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準備了高效紅、綠、藍量子點和納米材料，無機量子點材料在發(fā)光、顯示、太陽能 電池、生物醫(yī)學領域都有廣泛的應用前景。如下圖為藍光量子點材料的圖譜。 利用制備的 ZnO 納米陣列首次得到了色純度較高的有機復合/無機紫外 LED，實現(xiàn)了室溫下 ZnO 納米棒在 380nm 附近的電致發(fā)光。并利用所制備的 ZnO、TiO 量子點和納米材料，實現(xiàn)在太陽能電池領域的應用，提高了有機太陽能電池的效率。

采用可聚合的甲基丙烯酸月桂酯為溶劑，以熱注射法制備鈣鈦礦量子點，直接與低聚物和引發(fā)劑混合，通過紫外光聚合原位制備高質(zhì)量的量子點-高分子復合薄膜。與經(jīng)典的十八烯體系純化后制備的量子點-高分子復合薄膜相比，甲基丙烯酸月桂酯體系制備的薄膜具有更優(yōu)異的光學性能，絕對熒光量子產(chǎn)率超過90%，超過了傳統(tǒng)鎘基量子點薄膜。該課題組采用高絕對熒光量子產(chǎn)率的綠光發(fā)射的復合薄膜和紅色發(fā)射熒光粉（KSF）作為液晶背光中藍光發(fā)光二極管（LED）的下轉(zhuǎn)換熒光材料所制備的原型顯示器件，在國際照明委員會（CIE）1931顏色空間中的色域覆蓋率為115%，超過傳統(tǒng)的鎘基量子點顯示器件10%以上，同時還具有優(yōu)異的低藍光健康護眼的特性。此外，該顯示器件具有很好的耐高溫高濕和耐強光老化性能。這些為發(fā)光量子點材料在新一代廣色域顯示器件中的應用奠定了基礎。

實現(xiàn)了基于線性光學系統(tǒng)的量子有限狀態(tài)自動機的研究。該量子自動機使用3個空間狀態(tài)，即可解決判定輸入整數(shù)是否為某一質(zhì)數(shù)P的整數(shù)倍的問題，而使用經(jīng)典的自動機解決同樣問題至少需要P個空間狀態(tài)。該工作首次在實驗上實現(xiàn)了量子自動機的運行并驗證了其相比于經(jīng)典自動機的空間資源高效性，在該領域具有開創(chuàng)性的作用。

準備了高效紅、綠、藍量子點和納米材料，無機量子點材料在發(fā)光、顯示、太陽能電池、生物醫(yī)學領域都有廣泛的應用前景。如下圖為藍光量子點材料的圖譜。  納米材料的透射電子顯微鏡圖譜，其中右下角的插圖分別為各自在紫外燈照射下的數(shù)碼照片 利用制備的ZnO納米陣列首次得到了色純度較高的有機復合/無機紫外LED，實現(xiàn)了室溫下ZnO納米棒在380nm附近的電致發(fā)光。并利用所制備的ZnO、TiO量子點和納米材料，實現(xiàn)在太陽能電池領域的應用，提高了有機太陽能電池的效率。

提出一種基于超構(gòu)表面透鏡雙焦點輻射的量子點單光子源結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對位于雙焦點上的量子點和其鏡像的輻射光子能實現(xiàn)方向可控的準直出射，并能同時實現(xiàn)左右旋偏振態(tài)的按需調(diào)控。為提高光子的收集效率，在結(jié)構(gòu)背部設置有一面反射鏡，反射光子可以等效為量子點鏡像發(fā)射的光子。實驗制備該量子光源的最大挑戰(zhàn)在于如何精確地把量子點和其鏡像集成在超構(gòu)表面透鏡的雙焦點上。王雪華教授團隊通過發(fā)展超構(gòu)表面制備技術和前期研究“三高”量子糾纏光子源【Nature Nanotechnology 14，586（2019）】所發(fā)展的定位精度達10納米的熒光成像精確定位技術，實現(xiàn)了量子點和其鏡像與超構(gòu)表面透鏡雙焦點的精確重合，演示了到目前為此所報道的最小發(fā)散角（3.17度）的準直出射，并實現(xiàn)了左、右旋偏振態(tài)分離可調(diào)且偏振度達88%的按需調(diào)控單光子源。該研究工作提供了基于超構(gòu)表面調(diào)控量子光源的新方案，為推進量子光源性能的按需調(diào)控和實用化向前邁出了非常重要的一步。

