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费米-哈伯德模型是描述凝聚态物理中关联电子体系的基础模型, 与高温超导现象具有深刻联系. 近年来, 超冷原子量子模拟已成为研究该模型的重要范式, 同时多体数值计算在该模型基础物理性质的研究方面也取得了重要进展. 特别地, 最近超冷原子实验观测到三维哈伯德模型中的反铁磁相变, 是费米-哈伯德模型量子模拟的重要一步, 为理解量子磁性与高温超导之间的联系奠定了基础. 本文回顾费米-哈伯德模型的理论与实验研究进展, 侧重于三维体系, 并讨论实验的发展历程和现状, 展望未来的发展趋势.
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1934年, 普林斯顿大学的Eugene Wigner预言了电子晶体的存在. 电子同时具有动能和相互作用的势能, 当电子态密度满足一定的条件时, 由于电子之间的排斥作用, 电子会倾向于按规则的晶格结构排布, 形成电子晶体, 也称为维格纳晶体. 近90年来, 维格纳晶体一直吸引着凝聚态物理学家. 1979年, 实验发现在液氦表面存在从电子液体到电子晶体的相变. 之后的实验中观察到在强磁场下的二维电子气中存在二维维格纳晶体的特征. 然而, 在实空间中直接观测二维维格纳晶体仍然是一项艰巨的挑战. 通过WSe2/WS2 moiré超晶格上方的石墨烯传感层, Li等在实验中观察到了维格纳晶体的实空间形貌. 而在最近的研究中, Tsui等使用高分辨率扫描隧道显微镜测量技术, 直接对贝纳尔堆叠(Bernal stacking)双层石墨烯中的磁场诱导维格纳晶体进行成像, 并研究其结构特性与电子密度、磁场和温度的函数关系. 本文将通过4篇代表性工作, 简要介绍维格纳晶体的进展和发展前景.
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近年来, 以Ag2S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展. 该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能, 表现出优异的室温塑性, 并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升. 最新研究表明, Mg3Bi2基单晶材料在塑性变形能力和室温热电性能方面综合表现更佳. 微观结构表征及理论计算分析揭示了位错滑移在Mg3Bi2单晶塑性变形过程中的关键作用, 特别是多个滑移系表现出较低的滑移势垒. 这些发现不仅深化了对塑性热电材料微观变形机制的理解, 还为优化材料性能和开发新型柔性热电器件奠定了重要基础. 未来将这些材料应用于实际器件仍面临热稳定性、化学稳定性和界面接触等挑战, 这些问题的解决将推动塑性热电材料在柔性电子领域的应用.
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带有分数化准粒子激发的分数量子霍尔态是一种奇特的强关联拓扑量子物态, 自1982年在强磁场二维电子气中被首次观测到以来一直是凝聚态物理重要的前沿方向. 去年来, 有多个团队在基于过渡金属硫族化合物和石墨烯的莫尔超晶格中观测到了零磁场分数量子霍尔效应, 在莫尔超晶格中还发现了分数量子自旋霍尔效应的迹象. 这表明莫尔超晶格体系能够有效调控能带及相互作用, 是在零磁场条件下实现分数化拓扑量子态的理想平台. 本文简要论述了与此相关的研究进展和存在的挑战, 并对该领域未来可能的发展方向做出展望.
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合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源, 计划于2028年投入运行, 凭借其高亮度和高相干性X射线, 将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈, 为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息. 本文介绍了合肥先进光源的主要科学目标和技术优势, 重点阐述了角分辨光电子能谱、磁圆二色、相干X射线散射和相干X射线成像等核心技术在量子材料和关联电子系统研究中的应用前景. 这些技术将能精细解析电子/自旋/轨道态的分布和动力学过程, 揭示各种新奇量子现象, 以及关联电子体系中各种序参量的涨落. 合肥先进光源的建成将为解码复杂量子态和非平衡演化行为提供先进的技术支持, 最终推动量子材料和关联电子系统在能源、信息等前沿领域的应用.
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镍基超导体目前分为一价镍氧化物超导体和高压镍基超导体两个家族, 其中电荷序的研究受到了广泛关注. 这是因为电荷序是强关联电子体系尤其是铜氧化物超导体的研究重点之一, 其不仅对于理解电子关联性有着重要意义, 与非常规超导电性也有着潜在的联系, 而镍基超导体的发现为电荷序与超导电性的研究提供了新的契机. 本文总结了镍基超导体电荷序的实验研究进展, 讨论了镍基超导体中电荷序的存在与否、具体构型以及微观性质等, 以期为进一步深入研究该主题提供新的思路.
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缪子自旋弛豫/旋转技术 (muon spin relaxation/rotation, μSR) 是一种高度灵敏的原子尺度磁性探测手段. 随着μSR技术的不断发展, 其在凝聚态物理研究中愈加重要. 本文简要介绍μSR技术的优越性和独特性, 概述近期μSR技术在凝聚态领域的几项重要进展和挑战, 包括镍基超导体La3Ni2O7和 (R, Sr)NiO2的磁性基态研究、笼目晶格超导体 AV3Sb5 (A = K, Rb)的电荷密度波研究、NaYbSe2量子自旋液体“海洋”中沉浸的自旋“磁滴”和Cr2O3磁电表面附近磁单极子的研究, 并简单阐述了国际上缪子源的建设情况和升级进展.
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拓扑在凝聚态物理中的应用始于量子霍尔效应的研究, 并逐渐成为现代凝聚态物理的主旋律. 其重要性在于它描述物理系统的普适性质. 但基于拓扑场论的分数量子霍尔液体宏观描述并非完备. 本文从微观角度出发讨论分数量子霍尔液体中的几何自由度及其量子动力学, 揭示其基本元激发为自旋为2的类引力子并据有特定手性, 着重讨论该手征类引力子的实验探测.
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早在1965年, 于渌先生发表在《必威体育下载
》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.
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近期对钒基笼目超导体(AV3Sb5, A = K, Cs, Rb)家族中三种材料的低温量子输运测量均显示出时间反演对称性破缺的超导态. 其中, 在Nb/K1–xV3Sb/Nb的约瑟夫森结和RbV3Sb5中, 超导转变温度以下的磁阻随磁场扫动方向存在磁滞现象; CsV3Sb5中存在零磁场下的超导二极管现象, 即正向和反向的超导临界电流大小不同. 首先, 本文讨论了这些实验现象的区别和联系. 然后, 讨论产生上述非常规超导输运现象的可能机理, 如手性超导序参量(d+id或p+ip), 以及由电荷密度波与常规超导态耦合产生的手性配对密度波.
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