莫尔量子几何实现智能红外传感 | 前沿快讯No.18

固体中布洛赫波函数的量子几何性质，即贝里曲率和量子度规，显著地影响电子的基态和激发态行为。块体光伏效应是一种依赖于激发光偏振特性的非线性现象，很大程度上受光学跃迁中的量子几何性质的影响。虽然在石墨烯或莫尔系统中观察到了与量子几何相关的强相关现象，但红外块体光伏效应尚未在该体系报道。

本文作者耶鲁大学Chao Ma等人报道了在扭曲双层石墨烯中观察到的5µm和7.7µm的可调谐中红外块体光伏效应，由莫尔引起的强对称破缺和量子几何贡献所引起。光响应在很大程度上依赖于激发光的偏振状态，同时可以通过外部电场强度大范围调控。作者利用这种量子几何性质的广泛可调性，采用卷积神经网络在一个仅为3µm×3µm的扭曲双层石墨烯器件中同时实现了全斯托克斯偏振测量和波长检测。此工作不仅揭示了莫尔工程量子几何在可调谐的非线性光-物质相互作用中的独特作用，同时也为未来的智能传感技术开辟了一条新途径。

相关研究成果以Intelligent infrared sensing enabled by tunable moiré quantum geometry为题，发表在《自然》  Nature 604, 266–272 (2022)上。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04548-w

自从1995年实现激光冷却原子的玻色-爱因斯坦凝聚以来，几乎所有的量子简并气体实验都是基于碱、碱土或镧系化合物。大多数周期表的元素在量子简并体系中仍未被探索，其中一类未被探索的原子是元素周期表主要的第三主族元素，包含B、Al、Ga、In和Tl。与碱、碱土的s轨道基态和铒、镝异常的高角动量(l=5,6)基态，第三主族原子各向异性的p轨道基态被认为是中间状态。虽然没有第三主族原子被冷却到超低温，但这些粒子的量子气体也有许多有趣的性质。与碱土一样，In和Tl在波长适合稳定的激光技术时具有窄线宽的电子跃迁，但与碱土不同的是，第三主族原子也表现出基态磁性费什巴赫共振。因此，可以在对碱原子的多体控制的同时，在原子钟分辨率下探测第三主族原子。

本文作者新加坡国立大学于显全等人利用塞曼效应实现了元素周期表第三主族In原子的慢化。尽管铟原子没有适合于激光冷却的基态，作者通过驱动|5P3/2, F = 6>向|5D5/2, F = 7>的相变实现了铟原子的减速。采用横向场配置基于永磁铁的减速器，在目标速度70m/s观察到明亮的慢原子束。本文提出的技术可以直接扩展到其他第三主族原子，如Tl、Al和Ga等，同时证实了将第三主族原子冷却到超低温温度的可能性。

相关研究成果以Zeeman slowing of a group-III atom为题，发表在《物理评论研究》 Physical Review Research 4, 013238 (2022)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prresearch/pdf/10.1103/PhysRevResearch.4.013238

铜基超导体、铁基超导体和重费米子超导体超越了巴丁-库珀-施里弗(BCS)超导理论，在过去几十年里促进了人们对强相关系统物理的理解。在3d过渡金属基化合物中，铜基超导体和铁基超导体，其他3d过渡金属基化合物在探索以3d过渡金属为中心的多面体晶体场效应、独特磁性、和超导特性方面也具有重要意义。通过抑制3d过渡金属基化合物的磁性，在反铁磁量子临界点附近将会出现非常规的超导电性。但是到目前为止，只有极少数其他的3d过渡金属基超导体（包括铬基、锰基和镍基超导体）被报道。首个锰基超导体是三维MnP，其螺旋磁序在压力下被抑制产生超导，表明在锰基体系中通过抑制螺旋磁序很可能产生超导性。KMn6Bi5是一种准一维三元锰基化合物，具有独特的[Mn6Bi5]-结构，第一性原理计算预测其同构化合物RbMn6Bi5具有有趣的螺旋磁序。通过压力抑制其反铁磁转变可以诱导超导电性，为寻找更多锰基超导体开辟了新的途径。

本文作者中科院物理研究所周颖和陈龙等采用助熔剂法生长出新的准一维Mn基化合物NaMn6Bi5。其具有与K/RbMn6Bi5类似的晶体结构，含有由五元Bi环、五元Mn环和一维Mn链形成的准一维[Mn6Bi5]-链，链间由碱金属原子Na填充。与K/RbMn6Bi5相比，NaMn6Bi5表现出反常的Bi-Bi键长变化、多个磁相变、低温下的非费米液体行为以及较大的索末菲系数（23.2 mJ·K^-2·(mol-Mn)^-1）。这些研究结果有助于理解准一维强关联体系的物性及其演变规律。

相关研究成果以A New Superconductor Parent Compound NaMn6Bi5 with Quasi-One-Dimensional Structure and Lower Antiferromagnetic-Like Transition Temperatures为题，作为亮点文章Editors' Suggestion发表在《中国物理快报》Chinese Physics Letters 39 047401 (2022)上。

原文链接：

http://cpl.iphy.ac.cn/article/10.1088/0256-307X/39/4/047401

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