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中国科学:物理学力学天文学 2025年第5期55卷 142-155页

作者：何攀刘昊翟金凤潘超钰沈健复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院复旦大学应用表面物理国家重点实验室复旦大学物理学系

自旋电子学利用电子的自旋属性来实现信息存储和处理,有望克服传统电子学面临的能耗、微型化以及抗辐照等瓶颈问题.近年来,非线性自旋电子学作为自旋电子学领域的新兴分支,受到一定的关注.非线性自旋电子学结合了非线性动力学和自旋电子... 详细信息

自旋电子学利用电子的自旋属性来实现信息存储和处理,有望克服传统电子学面临的能耗、微型化以及抗辐照等瓶颈问题.近年来,非线性自旋电子学作为自旋电子学领域的新兴分支,受到一定的关注.非线性自旋电子学结合了非线性动力学和自旋电子学,开辟了超越传统自旋相关效应的新途径.本文综述了非线性自旋电子学的最新进展,重点介绍典型的非线性自旋输运现象、物理机制、实验表征方法以及在自旋器件中的应用,旨在展示其重要性以激发新的相关研究.

关键词：自旋电子学非线性效应非线性自旋电子学自旋流自旋热电子学

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无液氦制冷隔振技术在低温扫描隧道显微镜中的应用

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第5期55卷 102-116页

作者：孙泽元吴施伟复旦大学物理学系应用表面物理国家重点实验室复旦大学微纳光子结构教育部重点实验室复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院

低温环境在扫描隧道显微镜(STM)的应用中至关重要,它不仅能够减少实验测量的热噪声、提高精度和稳定性,还能提供超导强磁场等极端实验条件,并揭示各种新奇量子材料的物性,如拓扑效应、电子关联等.传统低温STM依赖昂贵的液氦,极大地限制... 详细信息

低温环境在扫描隧道显微镜(STM)的应用中至关重要,它不仅能够减少实验测量的热噪声、提高精度和稳定性,还能提供超导强磁场等极端实验条件,并揭示各种新奇量子材料的物性,如拓扑效应、电子关联等.传统低温STM依赖昂贵的液氦,极大地限制了连续运行时间和成本.而基于闭循环制冷机的制冷技术虽然能够实现无液氦消耗的连续低温运行,但受到制冷机振动的影响难以实现原子级别的显微实验测量以及和超高真空环境兼容.本文将回顾最新开发的无液氦制冷隔振技术原理及其在前沿STM中的应用.

关键词：无液氦制冷隔振技术低温扫描隧道显微镜扫描探针显微术尖端科学仪器

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无耗散拓扑电子学的新进展:器件与能量耗散

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科学通报 2025年第1期70卷 1-3页

作者：李海龙闫青江华谢心澄北京大学物理学院量子材料科学中心北京100871 复旦大学理论物理与信息科学交叉中心上海200433 复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院上海200433 合肥国家实验室合肥230088

晶体管,作为现代微纳电子技术的基石,是构成集成电路的基本单元,实现了复杂电路功能的微型化.晶体管通过控制电子的输运,执行各种逻辑运算和信号处理任务.然而,在执行这些功能时,传统晶体管并非完全高效和无能耗.电子在晶体管内部传输... 详细信息

晶体管,作为现代微纳电子技术的基石,是构成集成电路的基本单元,实现了复杂电路功能的微型化.晶体管通过控制电子的输运,执行各种逻辑运算和信号处理任务.然而,在执行这些功能时,传统晶体管并非完全高效和无能耗.电子在晶体管内部传输过程中,由于电阻的存在,会有一部分能量转化为热能,这种能量转化遵循焦耳定律,即电流通过导体产生的热功率与电流的平方以及导体的电阻成正比.这种以焦耳热形式释放的能量损耗,不仅降低了集成电路的能量效率,还可能导致晶体管的温度升高,进而影响电路的稳定性和可靠性,甚至限制了微纳电路性能的进一步提升.

关键词：焦耳定律能量转化复杂电路内部传输集成电路能量效率微纳电子技术能量耗散

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面向人工智能的物理神经网络器件、算法和架构

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科学通报 2025年第13期70卷 1872-1873页

作者：郭杭闻袁喆沈健复旦大学应用表面物理全国重点实验室和微纳电子器件与量子计算机研究院合肥国家实验室复旦大学理论物理与信息科学交叉中心复旦大学物理学系

人工智能(artificial intelligence, AI)的大规模应用已使社会发展产生了巨大变革,同时也对算力、能耗和计算效率等问题带来了巨大挑战.物理神经网络充分利用了物理体系的优异特性来实现人工神经网络的训练和计算,有潜力突破传统计算架...

