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光学学报 2024年第14期44卷 1-23页

作者：付博妍毕千惠郑诗雨彭于娟王漱明曹汛王振林祝世宁南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093

光学超构表面以其在亚波长尺度下精确塑造光场的能力,开辟了设计高分辨率、多功能、超紧凑光学器件的新范式。立足于多维光场的视角,全面回顾了超构表面在推进下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。结合相关智能算法,综述... 详细信息

光学超构表面以其在亚波长尺度下精确塑造光场的能力,开辟了设计高分辨率、多功能、超紧凑光学器件的新范式。立足于多维光场的视角,全面回顾了超构表面在推进下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。结合相关智能算法,综述了超构表面在多维成像、全息显示以及这些技术交叉领域的应用,探讨了其在计算成像、超分辨成像、可调谐显示技术,以及与光学微操控和量子技术协同发展方面的潜力。最后,对超构表面技术在成像与显示领域的广泛应用前景及未来研究方向进行了展望。

关键词：物理光学超构表面多维调控先进成像全息显示三维显示

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自组装生物分子软物质材料及其物理特性

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物理学报 2024年第17期73卷 14-27页

作者：韩旭薛斌曹毅王炜南京大学物理学院固体微结构国家重点实验室南京210093 南京大学脑科学研究院南京210093

自组装生物分子软物质材料是以生物分子或生物分子基元为构建单元,通过自组织过程形成的一类新型软物质材料.因其组成单元的生物特性和其中弱相互作用驱动组装的特征,这类材料通常具有高度生物相容性、可逆组装、动态响应和微结构可控... 详细信息

自组装生物分子软物质材料是以生物分子或生物分子基元为构建单元,通过自组织过程形成的一类新型软物质材料.因其组成单元的生物特性和其中弱相互作用驱动组装的特征,这类材料通常具有高度生物相容性、可逆组装、动态响应和微结构可控性等优势,在生物医学、组织工程和柔性传感等领域中被广泛关注并得到了相关研发和应用.本文简要介绍自组装生物分子软物质材料的基本构建原理和物理特性,并以氨基酸、多肽分子等组装单元为例,对三类自组装生物分子软物质材料(纳米材料、凝胶材料和复合材料)的自组装分子机制、材料构建思路、力学特性和功能应用场景做了具体阐述.我们认为自组装生物分子软物质材料的研究,将从结构单元的发掘和相关特性的表征,向多功能性质定制与前端应用集成方向发展,从而研发出崭新的复合智能生物软物质材料,进一步促进其在生物医学、有机半导体和软体机器人等新兴领域中的应用.

关键词：软物质生物分子多肽组装水凝胶力学特性

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量子多体系统中的拓扑序与分数化激发

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物理学报 2024年第7期73卷 1-7页

作者：顾昭龙李建新南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论是传统凝聚态物理两座重要的基石,在处理BCS超导体和液氦超流体的形成机制等重要物理问题中取得了巨大成功.然而,以20世纪80年代量子霍尔效应和高温超导的发现为开端,人们逐渐认识到,对于一大类... 详细信息

朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论是传统凝聚态物理两座重要的基石,在处理BCS超导体和液氦超流体的形成机制等重要物理问题中取得了巨大成功.然而,以20世纪80年代量子霍尔效应和高温超导的发现为开端,人们逐渐认识到,对于一大类新的量子态,比如分数量子霍尔态和量子自旋液体,其性质超越了朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论.拓扑序及其所具有的长程多体量子纠缠和分数化激发成为我们理解这些奇异量子态的关键概念.在量子材料和量子模拟系统中设计并寻找具有拓扑序的物态、探测并操控其分数化激发是当代凝聚态物理重要的研究方向.近期,在里德伯原子体系、超导量子处理器和二维摩尔超晶格等具有高度可调控性的量子实验平台中,拓扑序的量子模拟和操控得到了快速发展并取得了重要成果.本文将简要论述拓扑序在传统凝聚态材料体系和量子模拟体系中最近的研究进展和挑战,并对该领域未来可能的发展方向做出展望.

