近年来，拓扑半金属作为一类新的拓扑材料因其独特能带结构得到了物理学家极大的关注。拓扑半金属是无能隙的，其导带和价带会在布里渊区的某些点或者闭合曲线上接触，从而形成的费米面是在晶格动量空间中一些孤立的节点或节线。按其特点，拓扑半金属分为外尔半金属、狄拉克半金属和拓扑节线半金属。拓扑半金属因为其独特的能带结构使其具有许多独特的输运性能，在降低电子器件能耗上具有较高的应用价值。

本文作者提出了一种新的产生狄拉克半金属的方法。在正方晶格中的某些近邻点跃迁引入一个跃迁伴随相位，即派尔斯（Peierls）相位，从而把正方晶格诱导为狄拉克半金属。最有意思的是，狄拉克点在布里渊区的位置以及狄拉克锥的各向异性程度可以通过Peierls相位的大小来调节。此晶格还具有一种复合的反幺正对称，狄拉克点受其保护，可以通过此对称随Peierls相位的变化完美地解释在布里渊区内狄拉克点随Peierls相位的移动。

本文提出的模型可以利用现有技术在光晶格冷原子系统实现。利用光晶格冷原子系统所具有的精密操纵性，在本模型的基础上可以通过对Peierls相位的调节来对拓扑半金属的更多特性进行研究。

Fig. 3. The dispersion relations for different Peierls phases. Here, (a), (c), and (e) are the energy bands for the cases γ=π/2, π, and 3π/2, respectively; (b), (d), and (f) are the energy contours of the conduction bands for the cases γ=π/2, π, and 3π/2, respectively. In (b), (d), and (f), the red filled circles mark the positions of the Dirac points.

Pound-Drever-Hall (PDH)技术作为一种强大的锁定方法，已被广泛应用于通过稳定激光器的频率来获得窄线宽、低噪声的激光器。精密计量学、原子和分子操作等领域都依赖于激光稳定性的提高。此外，非经典态光场的产生需要多个PDH反馈回路来稳定锁定腔长和相对相位。在引力波探测器的激励下，压缩态光场的压缩度逐渐增大，在1064 nm波段达到最大值15 dB。值得注意的是压缩度为15 dB的实验设置并没有进行主动稳定。然而，主动稳定误差信号的提取将引入不可避免的损耗，从而降低压缩度。因此，迫切需要实现一个高质量的PDH反馈回路，而不显著降低压缩度。

本文在理论分析的基础上，实验上实现了谐振频率为38.5 MHz，Q因子为320.83的共振型光电探测器（RPD）。在相同条件下，新设计RPD的误差信号信噪比比现有RPD提高约15 dB。同时，最小可探测光功率从-55 dBm降低到-70 dBm。利用该RPD，我们进行了信号光功率为-70 dBm，本地光功率为0 dBm时相对位相的主动稳定，其标准差为264.69 mrad。高Q值的RPD有效降低了误差信号提取引入的损耗。对于压缩度为15 dB，光功率为10 uW的明亮压缩光，光学参量振荡腔腔长和种子光与泵浦光相对位相锁定需要的光功率从1%减少到0.17%,测量到的压缩度从13.84 dB增加到14.78 dB。由于超低功率时稳定锁定的显著改进，利用新设计的RPD完成了多信道复用量子通信的演示。锁定环路性能的巨大改善为实现实用化、大尺度的量子通信和量子网络奠定了坚实的基础。

Fig. 6. Comparison of standard deviations of the stability curves. a, Standard deviations with the existing and new-designed RPDs at the signal power of -40 dBm. b, Standard deviations at different power of signal beam when the local power is 0 dBm.

铁基超导机理是至今悬而未决的重大理论问题。由于FeSe 具有简单的晶体结构，独特的压力效应，多维度的元素掺杂调控等特性，已成为研究铁基超导机理的原型材料。FeSe 体系中Fe 的电子能带离费米面更近，而Se 的电子能带离费米面较远。FeSe 中Fe 位的元素替代可以更强地影响体系中电子的相互作用。采用Cu元素取代Fe位，观测单晶样品各项物性的响应特征及演化规律，可以进一步厘清影响铁基超导的关键因素。高质量的单晶样品是获得可靠物性数据的先决条件。目前，FeSe中绝大部分的Fe 位元素替代的研究是基于粉末样品，而关于单晶样品的物性研究鲜有报道。本工作率先使用化学气相输运技术生长了一系列高质量Fe1-xCuxSe单晶样品，同时首次观测到Cu元素掺杂对Fe1-xCuxSe载流子类型的调控作用，特别是随着Cu元素掺杂，霍尔系数的符号转变温度逐渐被抑制。本工作为进一步开展FeSe中过渡元素掺杂效应的研究提供了单晶样品基础，同时也揭示了FeSe中载流子类型的改变对FeSe超导电性的重要影响。

Fig. 4. (a) Temperature dependence of Hall coefficient (RH) of Fe1-xCuxSe with x = 0, 0.02, 0.05 and 0.1 estimated by RH ≡ dρxy/dH, at the zero-field limit. (b) The suppression of the sign change temperature TR of RH with Cu doping level x. The solid and dotted curves are the guides to the eyes.