人工智能(artificial intelligence, AI)的大规模应用已使社会发展产生了巨大变革,同时也对算力、能耗和计算效率等问题带来了巨大挑战.物理神经网络充分利用了物理体系的优异特性来实现人工神经网络的训练和计算,有潜力突破传统计算架构的限制,大幅提高计算效率.通过构建新型器件、算法和计算架构,物理神经网络能够实现高效、并行、自适应计算,在降低能耗的同时显著提升计算速度.这一技术将推动新一代AI硬件的发展,使人工智能在边缘计算、自动化系统和大规模AI应用中具备更强的实时学习和推理能力,为智能计算提供更高效、可扩展的解决方案.

关键词：

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声表面波技术在凝聚态物理研究中的应用

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物理实验 2025年第3期45卷 1-10页

作者：顾嘉明牟毅成张成复旦大学物理学系上海200433 复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院上海200433 复旦大学应用表面物理全国重点实验室上海200433

声表面波是一种在弹性材料表面传播的高度定向机械波,通过压电效应和应变场与材料相互作用,能够实现对准粒子输运、能带结构和电荷自旋等物性的精确调控与探测.近年来,声表面波技术在凝聚态物理前沿研究中崭露头角.本文综述了声表面波... 详细信息

声表面波是一种在弹性材料表面传播的高度定向机械波,通过压电效应和应变场与材料相互作用,能够实现对准粒子输运、能带结构和电荷自旋等物性的精确调控与探测.近年来,声表面波技术在凝聚态物理前沿研究中崭露头角.本文综述了声表面波技术在凝聚态物理中的应用进展,重点介绍了声波诱导电荷输运、声光伏效应及声波透射探测物性等方面的实验研究成果,并展望了其在凝聚态物理基础研究以及未来声电器件应用方面的前景.

关键词：声表面波声电效应声光伏效应量子态

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由超顺磁隧道结构建的类脑运动预测追踪模型

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科学通报 2025年第13期 1908-1919页

作者：张梅婷赵莉黄晓东夏钶袁喆弭元元重庆大学医学院神经智能研究中心清华大学心理与认知科学系北京师范大学物理与天文学院复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院复旦大学理论物理与信息科学交叉中心华南理工大学物理与光电学院东南大学物理学院

预测追踪运动目标的空间位置是未来智能芯片的重要功能之一.大量实验结果表明,大脑利用目标运动的历史轨迹提前预测目标的空间位置,以弥补神经系统传输和处理信号产生的时间延迟,从而实现在复杂环境中实时动态的信息交互.这种预测追踪... 详细信息

预测追踪运动目标的空间位置是未来智能芯片的重要功能之一.大量实验结果表明,大脑利用目标运动的历史轨迹提前预测目标的空间位置,以弥补神经系统传输和处理信号产生的时间延迟,从而实现在复杂环境中实时动态的信息交互.这种预测追踪机制可以通过具有负反馈效应的连续吸引子神经网络的内在动力学机制来实现.连续吸引子神经网络模型是一种表征和存储连续变量(如运动目标的空间位置)的正则化神经网络模型,负反馈效应包括神经元发放频率自适应效应、突触短时程衰减效应或来自其他环路的负反馈投射.在本研究中,我们利用具有仿编码连续变量的单神经元计算特性的超顺磁隧道结,基于此构建了连续吸引子神经网络模型,同时考虑了来自其他环路的负反馈投射.数值模拟结果表明,在移动刺激的情况下,该模型实现了对运动目标空间位置的预测追踪,且提前预测的时间保持恒定.我们进一步理论解析了由超顺磁隧道结构建的网络模型对运动目标预测追踪的提前预测时间的数学表达,并揭示其与来自其他环路负反馈效应的强度相关.此外,该模型在连接范围小、器件不均一和具有噪声的情况下仍能实现预测功能,表现出较强的鲁棒性.这为类脑计算材料的开发提供了新的思路和可能性.

关键词：磁隧道结预测追踪神经网络类脑计算

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广义Brewster效应的实现及其应用进展

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光学学报 2023年第16期43卷 141-151页

作者：岳舒啸张喆关放资剑复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院上海200438 复旦大学应用表面物理国家重点实验室上海200438 张江复旦国际创新中心上海201210

Brewster效应作为一种经典物理现象描述了平面偏振电磁波在电介质表面上的零反射行为。随着超材料和超表面的迅速发展,Brewster效应得到了许多扩展研究。人们借助超材料和超表面实现了任意频率、偏振和入射角的平面电磁波的零反射现象,... 详细信息