1. 痛點問題 激光雷達技術存在固有缺陷，造成安全隱患與高昂成本。激光雷達技術主要有以下三個缺點： 1）遠距離探測會漏視目標，點云圖觀看舒適度極低。激光雷達使用點掃描方式探測距離，探測距離越遠像點間隔越大，像點之間有漏視問題。激光雷達采用點掃描方式形成點云圖，對人眼而言無法直接辨識目標； 2）激光信號易受干擾，造成嚴重安全隱患；不同激光雷達之間會產(chǎn)生干擾，因為光譜資源有限，這是無法克服的問題； 3）結(jié)構(gòu)復雜、成本高，工業(yè)生產(chǎn)難度大。激光雷達使用多線激光提高掃描速度，對生產(chǎn)工藝要求極高。機械轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磨損會直接影響激光雷達的壽命及電機控制的精度，需要定期調(diào)校和維護。 2. 解決方案 清華大學物理系的科研團隊，經(jīng)過八年的研究，業(yè)內(nèi)首次實現(xiàn)了芯片級的量子關聯(lián)成像系統(tǒng)，相關算法和硬件系統(tǒng)獲得了國家發(fā)明專利。 量子關聯(lián)成像技術能為智能設備安裝“眼睛”，實現(xiàn)成像與3D測繪功能，核心專利是量子物理算法，以低成本實現(xiàn)高精度測繪與成像，有效彌補了激光雷達技術的重大應用缺陷，為獲取高空間分辨率的3D測繪提供了全新的技術手段。 尋求有開發(fā)ASIC芯片、硅光芯片和電子器件產(chǎn)品經(jīng)驗的企業(yè)開展業(yè)務合作。

產(chǎn)品規(guī)格：高度≥1.2m，寬度可根據(jù)需要任意選擇（1.2m~4m），整板無拼接。 產(chǎn)品優(yōu)點： 1.擁有獨家開模大尺寸，可直接替代投影幕布（獨家無邊投影板是投影機最佳拍檔）。投影成像色彩柔和，無光斑，一體化設計，可在投影區(qū)域直接手寫或筆寫。 2. 保護學生視力，緩解視覺疲勞，環(huán)保書寫最佳方案。采用特殊米黃板面材料，色譜波長在500~700納米之間，科學證明該波段為人眼視網(wǎng)膜最能接受色譜段。 3. 無粉塵性，環(huán)保教學，實現(xiàn)100%無塵教學。從而徹底杜絕電子設備因粉塵而導致的使用故障，延長配套電子設備使用壽命。 4. 更適于水墨書寫濕擦教學。板面經(jīng)過5層靜電噴涂而成，解決了普通黑板親水性，吸附性，摩擦力等問題。 5.板面書寫流暢，耐磨，不打滑。 產(chǎn)品特性：  高質(zhì)量版面材質(zhì)，硬度≥9H，光澤度≤16GH，背板采用厚度為0.4mm鍍鋅鋼板。  

傳統(tǒng)的量子振蕩理論，包括考慮了塞曼劈裂的SdH振蕩，都無法解釋最新發(fā)現(xiàn)的對數(shù)周期現(xiàn)象。這預示著該工作為量子振蕩家族增加了一個新的成員。此外，相對于已知的量子極限以外的量子態(tài)，例如分數(shù)量子霍爾態(tài)、魏格納晶體以及密度波相變等，該研究同時揭示了一種量子極限之外的新型量子態(tài)。? 進一步分析表明，這一新奇發(fā)現(xiàn)中磁電阻振蕩的對數(shù)周期性實質(zhì)上是離散標度不變性的明顯特征。標度不變性指體系在任何尺度下都是自相似的，體系不存在特定的特征尺度。離散標度不變性是連續(xù)標度不變性破缺的結(jié)果，其顯著特征是體系的特征尺度滿足等比數(shù)列。對數(shù)周期振蕩是離散標度不變性的典型特征，這一特征在動物學、金融危機、地震、湍流等多種研究領域中都有所體現(xiàn)。在經(jīng)典物理體系里，離散標度不變性存在于非線性方程導致的分形結(jié)構(gòu)中。譬如著名數(shù)學物理學家龐加萊提出的龐加萊圓盤模型就是一種滿足自相似性的分形結(jié)構(gòu)，參見荷蘭著名畫家埃舍爾的畫作Circle Limit III （圖2A）。對于量子體系，目前已知的只有Efimov三體束縛態(tài)表現(xiàn)出離散標度不變的行為。近年來，Efimov三體束縛態(tài)在冷原子實驗中得到了觀測，進而激發(fā)了相關領域極大的研究熱情。

