炸裂！南京大学，今日连发两篇Nature！

1. 铌酸锂铁电纳米畴的飞秒激光写入

铌酸锂(LiNbO₃)，是一种很有前途的光通信和量子光子芯片材料。LiNbO₃纳米光子学的最新突破，极大地促进了高速电光调制器、频率梳和宽带光谱仪的发展。然而，在光学、声学和电子等领域的铁电畴工程中，传统的电极化方法受限于二维空间和微米尺度的分辨率。

在此，来自南京大学的张勇等研究者，展示了一种非互易的近红外激光书写技术，用于在LiNbO₃中具有纳米级分辨率的可重构三维铁电畴工程。研究者提出的方法是基于激光诱导电场，可以写入或删除晶体中的域结构，取决于激光写入的方向。该方法为LiNbO₃等透明铁电晶体的可控纳米畴工程提供了一条途径，在高效混频、高频声谐振器和大容量非易失性铁电存储器等方面具有潜在的应用价值。相关论文以题为“Femtosecond laser writing of lithium niobate ferroelectric nanodomains”于2022年09月14日发表在Nature上。

图1. 非互易激光写入LiNbO₃铁电畴工程的工作原理

图2. LiNbO₃结构域的纳米尺度控制

图3. 非互易三维激光刻写制备纳米结构

图4. 可重构LiNbO₃纳米域工程

2. 同位旋扩展哈伯德模型模拟器中的可调谐量子临界

研究电子强关联性，一直是推动凝聚态物理学前沿发展的重要动力。特别是在相关驱动的量子相变(QPTs)附近，多自由度的量子临界涨落促进了奇异的多体态和超越朗道框架的量子临界行为。最近，moiré范德华材料的异质结构，被证明是探索迷人的、强相关量子物理的高度可调量子平台。

在此，来自南京理工大学的程斌和南京大学的缪峰等研究者，报道了在手性叠层扭曲两个双层石墨烯(cTDBG)中产生自旋谷同位旋的扩展Hubbard模型的实验模拟器中观测到的可调谐量子临界。标度分析表明，当广义维格纳晶体通过改变位移场过渡到费米液体时，量子两级临界表现为两个不同的量子临界点，表明出现了一个临界中间相。当应用高平行磁场时，量子两级临界演化为量子伪临界。在这种伪临界条件下，研究者发现量子临界标度只在临界温度以上有效，表明在此范围内存在弱一阶QPT。该结果展示了一个具有复杂的多重自由度相互作用的高可调固态模拟器，可用于探索奇异的量子临界态和行为。相关论文以题为“Tunable quantum criticalities in an isospin extended Hubbard model simulator”于2022年09月14日发表在Nature上。

图1. θ = 0.75°的cTDBG

图2. 维格纳晶体态的证据

图3. 量子两阶临界

图4. 12-T平行磁场中的量子伪临界

作者简介

张勇，教授，博士生导师，教育部新世纪人才，首批国家优秀青年基金获得者。2002年在南京大学材料系获得学士学位，2007年在南京大学物理系获得博士学位，获全国百篇优博论文提名奖。2008年至2010年在美国Arkansas大学从事博士后研究。2010年2月全职回到南京大学现代工程与应用科学学院任职。主持并参与多项自然科学基金、教育部项目和科技部重点研发计划等。从事的科研方向为非线性和量子光学，在Nature Photon.，Phys. Rev. Lett.，Nature Commun.，Optica，Adv. Mater.，ACS Nano，Nano Lett.，Appl. Phys. Lett.等刊物发表论文80多篇。

研究方向

利用微纳结构材料中新型非线性和量子光学效应，实现对空间光束的操控，并探讨其在成像、传感、通讯中的应用。具体包括：空间光束（包括OAM光束、Bessel光束等）的非线性光学调控；突破衍射极限的超聚焦与超分辨成像；量子光纤传感；量子Plasmon; 倍频成像；Talbot自成像等。

缪峰，南京大学物理学院副院长、教授、博导，南京大学类脑智能科技研究中心负责人，江苏“海智”专家联合会信息科学委员会副主任。国家杰出青年科学基金获得者，中国物理学会“黄昆物理奖”获得者，国际先进材料学会IAAM奖章获得者，国家“高层次人才特殊支持计划”科技创新领军人才入选者，科技部中青年科技创新领军人才入选者，科技部国家重大科学研究计划（青年）项目首席科学家，国家“海外高层次青年人才计划”入选者，江苏省“十大青年科技之星”（暨江苏省青年科技奖）入选者，科睿唯安(Clarivate Analytics)全球“高被引科学家”，南京市五四青年奖章获得者。

2004年本科毕业于南京大学物理系；2009年获美国加州大学河滨分校物理学博士学位，同年获得最佳博士毕业生奖和国家优秀留学生奖；2009-2012年在美国惠普实验室（硅谷总部）任助理研究员；2012年全职回南京大学工作，并先后获得江苏省双创人才、江苏省杰出青年基金、江苏省A层次“六大高峰”人才计划等资助。

研究领域：固体电子学（纳米电子学），凝聚态物理。

研究方向：主要从事二维材料电学性质的基础研究，以及二维材料在信息器件领域的应用研究。具体研究方向包括二维材料的量子电子输运与物性调控，场效应电子器件，光电探测器，存储器与类脑计算器件等。

科研成果：在二维材料电子输运与信息器件领域取得了一系列创新成果，多项工作在国际同行中产生重要影响。作为第一作者或通讯作者在Science、Nature、Nature/Science子刊（>10篇）、Phys. Rev. Lett.等国际权威学术期刊上发表论文，共发表SCI论文110余篇，Web of Science总引用23000余次，Google scholar总引用30000余次；已获授权/申请美国与中国发明专利>30项。目前担任Nature旗下期刊Scientific Reports和npj 2D Materials and Applications的编委，还担任Nature、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Physics、Nature Electronics、Nature Photonics、Nature Comm.、Science Advances、Phys. Rev. Lett.等学术期刊的审稿人。

文献信息

Xu, X., Wang, T., Chen, P. et al. Femtosecond laser writing of lithium niobate ferroelectric nanodomains. Nature (2022).https://doi.org/10.1038/s41586-022-05042-z

Li, Q., Cheng, B., Chen, M. et al. Tunable quantum criticalities in an isospin extended Hubbard model simulator. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05106-0

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05042-z

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05106-0

https://optics.nju.edu.cn//yjtd/js/20200715/i119021.html

https://physics.nju.edu.cn/sz/jcrc/gjjcqnjjhdz/20210111/i185169.html

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