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準(zhǔn)備了高效紅、綠、藍(lán)量子點(diǎn)和納米材料，無機(jī)量子點(diǎn)材料在發(fā)光、顯示、太陽能 電池、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。如下圖為藍(lán)光量子點(diǎn)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(jī)復(fù)合/無機(jī)紫外 LED，實(shí)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(diǎn)和納米材料，實(shí)現(xiàn)在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了有機(jī)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(diǎn)，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(diǎn)-高分子復(fù)合薄膜。與經(jīng)典的十八烯體系純化后制備的量子點(diǎn)-高分子復(fù)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(xué)性能，絕對(duì)熒光量子產(chǎn)率超過90%，超過了傳統(tǒng)鎘基量子點(diǎn)薄膜。該課題組采用高絕對(duì)熒光量子產(chǎn)率的綠光發(fā)射的復(fù)合薄膜和紅色發(fā)射熒光粉（KSF）作為液晶背光中藍(lán)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(huì)（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(diǎn)顯示器件10%以上，同時(shí)還具有優(yōu)異的低藍(lán)光健康護(hù)眼的特性。此外，該顯示器件具有很好的耐高溫高濕和耐強(qiáng)光老化性能。這些為發(fā)光量子點(diǎn)材料在新一代廣色域顯示器件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)了基于線性光學(xué)系統(tǒng)的量子有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的研究。該量子自動(dòng)機(jī)使用3個(gè)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(dòng)機(jī)解決同樣問題至少需要P個(gè)空間狀態(tài)。該工作首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子自動(dòng)機(jī)的運(yùn)行并驗(yàn)證了其相比于經(jīng)典自動(dòng)機(jī)的空間資源高效性，在該領(lǐng)域具有開創(chuàng)性的作用。

準(zhǔn)備了高效紅、綠、藍(lán)量子點(diǎn)和納米材料，無機(jī)量子點(diǎn)材料在發(fā)光、顯示、太陽能電池、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。如下圖為藍(lán)光量子點(diǎn)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(jī)復(fù)合/無機(jī)紫外LED，實(shí)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(diǎn)和納米材料，實(shí)現(xiàn)在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了有機(jī)太陽能電池的效率。

提出一種基于超構(gòu)表面透鏡雙焦點(diǎn)輻射的量子點(diǎn)單光子源結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對(duì)位于雙焦點(diǎn)上的量子點(diǎn)和其鏡像的輻射光子能實(shí)現(xiàn)方向可控的準(zhǔn)直出射，并能同時(shí)實(shí)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(shè)置有一面反射鏡，反射光子可以等效為量子點(diǎn)鏡像發(fā)射的光子。實(shí)驗(yàn)制備該量子光源的最大挑戰(zhàn)在于如何精確地把量子點(diǎn)和其鏡像集成在超構(gòu)表面透鏡的雙焦點(diǎn)上。王雪華教授團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展超構(gòu)表面制備技術(shù)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(dá)10納米的熒光成像精確定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)和其鏡像與超構(gòu)表面透鏡雙焦點(diǎn)的精確重合，演示了到目前為此所報(bào)道的最小發(fā)散角（3.17度）的準(zhǔn)直出射，并實(shí)現(xiàn)了左、右旋偏振態(tài)分離可調(diào)且偏振度達(dá)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(jìn)量子光源性能的按需調(diào)控和實(shí)用化向前邁出了非常重要的一步。

