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[转载]CPB封面文章和亮点文章 | 2020年第11期

已有 945 次阅读 2020-11-20 09:53 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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Twisted and coiled bamboo artificial muscles for moisture responsive torsional and tensile actuation

Xiaoyu Hu(胡晓宇), Xueqi Leng(冷雪琪), Tianjiao Jia(贾天娇), and Zunfeng Liu(刘遵峰)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (11):  118103

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具有智能响应型的织物是当前的研究热点之一,其中对湿度具有响应的纤维材料,如蚕、棉、麻等已得到研究者的广泛关注。为了进一步提高湿度响应的灵敏性,拓展织物的使用范围,本文采用了透气性好、散热性强的竹纤维作为构建智能织物的材料。本文研究发现竹纤维除了具有纤维间的孔隙之外,在纤维内部也存在微孔,这使得竹纤维的吸湿速率高于之前报道的蚕丝和棉纤维1.5倍以上。本文利用加捻和自平衡固定的技术制备了湿度响应的旋转与伸缩驱动器,并尝试了其在智能服装方面的应用(Video。由于竹纤维对水分子的吸收能力更强,因此竹纤维经过水浸泡之后,竹纤维的晶相被部分破坏,并在干燥后可重新生成。这赋予了竹纤维形状记忆的特性,进一步拓展了湿度响应性织物的可能应用。

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Collective modes of Weyl fermions with repulsive S-wave interaction

Xun-Gao Wang(王勋高), Huan-Yu Wang(王寰宇), Jiang-Min Zhang(张江敏), and Wu-Ming Liu(刘伍明)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (11):  117201

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外尔半金属作为凝聚态物理研究中的一种新型材料,具有极大的潜在应用价值。不同于外尔半金属具有库仑相互作用,在伴有点接触的S波相互作用的超冷原子体系,冷原子物理学家同样在试图寻找类似的外尔型系统。诺贝尔物理学奖获得者、美国麻省理工学院Ketterle教授2015年在Physical Review Letters 114,225301 提出了一个实验设计方案:利用超冷原子三维人造光晶格体系来实现外尔型哈密顿量。本文基于这样的实验基础,设计了一个外尔型的超冷原子费米子体系并研究其低能集体激发。


本文选择了自旋密度磁化率作为体系的响应函数,通过格林函数方法求解了无相互作用磁化率。在无规相近似框架下,将系统磁化率与无相互作用磁化率之间建立方程关系。通过求解系统磁化率的极点方程,得到了外尔型超冷原子费米系统的集体激发模。与外尔半金属集体激发性质不同的是,超冷原子体系的集体激发模的形式与相互作用大小有关。在选择的排斥相互作用体系中,当相互作用大于0.598时(已无量纲化处理),体系存在一支零声模;当相互作用小于0.598,且大于0.299时,体系存在一支有能隙集体激发模;当相互作用小于0.299时,体系存在两支有能隙集体激发模。本文研究有助于深刻认识外尔费米子体系的集体激发模与相互作用的关系,为将来实验上观察外尔型费米子体系的输运性质提供理论参考。

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Surface states modulated exchange interaction in Bi2Se3/thulium iron garnet heterostructures

Hai-Bin Shi(石海滨), Li-Qin Yan(闫丽琴), Yang-Tao Su(苏仰涛), Li Wang(王力), Xin-Yu Cao(曹昕宇), Lin-Zhu Bi(毕林竹), Yang Meng(孟洋), Yang Sun(孙阳), and Hong-Wu Zhao(赵宏武)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (11):  117302

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拓扑绝缘体的表面态具有自旋-动量锁定的特性,因而拥有强自旋-轨道耦合。当铁磁体与拓扑绝缘体接触时,可以在拓扑绝缘体表面态中引入磁有序,从而可以观察到量子反常霍尔效应等现象。反过来,其磁性也会受到拓扑绝缘体的影响。此前这方面的研究基本集中于拓扑绝缘体对面内磁化的铁磁体(如YIG)磁性的调控,且调控机制存在争议。


本文通过铁磁共振技术,研究了拓扑绝缘体Bi2Se3对面外磁化的铁磁绝缘体铥铁石榴石(TmIG)薄膜的垂直磁各向异性的影响。通过改变Bi2Se3的厚度,我们发现:(1)Bi2Se3的表面态可以增强TmIG的垂直磁各向异性;(2)Bi2Se3的体态会减弱TmIG的垂直磁各向异性,这也是Bi2Se3的体态对铁磁体磁性调控作用的首次发现。我们推测拓扑绝缘体的表面态电子自旋通过类RKKY(Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida)机制间接参与并增强了TmIG中Fe3+之间的交换耦合,从而导致了TmIG垂直磁各向异性的增强。本研究对基于拓扑绝缘体/铁磁体异质结的自旋电子学器件的研发提供了参考。

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Magnetization reorientation induced by spin-orbit torque in YIG/Pt bilayers

