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Higher-order topological Anderson insulator on the Sierpiński lattice

Huan Chen(陈焕), Zheng-Rong Liu(刘峥嵘), Rui Chen(陈锐), and Bin Zhou(周斌)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (1):  017202

文章亮点介绍

近年来，人们对整数维拓扑材料中的无序效应进行了广泛的研究。然而，分数维拓扑系统中的无序效应是一个尚未被完全理解的前沿领域。因此，无序对分数维拓扑系统的作用引起了人们的广泛关注。

本文研究了无序在一个分数维系统中的作用。该系统由一个定义在谢尔宾斯基晶格上的分形模型所描述。在不考虑无序时，该分形系统中存在二阶拓扑绝缘体相或普通绝缘体相。在引入无序后，作者发现该二阶拓扑绝缘体相在弱无序强度下依然能够保持稳定。最有趣的是，作者发现无序可以诱导一个从普通绝缘体相到二阶拓扑绝缘体相的拓扑相变。最后，通过计算该无序系统的能谱和相应的概率分布，上述结论得到了进一步的证实。

对分数维拓扑系统中无序效应的深入研究，不仅扩展了我们对拓扑材料无序调控的理解，还揭示了无序在分数维系统中引发的独特拓扑相变。同时，随着人们对分形模型和拓扑相变机制的深入理解，有望在未来看到更多基于分数维拓扑系统的创新材料设计和开发。

Fig. 1. (a) The energy spectrum as a function of the disorder strength W for the NI phase. (b)–(d) Disorder-averaged probability distribution of the middle eight energy modes with different disorder strength. As shown in (c), the disorder-induced phases manifest localized states at both internal and external corners of the fractal system.

亮点文章

Sharing quantum nonlocality in the noisy scenario

Shu-Yuan Yang(杨舒媛), Jin-Chuan Hou(侯晋川), and Kan He(贺衎)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (1):  010302

文章亮点介绍

量子非局域是一种不同于量子纠缠和量子导引的量子关联，是量子信息处理中被广泛使用的量子资源。近年来，量子非局域的分享问题作为量子非局域在量子网络中的可能传递方式之一而受到关注。最新研究表明，在理想（没有噪声影响）环境下，选取适当的初始纠缠纯态和适当的测量策略，观测者(Alice)可以与任意多个观测者(Bobs)共同分享量子非局域。

但在现实中，纠缠态的制备和量子测量都是在噪声环境中进行的。本文研究在噪声环境下量子非局域的分享问题，发现噪声会缩减分享者Bob的个数，各类噪声对分享持续性的影响也各不相同，并获得Alice可持续与n个Bob分享量子非局域的一些充分条件。特别地，在某些情况下，有些类型的噪声对分享量子非局域的持续性没有影响，并使得在这种噪声环境下Alice仍然可以与任意多个Bob分享其量子非局域。本研究有助于量子非局域分享方案在现实中的实施，推动量子信息科学的发展和应用。

Fig. 2. (a) The yellow, blue, green and red surfaces represent the values of η₁(θ,α), η₂(θ,α), η₃(θ,α) and η₄(θ,α), respectively, as functions of parameters θ and α. The purple plane denotes the unit plane. Due to the limit of accuracy of the computer calculation, the images with k ≥ 5 cannot be plotted. (b) The blue, orange, green and red curves represent η₁(θ,α) = 1, η₂(θ,α) = 1, η₃(θ,α) = 1 and η₄(θ,α) = 1, respectively.

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Observation of flat-band localized state in a one-dimensional diamond momentum lattice of ultracold atoms

Chao Zeng(曾超), Yue-Ran Shi(石悦然), Yi-Yi Mao(毛一屹), Fei-Fei Wu(武菲菲), Yan-Jun Xie(谢岩骏), Tao Yuan(苑涛), Han-Ning Dai(戴汉宁), and Yu-Ao Chen(陈宇翱)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (1):  010303

文章亮点介绍

对于无序系统中局域化性质的探索在固态物理和凝聚态物理领域具有重要意义，而平带系统则因不同传播路径中破坏性干涉具有局域化性质。在平带与其他色散带相交的情况下，系统对无序的敏感性显著增强。然而，在有能隙的系统中，平带的局域态对微弱无序表现出鲁棒性。因此对能隙作用的研究可以极大地加深我们对无序与平带局域化之间关系的理解。

本文作者基于超冷原子动量晶格平台，在特定动量态之间引发了多个两光子和四光子布拉格散射。通过精确调控格点间的耦合强度和相位，成功构建了一个基于菱形结构的平带系统。在两格点的耦合下，成功生成了与平带相关的紧凑局域态。随后，通过调节最近邻耦合强度，从而改变平带与其他色散带之间的能隙，最终成功实现平带的连续移动。这为在平带系统中进一步探索更为复杂的性质开辟了新的可能性，包括研究无序平带系统中平带局域态的鲁棒性，并深入探讨相互作用平带系统中的多体局域化。

Fig. 1. (a) Schematic diagram of a one-dimensional (1D) diamond model with two kinds of coupling strengths u and v. (b) Band structure of the diamond model with parameters u = 0, u = v, u = 2v and u = 3v. (c) Realization of a 1D momentum lattice using the Bragg process (top) and visualized via time-of-flight imaging (bottom).

