三维拓扑绝缘体是拓扑量子材料中体能带结构简单且拓扑表面态最具代表性的模型化拓扑材料。它可以和其他量子体系，例如超导材料和磁性材料等构成界面强耦合的异质结构，从而产生新奇物态或者新量子效应，在有关拓扑量子器件的研究中具有重要地位。为了更好地发挥拓扑表面态的作用，寻找具有比最典型的三维拓扑绝缘体Bi2Se3更大体能隙的三维拓扑绝缘体材料是研究人员重点关注的问题之一。在本工作中，研究者利用角分辨光电子能谱（ARPES）和时间分辨角分辨光电子能谱（tr-ARPES）研究了一类Bi基三元化合物（GeBi2Te4,SnBi2Te4 和 Sn0.571Bi2.286Se4）的体态能隙和狄拉克表面态，以及表面态电子的超快时间弛豫。

本实验通过tr-ARPES直接测定了费米能级以上的非占据态信息，发现GeBi2Te4和SnBi2Te4的体能隙（在ARPES的探测深度内）要比DFT计算能隙大。同时，它们都具有狄拉克圆锥表面态，这和DFT计算给出的拓扑非平庸特性相符。其表面态中电子的超快弛豫过程和Bi2Se3非常类似。在非化学计量比Sn0.571Bi2.286Se4化合物中，本实验直接观察到了狄拉克圆锥，在这类DFT很难计算的非化学计量比材料中直接通过实验确定了其拓扑特性。进一步的tr-ARPES发现，该体系和另外两种三元化合物明显不同，Sn0.571Bi2.286Se4的能隙很有可能超过Bi2Se3，成为现阶段能隙最大的三维拓扑绝缘体。本研究工作为基于三维拓扑绝缘体的研究工作提供了全新的模型体系。

Fig. 3. (a) Crystal structure of Sn_0.571Bi_2.286Se₄. (b) Single crystal XRD. (c)-(h) ARPES spectra and corresponding curvature plots near the Fermi level. (i) MDCs of (g). (j) Schematics of experimental geometry used for CD-ARPES measurements. (k), (l) Surface Dirac band probed by right circularly polarized and left circularly polarized lights, respectively. (m) Intensity difference between (k) and (l). (n) Tr-ARPES spectra at a delay time of ～ 0.4 ps.

钙钛矿氧化物中存在着电荷、轨道、自旋、晶格等自由度的强烈耦合。而在氧化物界面处的多自由度耦合效应将被进一步凸显，这使得界面工程成为调控钙钛矿氧化物物性的一种有效手段。在氧化物异质界面处，晶格结构和电荷分布的重构均可以显著影响界面物性。但是，这两种界面效应的竞争和协作机制仍然不清晰。

针对这一问题，本文作者选取铁磁性的La_1-xCa_xMnO₃薄膜和SrRuO₃薄膜构造超晶格结构，系统研究了这一界面体系的磁、电性能随Ca掺杂水平x演化的相图，并构造出了这一超晶格相图。结果表明，相比La_1-xCa_xMnO₃陶瓷块材和单层膜，超晶格体系的居里温度表现出显著的提升；随着La_1-xCa_xMnO₃层中Ca掺杂的增加，铁磁居里温度的提升幅度则呈现减弱的趋势。通过系统的结构和物性表征，本文作者将超晶格中铁磁性的增强归结于两种界面效应的共同作用：一是SrRuO₃层向La_1-xCa_xMnO₃层的电荷转移效应，二是SrRuO₃层通过氧八面体界面耦合效应增加了La_1-xCa_xMnO₃层中的Mn-O-Mn键角（接近180°）。两种效应均能够提升La_1-xCa_xMnO₃层中的双交换作用并增强其铁磁性。

本工作提出了氧化物界面结构重构和电荷重构协作影响磁性的物理图像，提升了铁磁性氧化物的居里温度并改善了薄膜厚度降低时普遍存在的死层效应，为磁性氧化物薄膜在自旋电子学器件中的应用开辟了道路。

Fig. 1. (a) La_1-xCa_xMnO₃单层膜与La_1-xCa_xMnO₃/SrRuO₃超晶格的掺杂相图，可见超晶格样品的铁磁居里温度获得了显著的提升。(b)La_1-xCa_xMnO₃/SrRuO₃超晶格与NaGaO₃(110)衬底的外延结构示意图。可见氧八面体的扭转在界面处会发生耦合，这也是超晶格铁磁性增强的主要原因。

胶体量子点具有发光波长可调、发光效率极高和很好的光稳定性等优异发光性能，被广泛应用于LEDs、显示屏和激光器等光电器件。探究量子点载流子动力学过程以及光电器件的微观工作机理，是提高量子点发光性能进而优化器件性能的重要手段。然而，量子局域效应使得量子点物性具有很强的鲁棒性，实现载流子动力学过程的有效、精确调控较为困难。

