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物理学院2025年第四季度科研成果速览

来源:      发布时间 : 2026-01-08     点击量:

1.10月1日,杨森教授团队在新型压电催化材料领域取得新进展,相关成果发表于Advanced Functional Materials。

2.10月14日,高宏教授团队搭建高光学厚度冷原子系综,利用光子路径维度与光子轨道角动量(OAM)维度相结合的方案,实现高达16维度、效率超过70%的量子存储,相关成果发表于Advanced Photonics。

3.11月5日,高宏教授团队首次在光学系统中实现超高阶光学斯格明子的产生,相关成果发表于Laser & Photonics Reviews,并被期刊选为Inside Front Cover文章。

4.11月17日,刘博教授团队通过畴壁结构中光子拓扑边界态的测量,确立了手性破缺非厄米系统的新型体-边对应关系,相关成果发表于PRL。

5.12月22日,先进功能材料与器件物理团队提出了一种平面刚性电子给体介导的原位双界面调控策略,实现兼具高效率及高稳定性的均质Sn-Pb窄带隙钙钛矿子电池和全钙叠层太阳能电池,相关成果发表于Advanced Materials。

6.12月27日,先进功能材料与器件物理团队通过开发无模板可编程磁控剪纸器件,成功实现了微域光场强度的远程调控,相关成果被Advanced Functional Materials接收。


杨森教授团队在在智能材料物理研究领域取得新进展

西安交大物理学院张乐研究员、杨森教授及前沿科学技术研究院王栋教授为核心组成的TFML-MMSH跨学科研究小组,针对工业有毒染料造成的持久性水污染问题,开发出新型无铅压电纳米材料La-Bi₀.₅Na₀₅TiO₃(BNL3T),克服了传统处理方法效率低、易导致有毒残留物长期存在的问题。实验显示,该材料在压电光催化降解罗丹明B(RhB)时,30分钟内降解率接近100%,反应速率常数(0.17 min⁻¹)较传统BiFeO₃和BaTiO₃体系高出一个数量级。密度泛函理论计算表明,La掺杂通过增强电子激发参与度与提高极化幅度,强化了内部电场,显著提升电子-空穴分离效率。这为点缺陷掺杂调控铁电材料压电性能并设计高效环境催化剂提供了新思路。

该研究成果以“Ultrahigh Piezo-Photocatalysis Efficiency and Speed in Lead-Free Ferroelectric Nanoparticles by Employing Rare-Earth Tailored Band/Polar Structures”为题,于2025年10月1日发表于期刊《Advanced Functional Materials》。物理学院博士生许书源为论文第一作者,张乐特聘研究员为论文共同一作和通讯作者,其他共同通讯作者还包括西北有色金属研究院陈凯运高级工程师、香港理工大学陈子斌教授和物理学院杨森教授。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202519351


高宏教授团队在多路复用轨道角动量高效量子存储方面取得重要进展

高宏教授团队利用激光冷却与磁阱技术,构造出一个致密的雪茄型冷铷-87原子团。利用磁场压缩、微波磁场补偿、塞曼制备等关键核心技术,将原子团的光学厚度提高至500左右(物理尺寸2mm*2mm*30mm)。同时,开发出一套紧凑的光学系统,能够生成四个可独立调控的激光信号通道,每个物理通道可以独立编码任意维度的OAM态。利用4f成像系统,将多路复用光束聚焦到雪茄型原子团中,确保了整个光束横截面与原子具有较高的相互作用强度。采用电磁诱导透明存储协议实现该四路径高维OAM态的高效量子存储。在单光子水平下实现了超过70%的存储效率,超过83%的量子态保真度,验证了该存储系统的量子性能。此项工作不仅突破了这一长期存在的效率限制,而且为开发高容量量子中继器与大规模量子互联网建立了一个前景广阔的平台。

该研究成果以“Efficient multiplexed quantum memory with high-dimensional orbital angular momentum states in cold atoms”为题,于2025年10月14日发表在国际光学期刊《Advanced Photonics》。物理学院助理教授杨欣博士为论文第一作者,王程远副教授为论文共同第一作者,高宏教授、张沛教授以及国家授时中心曹明涛研究员为论文共同通讯作者。参与此工作的还有物理学院助理教授王金文博士、湖州师范大学陈云博士等。