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Optical study of magnetic topological insulator MnBi₄Te₇

Zhi-Yu Liao(廖知裕), Bing Shen(沈冰), Xiang-Gang Qiu(邱祥冈), and Bing Xu(许兵)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (1):  017802

文章亮点介绍

近年来，拥有本征磁有序的拓扑绝缘体因其能够在相对较高温度下实现量子反常霍尔效应而受到广泛关注。范德瓦尔斯层状材料MnBi₂Te₄是实验上首次发现的一个反铁磁拓扑绝缘体，并成功在相关材料上观察到了量子反常霍尔效应和狄拉克拓扑表面态。以MnBi₂Te₄为基础，可以构建出丰富的系列材料，MnBi₂Te₄(Bi₂Te₃)_n（n为整数），它们同样被认为是磁性拓扑绝缘体。对于MnBi₄Te₇ (n = 1)，由于可能存在的表面磁有序差异，它在Bi₂Te₃和MnBi₂Te₄表面终端呈现不同的表面态结构。更重要的是，有关MnBi₄Te₇中磁有序对体态低能激发的影响目前尚未有相关的研究报导。

本文采用红外光谱手段对磁性拓扑绝缘体MnBi₄Te₇的体态电荷动力学性质进行了深入研究。实验结果显示低频光电导率由两个Drude峰组成，表明自由载流子的响应涉及多个能带。随着温度的降低，低频Drude响应增强，同时伴随光电导谱重在带内跃迁和带间跃迁之间发生转移。当温度降至T_N = 13 K以下，反铁磁转变导致了电荷响应的异常，其来源是磁有序引起的能带重整和劈裂。通过对比MnBi₄Te₇和MnBi₂Te₄的低频光电导谱变化，发现二者的能带劈裂移动方向相反，表明该材料体系的能带重整强弱直接与磁有序相关。这些研究结果为深入理解MnBi₂Te₄材料体系中的磁性和电荷响应之间的相互作用提供了有价值的信息。

Fig. 4. Anomaly of the optical conductivity across T_N. (a) The σ₁(ω) spectra below 2500cm⁻¹ at selected temperature above and below T_N for MnBi₄Te₇ and MnBi₂Te₄. (b) The difference plots of σ₁(ω) for MnBi₄Te₇ and MnBi₂Te₄.

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High responsivity photodetectors based on graphene/WSe₂ heterostructure by photogating effect

Shuping Li(李淑萍), Ting Lei(雷挺), Zhongxing Yan(严仲兴), Yan Wang(王燕), Like Zhang(张黎可), Huayao Tu(涂华垚), Wenhua Shi(时文华), and Zhongming Zeng(曾中明)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (1):  018501

文章亮点介绍

石墨烯具有零带隙电子结构，是一种极具前景的超宽带吸光材料。然而，石墨烯基光电探测器的性能受到光激发载流子吸收效率低和快速复合的限制，导致光电探测性能较差。受光栅效应的启发，本文展示了一种基于石墨烯/WSe₂垂直异质结构的高灵敏度光电探测器，其中WSe₂层既可以作为光吸收层也可以作为局域光栅层，石墨烯导电沟道通过电容耦合被诱导产生更多的载流子，增强光响应电流。

本文通过多层WSe₂具有强光吸收和高外量子效率以及石墨烯的高载流子迁移率的特点，在垂直异质结构中产生了高光电流，该光电探测器具有3.85×10⁴ A/W的超高响应度和1.3×10⁷%的外量子效率。本文的研究有助于我们更加深入地理解基于光栅效应提高石墨烯基光电探测器的灵敏度的机理，并可能在未来的光电器件中具有巨大的潜在应用。

Fig. 4. Graphene/WSe₂ vertical heterostructure device: Energy band diagrams of graphene/WSe₂ vertical heterostructure devices under different gate voltages: (a) V_g < 0 V and (b) V_g > 0 V (with fixed incident wavelength of 365 nm, red represents holes and dark blue represents electrons); Schematic diagrams of (c) generation, (d) transfer, and (e) confinement of photoexcited electron-hole pairs (The upper layer is made of WSe₂ material, and the lower layer is made of graphene material., green circles represent electrons, red circles represent holes).

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