中國散裂中子源第一篇用戶實(shí)驗(yàn)成果文章

北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授領(lǐng)導(dǎo)清潔能源和材料基因組研究團(tuán)隊(duì)與陳和生領(lǐng)導(dǎo)的中國散裂中子源團(tuán)隊(duì)緊密合作，開展將中子源通過中國散裂源團(tuán)隊(duì)自主建設(shè)的通用中子衍射儀（GPPD）應(yīng)用于鋰電池材料的微觀結(jié)構(gòu)及相關(guān)機(jī)理的研究，研究論文發(fā)表于Nano Energy?；谥凶友苌鋵?shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了三元材料體系中反位缺陷隨過渡金屬組分的變化規(guī)律，提出材料中鋰鎳反位與三角晶格阻挫結(jié)構(gòu)特征之間存在關(guān)聯(lián)的觀點(diǎn)，并從該角度對(duì)鋰鎳反位缺陷結(jié)構(gòu)的形成做了自洽的解釋。這些結(jié)果有助于進(jìn)一步澄清材料中缺陷結(jié)構(gòu)與電池材料性能之間的關(guān)系，并且在對(duì)三元鋰離子電池正極材料的開發(fā)過程中起到直接的指導(dǎo)作用。

三元層狀正極材料中的鋰鎳反位缺陷和過渡金屬原子組成的三角晶格結(jié)構(gòu)單元。材料的局域結(jié)構(gòu)由于鋰鎳反位的出現(xiàn)而發(fā)生改變，同時(shí)材料的磁阻挫通過不同的途徑得到舒緩（圖片來源于北大新聞）

(a) 三元層狀正極材料的晶體結(jié)構(gòu)；(bd) 不同組分正極材料的高分辨中子衍射譜；(e)三元材料中不同組分與鋰鎳反位量之間的關(guān)系。（圖片來源于北大新聞）

發(fā)現(xiàn)112型鐵基超導(dǎo)體的中子自旋共振模

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心的SC8研究組羅會(huì)仟副研究員等利用非彈性中子散射研究了新型112結(jié)構(gòu)體系鐵基超導(dǎo)體，發(fā)現(xiàn)了其中的自旋共振模，相關(guān)論文發(fā)表于Physical Review Letters。112型鐵基超導(dǎo)體于2013年被發(fā)現(xiàn)，它具有與其他鐵基超導(dǎo)體系基本類似的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)和費(fèi)米面，但又獨(dú)具個(gè)性，且更為復(fù)雜。例如：層狀結(jié)構(gòu)中嵌有特殊的鋸齒形砷鏈，整體對(duì)稱較低的單斜結(jié)構(gòu)，磁波矢與其他鐵砷化物類似但磁矩在面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了45°，因砷4p軌道的介入導(dǎo)致在布里淵區(qū)邊緣多出一個(gè)電子型費(fèi)米口袋。研究結(jié)果對(duì)理解鐵基超導(dǎo)體自旋共振的微觀起源乃至其超導(dǎo)機(jī)理都有重要的啟示。

用于準(zhǔn)非易失應(yīng)用的范德瓦爾斯結(jié)構(gòu)半浮柵存儲(chǔ)

復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授張衛(wèi)、周鵬團(tuán)隊(duì)研發(fā)出具有顛覆性的二維半導(dǎo)體準(zhǔn)非易失存儲(chǔ)原型器件，開創(chuàng)了第三類存儲(chǔ)技術(shù)，解決了國際半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)中“寫入速度”與“非易失性”難以兼得的難題，相關(guān)成果發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。這項(xiàng)研究選擇了二硫化鉬、二硒化鎢、二硫化鉿、氮化硼等多重二維材料堆疊構(gòu)成了半浮柵結(jié)構(gòu)晶體管，制成階梯能谷結(jié)構(gòu)的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)。其中一部分如同一道可隨手開關(guān)的門，電子易進(jìn)難出；另一部分則像一面密不透風(fēng)的墻，電子難以進(jìn)出。對(duì)“寫入速度”與“非易失性”的調(diào)控，就在于這兩部分的比例。

