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《自然》《科学》一周(5.22-5.29)材料科学前沿要闻

原标题:《自然》《科学》一周(5.22-5.29)材料科学前沿要闻

1. 圆形石墨烯谐振器中的 Berry 相位开/关转换

An on/off Berry phase switch in circular graphene resonators

在系统参数围绕封闭路径循环后,量子态的相位可能不会恢复到其初始值;相反,波函数可能会得到称为 Berry 相位的可测量相位差。Berry 相位通常要通过干涉实验才能取得。Ghahari 等人展示了一个特殊的 Berry 相位相关的光谱特征:当达到相对较小的临界磁场时,圆形石墨烯 p-n 结共振器中的角动量状态能量突然大增。这种特征的出现是因为打开了与石墨烯中狄拉克费米子的拓扑性质相关的 π Berry 相。Berry 相可以通过 10 毫特斯拉数量级的小磁场变化来开启和关闭,从而可以实现各种光电石墨烯器件应用。(Science DOI: 10.1126/science.aal0212)

2. 用纳米级量子传感器呈现亚毫赫兹级磁光谱

(Submillihertz magnetic spectroscopy performed with a nanoscale quantum sensor)

精确计时对计量至关重要,它建立了确定时间、长度和基本常数标准的基础。稳定的时钟在光谱学中尤其有价值,因为它们定义了可以达到的最终频率精度。在量子计量学中,量子位相干时间定义了时钟稳定性,从中确定了频谱线宽和频率精度。Schmitt 等人展示了一种量子传感协议,其中的光谱精度超出传感器相干时间,受到经典时钟的稳定性的限制。使用这种技术,精度地观察到在时间 T 中,即经典振荡场以T-3/2 的时间尺度缩放。基于金刚石中单个自旋的窄线宽磁力计,被用于感测具有 607 微赫兹固有频率分辨率的纳米尺度磁场,这一磁场比量子位相干时间窄 8 个数量级,。(Science DOI: 10.1126/science.aam5532)

3. 具有任意频率分辨率的量子感测

(Quantum sensing with arbitrary frequency resolution

量子感测是利用控制良好的量子系统实现以高灵敏度和精度执行测量。Boss 等人实现了用于具有任意频率分辨力的量子感测的概念,且分辨率与量子位探头无关,仅受外部同步时钟的稳定性限制。这一概念利用量子锁定检测来对感兴趣的信号进行连续探测。利用金刚石中心单个氮空位的电子自旋,Boss等人展示了频率分辨力的带宽从 70 微赫兹到兆赫兹的对振荡磁场的检测。连续采样进一步保证了增强的灵敏度,在 1 小时间隔内对 170 纳特斯拉测试信号的测量,达到了超过 104 的信噪比。这一技术在磁共振光谱,量子模拟和敏感信号检测方面都有应用。(Science DOI: 10.1126/science.aam7009)

本期内容还有

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4.应用系统级光谱成像和分析来揭示细胞器官相互作用体系

Applying systems-level spectral imaging and analysis to reveal the organelle interactome

5. 利用 DNA 折纸实现手性胶体液晶的分子工程

Molecular engineering of chiral colloidal liquid crystals using DNA origami

6. 用于生物制剂连续多参数品质保证的纳流体装置

Nanofluidic device for continuous multiparameter quality assurance of biologics

7. 共振热电纳米光子学

Resonant thermoelectric nanophotonics

8.溶液处理半导体进行异质结构化来调控电荷传输

Engineering charge transport by heterostructuring solution-processed semiconductors

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