系综之间预报纠缠的密度矩阵，充分验证了这种纠缠的存在。

文章封面图：成功构建两个室温原子系综间的预报量子纠缠（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

文章配图：室温量子网络解决方案的实验装置模型图（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

多功能钝化实现稳定、低开路电压损失的钙钛矿太阳能电池

武汉大学物理科学与技术学院方国家等人开展了钙钛矿电池的合作研究。相关成果发表于Nature Photonics。该研究通过采用丁胺分子对三维钙钛矿表面的处理，在三维钙钛矿表面形成了梯度能级分布的二维钙钛矿表面钝化层；同时丁胺分子在热动力学的驱动下自上而下扩散，在钙钛矿薄膜内的晶界处形成了二维/三维钙钛矿的本体异质结，从而有效降低了三维钙钛矿薄膜的面缺陷和体缺陷浓度。这种表面和体内的协同钝化策略有效地降低了不同带隙宽度钙钛矿薄膜中的非辐射复合损失。同时，由于二维钙钛矿具有良好的环境稳定性，基于这种方法制备的二维/三维钙钛矿电池，其稳定性也得到了显著提高。

二维材料-铁电混合系统光电探测

西安交通大学电信学部电子学院任巍教授、牛刚特聘研究员团队与国内外科研人员合作，报道了二维材料-铁电薄膜混合系统光电探测应用的新进展。相关成果发表于ACS NANO。文章回顾了二维材料和铁电材料基础，并进一步针对二维材料-铁电材料混合系统的相互作用进行研究与讨论。对铁电材料极化对二维材料的能带调控、电特性和光电特性增强进行了系统深入分析。对于器件工艺，特别是电极与沟道材料的接触进行了讨论，并总结了提高光电探测器性能的常见工艺与方法。针对不同器件结构的光电探测器进行系统讨论，对光电探测器的结构、性能及突出特点进行总结，并针对铁电材料对二维材料在光电应用中的调控作用进行了分析。

基于预啁啾管理放大技术的高增益高平均功率光纤激光器

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心常国庆研究员、魏志义研究员及西安电子科技大学王军利教授等人，在棒状光子晶体光纤中实现了高增益高平均功率的超短脉冲输出。相关成果发表于Optics Letters。目前在超快光纤激光领域，驱动激光一般由啁啾脉冲放大技术加额外的后置压缩级来产生小于50 fs的脉冲宽度。这种方案的后置压缩级一般采用复杂的充气装置，因此系统复杂度很高。该研究利用数十毫瓦的弱小信号，仅通过结构紧凑的一级放大器就获得了平均功率大于100W、增益高达38dB的超短脉冲，优化参数补偿色散后脉冲宽度短至37fs。

冰基光纤新材料

浙江大学光电学院郭欣副教授和童利民教授与合作者发现生长成单晶微纳光纤的冰，在性能上与玻璃光纤相似，既能够灵活弯曲，又可以低损耗传输光。相关成果发表于Science。研究团队在大量实验基础上，改进了已有的电场诱导冰晶制备方法，成功生长了直径从800纳米到10微米的高质量冰单晶微纳光纤。在冷冻电镜下，验证了这些沿c轴生长的冰单晶微纳光纤具有很好的直径均匀性和表面光滑度。研究发现，通过大应变弯曲冰微纳光纤，有可能为相变所需的高压提供一种简单的解决方案。此外还发现，该材料对光场的响应特性取决于其组成元素、分子结构及其排列方式。

冰微纳光纤导光示意图（左图）及光学显微镜下的宽带光传输实验照片（右图）（图片来源于浙江大学网站）

材料对光场的响应特性取决于其组成元素、分子结构及其排列方式。（图片来源于浙江大学网站）

费米弧电子在外尔轨道中的回旋输运特性

复旦大学物理系教授修发贤等人撰写了关于新型外尔电子回旋轨道的综述。相关文章发表于Nature Reviews Physics。作者对外尔轨道的形成机制和物理特性等方面做了系统性的介绍，并从三维量子霍尔效应和低散射概率特性两个方面深入研究了外尔轨道在材料电学行为中的影响。外尔轨道在保证朗道能级不色散的条件下，引入了平行磁场的第三个维度无耗散运动。这个特殊物理过程使得量子霍尔回旋轨道突破了二维空间的限制，拓展到了更高维度。同时，外尔轨道中的费米弧由于其准线性的电子结构，能有效抑制电子间的散射概率，在高电子态密度的情况下仍能具有很高的迁移率。

“无噪声光子回波”量子存储方案

中国科技大学郭光灿院士团队在量子存储及量子网络研究中取得原创性进展。相关成果发表于Nature Communications。光子回波作为光与物质作用的一种基本物理过程，已在众多学科领域取得广泛应用，代表性的应用有核磁共振成像（射频波段）、电子顺磁共振谱仪（微波段）及二维电子光谱（光波段）等。然而强电磁波脉冲作用在原子系综上，会给原子上能级带来残留布居数，导致自发辐射噪声。研究团队的李传锋、周宗权研究组提出并实验实现无噪声光子回波，实测噪声比前人的结果降低了670倍，首次观察到单光子的光子回波，并由此实现了高保真度的固态量子存储。

新型核用复合陶瓷研发及辐照性能评价

中国科学院近代物理研究所核能工程材料室科研人员在核用复合陶瓷材料研发及辐照评价研究方面取得进展。相关成果发表于Ceramics International。科研人员以高强度的氧化锆增韧氧化铝（ZTA）为基体，通过添加具有高弹性模量的碳化物颗粒或晶须，制备了相变+颗粒+晶须协同增韧的强韧化复合陶瓷。依托兰州重离子加速器（HIRFL）、低能量强流高电荷态重离子研究装置（LEAF）及320kV综合实验平台等装置提供的离子束流，开展了强韧化ZTA复合陶瓷的抗辐照性能评价研究，发现具有特定组织结构和成分的复合陶瓷可以有效抑制大尺寸氦泡的形成和生长，并证实了复合陶瓷具有更为优异的抗辐照非晶化能力。