摘要：HgTe/CdTe量子阱是一种特殊的二维拓扑材料,其中的量子自旋霍尔效应在自旋电子器件应用方面极有潜力."工"字形四端口体系纵向非局域电阻阻值为0.25 h/e^2的特殊的量子化平台是判别量子自旋霍尔效应的有力证据.本文基于二维HgTe/CdTe量子阱模型,利用非平衡格林函数理论及Landauer-Büttiker公式计算非局域电阻,进而研究自旋拓扑态在非静态杂质作用下的退相干效应.计算同时考虑磁交换场和磁场的影响.研究发现,尽管磁交换场和外磁场会破坏时间反演对称性,但它们都仅改变拓扑带隙的宽度和相对位置,并不影响螺旋边缘态的拓扑性.而退相干杂质对自旋拓扑边缘态的影响则完全不同于铁磁和弱磁场.退相干效应不会影响拓扑带隙的位置和宽度,但是会影响拓扑边缘态的稳定性.其中,自旋不守恒的退相干杂质对螺旋边缘态的影响更为明显,轻微的退相干效应便会引起自旋翻转,从而引起自旋相反的背散射,最终破坏自旋霍尔边缘态.

摘要：近年来,光的轨道角动量自由度的高维度特性引起了广泛的关注.该自由度在许多科学领域得到了研究和应用,特别是在光通讯和量子信息领域.为了充分利用轨道角动量的高维特性,不同的轨道角动量态的非破坏分离成为一个最基本的要求.然而,目前已有的轨道角动量分束系统,要么在稳定性和级联拓展性方面有所不足;要么分离后的轨道角动量态的特性遭到严重破坏,无法参与进一步的相互作用过程.本文基于光束偏移器构建微型Mach-Zehnder干涉仪,设计了一个稳定且紧凑的轨道角动量分束器,实现了轨道角动量模式的非破坏分束.设计中由于只存在光束的全反射,因此理论上能量损耗为零.在微型Mach-Zehnder干涉仪中的光束经过的光学元件相同,且光束的空间偏移量较小,所以该轨道角动量分束器具有很好的稳定性.此外,由于被分开的轨道角动量态与入射的轨道角动量态具有相同的传播方向,因此该分束器具有很好的可拓展性,便于级联使用.本研究对轨道角动量这一高维自由度在光通讯等相关领域的应用有重要意义.

摘要：充分发掘量子计算机的应用潜力需要将大量分立的量子节点连接起来,组建一个与互联网类似的全量子网络.高性能的可集成光量子存储器是解决不同量子节点间信号同步问题的核心器件,直接关系到量子网络的实现规模和整体性能.然而,目前的微纳量子存储器还存在可集成性和存储性能难以兼容的问题,还不能满足构建全量子网络的需求.本文提出在掺铒硅材料上设计通信波段的光子晶体微腔,不仅可利用光学微腔的角动量共振模式来实现基于光子回波的量子存储,还可利用光学微腔来增强光和物质相互作用,有望实现高存储效率的可集成量子存储器.

摘要：光的轨道角动量自由度已被作为一种新的信息载体用于光全息信息处理技术之中.然而,目前关于轨道角动量全息技术的研究主要集中在二维轨道角动量全息,即重构的二维全息图像位于三维空间中的某一个平面内.如何进一步实现三维空间轨道角动量全息技术并将其用于增加全息通信的信息容量仍然是一个空白.本文基于轨道角动量自由度和重构的二维图像在三维空间中的位置自由度,实现了三维空间轨道角动量全息技术.换言之,在我们实现的三维空间轨道角动量全息中,目标物体图像的获得不仅要求使用正确的解码轨道角动量态,还要求在正确的空间位置来探测物体的图像.此外,还进一步研究了三维空间轨道角动量全息复用技术,并指出该复用技术可用于信息加密.与传统的二维轨道角动量全息技术相比,三维空间轨道角动量全息技术使用了额外的自由度,即成像的空间位置.因此,基于三维空间轨道角动量全息技术的加密方案可以进一步提高信息的安全等级.我们的理论模拟结果和实验结果验证了三维空间轨道角动量全息技术以及三维空间轨道角动量全息加密技术的可行性.

摘要：量子信息技术是20世纪极具代表性的两种科技进步——量子力学和信息科学技术相结合的新兴领域,其发展需要解决量子信号的产生、处理、传输、同步和存储等一系列问题,对材料的特性提出了严苛的要求,然而目前还没有一种材料可以在所有功能上都能满足量子信息应用的需要.掺铒晶体材料在1.5μm具有光学辐射峰,并且具有良好的相干特性,在量子信息技术的若干关键节点都有着巨大的应用前景.本文结合掺铒晶体的性质,回顾其在量子存储、量子频率转换、量子光源以及基于离子间相互作用的量子调控等方面的应用进展,并对可能的发展方向进行讨论.

