中国科学技术大学地球化学与行星科学系高温高压岩石学与矿物学团队在类地行星研究领域取得重要进展，他们通过第一性原理自由能计算揭示了火星核和火星幔的分离过程，发现约束火星的核幔分离发生在远超先前估计的高温高压条件下，这对理解火星的内部结构与长期演化具有重要意义。这项研究以“A deeper and hotter Martian core-mantle differentiation inferred from FeO partitioning”为题，于12月1日在线发表在《Science Bulletin》上。核幔分异是类地行星历史上规模最大的物质重组过程（图1），其奠定了类地行星的长期演化格局，对理解火星的形成及演化至关重要，也为认识地球等类地行星的演化规律提供重要参考。目前，科学家对火星核幔分异的了解主要基于对火星陨石中中度亲铁元素的研究，依靠这些元素在高温高压条件下的分配行为来推测火星核幔分异的条件。然而，受限于数据的稀缺性以及火星核成分的不确定性，这一过程至今仍无法得到明确约束。2018年，InSight火星探测器成功发射并着陆。2019年，该探测器首次探测到火星震信号，研究人员利
中国科大郭光灿院士团队在强相互作用里德堡原子系统的研究中取得重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组在里德堡原子驱动耗散系统中观察到了临界点的早期预警信号。相关成果12月9日以“Early warning signals of the tipping point in strongly interacting Rydberg atoms”为题发表在国际知名学术期刊《Physical Review Letters》上。复杂系统具有显著的非线性和涌现性，在接近临界点时常伴随突发性变化，这种现象贯穿于生态、气候、经济等多个领域。当系统逐渐接近临界点时，其内部动力学特性会发生显著变化，例如波动增强或响应速度减慢，这些特征被提取出来并用作早期预警信号。预警信号不仅揭示了系统接近临界状态的本质，还为预测突变和制定应对策略提供了关键依据。然而，复杂系统的行为具有非线性和高度关联性，捕捉这些信号并实现准确预测仍然是科学研究中的一大挑战。里德堡原子系统因其具有复杂互联性、强非线性和涌现行为，是研究复杂系统临界现象的理想实验平台。丁冬生等人利用双音微波电场驱动里德堡原子，成功提取了临界点到来前的早期预警信号，
中国科大沈延安课题组在研究雾霾的物质来源和形成机制上取得重要进展。研究人员系统采集了华北不同地质时代代表性煤矿的煤样品，开展了1000℃条件下煤的燃烧实验；通过对燃烧产生颗粒物中硫酸盐的高精度硫同位素分析，研究人员发现了典型的非质量硫同位素分馏现象。与现代雾霾硫酸盐的硫同位素比较分析表明，煤燃烧产生的颗粒物是华北雾霾的主要物源之一。同时，该研究还对欧洲文物、古建筑和雕像表层黑色硫酸盐壳的形成提出了新的解释，对历史遗迹保护具有重要参考意义。相关研究成果在线发表于12月10日出版的国际综合学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。受人类活动和自然条件的共同影响，当今大气污染情况严重，其中雾霾天气严重影响了经济发展和人类健康，因此研究雾霾的物质来源和形成机制具有重要的理论和现实意义。研究人员首先对不同地质时代的煤进行燃烧实验，进而收集粒径小于2.5微米的颗粒物样品并对其中的硫酸盐组分进行高精度硫同位素测试。结果显示，煤和其燃烧产物的硫同位素组成具有显著差异（如图1）；结合理论计算，研究人员发现煤燃烧产生了非质量硫同位素分馏。前人的研究表明，非质量硫同位素分馏主要出现在22亿年之前的岩石样品中