1. 痛點(diǎn)問題 激光雷達(dá)技術(shù)存在固有缺陷，造成安全隱患與高昂成本。激光雷達(dá)技術(shù)主要有以下三個(gè)缺點(diǎn)： 1）遠(yuǎn)距離探測(cè)會(huì)漏視目標(biāo)，點(diǎn)云圖觀看舒適度極低。激光雷達(dá)使用點(diǎn)掃描方式探測(cè)距離，探測(cè)距離越遠(yuǎn)像點(diǎn)間隔越大，像點(diǎn)之間有漏視問題。激光雷達(dá)采用點(diǎn)掃描方式形成點(diǎn)云圖，對(duì)人眼而言無法直接辨識(shí)目標(biāo)； 2）激光信號(hào)易受干擾，造成嚴(yán)重安全隱患；不同激光雷達(dá)之間會(huì)產(chǎn)生干擾，因?yàn)楣庾V資源有限，這是無法克服的問題； 3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，工業(yè)生產(chǎn)難度大。激光雷達(dá)使用多線激光提高掃描速度，對(duì)生產(chǎn)工藝要求極高。機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的磨損會(huì)直接影響激光雷達(dá)的壽命及電機(jī)控制的精度，需要定期調(diào)校和維護(hù)。 2. 解決方案 清華大學(xué)物理系的科研團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過八年的研究，業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了芯片級(jí)的量子關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)，相關(guān)算法和硬件系統(tǒng)獲得了國家發(fā)明專利。 量子關(guān)聯(lián)成像技術(shù)能為智能設(shè)備安裝“眼睛”，實(shí)現(xiàn)成像與3D測(cè)繪功能，核心專利是量子物理算法，以低成本實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)繪與成像，有效彌補(bǔ)了激光雷達(dá)技術(shù)的重大應(yīng)用缺陷，為獲取高空間分辨率的3D測(cè)繪提供了全新的技術(shù)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(yàn)的企業(yè)開展業(yè)務(wù)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(diǎn)： 1.擁有獨(dú)家開模大尺寸，可直接替代投影幕布（獨(dú)家無邊投影板是投影機(jī)最佳拍檔）。投影成像色彩柔和，無光斑，一體化設(shè)計(jì)，可在投影區(qū)域直接手寫或筆寫。 2. 保護(hù)學(xué)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(xué)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(xué)，實(shí)現(xiàn)100%無塵教學(xué)。從而徹底杜絕電子設(shè)備因粉塵而導(dǎo)致的使用故障，延長配套電子設(shè)備使用壽命。 4. 更適于水墨書寫濕擦教學(xué)。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(duì)數(shù)周期現(xiàn)象。這預(yù)示著該工作為量子振蕩家族增加了一個(gè)新的成員。此外，相對(duì)于已知的量子極限以外的量子態(tài)，例如分?jǐn)?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(shí)揭示了一種量子極限之外的新型量子態(tài)。? 進(jìn)一步分析表明，這一新奇發(fā)現(xiàn)中磁電阻振蕩的對(duì)數(shù)周期性實(shí)質(zhì)上是離散標(biāo)度不變性的明顯特征。標(biāo)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(biāo)度不變性是連續(xù)標(biāo)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(duì)數(shù)周期振蕩是離散標(biāo)度不變性的典型特征，這一特征在動(dòng)物學(xué)、金融危機(jī)、地震、湍流等多種研究領(lǐng)域中都有所體現(xiàn)。在經(jīng)典物理體系里，離散標(biāo)度不變性存在于非線性方程導(dǎo)致的分形結(jié)構(gòu)中。譬如著名數(shù)學(xué)物理學(xué)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(duì)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(biāo)度不變的行為。近年來，Efimov三體束縛態(tài)在冷原子實(shí)驗(yàn)中得到了觀測(cè)，進(jìn)而激發(fā)了相關(guān)領(lǐng)域極大的研究熱情。

本項(xiàng)目研發(fā)的新型量子吸藍(lán)光材料，用于防藍(lán)光眼鏡，防藍(lán)光護(hù)眼貼膜等產(chǎn)品?？捎糜诜雷o(hù)液晶（LCD）和有機(jī)電致發(fā)光（OLED）手機(jī)，電腦顯示器等電子產(chǎn)品顯示器屏幕發(fā)出的高能藍(lán)光，實(shí)現(xiàn)健康護(hù)眼的目的。該種新型量子吸藍(lán)光材料具有超強(qiáng)的光波過濾功能，比市面現(xiàn)有主流吸藍(lán)光材料效果高10－100倍，處于世界領(lǐng)先水平。在技術(shù)層面優(yōu)于市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品。依托于先進(jìn)的新型量子技術(shù)制備防藍(lán)光護(hù)眼鏡片和護(hù)眼貼膜，可高效吸收藍(lán)光，從根本上解決電子產(chǎn)品藍(lán)光傷害這一社會(huì)痛點(diǎn)問題。本項(xiàng)目量子防藍(lán)光眼鏡和貼膜產(chǎn)品的生產(chǎn)有兩條技術(shù)路線，主要步驟如下：1、無機(jī)吸藍(lán)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(jī)吸藍(lán)光材料分散在紫外光固化膠水中，采用涂布技術(shù)制作鏡片或者可貼合膜片。