关键词：拓扑序长程多体量子纠缠分数化激发

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基于合成维度拓扑外尔点的波长选择热辐射超构表面

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物理学报 2024年第11期73卷 1-10页

作者：赖镇鑫张也仲帆王强肖彦玲祝世宁刘辉南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093 东南大学物理学院南京211189

黑体辐射通常具有覆盖整个红外波长范围的宽带光谱,导致红外波段的大部分能量不能有效利用,降低了辐射效率.近年来,具有二维亚波长人工纳米结构的超构表面因其在调节光学特性方面的灵活性而得到广泛研究,这为调控热辐射提供了一个理想... 详细信息

黑体辐射通常具有覆盖整个红外波长范围的宽带光谱,导致红外波段的大部分能量不能有效利用,降低了辐射效率.近年来,具有二维亚波长人工纳米结构的超构表面因其在调节光学特性方面的灵活性而得到广泛研究,这为调控热辐射提供了一个理想的平台.在超构表面中,采用合成维度方法为热辐射的精细调控开辟了新路径,尤其突显了超越传统三维体系的物理特性和丰富的拓扑物理.相比于在三维系统中探索物理现象,研究一维或二维系统更为可行和高效.合成维度的方法通过引入系统的结构或物理参数,为操控光子系统中的内在自由度提供了可能性.本文研究了利用合成维度方法实现波长选择热辐射.首先在超晶格模型中构建合成拓扑外尔点,通过角分辨热辐射谱(ARTES)对合成外尔锥进行实验表征,在实现了合理的波长选择热辐射的同时能够尽可能地抑制其他波长的辐射,对于实际的红外应用,如热光伏和热管理装置,是必不可少的.

关键词：热辐射超表面超晶格合成维度

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基于无刻蚀铌酸锂薄膜波导阵列合成参数空间中外尔点的转角拓扑特性

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光学学报 2024年第20期44卷 110-120页

作者：李浩刘子怡赵玉乐王强肖彦玲刘辉南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同中心江苏南京210093

利用拓扑光子学中人工合成维度的概念,在无刻蚀薄膜铌酸锂上,通过将波导阵列结构参数视为额外维度,实现在一维波导阵列系统中模拟三维外尔晶格,并考虑不同外尔结构层间相对扭转的影响,通过调控外尔晶格层间扭转角度,实现了对拓扑界面态... 详细信息

利用拓扑光子学中人工合成维度的概念,在无刻蚀薄膜铌酸锂上,通过将波导阵列结构参数视为额外维度,实现在一维波导阵列系统中模拟三维外尔晶格,并考虑不同外尔结构层间相对扭转的影响,通过调控外尔晶格层间扭转角度,实现了对拓扑界面态间的耦合调控。所提方法不仅降低了样品制备难度,还提高了系统的可控性。此外,在新型无刻蚀薄膜铌酸锂上设计新颖的拓扑波导阵列光学器件,利用合成维度方法,对多层外尔晶格间的相对扭转进行调控,探索其传输效果及丰富的物理特性,包括实现多外尔晶格的拼接和拓扑界面态的耦合调控。通过调节波导阵列长度灵活控制光输出,丰富了光调控的自由度,特别是在光学开关和逻辑器件领域,为片上大规模光子器件集成提供了新的设计思路。

关键词：集成光学铌酸锂无刻蚀波导人工合成维度拓扑光子学

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超导能隙振荡: 到底来自配对密度波还是拆对散射?

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物理学报 2024年第15期73卷 5-7页

作者：殷嘉鑫王强华南方科技大学物理系深圳518055 南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093

早在1965年,于渌先生发表在《物理学报》的经典理论工作就指出:超导能隙在磁性杂质周围会产生微弱的周期性振荡.近十年来,一系列高分辨率的扫描隧道显微实验观测到超导体内能隙在空间中的微弱振荡行为并指认为配对密度波.据此情况,李东... 详细信息

早在1965年,于渌先生发表在《物理学报》的经典理论工作就指出:超导能隙在磁性杂质周围会产生微弱的周期性振荡.近十年来,一系列高分辨率的扫描隧道显微实验观测到超导体内能隙在空间中的微弱振荡行为并指认为配对密度波.据此情况,李东海等理论学者近期指出,在多种情况下,杂质拆对散射构成的干涉效应也会导致能隙在空间形成周期性振荡.我们讨论这两种观点的对立与统一,以及它们和实验的联系.

