Strain-modulated Superconductivity of Monolayer Tc₂B₂

Zhengtao Liu(刘正涛), Zihan Zhang(张子涵), Hao Song(宋昊), Tian Cui(崔田), and Defang Duan(段德芳)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (4):  047104

二维材料因其原子级厚度特性，相较于传统三维材料具有更丰富的可调控性，为研究超导材料等微电子材料提供了理想平台。在二维材料的实际应用中，衬底支撑不可或缺，而材料与衬底间固有的晶格失配导致应变普遍存在，因此，应变是二维材料研究中最基础且有效的调控手段。

本研究通过CALYPSO软件成功预测一种新型二维材料Tc₂B₂。理论计算表明，该材料具有稳定的晶体结构，其本征超导转变温度为2.1 K。令人振奋的是，通过施加不同应变，材料的超导性能展现出惊人的变化：当施加11%的拉伸应变时，Tc提升至9.2 K；而在3%的压缩应变下，Tc更是跃升至19.5 K。为了揭示这一现象的物理机制，本文采用第一性原理计算对材料的电子结构和声子特性进行了系统研究。结果表明，应变调控会导致Tc₂B₂费米面发生显著重构，增强费米面嵌套效应，从而有效促进电子-声子耦合作用，提升超导温度。特别是在压缩应变下，能带间的电子转移诱导出Lifshitz转变，这一量子临界现象进一步放大了超导性能的提升效果。

本研究从电子结构层面完整阐释了应变调控二维超导材料的微观机制，建立了"应变-电子结构-超导电性"的普适性调控模型，为未来设计高性能二维超导材料提供了重要的理论基础。

Fig. 9. Momentum-resolved EPC λ_nk at (a) 0%, (b) −3%, and (c) 11% strains. Momentum-resolved superconducting gap Δ_nk (meV) at (d) 0%, (e) −3%, and (f) 11% strains. At 0% strain, the Δnk was calculated at 2 K. At −3%, and 11% strains, the Δ_nk were calculated at 5 K.

Tianxu Zhang(张天旭), Kun Zhou(周琨), Yingjian Li(李英健), Chenhao Yi(易晨浩), Muhammad Faizan, Yuhao Fu(付钰豪), Xinjiang Wang(王新江), and Lijun Zhang(张立军)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (4):  046301

固体的热膨胀对其性能调控和工业应用至关重要，是凝聚态物理和材料科学领域重要的研究方向之一。第一性原理计算的发展使研究人员了解到热膨胀行为的微观起源：晶格振动的非简谐效应。然而，传统的低阶近似对具有较强晶格非谐性的负膨胀、钙钛矿等材料热膨胀系数的预测与实验结果存在显著偏差。因此，建立包含高阶项的理论模型、揭示其对不同类型材料热膨胀的贡献具有重要意义。

本文通过结合压缩感知晶格动力学方法、自洽声子理论与Grüneisen定律，建立了包含四阶非谐项的热膨胀系数计算方案，并系统地研究了共价晶体（Si）、混合键晶体（CaZrF₆、c-SrTiO₃）、离子晶体（NaBr）四种结构在各阶近似下的热膨胀行为。结果表明，高阶项对热膨胀的影响会随着结构离子性的增强（共价性的减弱）而愈发显著，且主要反映在Grüneisen参数的变化上。在CaZrF₆中，高阶项的引入成功再现了其在0–800 K的负膨胀行为；对于c-SrTiO₃，高阶修正使热膨胀系数与实验值相比的预测误差从23%降低至2%。值得注意的是，在NaBr的高温范围，本文同时考虑了晶格软化和高阶非谐项对热膨胀的修正作用，指明了直接应用高阶力常数计算Grüneisen参数的优化方向。本研究为精准预测和调控固体的热膨胀行为提供了可行的技术方案，对晶格动力学的深入研究有切实的参考价值。

Fig. 4. Panels (a) and (c) show the SCP frequencies and mode densities of CaZrF₆ and SrTiO₃, respectively, at temperatures ranging from 0 K to 800 K. (b) The outer graph depicts the mode Grüneisen parameters of CaZrF₆ calculated using PT and SCP theory. The inner graph shows the ratios of total heat capacities and total Grüneisen parameters. (d) The volumetric CTE of CaZrF6 are calculated using the QHA, PT and SCP, with experimental data shown as black circles.

All-microwave CZ gate based on fixed-frequency driven coupler

Wanpeng Gao(高万鹏), Xiaoliang He(何潇梁), Zhengqi Niu(牛铮琦), Daqiang Bao(包大强), Kuang Liu(刘匡), Junfeng Chen(陈俊锋), Zhen Wang(王镇), and Z. R. Lin(林志荣)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (4):  040304

超导量子计算体系是实现大规模容错量子计算的主要候选体系之一。超导量子计算体系中单比特门技术已经十分成熟，高质量拓展性好的两比特门成为了超导量子计算体系发展的瓶颈。当前主流的两比特门方案需要的可调量子比特相干性不足，同时调频过程使用的片上直流偏置带来了热效应和磁通串扰，这些因素不利于量子比特的大规模片上集成，因此亟需一种高质量的全微波两比特门方案。目前国际上已经提出的全微波两比特门方案包括交叉共振门、参量驱动门和几何相位门等等，大多门操作速度慢，且无法关闭量子比特之间的剩余耦合。因此研究一种新型全微波两比特门，对量子计算的更大规模化实现具有较大意义。

为解决上述问题，本文提出了一种全微波两比特门方案，通过作用在耦合器上的微波驱动完成门操作，该操作理论保真度达到了99.9%。该工作的创新性在于：（1）门操作过程中所有比特都不需要调频，并且通过耦合器关闭信息比特间的直接和ZZ耦合，解决上述不利于大规模集成的问题；（2）通过作用在耦合器上的微波驱动完成两比特门操作，并且需要的驱动频率远离系统中的各个跃迁频率，具有优秀的拓展性。

本研究提出了一种全微波两比特门方案，为基于全微波操作的大规模量子芯片提供了可行方案。

Fig. 1. Schematic and concept of the CZ gate scheme. (a) Schematic of the CZ gate scheme. The scheme requires a pair of coupled qubits (orange & yellow) and a coupler (blue), the gate is activated with a microwave drive applied to the coupler. (b) The diagram of a superconducting circuit realizing the system of a pair of coupled qubits and the coupler. (c) Energy-level diagram of the system with microwave drive. The microwave drive (red) frequency is close to the |101〉↔|010〉transition frequency. A population exchange can take place between |101〉and |010〉, one possible path is shown in blue arrows.

官网：http://cpb.iphy.ac.cn  

         https://iopscience.iop.org/journal/1674-1056