Brewster效应作为一种经典物理现象描述了平面偏振电磁波在电介质表面上的零反射行为。随着超材料和超表面的迅速发展,Brewster效应得到了许多扩展研究。人们借助超材料和超表面实现了任意频率、偏振和入射角的平面电磁波的零反射现象,这被称为广义Brewster效应。本文综述了广义Brewster效应的物理实现及其应用研究,首先回顾了实现广义Brewster效应的各种物理体系和物理机制,指出了一些传统分析方法的局限性。为此,创新性地讨论了广义Kerker效应的一种简单而普适的设计原则,即通过人工结构构建多极矩的干涉相消。随后,回顾了在该原则指导下设计的各种超表面,进一步讨论了其在5G毫米波通信电磁窗口和相控阵天线宽角扫描的应用。最后指出了这一领域目前存在的问题并展望了未来的发展方向。

关键词：广义Brewster效应广义Kerker效应频率选择表面宽角高透射宽角扫描相控阵

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复杂氧化物中电子相分离的量子调控

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物理学报 2018年第22期67卷 111-124页

作者：王文彬朱银燕殷立峰沈健复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院上海200433 应用表面物理国家重点实验室复旦大学物理系上海200433 人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

复杂氧化物可以呈现出高温超导、庞磁阻以及多铁效应等诸多新奇的物理现象.这类材料中的电荷/自旋/轨道和晶格自由度之间的强耦合相互作用,可以导致多种相互竞争且能量非常接近的电子态的空间共存,这就是电子相分离现象.如果可以将材料... 详细信息

复杂氧化物可以呈现出高温超导、庞磁阻以及多铁效应等诸多新奇的物理现象.这类材料中的电荷/自旋/轨道和晶格自由度之间的强耦合相互作用,可以导致多种相互竞争且能量非常接近的电子态的空间共存,这就是电子相分离现象.如果可以将材料的空间尺寸缩小到电子相分离的特征长度,其物理性质甚至电子关联作用本身都会发生根本的变化,从而有可能实现复杂氧化物中的量子调控.本文综述了我们课题组在过去几年中针对复杂氧化物中电子相分离的量子调控取得的进展,内容包括:发现了锰氧化物边缘电子态,通过氧化物微纳加工技术,实现了量子态空间分布的调控,提高了庞磁阻锰氧化物的临界温度;研究了当材料空间尺度小于其电子相分离特征尺度时电子相分离的表现,确定了在电子相分离消失以后体系的磁结构;通过超晶格生长技术调控了材料中的掺杂有序度,对锰氧化物中大尺度的电子相分离的物理机理从实验上给出了解释.

关键词：复杂氧化物电子相分离量子调控自旋电子器件

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一种宽带无盲角的圆极化波导天线阵

一种宽带无盲角的圆极化波导天线阵

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2023年全国天线年会

作者：王擎昊梁修业关放复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院

本文提出了一种加载阻抗渐变结构和电磁带隙结构的宽带无盲角的圆极化圆波导天线阵。借助扫描反射谱,可以看到阻抗渐变结构有效改善了阵列的宽带宽角匹配,电磁带隙结构则可以使阵列形成较宽的表面波带隙,从而消除扫描盲点。仿真结果表... 详细信息

本文提出了一种加载阻抗渐变结构和电磁带隙结构的宽带无盲角的圆极化圆波导天线阵。借助扫描反射谱,可以看到阻抗渐变结构有效改善了阵列的宽带宽角匹配,电磁带隙结构则可以使阵列形成较宽的表面波带隙,从而消除扫描盲点。仿真结果表明本文设计的波导阵列可以在2 GHz～4 GHz内实现±70°的扫描。

关键词：波导阵列宽带宽角阻抗匹配电磁带隙结构

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基片集成波导缝隙天线阵的辐射特性调控研究

基片集成波导缝隙天线阵的辐射特性调控研究

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2023年全国天线年会

作者：岳舒啸张喆关放复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院

平面相控阵的宽角扫描增益下降以及较高的旁瓣水平往往是制约无线系统整体性能的重要因素。本文设计了一种宽边偏置基片集成波导缝隙天线阵,基于方向图乘积原理提出了一种针对单元方向图的直接调控方案,对这两个问题进行了初步探索。本... 详细信息

平面相控阵的宽角扫描增益下降以及较高的旁瓣水平往往是制约无线系统整体性能的重要因素。本文设计了一种宽边偏置基片集成波导缝隙天线阵,基于方向图乘积原理提出了一种针对单元方向图的直接调控方案,对这两个问题进行了初步探索。本文提出了一种金属圆柱阵列作为新型的人工电磁结构,有效实现了阵列中心单元的有源方向图展宽,其扫描角度拓展至70°以上(相比最大增益下降3 dB以内)。另外,提出的人工电磁结构还可以调控单元方向图使其在阵因子旁瓣出现的位置上具有很低的辐射水平。仿真结果表明该结构可使阵列在等幅同相激励时的旁瓣水平降低10 dB,并且主瓣没有变宽、增益略有提高。

关键词：波导缝隙天线阵宽角扫描超低旁瓣

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