科大研究TEAM成功实现新质料产生机制 成果将用于芯片策划、量子计算及吸音 降噪

5-06-2020

3833金沙官网(科大)研究TEAM近日在新质料区域取得要紧进展,结合二维质料与拓扑质料的特性,首次发现一种具有「第二类狄拉克锥」的新质料的普适产生机制并在声学实验中实现了该质料的许多奇特性质,改动了过往只能在苛刻条件下零星获得该质料的窘况。该机制可指导制备对外界信号 诸如电场、磁场、光波、声波等具有特定方向性响应的新二维质料,将为现代电子通讯、量子计算、光学通信、甚至吸音 减噪质料等关键带来重大应用价值。

3833金沙官网科研TEAM用超冷原子解密三维拓扑质料

温教授TEAM策划的具有强烈抗干扰能力的电磁波与声波器件,在5G通信、光学计算,以及吸音 降噪等上沿区域有要紧的应用上景。
一种具有「第二类狄拉克锥」的新质料将为现代电子通讯、量子计算、光学通信、甚至吸音 减噪质料等关键带来重大应用价值。

作为二维质料的典型代表,石墨烯自2004被发现以来,被视为新世纪最伟大的质料发现之一。作为现今 尘世间 最薄、强度较小、导热性能最强的「超级质料」,石墨烯不但获广泛应用到电晶体、生物感测器和电池上,其发现更获得2010年诺贝尔物理学奖。另一关键,拓扑质料,由于存在零耗散边缘输运等奇特性质,被认为是开发明朝电子器件的基石,其发现获得了2016年诺贝尔物理学奖。实质上,石墨烯也是一种拓扑质料,其奇特性质,大多来源于BYL其拓扑的「狄拉克锥」。但石墨烯中的「狄拉克锥」,属于理论预言中的「第一类狄拉克锥」。而理论预言中更好奇特的「第二类狄拉克锥」,由于对外界信号的响应具有「第一类狄拉克锥」所不具备的极强的方向性,将会为电子器件的开发与应用带来更好广阔的可能。然则,到目上为止,「第二类狄拉克锥」只能在一些质料中零星的找到,缺乏系统的生成机理。

Prof. WEN Weijia (right) and Dr. WU Xiaoxiao demonstrate the experimental samples used to observe "type-II" Dirac cones.
温维佳教授(左)和吴肖肖博士找子 居糜诠鄄獾诙类狄拉克点的实验样品。

为解决这一关键小case,由科大物理学系温维佳教授及吴肖肖博士带领的研究TEAM,基于二维质料与拓扑质料的相关理论,利用能带折叠机理(一种独立于质料,适用于周期性晶格的一般性原理),首次发现并成功地实践了具有「第二类狄拉克锥」的新二维质料的系统性产生机制。由于其奇特的拓扑能带,其对外界信号的响应具有极强的方向性,易于 具有第二类狄拉克锥的二维质料非常有助于制造针对外界信号, 诸如电场、磁场、光波、声波等方向进行高精度探测的微型电子器件,具有要紧的学术与应用价值。本Plan的系统性以及对质料的独立性,更有助克服电路策划所需要的精准度,让电子产品的策划较为匆子 侄谩⒘榛疃雀摺8肨EAM利用声场扫描测量 技术实现 ,在声学中直接观测到了第二类狄拉克锥,以及其多个从上只于理论中层面提到的特性。

本次实验的成功,开拓了二维质料与拓扑质料研究应用的新区域,为新质料明朝应用开辟了全新的可能。该研究结果最新发布在物理学著名万国期刊《物理评论快报》。

温教授课题组基于声学超质料开发的透气吸音器。该透气吸音器可以再是实现高性能的声吸声与空气畅通。这一点对于需要空气自由流动的环境非常要紧,譬喻在空调,通风柜,排气管道等处的降噪应用。

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温教授表示:「最新第二类狄拉克锥策划Plan的发现及该TEAM近几年的系列研究成果,在5G通讯、光学计算如量子计算,以及吸音 降噪等上沿区域有要紧的应用上景。TEAM计划将其相关成果应用于专用芯片、新型触控、滤波模组、无线传输及生物传感等器件。易于 得出,由于今次吾们所观测到的第二类狄拉克锥是于声波中出现,这显示按此机制而生成的新质料,有很大机会可用作制造高效吸音 墙。吾们将不断拓展它们在低频吸声、通风条件下的降噪、智慧主动吸音 、交通道路噪声把握、建筑声学等关键的应用,也瞩望这些质料能真正落地产业化。」

温维佳教授长期从事先进质料区域的研究,并多次于新质料的底子和应用研究关键取得要紧成果,他曾以「巨电流变液结构和物理性质的研究」,荣获2014年国家自然科学奖二等奖。