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光学学报 2024年

作者：徐孝浩高文禹李添悦邵天骅李星仪周源高歌泽王国玺严绍辉王漱明姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室中国科学院大学南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理学院南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心浙江大学光电科学与工程学院

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场的出色调控能力，近年来已被深入应用于光学微操控技术研究，这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地，由于超构表面自身处于微纳尺度，具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力，这... 详细信息

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场的出色调控能力，近年来已被深入应用于光学微操控技术研究，这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地，由于超构表面自身处于微纳尺度，具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力，这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发，详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件，包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等，并结合微纳结构的拓扑光学性质，对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后，展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。

关键词：超构表面光学微操控光镊光子力学

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基于伴随法的贝塞尔-高斯光束发射器逆向设计

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光学学报 2025年第8期45卷 213-220页

作者：蒋欣辰洪鹏黄春玉陆延青寇君龙南京大学电子科学与工程学院江苏南京 210023 南京大学集成电路学院江苏苏州 215163 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江苏南京 210093 南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京 210023 南京大学电子科学与工程学院江苏南京 210023 南京大学集成电路学院江苏苏州 215163

贝塞尔光束携带相位奇点和轨道角动量等信息,同时具备无衍射的传播特性,因此在基础科学、光量子通信和成像领域中都有广泛应用.提出了一种基于伴随优化的片上贝塞尔-高斯光束发射器逆向设计方法,并对二阶贝塞尔-高斯光束发射器进行了分... 详细信息

贝塞尔光束携带相位奇点和轨道角动量等信息,同时具备无衍射的传播特性,因此在基础科学、光量子通信和成像领域中都有广泛应用.提出了一种基于伴随优化的片上贝塞尔-高斯光束发射器逆向设计方法,并对二阶贝塞尔-高斯光束发射器进行了分析验证,其接近于86%的相关度证明该光束发射器的优越性能.此外,该器件可容忍一定范围内的刻蚀误差和工作波长扰动,具备良好的稳定性,为光通信、光计算等领域提供了一种可行的器件选择方案.

关键词：逆向设计贝塞尔光束涡旋光集成光路

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基于色散型超构表面的集成光谱成像

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光学学报 2024年第19期44卷 153-159页

作者：张怡袁泉吴一凡何博平戈钦杨宇航郑晴月杨书杰吴非王漱明南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理学院江苏南京210093 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心江苏南京210093

为解决传统高光谱成像系统以光程换取分辨率而导致的光路复杂、成本高昂、体积庞大等问题,提出了基于色散型超构表面的光谱成像系统。超构表面中的每个超构色散单元,都相当于一个小型的光谱仪,按照阵列排布实现快照式光谱成像。采用遗... 详细信息

为解决传统高光谱成像系统以光程换取分辨率而导致的光路复杂、成本高昂、体积庞大等问题,提出了基于色散型超构表面的光谱成像系统。超构表面中的每个超构色散单元,都相当于一个小型的光谱仪,按照阵列排布实现快照式光谱成像。采用遗传算法对得到的图像进行光谱反演,所得拟合结果准确。最终在400~700 nm的可见光波段实现了11个波长通道的光谱成像系统。本设计的紧凑结构、偏振不依赖特性和高光谱分辨率有利于各种小型化终端设备的集成,对光谱仪的实际应用具有重要意义。

关键词：超构表面集成光谱成像宽带光谱仪

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二维材料类脑器件

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物理 2022年第5期51卷 319-327页

作者：王爽梁世军缪峰南京大学物理学院人工微结构科学与技术协同创新中心固体微结构物理国家重点实验室南京210093

研究类脑器件是构建一个能够与大脑相媲美的类脑信息处理系统的重要基础。二维材料凭借优异的电学与光电特性、可多自由度调控以及可三维垂直集成等优势,为设计多功能的类脑器件提供了丰富的材料和机制选择。文章围绕二维材料及异质结... 详细信息

研究类脑器件是构建一个能够与大脑相媲美的类脑信息处理系统的重要基础。二维材料凭借优异的电学与光电特性、可多自由度调控以及可三维垂直集成等优势,为设计多功能的类脑器件提供了丰富的材料和机制选择。文章围绕二维材料及异质结类脑器件的设计展开,通过总结最近的重要研究进展,探究该领域未来可能面临的机遇与挑战。

