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魔角扭曲双层石墨烯(TBG)的旋转角度接近1.1度,具有孤立的平坦电子能带,包含丰富的相关绝缘、超导、铁磁和拓扑相的相图。此前仅在魔角0.1度范围内观测到相关绝缘体和超导性,并出现在相邻或重叠的电子密度范围内。

除了扭转角和应变,TBG相图还取决于封装石墨烯片的绝缘六方氮化硼(hBN)的排列和厚度,这表明了微观介电环境的重要性。研究组展示了在hBN和TBG之间添加绝缘的二硒化钨(WSe2)单层,在扭转角远小于魔角的情况下的稳定超导性。

对于0.79度的最小扭转角,尽管TBG在整个电子密度范围内都表现出金属行为,但仍观察到超导性。有限磁场测量进一步揭示了弱的反定位特征,以及四重自旋谷对称性的破坏,这与TBG通过靠近WSe2引起的自旋轨道耦合一致。

研究结果限制了TBG中出现超导性的理论解释,并为莫尔系统中的工程量子相开辟了道路。

具有强大且可调的光物质相互作用的多功能界面对于量子科学至关重要,因为它们能够映射光和物质之间的量子特性。最近的研究提出了一种控制光物质相互作用的方法,即利用在量子发射器的结构化亚波长阵列中光子介导的偶极子偶极子间的丰富相互作用。

研究组报告了光学晶格中二维方形原子阵列的协同亚辐射响应的直接观测。他们观察到整体原子响应的光谱变窄远低于单个原子进入自由空间的量子限制衰减。通过空间分辨光谱测量,研究组表明该阵列可作为由数百个原子的单层膜形成的高效镜。

通过调整阵列中的原子密度并更改粒子的排列顺序,他们能够控制阵列的协同响应,并阐明空间有序相互作用和偶极相互作用对系统整体性质的影响。阵列外部原子的布洛赫振荡使研究组能够动态控制原子镜的反射率。

研究组的工作证明了基于原子结构化集成的高效光学超材料工程,并为在单量子水平上控制光和光物质界面的多体物理学铺平了道路。

在使用激光器和频率梳的应用中,激光频率的高速驱动至关重要,是相位锁定、频率稳定和光学载波间稳定性转移的前提。孤子微梳已成为芯片级频率梳源,并已用于系统级演示。

研究组演示了使用集成压电元件的高速孤子微梳驱动。通过在超低损耗Si3N4光子电路上单片集成AlN驱动器,研究组实现了具有兆赫兹带宽的压控孤子启动、调谐和稳定化。

通过克服与芯片的声学轮廓模式的耦合,可以扩展到更高的频率。通过激光和微谐振器的同步调谐,研究组利用这种能力对光梳频谱进行频移,并使其偏移出孤子的存在范围。这为激光雷达提供了一个大规模并行的调频引擎,具有更高的频率偏移、更低的功率并消除了孤子拉曼自频移所导致的信道失真。

此外,通过以与高泛音体声波共振频率相匹配的速率进行调制,体声波能量的共振积累可使所需驱动电压降低14倍,使其与CMOS电子器件兼容。研究组的方法使孤子微梳具有集成、超低功耗和快速驱动的特性,从而扩大了微梳的技术应用范围。

在现代合成化学和材料科学中,分子的机械互锁(连锁)是一项不小的挑战。实现连锁的一种策略是设计前环分子,这种分子既能有效环化,又能预组织另一种前体参与后续连锁。当环形靶由大分子整体组成,即它是个超分子组装体时,该任务特别困难。

然而,基于这种空前的组装构造,通过显微镜技术可观察到非凡的纳米拓扑结构,这不仅满足了学术界的好奇心,还为开发具有纳米拓扑结构特性的材料铺平了道路。

研究组报告了使用具有固有曲率的纤维超分子组装体来合成这种纳米拓扑。使用溶剂混合策略,研究组动态地组织了一个可拉长为半径约13纳米的环形分子。原子力显微镜观察到该纳米级环状体显示出很高的连锁率,这足以产生“纳米链烷”,即由五个相互连锁的圆环体组成的纳米级索烃。

光谱和理论研究表明,这种异常高的连锁度是由于圆环体周围的前体分子二次成核所致。通过修改自组装方案以促进环的闭合和二次成核,原子力显微镜确认最大连锁数为22。

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