本項目研發(fā)的新型量子吸藍光材料，用于防藍光眼鏡，防藍光護眼貼膜等產(chǎn)品。可用于防護液晶（LCD）和有機電致發(fā)光（OLED）手機，電腦顯示器等電子產(chǎn)品顯示器屏幕發(fā)出的高能藍光，實現(xiàn)健康護眼的目的。該種新型量子吸藍光材料具有超強的光波過濾功能，比市面現(xiàn)有主流吸藍光材料效果高10－100倍，處于世界領先水平。在技術層面優(yōu)于市場上現(xiàn)有產(chǎn)品。依托于先進的新型量子技術制備防藍光護眼鏡片和護眼貼膜，可高效吸收藍光，從根本上解決電子產(chǎn)品藍光傷害這一社會痛點問題。本項目量子防藍光眼鏡和貼膜產(chǎn)品的生產(chǎn)有兩條技術路線，主要步驟如下：1、無機吸藍光材料分散在聚合物基材（如聚碳酸酯,聚丙烯酸酯）中直接成型；2、無機吸藍光材料分散在紫外光固化膠水中，采用涂布技術制作鏡片或者可貼合膜片。

量子材料與量子相變是本世紀凝聚態(tài)物理與材料領域的研究熱點。量子相變與傳統(tǒng)的熱力學相變不同，是在絕對零度下調(diào)節(jié)非熱力學參量而發(fā)生的相變，相變點附近量子漲落而非熱漲落起了重要作用。作為量子相變的經(jīng)典范例，二維超導-絕緣體相變以及超導-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態(tài)物理最高獎巴克利獎。在量子相變過程中，除超導基態(tài)和絕緣基態(tài)外，量子金屬態(tài)是否存在于二維超導體系一直是理論與實驗上爭論的焦點（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根據(jù)安德森標度理論，由于量子干涉效應以及相位相干長度在零溫下發(fā)散的特性，載流子在趨于絕對零度時會表現(xiàn)出局域化效應，因此理論上不存在二維量子金屬基態(tài)。盡管實驗上在各種二維電子體系發(fā)現(xiàn)了量子金屬態(tài)的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響（Science Advances 5, 3826 (2019)），二維量子金屬態(tài)的存在與否仍存在著巨大爭議，是近三十年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。 最近，北京大學物理學院量子材料中心王健教授、博雅博士后劉易與合作者在高溫超導納米多孔薄膜中首次完全證實了量子金屬態(tài)的存在。通過調(diào)節(jié)反應離子刻蝕的時間，研究團隊在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現(xiàn)了超導-量子金屬-絕緣體相變。量子金屬態(tài)存在的直接證據(jù)是體系的電阻隨著溫度降低表現(xiàn)出飽和特性，在高溫超導體YBCO薄膜中，該電阻飽和溫度高達5K，這一溫度相比于傳統(tǒng)超導體系提高了1-2個數(shù)量級，大大提升了量子金屬態(tài)的穩(wěn)定性和實驗結(jié)果的可信度。通過高頻濾波器極低溫對照實驗表明，是否添加濾波器對體系的電阻在低溫下的飽和規(guī)律沒有明顯的作用，有效地排除了外界高頻噪聲對實驗的影響，為量子金屬態(tài)的存在提供了可靠的實驗證據(jù)。實驗還揭示了量子金屬態(tài)的霍爾電阻為零歐姆，意味著量子金屬態(tài)具有與超導體類似的粒子空穴對稱性（particle-hole symmetry）。 此外，實驗表明量子金屬態(tài)在低溫下滿足歐姆定律且具有巨磁阻效應，這些發(fā)現(xiàn)也與理論上對量子金屬態(tài)的預期吻合。 研究團隊通過系統(tǒng)的極低溫電輸運測試發(fā)現(xiàn)，超導，金屬與絕緣這三個量子基態(tài)都有與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁通振蕩，這表明量子金屬態(tài)與傳統(tǒng)金屬不同，是玻色金屬態(tài)，揭示了庫珀對玻色子對量子金屬態(tài)的形成起到了主導作用。