荧光共振能量转移描述两个荧光基团通过电偶极矩远程相互耦合实现高效的载流子调控过程，是调控材料发光性能的有效手段。本文通过构造混合量子点体系，利用荧光光谱和时间分辨荧光光谱技术，结合透射电镜表征手段，详细研究了两种胶体量子点之间的能量转移过程。改变两种量子点的混合比例，能量转移效率能从0%调制至接近70％，能量受体量子点的荧光强度最高得到约2.4倍的增强，同时能量供体量子点的俄歇效应能得到抑制。

能量转移的存在使我们能有效调制量子点的发光性能，只需改变量子点混合比例，就能有效调控能量转移效率、吸收截面、荧光寿命和荧光强度等。本文工作有助于更好地理解能量转移机制，利用能量转移来调控和优化量子点光电及光伏器件的性能。

Figure. Lifetime modulation of donor and acceptor in the mixture. (a, b) PL decay dynamics of donor (a) and acceptor (b) in the mixture with different mixing ratio. (c) Lifetime statistics extracted from the PL decay curves. The orange/olive dashed lines represent the lifetime of pure acceptor/donor, respectively. (d) Energy transfer (ET) efficiency from donor to acceptor in the mixture with different D/A ratio.

采用分子束外延（MBE）和金属有机化合物气相外延（MOVPE）技术在衬底上外延生长出直立或斜立（free-standing）的窄带隙III-V族半导体纳米线和纳米片结构，具有电子迁移率高、有效质量小、朗德g-因子大、自旋-轨道耦合强等优点，是研究制备半导体自旋与拓扑量子计算器件的优质材料。近年来，北京大学固态量子器件北京市重点实验室研究人员采用分子束外延直立生长出的锑化铟（InSb）纳米片制作出耦合多量子点器件，并通过精密电学测量研究了所制作器件中的量子态的调控等物理现象。

本文介绍了有关锑化铟纳米片耦合双量子点器件的制作工艺技术和精密电学测量结果，介绍了实验观察到的各单量子点中的单电子的库伦阻塞效应和耦合双量子点的电荷稳态结构图。该工作的创新性在于：通过实验与仿真相结合的方式精准设计了定义耦合双量子点的顶栅极结构，实现了对器件中的电荷态的精准有效调控，建立了采用直立外延生长获得的锑化铟纳米片制作耦合多量子点的工艺技术，开辟了研究发展二维可扩展的高度可控的半导体自旋量子比特、量子门、量子模拟器件的新方向。

Fig. 1. (a) Scanning electron microscope image (false color) of a gate-defined double quantum dot device made from an MBE-grown, free-standing InSb nanosheet on a SiO₂/Si substrate. The double quantum dot of different sizes can be defined by tuning voltages applied top gates G1 to G5. Gate G4 could also be used to tune the strength of coupling between the two quantum dots. (b)  Measured source-drain current as a function of plunger gate voltages V_G3 and V_G5（charge stability diagram）of the double quantum dot in a weak inter-dot coupling case (achieved by setting V_G4 = -0.473 V). (c) Measured source-drain current as a function of plunger gate voltages V_G3 and V_G5（charge stability diagram）of the double quantum dot in an intermediate inter-dot coupling case (achieved by setting V_G4=-0.42 V).

生命系统充满着多样性和复杂性，同时又展现出令人惊叹的共性。分别由大量细菌、蚂蚁、蝗虫、椋鸟、鱼、绵羊等组成的生命系统，尽管它们的尺度和认知能力存在巨大的差异，但都可以涌现集体运动。这些集体行为的背后存在什么普遍规律？由无序到集体运动的转变是否为相变？如果是相变，是连续相变还是不连续相变？这些都是物理学家非常好奇并热衷探索的问题。

Vicsek模型是研究生命系统集体运动的一个模型。处于强噪声时，粒子随机运动、系统呈现无序。噪声较弱时，粒子运动方向趋向一致、涌现集体运动，Vicsek等人认为这是一种连续相变。但后续研究对这一观点产生质疑，认为他们看到的连续相变是由有限尺度效应导致，实际应当是不连续相变。相变研究的关键量是序参量，集体运动涉及速度和密度，上述研究仅将平均速度作为序参量缺乏依据，也没获得有限尺度标度性的支持，结果不能作为定论。

最近发展的本征微观态方法借鉴玻色-爱因斯坦凝聚的思想，通过统计系综本征微观态凝聚，确立系统的相变和对应序参量，已成功应用于伊辛模型、地球温度系统和股票市场等。本文将其用于Vicsek模型后发现：1）随着噪声减弱，首先发生密度相关本征微观态的凝聚，且为不连续相变；2）噪声进一步减弱，发生群体运动相关的本征微观态凝聚，为连续相变，不同Vicsek模型、不同系统密度的临界指数相同，属于同一个普适类。

本工作回答了上面提出的问题，确立生命系统集体行为转变是相变，并且存在两类相变，分别是密度的不连续相变和群体运动的连续相变，不同连续相变属于相同的普适类。此外，本文还展示了本征微观态方法研究非平衡相变的可行性，为研究各类复杂系统的非平衡相变打开了一个通道。

Fig. 4. Spatial distributions of velocity and neighborhood density fluctuation for the first eigen microstate under noises η=6 in (a,b), 3.95 in (c,d), and 0.25 in (e,f) respectively.