紅外光源研究進(jìn)展

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張子旸課題組與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所劉峰奇、王占國實(shí)驗(yàn)室合作利用調(diào)制摻雜的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)半導(dǎo)體寬光譜光源中輸出光譜寬度與輸出功率相互制約的關(guān)系，成功地研制出了近紅外波段高輸出功率〉20mW、同時(shí)寬光譜〉130nm的量子點(diǎn)SLD。研究論文發(fā)表于Light∶Science & Applications。又利用子帶間躍遷的量子級(jí)聯(lián)材料為增益介質(zhì)，采用寬譜光源與光放大器單片集成的器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了國際上第一支室溫連續(xù)工作的中紅外量子級(jí)聯(lián)SLD。超輻射發(fā)光管（SLD）是一種利用放大自發(fā)輻射的非相干光源，是一些非相干光學(xué)系統(tǒng)（如光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)（OCT）的理想光源。

全新量子測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)最高效量子態(tài)層析測(cè)量

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、項(xiàng)國勇研究組與復(fù)旦大學(xué)、北京理工大學(xué)、南京郵電大學(xué)的合作者提出基于光子量子行走的確定性集體測(cè)量方法，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了目前國際上最高效的量子態(tài)層析測(cè)量，研究論文發(fā)表于Nature Communications。提出了一種基于量子行走確定性實(shí)現(xiàn)任意兩份拷貝的量子態(tài)集體測(cè)量的一般方法，在實(shí)驗(yàn)上用光子量子行走高保真度地實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的集體測(cè)量，把這種確定性集體測(cè)量用于單比特量子態(tài)層析的實(shí)驗(yàn)研究，突破了局域測(cè)量的量子精度極限，獲得了當(dāng)前最高效的量子態(tài)層析效率。集體測(cè)量至少可以將層析效率提高50%，而且效率提高幅度隨著量子態(tài)的純度以及量子系統(tǒng)拷貝數(shù)增加而增加。

單份拷貝測(cè)量和集體測(cè)量示意圖（圖片來源于中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、量子信息和量子科技前沿創(chuàng)新中心、科研部）

實(shí)驗(yàn)裝置（圖片來源于Nature Communications）

單個(gè)量子光源的超分辨選擇性激發(fā)和成像

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件實(shí)驗(yàn)室魏紅副研究員和合作者設(shè)計(jì)了一種利用金屬納米線上的表面等離激元干涉場(chǎng)作為激發(fā)源的超分辨激發(fā)和成像方法，利用表面等離激元實(shí)現(xiàn)單個(gè)量子光源的超分辨選擇性激發(fā)和成像，相關(guān)論文發(fā)表于Nano Letters。光的衍射極限限制了常規(guī)光學(xué)成像的分辨率和介質(zhì)光子器件的尺寸，將對(duì)光的操控和利用制約在波長水平，而金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元可以將光場(chǎng)束縛在納米結(jié)構(gòu)表面，使突破衍射極限的納米尺度光操控成為可能。該工作為研究和表征等離激元納米波導(dǎo)與多個(gè)納米量子光源耦合體系的光學(xué)特性提供了一種實(shí)驗(yàn)方法。

廣義索利斯泵的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微觀磁共振院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰院士帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)與新加坡國立大學(xué)教授龔江濱理論研究組合作，利用金剛石中的單自旋量子模擬器，實(shí)現(xiàn)了廣義索利斯泵的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》。相傳兩千多年前，阿基米德設(shè)計(jì)了一種機(jī)械裝置，用于把水從低處抽往高處。該裝置被稱為“阿基米德螺旋泵”。1983年，著名凝聚態(tài)物理學(xué)家索利斯（D.J.Thouless）提出了一種量子泵。索利斯指出，該過程引發(fā)的粒子輸運(yùn)是整數(shù)，該整數(shù)與參數(shù)空間的拓?fù)湫再|(zhì)有關(guān)。此現(xiàn)象被稱為“索利斯泵”，相當(dāng)于整數(shù)量子霍爾效應(yīng)的動(dòng)態(tài)版本。

蛋白質(zhì)中范德華作用的定量解析

中國科學(xué)院青島能源所蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究組姚禮山研究員主持完成，部分實(shí)驗(yàn)在中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)跨范德華力的JCC—耦合常數(shù)測(cè)量，并對(duì)其來源機(jī)制進(jìn)行了解析，為證明蛋白質(zhì)中范德華作用存在提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，研究論文發(fā)表于《美國化學(xué)會(huì)志》。蛋白質(zhì)是生命體重要組成成分和生命活動(dòng)的重要執(zhí)行者，在蛋白質(zhì)中存在多種非共價(jià)相互作用協(xié)同工作進(jìn)而穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的功能。其中，范德華作用是一種不可忽視的作用力。通常范德華作用可以根據(jù)蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)參數(shù)如側(cè)鏈基團(tuán)之間的距離來推斷，該研究在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)其定量測(cè)量。