（注：傳統(tǒng)金屬中導電是電子，也即費米子）實驗發(fā)現(xiàn)，對于超導態(tài)的樣品，量子振蕩振幅隨溫度的降低迅速增加而發(fā)散; 對于絕緣態(tài)的樣品，振幅隨溫度的降低先迅速增加然后在低溫下衰減; 而對于量子金屬態(tài)的樣品，振幅隨溫度的降低先迅速增加然后在低溫下飽和。進一步分析揭示出振蕩振幅飽和對應于相位相干長度飽和，是量子金屬形成的一種可能機制。有意思的是通過調(diào)控正常態(tài)電阻僅兩個數(shù)量級，量子振蕩振幅從超導態(tài)樣品到最絕緣的樣品變化了九個數(shù)量級，這意味著多孔高溫超導體系具備很好的相位相干調(diào)控性。 該工作于2019年11月14日在線發(fā)表于學術期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大學王健教授、布朗大學James M. Valles Jr 教授、電子科技大學熊杰教授是本文的共同通訊作者，電子科技大學博士生楊超和北京大學博士后劉易為文章共同第一作者，北京大學為第一通訊作者單位。這一工作的主要合作者還包括布朗大學Jimmy Xu教授，北京大學林熙研究員，北京師范大學劉海文研究員，清華大學姚宏教授，電子科技大學李言榮院士等。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中央高校基本科研業(yè)務費、量子物質(zhì)科學協(xié)同創(chuàng)新中心、中科院卓越創(chuàng)新中心、低維物理國家重點實驗室開放基金、北京市自然科學基金、北京市交叉科學與技術基金、博士后科學基金等支持。 二維高溫超導體系中量子玻色金屬態(tài)的證實是王健研究組與合作者繼量子格里菲斯奇異性發(fā)現(xiàn)以來（Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)），在二維超導量子相變領域的又一重要突破。該工作為國際上爭論了三十多年的量子金屬態(tài)的存在提供了有力的證據(jù)，并為研究量子金屬態(tài)提供了新思路。該工作也得到了美國科學院院士斯坦福大學Steven A. Kivelson教授的高度評價，評論文章發(fā)表在Journal Club for Condensed Matter Physics（凝聚態(tài)物理期刊俱樂部）上。Kivelson教授指出：“這一工作對量子材料的理解具有基礎性的重要意義”。圖一， 釔鋇銅氧（YBCO）納米多孔薄膜中的超導-量子金屬-絕緣體量子相變。(A)用多孔氧化鋁（AAO）模板蝕刻法制備YBCO納米多孔薄膜的工藝示意圖。(B) YBCO納米多孔薄膜掃描電鏡（SEM）圖像。(C) YBCO納米多孔薄膜的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。(D)不同刻蝕時間下YBCO納米多孔薄膜的電阻對溫度的依賴關系。超導態(tài)(SC)、反常金屬態(tài)(AM1)、過渡態(tài)(TS)和絕緣態(tài)(INS)四種典型薄膜的電阻溫度曲線用黑色表示。圖二,量子金屬態(tài)證據(jù)。(A)量子金屬態(tài)薄膜和超導薄膜的輸運曲線。其中低溫下電阻的飽和行為為量子金屬態(tài)的特征。(B) 量子金屬態(tài)薄膜極低溫輸運曲線。是否采用高頻濾波器并不改變量子金屬態(tài)飽和電阻的特征。插圖: 量子金屬態(tài)薄膜的I-V曲線，符合歐姆定律，亦為量子金屬態(tài)的證據(jù)。(C)典型量子金屬態(tài)薄膜的霍爾電阻和縱向電阻隨溫度的變化圖。霍爾電阻(Rxy)在低溫下趨于零，而縱向電阻不為零，表現(xiàn)出量子金屬態(tài)的特征。插圖: 量子金屬態(tài)薄膜不同溫度下的霍爾電阻(Rxy)。(D) 量子金屬態(tài)薄膜的巨磁阻效應，與理論上對量子金屬態(tài)的預期相符。圖三，庫柏對在量子相變過程中的相干性衍變 (A)超導態(tài)、(B) 量子金屬態(tài)、(C)絕緣態(tài)的磁導振蕩圖。 (D) 不同溫度下，所有YBCO薄膜的磁導振蕩的振幅。對于量子金屬態(tài)薄膜，磁導振蕩的振幅隨溫度的降低在5 K左右而飽和。而超導態(tài)薄膜磁導振蕩的振幅在低溫下發(fā)散，絕緣態(tài)薄膜磁導振蕩的振幅隨著溫度降低先增加后減小。(E) 通過相位相干的近似模型，計算得到量子金屬態(tài)的相位相干長度在低溫下飽和。揭示了量子金屬形成的一種可能機制。