文章链接:https://www.researching.cn/articles/OJ257ca59896861251


高宏教授团队在超高阶光学斯格明子产生方面取得新进展

光学斯格明子可以通过拥有正交偏振的基模高斯光场与轨道角动量光场相干叠加产生,但传统轨道角动量光场的光斑大小会随着轨道角动量阶数的提升而不断增加,导致其与基模高斯光场无法构造出稳定且均匀的重叠区域,限制了高阶光学斯格明子的产生。为了有效解决这一问题,进而产生更高阶的光学斯格明子,高宏团队联合申艺杰团队巧妙利用携带轨道角动量的环形光场模式(例如完美涡旋光场),通过相干叠加法构造出了拓扑数可达400阶的超高阶光学斯格明子。此外,实验中也实现了多参数可控的拓扑态转变,并研究了高阶光学斯格明子在传播过程中的拓扑稳定性。该工作突破了以往构造光学偏振斯格明子的固有范式,为其他高阶光学拓扑结构的产生奠定了基础,丰富了拓扑物理的家族。

该研究成果以“Tailoring Ultra-High-Order Optical Skyrmions”为题,于2025年11月5日发表在国际光学期刊《Laser & Photonics Reviews》,并被期刊选为Inside Front Cover文章。物理学院博士生曾新纪、南洋理工大学房婧为论文的共同第一作者,物理学院高宏教授、杨欣、王金文助理教授以及南洋理工大学申艺杰为论文的共同通讯作者。参与此工作的还有物理学院卫栋教授、陈海霞副教授、王程远副教授以及湖州师范大学陈云博士等。

文章链接:https://doi.org/10.1002/lpor.70535


刘博教授团队在构建手性破缺非厄米系统的体-边对应关系上取得重要进展

刘博教授团队在实验中搭建了手性破缺的非厄米单光子量子行走系统,通过畴壁结构中光子拓扑边界态的测量,构建了光子拓扑边界态与相应体拓扑不变量间的对应关系,进而确立了这一系统中的新型体-边对应关系,为进一步研究新奇非厄米拓扑现象,架构对称性与非厄米拓扑物理间的桥梁提供了新的契机。

该研究成果以“Observation of non-Hermitian bulk-boundary correspondence in non-chiral non-unitary quantum dynamics of single photons”为题,于2025年11月17日发表在国际物理学权威期刊《Physical Review Letters》。助理教授张淼、博士生张越为论文第一作者,助理教授李帅、刘博教授为论文通讯作者。参与此工作的还有西安交通大学高宏教授、李福利教授。

文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/2zx3-rs57


先进功能材料与器件物理团队在锡铅窄带隙钙钛矿和叠层太阳能电池研究领域取得突破进展

梁超教授及团队针对锡铅钙钛矿结晶过程过快、Sn⟡⁺氧化不平衡以及能带排列不良等挑战,创新性地提出了一种平面刚性电子给体介导的原位双界面调控策略。利用电子给体与锡铅钙钛矿前驱体成分间的多重相互作用,及其在结晶过程中自发形成的双界面富集分布,共同调控钙钛矿结晶动力学过程,优化电荷传输和能带排列。基于此,均质锡铅钙钛矿子电池及全钙叠层太阳能电池分别实现了24.30%和29.14%的光电转换效率,并表现出优异的稳定性。该成果展现了功能分子精准空间分布对于提升钙钛矿光伏器件性能的有效性,为未来高性能钙钛矿太阳能电池设计及产业化发展提供新思路。

该研究成果以“In Situ Dual-interface Modulation for Homogeneous Sn-Pb Perovskites and Efficient Tandem Solar Cells”为题,于2025年12月22日在线发表在《Advanced Materials》,杨生春教授、张楠研究员为此论文共同通讯作者。该研究为实现高性能均质钙钛矿光伏器件提供了新的指导,推动钙钛矿光伏技术的进一步商业化发展。

论文链接:http://doi.org/10.1002/adma.202519486


先进功能材料与器件物理团队在磁控柔性器件制造领域取得重要进展

研究发现,利用干凝胶失水收缩产生的层间应力可精确驱动微结构发生预设的三维形变,配合脉冲强磁场瞬间锁定磁畴,实现了特征分辨率达100 µm的高精度批量化编程。基于该策略研制的磁控软体剪纸阵列,通过磁场驱动菱形单元旋转,实现了透光率在10%至62.6%之间的大范围、线性且快速的可逆调控。该方法不仅极大简化了制造工艺,还展现了优异的循环稳定性,为微流控混合、智能超表面及可重构电磁波吸收材料等应用提供了新的通用物理平台。

该研究通过构建“干凝胶-激光诱导石墨烯-磁性弹性体”异质多层膜结构,利用层间应力诱导的自发变形替代传统物理模板,成功解决了微尺度周期性阵列磁畴编程中工艺繁琐、效率低下且依赖相变材料锁定的难题。相关成果被国际权威期刊《Advanced Functional Materials》接收,孔春才教授为该论文通讯作者,青年教师韩捷为论文第一作者。

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