崔琦实验室简介


中科院物理研究所崔琦实验室成立于 2006 年 5 月,主要从事低维材料和介观器件中电子的量子输运实验研究。实验室以普林斯顿大学崔琦 (Daniel Chee Tsui) 教授的名字命名,请崔琦教授担任名誉主任并指导实验室的发展。由于发现二维电子系统中的分数量子霍尔效应,崔琦教授于 1998 年获得诺贝尔物理学奖。实验室目前由物理研究所吕力研究员担任主任,开展面向拓扑量子计算的物态与器件研究。 具体包括:1、从实验上探索拓扑量子计算的 Fu-Kane 约瑟夫森三结方案;2、利用强自旋-轨道耦合的半导体纳米线开展拓扑量子计算相关研究;3、探索过渡金属硫化物等低维材料所可能呈现出的拓扑超导等物性;4、生长高迁移率砷化镓二维电子气材料,基于分数量子霍尔态验证非阿贝尔统计、探索拓扑量子计算。


拓扑量子计算


拓扑绝缘体

我们从实验上探索 Fu-Kane 拓扑量子计算方案,基于 s 波超导体与 3D 拓扑绝缘体界面呈现出的类 p 波超导电性,制备约瑟夫森三结,寻找并调控马约拉纳束缚态,争取实现拓扑保护的辫子群操作和拓扑量子比特0到1的突破。

超导-半导体复合系统

自旋轨道耦合是实现很多拓扑材料的关键因素。基于强自旋轨道耦合的一维、二维半导体材料,如 InAs、InSb、InAsSb 和 Bi2O2Se,构筑与超导复合的器件结构,是实现拓扑超导和马约拉纳束缚态的优选方案之一。

过渡金属硫化物

二维层状过渡金属硫化物 MX2 中的强自旋轨道耦合作用与结构的多样性赋予这类材料众多新奇物理性质。我们拟利用其中的量子自旋霍尔效应与伊辛超导电性构建复合器件,探索实现拓扑超导的可能性。

二维电子气

高迁移率二维电子气在极低温下呈现出丰富多彩的拓扑量子现象,如整数量子霍尔效应与分数量子霍尔效应。其中 5/2 态的准粒子激发被认为是满足非阿贝尔交换统计的马约拉纳费米子,因而引起了人们的广泛关注。我们利用 MBE 生长高迁移率砷化镓二维电子气材料,并正在构建基于这种材料的 Fabry–Perot 干涉器,进而研究其拓扑量子态中准粒子的统计性质。


其它方向


超导量子计算

量子计算机的研发是当前国际科技竞争的热点领域。谷歌、IBM、微软、英特尔、华为、阿里等高科技公司都为此投入大量研究力量。当前,实现量子计算的物理体系主要有超导、半导体量子点、拓扑等固态体系,还有离子阱体系、光学体系等。基于约瑟夫森结电路的固态量子计算技术方案由于其易于扩展、耦合与操控等特点,已成为目前最受重视的量子计算方案之一。崔琦实验室在超导量子芯片的设计、制备和测量方面积累了丰富的经验。

核绝热去磁制冷机

为了研究低维电子系统在极低温下的宏观量子现象,我们研制了中国第一台核绝热去磁制冷机,达到了亚毫开的晶格温度。在此基础之上,我们进一步为该装置研制了适合极低温强磁场环境的样品装载系统,并采取了多重屏蔽、滤波、隔离和接地优化等措施,最终于 2010 年在二维电子气的冷却方面达到国际最好水平,在强磁场中实现了~4 mK 的超低电子温度。下图中显示的是用这一系统测到的一个高迁移率 AlGaAs 二维电子气样品中的 5/2,7/2,7/3,8/3 等分数量子霍尔态纵向电阻值的温度依赖关系。其中 7/2 态的数据表明,电子系统被冷却到了~4 mK(环境温度由 3He 融化亚温度计和 Pt 核磁共振温度计测量)。


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近期成果


Anomalous Josephson Effect in Topological Insulator-Based Josephson Trijunction

Chinese Phys. Lett. 39 017401 (2022)

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Classical linear magnetoresistance in exfoliated NbTe2 nanoflakes

Phys. Rev. B 104, 115203 (2021)

原文链接
Dimensionality-dependent type-II Weyl semimetal state in Mo0.25W0.75Te2

Phys. Rev. B 104, 085423 (2021)

原文链接
Nonequilibrium interplay between Andreev bound states and Kondo effect

Phys. Rev. B 102, 075121 (2020)

原文链接
Magnitude and Spatial Distribution Control of the Supercurrent in Bi2O2Se-Based Josephson Junction

Nano Letters. 20(4), 2569-2575 (2020)

原文链接
Gate-tunable h/e-period magnetoresistance oscillations in Bi2O2Se nanowires

Phys. Rev. B 100, 235307 (2019)

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更多成果

团队成员


崔琦实验室拥有一个强大的科研团队,包括在职职工 13 名(其中中科院院士 1 名、研究员 4 名、副研究员 5 名、副主任工程师 1 名、工程师 1 名及秘书 1 名)、博士后 6 名、正式研究生 26 名、联合培养生 2 名和研究助理 5 名。



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组内动态

2022.5.19

恭喜侯延亮、贺江波同学通过博士毕业答辩,王翔、贾仲谋同学通过硕士毕业答辩!

2022.2

恭喜张祥同学通过博士毕业答辩!

2022.1

恭喜张祥同学的文章在 CPL 上发表!

2021.9

恭喜顾思瑶同学的文章在 PRB 上发表!

2021.8

恭喜李沛岭同学的文章在 PRB 上发表!

2020.8

恭喜贺江波同学的文章在 PRB 上发表!

2020.5.18

恭喜吕昭征、应江华、李沛岭同学通过博士毕业答辩!

2020.4

恭喜应江华同学的文章在 Nano Letters 上发表!

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