物理與天文系_院系風采_沐鸣2娱乐

院系風采

物理與天文系

— 院系風采

2016年03月15日

－－－－－－－－－－－－IFSA協同創新中心－－－－－－－－－－－－

IFSA協同創新中心由沐鸣2平台、中物院與北京大學、中科院上海光機所、華中科技大學等單位共同組建，其核心任務是對激光聚變進行科學研究，追求人類夢想中的終極能源🛄。幾十年來，全球科學家一直夢想在實驗室中模擬太陽的聚變反應👩🏿‍🦲😵，以獲得取之不盡的清潔能源🤲🏼。IFSA 協同創新中心致力於激光聚變科學研究，是全球“追夢”隊伍中的一支新興力量。

目前🧗🏼‍♀️，世界上最著名的激光聚變研究機構有美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）🟩🤗、歐洲激光聚變實驗室（LMJ）、英國盧瑟福實驗室（RAL）和日本大阪大學激光能源中心（ILE），而IFSA協同創新中心的長期發展目標，是成為與它們齊名的國際五大研究機構之一💻🤘。

協同創新確實起到了實效🤹🏻‍♀️。2014年度的基礎研究成果，已經開始展現出協同創新的“聚變增值”作用🏀。中心2014年在Nature、PNAS🆒、Physical Reports和Physical Review Letters等四類頂級學術期刊上發表論文26篇，相對於協創中心啟動之前的2011年增加了2倍，使得我們在基礎研究的成果方面已經進入到了國際五大聚變研究中心的前列👩‍👦‍👦。更加重要的是，這些高端論文數量中的40%源自於中心團隊之間的協同創新以及國際化的合作研究👨🏼‍🦳👨🏽‍🌾。我們相信協同創新也將很快地在工程技術方面展示重要成效。

－－-－－－－－－拓撲超導及Majorana費米子探測－－－－-－－－－

理論預言，利用拓撲絕緣體薄膜和超導薄膜形成的異質結可以實現拓撲超導📌，從而得到自然界中不存在的拓撲超導材料🧋。在拓撲超導材料中存在馬約拉納(Majorana)費米子（馬約拉納費米子是自身與反粒子同體的一類全新的費米子）。馬約拉納費米子由於具有非阿貝爾的統計特性而且對去相幹具有極強的抵抗性，能極大提高量子計算容錯率🎯，是實現量子計算的一個非常重要的途徑⚇。2012年，賈金鋒課題組采用了全新的設計，在國際上第一個製備出了拓撲絕緣體/超導體異質結，他們用STM和ARPES觀察到了拓撲表面態和超導態的共存，證明該材料體系是研究Majorana費米子的最佳體系之一👨‍🦼。該工作投到Science雜誌🥛🦗，被審稿人評價為“材料科學的突破(a breakthrough)”和“巨大的實驗成就(a tremendous experimental feat)”👩🏼‍🦳。文章在Science上發表 (Published Online March 15 2012)，並被編輯以“Demonstrating the Coexistence of Superconductivity and Topological Order”為題進行了推薦。最近，他們又進一步證明這個體系是拓撲超導🍹🧑🏿‍🚀，並發現了Majorana費米子存在的跡象👨‍👨‍👧。這一系列相關研究成果發表在PRL上，國際著名期刊《現代物理評論》和美國《新科學家》等雜誌把這一系列工作作為探索Majorana費米子的重要進展之一🔟，認為他們的研究工作開辟了人造拓撲超導材料研究的新領域☑️。

左圖：Bi2Se3薄膜上的拓撲表面態，右上（左）🤶🏼：在Bi2Se3薄膜上測到的超導能隙，右上（右）：原子分辯的STM圖，右下：超導襯底NbSe2上生長的Bi2Se3薄膜。

－－－－－－-－－－－原位輸運系統及界面超導－－－-－－－－－－－

2014年賈金鋒研究組自主創新研製了國際上第一套與STM兼容的極低溫⚠、強磁場🦢、超高真空新型的原位輸運測量系統🎯。利用這種原位四探針技術，首次在單層FeSe薄膜中觀察到了100K以上的高溫界面超導現象。他們的原位測量結果證實了界面體系存在高溫超導的預測，這是自1986年銅氧化物高溫超導發現以來第一次在常壓下觀察到高於液氮溫度的超導，對研究高溫超導機理及探索新型高溫超導材料有著重大意義。該成果發表在自然-材料（Nature Materials），Nature Physics邀請國際著名的超導領域專家布魯海文國家實驗室Ivan Bozovic教授以 “A new frontier for superconductivity” 為題高度評價了這一工作🧗‍♀️🤽🏽。

