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中科院发布2019年度科技创新亮点成果,松山湖材料实验室参与三项工作
发布时间:2020-01-16 浏览:453 次

2020年1月10日,中科院正式发布了“2019年度科技创新亮点成果”12项,其中松山湖材料实验室学术委员会副主任高鸿钧院士、松山湖材料实验室双聘研究员范桁、王健君团队科研工作顺利入选。

具体情况详见:http://www.cas.cn/yw/202001/t20200110_4730953.shtml?from=timeline

入选的三项科研工作分别是:

一、实现石墨烯纳米结构原子级精准的可控折叠

松山湖材料实验室学术委员副主任/中国科学院物理研究所高鸿钧团队在国际上首次实现了对石墨烯纳米结构原子级精准的可控折叠。他们通过扫描探针操控技术,实现了多种原子级精准的石墨烯纳米结构的构筑,包括单层石墨烯岛的折叠、解折叠及沿任意方向的反复折叠,堆叠角度精确可调的双层石墨烯纳米结构、准一维碳纳米管纳米结构、双晶石墨烯纳米结构的可控折叠及其异质结。该原子级精准的折纸术不仅可以实现石墨烯纳米结构的折叠,还可用于制备和构筑其他新型二维原子晶体材料的折叠纳米结构,对构筑量子材料、量子器件及相关应用具有重要意义。该研究得到中科院B类战略性先导科技专项功能导向的原子制造前沿科学问题支持,相关成果发表在《科学》上,Atomically precise, custom-design origami graphene nanostructuresScience 365, 1036–1040 (2019)。

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原子级精确石墨烯折纸术构筑三维石墨烯纳米结构


二、首次完成强关联纠缠体系的量子行走实验

  量子行走是经典随机行走在量子力学中的拓展,利用量子叠加态的特性,粒子在格点中行走特性需要用量子力学的波函数统计规律来诠释。中国科学技术大学潘建伟团队基于此前实现的12个量子比特多体真纠缠态,联合松山湖材料实验室双聘研究员范桁/中国科学院物理研究所理论团队,首次在固态量子系统中实验演示了强关联纠缠体系的量子行走,观察到了高保真度的态、纠缠度及关联函数在时空光锥中的含时演化。在引入双粒子激发的情况下,实验上观测到了强关联光子对形成的费米子化行为,描绘出光子的反聚束行为。该研究工作为未来利用量子行走进行多体物理现象的模拟以及通用量子计算研究打下了基础。相关成果发表于《科学》,Strongly correlated quantum walks with a 12-qubit superconducting processor,  Science 364, 753–756 (2019)。

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强关联光子对在12个一维链超导量子比特中的量子游走


三、实验证实百年前经典相变成核理论预言

  100多年前,吉布斯等人提出的经典成核理论认为,只有当形成的冰核超过临界尺寸时,水变冰相变才可能发生。由于随机产生的临界冰核是过渡态并且尺寸小(纳秒、纳米级),百年来没有得到实验证实,严重阻碍了人们对自然界中相变成核这一重要物理现象的理解,甚至导致了对经典成核理论的质疑。松山湖材料实验室双聘研究员/中国科学院化学研究所王健君团队与中国科学院大学周昕等合作,创造性地利用窄分布纳米颗粒探测临界冰核,首次在实验上证实了临界冰核的存在,并给出了临界冰核尺寸和过冷温度的关系。该研究结果为防覆冰涂层和细胞、组织低温冻存材料的设计提供了新思路。相关成果发表在《自然》上,Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheetsNature  576, 437-441(2019)。

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纳米片表面的临界冰核

附件:

Science 365, 1036–1040 (2019).pdf

Science 364, 753–756 (2019).pdf

Nature, 576, 437-441(2019).pdf