关键词：二维材料类脑器件感算一体存算一体

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强关联材料霍尔热导率实验测量综述

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物理学进展 2022年第5期42卷 159-183页

作者：徐豪承舒凡鲍嵩温锦生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大学南京210093

在材料中输入热流并在垂直于热流的方向上施加磁场时,热载流子将可能被磁场偏转,获得横向速度,从而导致材料在横向出现一个温度梯度。这种效应被称为热霍尔效应(THE)。与电霍尔效应类似,热霍尔效应被预言将在一些拥有非平庸贝利曲率的... 详细信息

在材料中输入热流并在垂直于热流的方向上施加磁场时,热载流子将可能被磁场偏转,获得横向速度,从而导致材料在横向出现一个温度梯度。这种效应被称为热霍尔效应(THE)。与电霍尔效应类似,热霍尔效应被预言将在一些拥有非平庸贝利曲率的材料中出现,因此它可以揭示材料的拓扑性质。然而,热霍尔效应并不像电霍尔一样,只局限于载流子带电的体系;相反,任何种类的准粒子都可以导热。因此,热霍尔效应也可以用来探索强关联电子体系材料(尤其是绝缘体)的奇异性质。因此,热霍尔效应更具有普适性,并日益成为探测电中性激发,如声子和磁振子的强有力手段。不仅如此,有如手性声子这样超越一般非平庸贝利曲率图像的因素仍可导致热霍尔效应;探查其中的热霍尔效应将为理解材料中复杂的微观机理指明方向。但是,热信号比电信号要微弱得多。尤其是测量热霍尔效应,往往要在较大背景噪音中提取微弱的有效信号,这使霍尔热导的测量极具挑战性。但是得益于科研工作者大量的努力,该领域在近几年发展迅速,得到了许多十分有趣的结果。在本文中,我们将简要总结现有的一些令人兴奋的在霍尔热导率测量方面的成果,指出尚未解决的问题,并提出未来可能的方向。

关键词：热霍尔效应拓扑量子自旋液体多铁材料赝能隙相

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强关联电子系统中的热输运测量

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物理学进展 2022年第6期42卷 207-231页

作者：承舒凡徐豪鲍嵩温锦生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大学南京210093

当考虑电子间的库伦排斥相互作用,以及电荷、自旋和轨道之间的相互耦合时,诸多超越了近自由电子框架的新奇量子态涌现而出,如非常规超导态和量子自旋液体等。对这些新奇物态的认知不仅会拓展现有的知识框架,也有望引发新一轮的量子科技... 详细信息

当考虑电子间的库伦排斥相互作用,以及电荷、自旋和轨道之间的相互耦合时,诸多超越了近自由电子框架的新奇量子态涌现而出,如非常规超导态和量子自旋液体等。对这些新奇物态的认知不仅会拓展现有的知识框架,也有望引发新一轮的量子科技革命。因此,对强关联物理的研究是当下凝聚态物理领域的前沿课题。铜基高温超导体的母体是一种莫特绝缘体,在传统的能带论之下被预言为金属态。然而电子间的强关联行为使得它表现出绝缘体的性质。由于莫特绝缘体中库伦相互作用致使能隙打开并冻结其中的电荷自由度,所以在该体系中难以开展电输运性质的测量研究。作为一种对于元激发(不仅包括电子,还包括磁振子、自旋子等)敏感的探针,热输运测量在强关联电子系统的研究中发挥着重要的作用。本文回顾了近些年在非常规超导、重费米子系统和量子自旋液体研究中一些有趣的纵向热输运性质的研究成果,并与我们近期发表的运用横向热导率测量热霍尔现象的综述文章相互补充。

关键词：强关联电子系统非常规超导铜基超导重费米子量子自旋液体几何阻挫热导率塞贝克系数

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声人工结构的声场调控研究进展

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第4期52卷 2-29页

作者：李澔翔梁彬程建春南京大学物理学院近代声学教育部重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

声场调控是声学研究的核心问题之一,对医学、通信、军事以及工业检测等各个领域都有重要意义.受限于声波的物理属性及天然材料固有的声学性质,精准而简便的声波调控难以实现,导致声学学科中存在若干难题.人工构建的特殊结构可提供天然... 详细信息

声场调控是声学研究的核心问题之一,对医学、通信、军事以及工业检测等各个领域都有重要意义.受限于声波的物理属性及天然材料固有的声学性质,精准而简便的声波调控难以实现,导致声学学科中存在若干难题.人工构建的特殊结构可提供天然材料不具备的特殊声学性质,为突破局限、实现各种新奇的声场调控提供了可能性.本文从声子晶体、声学超构材料及超构表面等人工结构的基本概念出发,系统综述了声场操控方面的主要研究进展,包括基于声学人工结构的声单向传播、声角动量产生/检测、声隐身及其与机器学习的融合等,并介绍了声人工结构在高容量/高速声通信、声扩散体以及低频声波吸收/隔离等方面的应用实例.最后,讨论并展望了声场人工调控技术的发展前景.