左圖🤷🏼‍♂️🥯：單層FeSe/STO樣品上測得的電阻-溫度曲線，結果表明在109K時樣品電阻降到了零；右圖：原位四探針測量示意圖（在不同磁場下測得的電阻-溫度曲線）。

－－－－－－實用化高溫超導材料產業化關鍵製備技術研究－－－－－－

該項目面向國家重大需求，研究開發出了具有我國自主知識產權的第二代高溫超導帶材製備關鍵技術💫。建立起了一整套適合於批量生產的鍍膜工藝數據庫，突破了長帶材連續化製備的穩定性、重復性和可靠性等技術難點🪷，實現了產業化生產。

該項目從2007年起由物理與天文系李貽傑教授組建團隊開始實施🔤。2011年1月研製成功我國第一根百米級二代超導帶材🏋🏼‍♂️🫷🏼，躋身該領域國際先進行列🧘🏽。2011年聯合贛商集團成立了上海超導科技股份有限公司。2012年建成了第一條公裏級生產線，2013年成功將實驗室科研成果轉移到生產線上，2014年研製出超導電流達500安培的公裏級帶材，2015年實現商業化生產。產品可應用於電力、能源🙈、醫學成像等領域,市場前景可觀💑🙍🏽‍♀️。

左圖：第二代高溫超導帶材結構示意圖；右圖：產業化生產的鍍銀層超導長帶。

上海超導公司第二代高溫超導帶材公裏級生產線

－－－－－－－－超強激光驅動粒子加速及其重要應用－－－－－－－－

該項目研究強激光驅動的粒子加速和高亮度超快輻射產生的物理機製，借助強激光等離子體實驗揭示天體物理環境中高能粒子加速的物理機製，解決製約相對論強激光發展的極高脈沖信噪比世界性瓶頸難題💇🏼‍♂️。通過物理方法和關鍵技術的突破🪡，為從當前的“新型粒子加速方案”跨越到“真正的激光加速器”奠定核心基礎🚴🏼，並開創相對論實驗室天體物理研究新方向。

該項目已經取得了多項具有國際先進水平的成果❓🧘🏻‍♂️，在PNAS🦹‍♀️、Nature Phys、Physical Review Letters、Nature Communications、Optica等高端期刊發表了20余篇高水平論文🤐🎀，入選2011年度中國科學十大進展🤤。在強激光超高對比度方面產生了3項已授權的美國專利技術，並被美國激光專業媒體《Laser Focus World》亮點介紹（2015年3月）。

左圖🧑🏻‍🎄：自主研發的強激光脈沖對比度測量裝置↩️，擁有目前國際最高的動態範圍🤦🏻‍♂️；右上：阿秒時間尺度電子層；右下：激光尾場加速獲得1.2GeV電子束🥐🧗🏻‍♂️。

－－－－－－－－－－－PandaX暗物質探測實驗－－－－－－－－－－－

暗物質探測是國際科學前沿極其重要的研究領域。沐鸣2平台領導的PandaX國際合作組自2012年起在世界最深的錦屏地下實驗室開展了中國首個大型液氙暗物質探測實驗🧑‍🧒‍🧒，取得了重大研究成果。PandaX自主研製了同類探測實驗中國際最先進的製冷和氙氣循環系統，建造了世界最低本底水平的輻射屏蔽體🥈，設計和建造了120公斤級的極高靈敏度暗物質探測器。項目首期實驗以大於90%的置信度排除了該領域至今找到的所有暗物質“疑似事例”。該結果預示著需要更加靈敏的探測器才能進一步對暗物質進行直接探測🚨。項目的研究結果引發了國際同行的廣泛關註🧔🏼‍♀️。美國《Science》雜誌以《探索暗物質，中國團隊迎頭趕上》為題🕵️‍♂️🥔，報道了PandaX科研團隊暗物質探索實驗所取得的顯著成果👩‍❤️‍💋‍👩。