关键词：超导配对密度波扫描隧道显微镜

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光子学连续域束缚态的理论及应用

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光学学报 2023年第16期43卷 102-115页

作者：毕千惠彭于娟陈润王漱明南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093

连续域束缚态(BIC)是一种特殊本征态,它与扩展态共存却具有强烈的局域性,不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来,BIC的相关理论与实验都取得了长足发展,成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中,光子学是BIC研究中的一... 详细信息

连续域束缚态(BIC)是一种特殊本征态,它与扩展态共存却具有强烈的局域性,不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来,BIC的相关理论与实验都取得了长足发展,成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中,光子学是BIC研究中的一个重要平台,在非线性光学、传感与滤波、波导与通信等方向都有应用。本文回顾了BIC的研究历史并系统地介绍了光子学领域中BIC的分类及产生机制;归纳了几种常用的理论分析方法,并讨论了光子学BIC现有的应用以及未来展望。

关键词：光子学连续域束缚态高品质因子涡旋奇点

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拓扑半金属表面态的输运特性

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科学通报 2024年第1期69卷 68-79页

作者：郑悦陈伟南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘... 详细信息

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘体的输运研究已经广泛地开展,其中的输运信号仅由拓扑表面态贡献;而拓扑半金属中体态和表面态共存,这在给输运研究带来复杂性的同时,也预示着更为丰富的物理现象有望被发现.大多数针对拓扑半金属输运性质的研究集中于其体态,而其表面态的贡献通常被认为小到可以忽略.需要指出,通过巧妙构筑输运器件结构,表面态可以贡献很强的输运信号并导致新奇而丰富的输运性质.本文介绍了若干典型拓扑半金属体系中表面态导致的新奇输运性质,包括拓扑节线半金属中鼓面表面态导致的共振自旋翻转反射及其输运信号,外尔半金属中费米弧表面态的奇异安德烈夫反射、法布里-珀罗干涉和门电压调控的栗弗席兹相变,以及这些效应对外场的奇特响应.本文介绍的研究成果为拓扑半金属表面态的探测与调控提供了新的思路.

关键词：节线半金属外尔半金属表面态费米弧量子输运

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超构表面赋能多维度光学成像研究(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第16期61卷 1-20页

作者：郑诗雨余一婉周徐淅付博妍王漱明王振林祝世宁南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093

光学超构表面技术作为一种全新的平面光学技术,近年来取得了显著的进展,为光学成像开辟了广泛的应用前景。超构表面在对波前进行精确调控的同时,具有多功能、易于集成、轻薄和紧凑的优势。这些创新性的优势为基于超构表面的多维光场成... 详细信息

光学超构表面技术作为一种全新的平面光学技术,近年来取得了显著的进展,为光学成像开辟了广泛的应用前景。超构表面在对波前进行精确调控的同时,具有多功能、易于集成、轻薄和紧凑的优势。这些创新性的优势为基于超构表面的多维光场成像技术和计算成像方面提供了新的可能性。同时,超构表面可用于AR/VR、光纤、光波导等前沿应用,以及超分辨成像、量子成像等创新性成像技术。在未来,超构表面将具有更强的灵活性和适应性,可满足各种复杂应用场景的需求,在光学成像领域扮演日益重要的角色。

关键词：超构表面多维光场成像三维成像计算成像

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基于超表面的热辐射调控与红外应用（特邀）

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光学学报 2024年第19期44卷 9-28+2页

作者：尚效合仲帆尚劲光张也肖彦玲祝世宁刘辉南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心东南大学物理学院量子材料与信息器件教育部重点实验室

近年来，具有亚波长尺寸与超薄厚度的二维超表面结构以其灵活可控的光学响应，成功打破传统热辐射调控研究的瓶颈。目前，基于各种设计的超表面结构已实现了在波长、偏振、方向、时间和相干性等多个自由度上的热辐射调控，并促进了红外... 详细信息

近年来，具有亚波长尺寸与超薄厚度的二维超表面结构以其灵活可控的光学响应，成功打破传统热辐射调控研究的瓶颈。目前，基于各种设计的超表面结构已实现了在波长、偏振、方向、时间和相干性等多个自由度上的热辐射调控，并促进了红外器件的小型化与集成化的发展。基于上述研究，回顾了近年来通过超表面调控热辐射的研究进展，并介绍了相应的红外应用发展，如红外传感、辐射制冷和热光伏器件等。

关键词：超表面超表面阵列热辐射调控红外应用

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