我校郭光灿院士团队易为教授研究组在超冷原子及开放体系相变的理论研究中取得重要进展，揭示了原子-腔混合系统中相互作用增强超辐射相变的新机制。相关成果以“Interaction-Enhanced Superradiance of a Rydberg-Atom Array”为题，于12月9日发表于国际学术期刊《物理评论快报》。超辐射相变最早可追溯到半个世纪前人们对Dicke模型的研究。在Dicke模型中，彼此间无相互作用的原子与光场耦合，当耦合增强至阈值时，体系中出现正常态到超辐射态的连续相变——在超辐射态下，原子的激发态和光场均呈高占据状态。类似的现象同样存在于开放量子系统的稳态中，而近年来超冷原子气体量子调控和量子模拟方面的进展，极大地推动了对开放量子系统超辐射相变的探索。在近期的理论和实验中，研究者发现在量子气体-光腔的混合系统中，量子统计对超辐射相变有重要影响。然而，这些系统的原子间通常不存在相互作用或相互作用较弱。是否存在某种机制，令原子间相互作用显著影响开放系统的稳态超辐射相变，这在理论上是一个重要问题。图1. (a) 稳态相图，由光子数刻画；(b) 不同腔耗散κ下的相边界。该研
我校郭光灿院士团队在片上光学模拟领域取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺等人在基于薄膜铌酸锂光芯片的频率合成维度研究中，提出将模拟的格点限制在一个腔模内的新方法并进行了实验验证，极大地降低了片上频率合成维度的频率要求。该成果12月5日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。以光为载体的频率合成维度是近年来兴起的一种模拟手段，用于研究不易直接接触或观测的物理系统，对验证理论乃至预测物理现象具有重要意义。在许多工作中，研究者用含电光调制器的光纤环腔实现频率合成维度，其中以间隔为自由光谱范围（FSR）的模式作为格点，用电光相位调制引入格点之间的相互作用，其调制频率通常为FSR的整数倍。同时，薄膜铌酸锂芯片有高电光系数的天然条件，以及高稳定性和强可扩展性的优势，非常适合作为频率合成维度的平台。然而，光芯片上的腔长短，FSR大，导致以前的方法所需的调制频率很高（10GHz或更高），对片上的调制效率以及配套的设备都提出非常高的要求。特别是存在长程耦合时，所需的频率将进一步翻倍，极大地阻碍了片上频率合成维度的发展。在本工作中，研究组为了缓解这一困难，提出可以通过使用远小于一个腔模宽度的调制频率（MHz量
我校郭光灿院士团队在拓扑量子计算领域取得重要进展。该团队李传锋、许金时、韩永建、孙凯等人与英国利兹大学Jiannis Pachos教授合作，利用自主搭建的光量子模拟器计算了基于马约拉纳零模拓扑结构的琼斯多项式。研究团队通过模拟马约拉纳零模的编织操作，计算了不同拓扑结构的扭结对应的琼斯多项式，所得的琼斯值可以实现对不同扭结结构的区分。该成果12月5日发表在《物理评论快报》上。琼斯多项式是扭结的一个重要拓扑不变量，它可以被用来区分不同的扭结结构。同时，复杂拓扑结构的琼斯多项式计算是一个#P-hard问题，使用经典算法难以求解。不过，利用马约拉纳零模这一非阿贝尔任意子系统，可以通过构建相应的编织操作来计算扭结的琼斯多项式。不同于三维空间中交换两个全同的玻色子或费米子，系统整体波函数仅会多出一个整体相位；对于二维空间中具有特殊性质的“非阿贝尔任意子”，其交换后的整体波函数会经历一个幺正变换，因此，可以通过对非阿贝尔任意子的交换操作构造量子门，实现具有天然容错特性的拓扑量子计算。已有大量的实验工作研究了马约拉纳零模的物理特性，但由于实验材料及技术的要求极高，通过编织马约拉纳零模实现特定的拓扑量子
安徽省合肥市金寨路96号(中国科学技术大学东校区老图书馆378）
0551-63602196
ustcsee@ustc.edu.cn
Copyright © 2024 中国科学技术大学卓越工程师学院 All Rights Reserved | 皖ICP备05002528号
「 网站设计与制作维护：卫来科技 提供 」