量子材料與量子相變是本世紀(jì)凝聚態(tài)物理與材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。量子相變與傳統(tǒng)的熱力學(xué)相變不同，是在絕對(duì)零度下調(diào)節(jié)非熱力學(xué)參量而發(fā)生的相變，相變點(diǎn)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(dǎo)-絕緣體相變以及超導(dǎo)-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態(tài)物理最高獎(jiǎng)巴克利獎(jiǎng)。在量子相變過程中，除超導(dǎo)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(dǎo)體系一直是理論與實(shí)驗(yàn)上爭(zhēng)論的焦點(diǎn)（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根據(jù)安德森標(biāo)度理論，由于量子干涉效應(yīng)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(duì)零度時(shí)會(huì)表現(xiàn)出局域化效應(yīng)，因此理論上不存在二維量子金屬基態(tài)。盡管實(shí)驗(yàn)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(zhēng)議，是近三十年來國際學(xué)術(shù)界一直懸而未決的重要物理問題。 最近，北京大學(xué)物理學(xué)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(dǎo)納米多孔薄膜中首次完全證實(shí)了量子金屬態(tài)的存在。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間，研究團(tuán)隊(duì)在高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)-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(dǎo)體YBCO薄膜中，該電阻飽和溫度高達(dá)5K，這一溫度相比于傳統(tǒng)超導(dǎo)體系提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，大大提升了量子金屬態(tài)的穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。通過高頻濾波器極低溫對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，是否添加濾波器對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，為量子金屬態(tài)的存在提供了可靠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。實(shí)驗(yàn)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(dǎo)體類似的粒子空穴對(duì)稱性（particle-hole symmetry）。 此外，實(shí)驗(yàn)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(yīng)，這些發(fā)現(xiàn)也與理論上對(duì)量子金屬態(tài)的預(yù)期吻合。 研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)的極低溫電輸運(yùn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)，金屬與絕緣這三個(gè)量子基態(tài)都有與庫珀電子對(duì)相關(guān)的h/2e周期的超導(dǎo)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(duì)玻色子對(duì)量子金屬態(tài)的形成起到了主導(dǎo)作用。（注：傳統(tǒng)金屬中導(dǎo)電是電子，也即費(fèi)米子）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于超導(dǎo)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(duì)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(duì)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(jìn)一步分析揭示出振蕩振幅飽和對(duì)應(yīng)于相位相干長度飽和，是量子金屬形成的一種可能機(jī)制。有意思的是通過調(diào)控正常態(tài)電阻僅兩個(gè)數(shù)量級(jí)，量子振蕩振幅從超導(dǎo)態(tài)樣品到最絕緣的樣品變化了九個(gè)數(shù)量級(jí)，這意味著多孔高溫超導(dǎo)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(xué)術(shù)期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大學(xué)王健教授、布朗大學(xué)James M. Valles Jr 教授、電子科技大學(xué)熊杰教授是本文的共同通訊作者，電子科技大學(xué)博士生楊超和北京大學(xué)博士后劉易為文章共同第一作者，北京大學(xué)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(xué)Jimmy Xu教授，北京大學(xué)林熙研究員，北京師范大學(xué)劉海文研究員，清華大學(xué)姚宏教授，電子科技大學(xué)李言榮院士等。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)、量子物質(zhì)科學(xué)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金、北京市自然科學(xué)基金、北京市交叉科學(xué)與技術(shù)基金、博士后科學(xué)基金等支持。 二維高溫超導(dǎo)體系中量子玻色金屬態(tài)的證實(shí)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(dǎo)量子相變領(lǐng)域的又一重要突破。該工作為國際上爭(zhēng)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(xué)院院士斯坦福大學(xué)Steven A. Kivelson教授的高度評(píng)價(jià)，評(píng)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(duì)量子材料的理解具有基礎(chǔ)性的重要意義”。圖一， 釔鋇銅氧（YBCO）納米多孔薄膜中的超導(dǎo)-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(shí)間下YBCO納米多孔薄膜的電阻對(duì)溫度的依賴關(guān)系。超導(dǎo)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(dǎo)薄膜的輸運(yùn)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(yùn)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(yīng)，與理論上對(duì)量子金屬態(tài)的預(yù)期相符。圖三，庫柏對(duì)在量子相變過程中的相干性衍變 (A)超導(dǎo)態(tài)、(B) 量子金屬態(tài)、(C)絕緣態(tài)的磁導(dǎo)振蕩圖。 (D) 不同溫度下，所有YBCO薄膜的磁導(dǎo)振蕩的振幅。對(duì)于量子金屬態(tài)薄膜，磁導(dǎo)振蕩的振幅隨溫度的降低在5 K左右而飽和。而超導(dǎo)態(tài)薄膜磁導(dǎo)振蕩的振幅在低溫下發(fā)散，絕緣態(tài)薄膜磁導(dǎo)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(jì)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(jī)制。