超导量子计算是目前科学研究的热点，其计算、存储能力与所包含的超导量子比特数目直接相关。为了实现更高的性能，量子比特数目需要不断增加。传统超导量子比特电路的大部分面积被量子比特读出电路，即超导谐振器所占据，一般达到整个电路的90%以上，而真正用于计算的量子比特部分只占极小的一部分面积。这意味着单个量子比特单元大小主要被读出电路的尺寸所限制。

常规量子比特读出电路采用较厚的Al或Nb等薄膜作为超导谐振器材料，其动态电感相比于几何电感可忽略，即电感主要由几何尺寸决定。在常用的微波波段（4 – 8 GHz），谐振器长度为10 mm左右，这导致单个量子比特单元尺寸较大，影响了芯片集成度的提高。本文报道了通过使用纳米厚度的NbN超导薄膜作为超导谐振器载体，利用其高动态电感，成功实现了紧凑型超导谐振器。该谐振器在谐振频率为6.835 GHz时，长度仅为640微米左右，不到同频率常规超导薄膜谐振器的十分之一。在30 mK温度（Oxford Instruments Triton）、单光子功率水平下其Q值达到7.5×10⁴。进一步，我们通过加入dc-SQUID结构，实现了频率可调的紧凑型超导谐振器，其谐振频率可调范围超过30 MHz。

本研究利用高动态电感实现的紧凑型超导谐振器，有望用于超导量子比特的耦合和读出，大大缩小量子比特单元电路的面积，从而提高超导量子电路的集成度。同时，这种紧凑型超导谐振器在诸如光子探测等精密测量中也有很大的应用价值。

Fig. 1. (a) Micrograph of three coplanar waveguide (CPW) resonators coupled to a taper line. (b) Scan electron micrograph (SEM) of the coupling capacitance Ck. (c) SEM of the end of a resonator. (d) Micrograph of three CPW resonators with dc-SQUIDs. (e) SEM of a dc-SQUID. (f) SEM of a Josephson junction in the dc-SQUID.

Fig. 2. (a) The fr versus the normalized flux bias Φ/Φ0 through the dc-SQUID. The red line represents the fitted result with Ic = 4.96 μA, Lr =84.6 nH, Cr =85.0 fF. The hollow circles represent the experiment data. The inset shows the periodical dependance of fr on Φ/Φ0. (b) Qiof the resonator versus Φ/Φ0 in one period.

有机电致发光二极管（OLED）因具有自发光、广色域、低功耗、柔性可弯曲等特性，在柔性显示和绿色照明领域具有潜在应用价值，近年来备受关注。目前，主动矩阵有机电致发光二极管已经被用于智能手机、电视、平板电脑等设备，初步实现了商业化并在不断扩大市场。这使得对于器件完善的可靠性研究变得尤为迫切，特别是OLED工作在非常规环境（如极端温度、高度压力、强光辐射等）条件下的可靠性研究。高温条件对OLED器件性能的影响研究近年来已不断被报道。而作为温度影响的另一个极端，低温环境对OLED可靠性的影响研究目前鲜有报道。

为解决上述问题，本文作者首先设计并搭建极端低温OLED测试系统，其中包括低温恒温器的设计与开发，以及该系统的工作机理和性能指标。在此基础上，针对低温温度范围-40 ℃—0 ℃和室温（25 ℃），研究了该系列环境条件下蓝色荧光器件的载流子传输、电光转换和工作寿命特性。对比室温条件，电子/空穴的电学传输能力随低温条件的下降而降低。特别是-40℃低温下，空穴和电子传输材料的迁移率分别从室温条件下的1.16×10^-6 cm²/V·s和2.60×10^-4 cm²/V·s降低到6.91×10^-9 cm²/V·s和1.44×10^-5 cm²/V·s，导致了OLED器件中不平衡的载流子传输和复合发光，进而降低了器件的发光效率。有趣的是，我们发现，-20 ℃的低温环境加速了OLED器件内部热量的转移和传递，有效降低了热损耗，从而使得蓝色荧光的器件寿命提高了56%。

本文为低温下有机半导体材料和光电子器件的研究开辟了一条新途径，这将促进有机光电子器件在极端低温环境中的应用。

Fig.1. (a) Schematic diagram of thermostat with heat leakage constant. (b) Schematic structure of blue fluorescent OLED device. (c) Current efficiency versus current density of fluorescent OLEDs at the temperatures of 25 ℃, 0 ℃, -20 ℃ and -40 ℃. (d) Normalized luminous versus time of fluorescent OLEDs at the temperatures of 25 ℃, 0 ℃ and -20 ℃. 

Virtual Special Topic — Magnetism and Magnetic Materials

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