JILA研究员、美国国家标准与技术研究院(NIST)物理学家、科罗拉多大学博尔德分校物理学教授Adam Kaufman和他的团队以及NIST的合作者，展示了一种在二维光学中使用超冷原子进行玻色子采样的新方法交叉激光束的晶格。这项研究最近发表在《自然》杂志上，标志着计算机模拟或光子方面以往成就的重大飞跃。 将光镊应用于大型哈伯德系统 研究人员使用尖端技术，包括光镊和先进的冷却方法，在1000个点的晶格中制备了多达180个锶原子的特定图案。通过最大限度地减少原子的运动并确保它们保持在最低能量状态，该团队减少了噪声和退相干，这是量子实验中的常见挑战。 考夫曼说：“光镊在多体物理学中实现了突破性的实验，通常用于研究多相互作用的原子，其中原子被固定在空间中并在长距离内相互作用。”“然而，当粒子既可以相互作用又可以隧道化，量子力学在空间中扩散时，就会出现一大类基本的多体问题——所谓的‘哈伯德’系统。在建立这个实验的早期，我们的目标是将这种镊子范式应用于大规模哈伯德系统——这篇文章标志着这一愿景的首次实现。” 通过缩放测试确认高保真度 由于玻色子采样的复杂性，直接验证180个原子实验的正确采样任务是不可行的。为了克服这个问题，研究人员对不同尺度的原子进行了采样，将测量结果与涉及中间尺度实验的合理误差模型的模拟进行了比较。 “我们用两个原子进行测试，我们非常了解正在发生的事情。然后，在我们仍然可以模拟事物的中间规模上，我们可以将我们的测量结果与涉及我们实验的合理误差模型的模拟进行比较。在大规模上，我们可以通过控制原子的可区分性来不断改变采样任务的难度，并确认没有出现任何重大问题。”第一作者、前JILA研究生Aaron Young说道。 这项工作展示了晶格中原子的高质量和可编程制备、演化和检测，可以应用于原子相互作用的情况，为模拟和研究真实的以及人们知之甚少的量子材料的行为开辟了新的方法。 查看详细>>

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5月8日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片制备领域取得突破性进展。相关研究成果以《可批量制造的钽酸锂集成光子芯片》（Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing）为题，发表在《自然》（Nature）上。 随着全球集成电路产业发展进入“后摩尔时代”，集成电路芯片性能提升的难度和成本越来越高，人们迫切寻找新的技术方案。以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术可以应对这一问题。其中，铌酸锂有“光学硅”之称，近年来备受关注。 与铌酸锂类似，欧欣团队与合作者证明单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性，在双折射、透明窗口范围、抗光折变、频率梳产生等方面比铌酸锂更具优势。此外，硅基钽酸锂异质晶圆的制备工艺与绝缘体上的硅更接近，因此钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造，具有应用价值。 欧欣团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过氢离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆。进一步，合作团队开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，使对应器件的光学损耗降低至5.6 dB m-1，这低于其他团队报道的晶圆级铌酸锂波导的最低损耗值。该研究结合晶圆级流片工艺，探讨了钽酸锂材料内低双折射对于模式交叉的有效抑制，并验证了可以应用于整个通信波段的钽酸锂光子微腔谐振器。钽酸锂光子芯片展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率；同时，基于钽酸锂光子芯片，该研究首次在X切型电光平台中产生了孤子光学频率梳，结合电光可调谐性质，有望在激光雷达和精密测量等方面实现应用。当前，该研究已攻关8英寸晶圆制备技术，为更大规模的国产光电集成芯片和移动终端射频滤波器芯片的发展奠定了材料基础。 欧欣介绍：“相较于薄膜铌酸锂，薄膜钽酸锂更易制备，且制备效率更高。同时，钽酸锂薄膜具有更宽的透明窗口、强电光调制、弱双折射、更强的抗光折变特性，这种先天的材料优势扩展了钽酸锂平台的光学设计自由度。” 上述成果的第一完成单位为上海微系统所。该工作由上海微系统所和瑞士洛桑联邦理工学院合作完成。 钽酸锂异质集成晶圆制备及高性能光子芯片示意图 （a）硅基钽酸锂异质晶圆（b）薄膜钽酸锂光学波导制备工艺及波导的扫描透镜显微镜 （a）钽酸锂弯曲波导、（b）铌酸锂弯曲波导的色散曲线设计（实线）与实际色散曲线（散点），可观察到铌酸锂波导色散曲线中明显的模式交叉效应 （a）薄膜钽酸锂电光调制器；（b）首次实现X切型钽酸锂上的克尔孤子光频梳 8英寸硅基薄膜钽酸锂晶圆制备 查看详细>>

近日，中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术重点实验室姚碧霂、陆卫团队与山东大学物理学院饶金威团队合作，并联合上海科技大学、华中科技大学和浙江大学等，在光诱导电子自旋强耦合态中构建奇异点，通过光电耦合位相调控以提升基于磁子（电子自旋集体激发）的频率梳的产生效率，创造了迄今为止磁子体系中频率梳齿数的最高纪录。相关研究成果以Enhancement of magnonic frequency combs by exceptional points为题，发表在《自然-物理》（Nature Physics）上。 光学频率梳由离散光谱线构成，展现出等间距以及梳状的信号分布。光学频率梳提高了频率测量的精度，在卫星导航、精密距离测量、原子钟和分子识别等领域具有重要作用。光学频率梳的应用推进了其他物态频率梳的研究。电子自旋集体激发形成的磁子具有免疫焦耳热的优势，其灵活的自旋动力学调控特性是融合多种物态优势的优异载体。然而，常规的磁子频率梳因依赖材料的非线性效应，需要较高功率密度才能够产生有限的梳齿，这限制了其向高效、片上集成、可调节的磁子功能器件转化的进程。 此前，该团队发现光诱导磁子态的优势。该态与常规磁子模式不同，其有效磁矩受光诱导泵浦的相干控制且磁矩更低、阻尼更小，在驱动功率较低时能够引发较大进动偏角，形成非线性效应，促成磁子频率梳形成。该团队通过位相调控实现了对光诱导磁子耦合过程及其非线性响应的操控，增强了非线性耦合效应，达成了磁子频率梳的增长。这一增强效应不依赖于驱动功率的提高，而是通过优化非线性耦合过程实现的。此外，光诱导磁子的高度可调特性使得科研人员能够通过简单操控泵浦功率、频率和极化以控制磁子频率梳。 该研究融合了磁子频率梳与非厄米奇异点两个关键概念，展示了通过耗散来操控非线性磁子模式的能力，这对非厄米物理和磁子电子学具有重要意义。研究开发的高效磁子频率梳生成方法，推动了磁子电子学中宽频带、离散且相干自旋波源的研究，并有望在灵敏的光电检测应用中发挥建设性作用。 a、磁子模式（示意图中类比为陀螺）间的特殊耦合状态，能够提高磁子频率梳（示意图中表示为光带）的产生效率；b、利用奇异点增强磁子频率梳原理图；c、位相调控下磁子频率梳的增强 查看详细>>