关键词：声学人工结构声学超构材料声学超构表面声单向传播声学轨道角动量声隐身机器学习

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基于二维JanusGeS双层铁电隧道结的电子输运

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物理学进展 2024年第4期44卷 197-207页

作者：孙康别洁吕洋洋陈爽法伟南京大学固体微结构物理国家重点实验室物理学院和人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093 南京大学匡亚明学院南京210023 香港城市大学材料科学与工程学系中国香港999077 南京大学材料科学与工程学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 东南大学量子材料与器件教育部重点实验室南京211189

二维范德华Janus材料两侧为不同原子,使得其具有内禀的结构不对称性和面外极化。一类新型的二维Janus材料GeS被发现可用于制备低能耗、高响应速度的铁电隧道结。基于第一性原理计算,我们发现JanusGeS双层有三种堆叠模式,它们的横向滑动... 详细信息

二维范德华Janus材料两侧为不同原子,使得其具有内禀的结构不对称性和面外极化。一类新型的二维Janus材料GeS被发现可用于制备低能耗、高响应速度的铁电隧道结。基于第一性原理计算,我们发现JanusGeS双层有三种堆叠模式,它们的横向滑动和垂直位移都可以调节隧道结中的电子输运。此外,基于GeGe接触的GeS双层的铁电隧道结表现出最高的开/关比。我们的研究将滑移铁电的概念扩展到一类新型的二维范德华Janus材料,并揭示了这些材料在实际器件中可能的电阻开关机制。我们的工作为基于二维范德华Janus材料的低能耗、快速开关纳米器件的设计提供了理论指导。

关键词：二维范德华Janus材料滑移铁电性铁电隧道结阻态开关

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拓扑光学体系中合成维度方法的进展

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光学学报 2021年第1期41卷 317-336页

作者：刘辉严志伟肖孟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人工微结构科学与技术协同创新中心江苏南京210093 武汉大学物理科学与技术学院人工微结构教育部重点实验室湖北武汉430072

光子学中的合成维度是近年来微纳光学和拓扑光子学的研究热点。通常意义上,一个光学系统的物理维度受限于其空间几何维度,因此极大地制约了光学系统所支持研究的物理现象。而研究者通过引入合成维度,可以突破几何维度对物理系统维度的制... 详细信息

光子学中的合成维度是近年来微纳光学和拓扑光子学的研究热点。通常意义上,一个光学系统的物理维度受限于其空间几何维度,因此极大地制约了光学系统所支持研究的物理现象。而研究者通过引入合成维度,可以突破几何维度对物理系统维度的制约,研究高维空间的物理问题。同时,合成维度的高度可控性和选择的丰富多样性,为简化系统设计、观察高维物理现象提供了很大的便利。本文介绍了光子学中合成维度的基本概念,回顾了近年来实现合成维度的各种设计方案,并初步探讨了其在基础物理研究和应用上的未来前景。

关键词：光学器件合成维度合成空间规范势拓扑光子学参数空间

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二维原子晶体的转移堆叠方法及其高质量电子器件的研究进展

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物理学报 2021年第13期70卷 363-396页

作者：王浩林宗其军黄焱陈以威朱雨剑魏凌楠王雷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 西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院西安710126

可剥离至原子层厚度的层状材料被称为二维原子晶体,是凝聚态物理研究的前沿材料体系之一.与体材料相比,二维原子晶体的原子完全暴露,对外界环境极为敏感,因此剥离、转移、旋转、堆叠、封装和器件加工技术对于其电子器件质量和电学输运... 详细信息

可剥离至原子层厚度的层状材料被称为二维原子晶体,是凝聚态物理研究的前沿材料体系之一.与体材料相比,二维原子晶体的原子完全暴露,对外界环境极为敏感,因此剥离、转移、旋转、堆叠、封装和器件加工技术对于其电子器件质量和电学输运性质研究尤为关键.本文介绍了二维原子晶体转移工艺的重要发展,尤其是对其二维电子气的输运性质有突破性提升的进展.针对基于二维原子晶体的电子器件,从二维电子气的无序、接触电阻、载流子迁移率、可观测的量子霍尔态等角度衡量器件质量,并详细介绍了与之相对应的转移技术、器件结构与加工工艺.

关键词：二维原子晶体转移方法二维异质结电输运

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