Ying-Yi Tian(田颖异), Shuan-Hu Wang(王拴虎), Gang Li(李刚), Hao Li(李豪), Shu-Qin Li(李书琴), Yang Zhao(赵阳), Xiao-Min Cui(崔晓敏), Jian-Yuan Wang(王建元), Lv-Kuan Zou(邹吕宽), and Ke-Xin Jin(金克新)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (11):  117504

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已有研究表明电流诱导的自旋轨道转矩(SOT)可以有效控制磁化强度和方向,在重金属和铁磁导体系统中已得到广泛研究。然而,对于具有低阻尼系数和长磁振子扩散长度的室温亚铁磁绝缘体钇铁石榴石(YIG)来说,关于SOT诱导磁矩重取向的研究还很少。本文系统地研究了YIG/Pt系统中由SOT引起的面内磁化重取向的现象,并用自旋霍尔磁电阻(SMR)作为测试手段来表征磁矩的重定向。SMR曲线与标准形状的偏差表明,在外加磁场高于样品饱和磁场的情况下,驱动电流Je对YIG的面内磁化方向有很大的影响,电流诱导的SOT使磁矩重新定向的方向明显偏离外加磁场,并且当电流增大和外加磁场减小时,磁矩的面内重定向更加明显。


本文研究结果表明,SOT是实现面内磁矩重定向的一种有效方法,可用于改善YIG基自旋电子器件的性能。本研究结果为调节YIG基自旋电子器件的性能提供了新的思路。

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Near 100% spectral-purity photons from reconfigurable micro-rings

Pingyu Zhu(朱枰谕), Yingwen Liu(刘英文), Chao Wu(吴超), Shichuan Xue(薛诗川), Xinyao Yu(于馨瑶), Qilin Zheng(郑骑林), Yang Wang(王洋), Xiaogang Qiang(强晓刚), Junjie Wu(吴俊杰), and Ping Xu(徐平)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (11):  114201

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由于CMOS工艺的成熟性,硅基光子学快速发展,展现出了高度的集成性、稳定性、可重构等优势,不但给经典集成光学带来了新的发展机遇,也给量子集成光学提供了一种非常有前景的实现平台,推动了光量子芯片和片上量子信息处理的发展。单光子源是片上光量子信息处理的基本资源。微环谐振腔得益于其环内的共振增强效应,能够提供高亮度的预报型单光子源。然而,由于非线性过程中所必须遵循的能量守恒条件,产生的光子对不可避免地存在频率关联,这导致预报的单光子态在频率上不是纯态,而单光子的频谱纯度直接影响了后续多量子操作的保真度,所以解除双光子的频率关联是一个不可或缺的重要步骤。


微环光子源的频谱纯度与泵浦光、转换光的品质因子之比有关,传统微环结构中,泵浦光和转换光的品质因子相等,光子的频谱纯度上限仅为93%。本文提出了一个纯度可以大范围动态调节的方法,并且纯度可无限逼近100%。此方法采用单干涉仪耦合微环或者双干涉仪耦合微环的结构,通过调节干涉仪内的相移器来动态改变泵浦光和转换光子的品质因子,从而动态调节光子源频谱纯度。本方法能够在较大范围内调节光子频谱纯度,满足不同实验要求,同时对芯片工艺误差具有鲁棒性,可以在不同的微纳加工实验室获得一次性成功,可行性高。本研究为片上大规模光量子信息处理提供了高纯度、灵活可调的量子光源。

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Thermal entanglement in a spin-1/2 Ising-Heisenberg butterfly-shaped chain with impurities

Meng-Ru Ma(马梦如), Yi-Dan Zheng(郑一丹), Zhu Mao(毛竹), and Bin Zhou(周斌)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (11):  110308

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量子信息科学因利用了量子纠缠等量子特性,使得在某些方面拥有经典信息科学无法比拟的优势,例如量子隐形传态、量子密集编码和量子密钥分发等量子信息技术的应用。近些年来,量子信息科学快速发展,已成为热门的科学研究领域。


伊辛-海森堡自旋链作为一维量子自旋体系,因其丰富的物理特性引起了人们广泛的研究兴趣。特别是近些年来,可以描述一些实际磁性材料自旋相互作用的伊辛-海森堡自旋链模型中量子纠缠和热力学性质的研究,在实验和理论两个方面都备受关注。考虑到系统的量子性质不可避免地会受到外界温度和材料中杂质的影响,本文研究了自旋-1/2伊辛-海森堡蝶形链中位于两个杂质之间单元的最近邻和次近邻两量子比特的热纠缠性质,并讨论了杂质参数分别服从均匀分布和高斯分布时对热纠缠的影响。计算结果表明,在一定的各向异性参数范围内,与不加杂质情况相比,杂质的引入可以扩大热纠缠发生的磁场范围,提高热纠缠度的最大值,而且体系还会发生纠缠恢复现象。


本文采用转移矩阵方法获得伊辛-海森堡蝶形自旋链的约化密度矩阵,并利用数值计算分析了各向异性等参数对热纠缠的影响。研究结果可以为量子信息技术应用提供理论指导。

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