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                            ——中國科學院辦院方針

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                            《自然》要覽

                            2021-12-28 中國科學報
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                              基于實數的量子理論可通過實驗證偽

                              雖然復數在數學中必不可少,但在描述物理實驗時卻并不需要,因為物理實驗是用概率來表示的,因此使用實數。然而,物理學的目標是通過理論來解釋而非描述實驗。

                              雖然大多數物理理論都基于實數,但量子理論是第一個用復希爾伯特空間的算符來表述的。這讓無數物理學家感到困惑,包括量子理論的創始人,對于他們來說,量子理論的真實版本,用真實的算符來表示,似乎更為自然。

                              事實上,此前的研究已經表明,只要各部分共享任意真實量子態,這種“真實量子理論”就可重現任何多體實驗的結果。

                              研究組探討了在量子形式主義中是否真的需要復數。他們通過證明量子理論的實希爾伯特空間公式和復希爾伯特空間公式在包含獨立狀態和度量的網絡場景中可做出不同的預測,證明了這一點。

                              這使人們能夠設計出一個類似貝爾測試的實驗,實驗成功則推翻真正的量子理論,就像標準貝爾測試推翻局部物理學一樣。

                              相關論文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04160-4

                              纏繞莫爾帶的量子反?;魻栃?/strong>

                              電子關聯和拓撲學是現代凝聚態物理學的兩條主線。半導體莫爾材料為電子關聯的研究提供了一個高度可調的平臺。相關驅動現象,包括莫特絕緣體、廣義維格納晶體、條紋相和連續莫特躍遷,均已得到證實。然而,非平凡能帶拓撲仍不清楚。

                              研究組報道了在AB—堆疊的MoTe2/WSe2莫爾異質雙層中觀察到的量子反?;魻栃?。與AA—堆疊的異質雙層不同,面外電場不僅控制帶寬,還通過以不同層為中心纏繞莫爾帶來控制能帶拓撲。

                              在半帶填充時,對應于每個莫爾晶胞有一個粒子,研究組觀察到量子化霍爾電阻h/e2(h和e分別表示普朗克常數和電子電荷),在磁場為零時,縱向電阻消失。

                              從莫特絕緣體到量子反?;魻柦^緣體的電場誘導拓撲相變先于絕緣體到金屬的相變。與大多數已知的拓撲相變相反,它并不伴隨體電荷間隙閉合。該研究為發現半導體莫爾材料中由強關聯和拓撲共同影響而產生的新現象奠定了基礎。

                              相關論文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04171-1

                              磁性鋸齒形石墨烯納米帶中摻雜邊緣態的自旋分裂

                              氫端鋸齒形納米石墨烯中的自旋有序電子態產生了磁量子現象,激發了人們對碳基自旋電子學的新興趣。鋸齒形石墨烯納米帶(ZGNRs),即由平行鋸齒形邊緣包圍的準一維石墨烯半導體帶,具有本征電子邊緣態,這些本征電子邊緣態沿著帶邊緣鐵磁有序,并沿其寬度反鐵磁耦合。

                              盡管最近在自下向上合成具有對稱保護的拓撲相甚至金屬零模帶的GNR方面取得了進展,但長期以來,ZGNR獨特的磁邊緣結構因其鋸齒形邊緣態與基底表面態的強雜化而無法直接觀測。

                              研究組提出了一種通用技術,通過沿ZGNR邊緣引入取代N原子摻雜的超晶格,來熱力學穩定和電子解耦高反應性的自旋極化邊緣態。第一性原理GW計算和掃描隧道光譜揭示了由ZGNR鐵磁有序邊緣態誘導的交換場(~850特斯拉)對低能態氮孤對平帶的巨大自旋分裂。

                              該發現直接證實了ZGNR中預測的突現磁序性質,并為探索其性能以及功能集成到納米級傳感和邏輯器件提供了一個強大的平臺。

                              相關論文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04201-y

                              高熵聚合物在低電場下產生巨大電卡效應

                              十多年來對電卡(EC)效應的研究已產生了滿足制冷熱泵所需的最低5K EC溫度變化的EC材料和EC多層芯片。但這些EC溫度變化是通過施加高電場(接近其介電擊穿強度)產生的,這導致EC性能的快速退化和疲勞。

                              研究組報道了一類EC聚合物,在50 MV m-1下,EC熵變為37.5 J kg-1K-1,溫度變化為7.5 K,在相同場強下,與最先進的EC聚合物相比,提高了275%。

                              研究發現,將聚(偏氟乙烯—三氟乙烯—氯氟乙烯)三元共聚物中的少量氯氟乙烯基團轉化為共價雙鍵可顯著增加極化基元的數量,并增強聚合物的極性—非極性界面面積。聚合物中的極化相采用一種松散關聯的高熵狀態,具有較低的電場誘導開關勢壘。

                              相關論文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04189-5

                            打印 責任編輯:閻芳

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