南京大学,2篇Nature!

9月14日,南京大学缪峰教和南京理工大学程斌共同通讯在Nature杂志在线发表题为“Tunable quantum criticalities in an isospin extended Hubbard model simulator”的研究论文。该研究报告了在扩展 Hubbard 模型的实验模拟器中观察到的可调量子临界性,这种模型具有手性堆叠扭曲双层石墨烯 (chiral-stacked twisted double bilayer graphene, cTDBG) 中出现的自旋谷同位旋。

总之,该研究结果展示了一种高度可调的固态模拟器,具有多个自由度的复杂相互作用,用于探索奇异的量子临界状态和行为。

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对电子相关驱动的 QPT 的研究表明了许多奇异的量子多体现象。特别是当涉及多个自由度时,不同阶参数的竞争及其量子涨落变得突出,并可能导致超出朗道框架的新型量子临界相和行为。探索不同类型的 QPT 及其在固态平台中的演变将为深入了解非朗道量子临界性的起源提供前所未有的机会。尽管不断尝试,但由于缺乏原位和同时调整电子相关性和多自由度的能力,这样的平台仍需要进一步优化探索。

该研究展示了一个新的固态模拟器,用于驻留在 cTDBG 中的扩展 Hubbard 模型。通过电传输测量,研究人员在 7n0的填充处展示了一个广义的 Wigner 晶体,其中电子相关性可以通过改变垂直位移场来原位定制。利用解耦的谷和自旋自由度,产生四种山谷自旋同旋异构体。

缩放分析显示,当广义维格纳晶体通过改变位移场转变为费米液体时,量子两阶段临界表现出两个不同的量子临界点,表明出现了一个临界中间相。当施加高平行磁场时,量子两阶段临界演化为量子伪临界。

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θ = 0.75° 的 cTDBG(图源自Nature 

据目前所知,这是第一次观察到量子伪临界和两阶段临界,并通过使用平行磁场实现了这些非常规量子临界的原位演化,这对探索奇异的量子临界状态和行为有重要意义。

同期,9月14日,南京大学张勇团队Nature 杂志在线发表题为“Femtosecond laser writing of lithium niobate ferroelectric nanodomains”的研究论文。这项研究展示了一种非互易近红外 (non-reciprocal near-infrared, NIR) 激光写入技术,用于在具有纳米级分辨率的 LiNbO3中进行可重构的三维铁电畴工程。

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铌酸锂 (LiNbO3) 被视为用于光通信和量子光子芯片的有前途的材料。最近在 LiNbO3 纳米光子学方面的突破极大地促进了高速电光调制器、频率梳和宽带光谱仪的发展。然而,在光学、声学和电子应用中,用于铁电畴工程的传统电极化方法仅限于二维空间和微米级分辨率。

该研究提出并通过实验证明了一种新的非互易近红外 (NIR) 激光写入技术,以可重构的方式执行 3D LiNbO3 纳米域工程。有趣的是,与传统的超快激光写入技术不同,该研究所提出的激光诱导域工程强烈依赖于激光写入方向

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LiNbO3铁电畴工程非互易激光写入的工作原理(图源自Nature 在这项研究的实验条件下,热电场是用于激光写入畴结构的主要效应(热电效应)。在激光束的焦点处,近红外光的多光子吸收产生了局部温度场,其中两种物理机制主导了光-LiNbO3-域的相互作用:

  1. 紧密聚焦的激光光斑会在激光光斑处产生强烈的头对头电场(图 1a);
  2. 其次,LiNbO3 畴反转的阈值场显着降低(图 1b),因为激光加热导致离子电导率增加,因此畴壁钉扎减少。

这使得逆转激光焦点处的自发极化更容易。高于阈值场的有效电场近似为椭球体,这从根本上取决于光的衍射极限和多光子吸收。该研究理论模拟表明,在 130 mW 的输入 NIR 光功率下,可以在 a = 1 μm 和 b= 500 nm 给出的区域内创建 LiNbO3 域。

总的来说,这种方法为 LiNbO3 和其他透明铁电晶体中的可控纳米域工程提供了一条途径,在高效混频、高频声谐振器和高容量非挥发性铁电体中具有潜在应用记忆。

论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05106-0

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05042-z

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