摘要：经过近10年的发展,超构表面作为一种新型的二维人工微纳结构,在光场特性调控方面展现出了巨大的研究潜力。但要实现小型化、集成化的超构表面光电子器件,还需要进一步发展具备动态调控功能的光学超构表面。本文综述了近年来发展的可形变超构表面的研究进展,简要概述了以纳米剪纸技术为基础的可形变超构表面的设计和实现方法,并重点介绍了其在相位、偏振、光学手性、非线性辐射等方面优异的调控性能及其应用。这种灵活的、易实现的可形变超构表面在光场动态调控方面具有独特优势,为设计和实现新型微纳光电子器件提供了新的策略,有望推动新兴的应变光电子学的发展。

摘要：高精度的三维微纳制造技术是现代光电子学和微纳光子学发展的重要基础之一,是实现下一代微纳光子集成器件的重要前提.纳米尺度的剪纸和折纸技术由于能够实现丰富的三维形变,正发展成为一门新兴的研究领域.本文系统地介绍了一种新型的片上三维微纳加工方法基于聚焦离子束的纳米剪纸/折纸技术.该技术利用聚焦离子束辐照具有不同拓扑形貌的自支撑膜片,可实现优于50 nm精度、前所未见的三维形状变换,包括片上、实时的多向折叠、弯曲、扭曲等形变.提出了“树型”纳米剪纸和“闭环”纳米剪纸两种类型的加工方法,并针对不同类型的工艺特性和优缺点进行分析对比.利用全局扫描纳米剪纸技术制备的闭环纳米结构实现了独特的光学效应,包括超光学手性、超构表面衍射、相位和偏振调控以及光子自旋霍尔效应等.研究结果表明,纳米剪纸/折纸形变技术在保持结构复杂性和功能性的同时,可实现高精度、原位、片上、一步成型的三维微纳加工,可望为三维微纳光子器件的设计、制备和应用提供一类新的设计方法和技术途径,乃至为相关微纳光学、微电子、微机电系统、生物医学等领域的发展提供新颖的加工平台.

摘要：利用机械运动与光学响应间的相互耦合和共振增强实现的微纳光机械传感器具有小型化、灵敏度高、检测阈值低等优势,其检测范围可从毫米尺度的物理机械运动到纳米尺度下的分子振动,为精确传感的实际应用提供了新颖的策略.微纳光机械传感器可实现多个物理参量的精确传感,如力、位移、质量、声、化学以及热传感参量等.本文介绍了近年来光机械传感器领域的部分重要研究进展,总结了微纳光机械传感器的三个主要发展方向,即无源光机械传感器、电子-光子机械传感平台和中红外分子振动传感,介绍了微纳光机械传感器的配置、应用和集成.最后,对微纳光机械传感器的研究进行了总结和展望.

摘要：Kagome材料为研究电子关联效应、拓扑物态、非常规超导电性和几何阻挫等新奇物理现象提供了良好的平台.最近,Kagome超导体AV_(3)Sb_(5)(A=K,Rb,Cs)在凝聚态物理领域引起了广泛关注和研究,国内外多个课题组通过化学掺杂对其物性进行有效调控,为进一步理解和认识该体系材料提供了巨大帮助.本文综述了AV_(3)Sb_(5),掺杂研究的最新进展,对这一快速发展材料体系的掺杂效应进行了总结,以促进Kagome超导体AV_(3)Sb_(5)的进一步探索和研究.具体地说,回顾了CsV_(3)Sb_(5)中Nb,Ta,Ti和Sn的原子掺杂,以及Cs,O等元素表面掺杂对材料量子效应和电子能带结构的影响,讨论了掺杂对物性调控的物理机制.为进一步理解和研究该材料体系的电荷密度波、时间反演对称性破缺、超导电性等丰富量子效应提供相关基础.

摘要：手性是自然界的基本属性之一,其概念已经深入到我们生活的各个方面,比如艺术品、建筑设计、医药、农药、生命、信息、手性光电功能材料和器件等领域.自从科学家在19世纪发现手性物质的光学活性以来,手性光与物质相互作用研究已经成为光学领域最前沿的研究之一.由于天然手性物质的手性光学响应很弱且难以调谐,研究者创造性地设计出了各种各样的人工手性结构来增强手性光学相互作用,并实现了许多新颖的物理现象.与传统的螺旋型手性结构不同,本文重点介绍了基于纳米剪纸技术的人工旋桨手性微纳结构及其在手性光学中的应用.这种人工旋桨手性与传统的手性结构在几何形貌和物理响应机制等方面有着很大区别,例如具有新颖的面外立体扭曲和手性竞争机制.这些独特之处使其在光学圆二色性调控方面具备突出优势,仅通过微小扰动就能实现圆二色性强度、符号、波长的灵活剪裁,为新型人工手性微纳结构提供了新颖的设计思路,并为深入研究手性物理提供了一个理想平台.