今天凌晨《Nature》上線多篇論文，浙江大學(xué)三項(xiàng)成果同時(shí)在線發(fā)表。下面，就讓小編帶大家看一下這三個(gè)研究成果。

狄大衛(wèi)教授、趙保丹教授和鄒晨研究員：首個(gè)電驅(qū)動(dòng)鈣鈦礦激光器

激光無(wú)處不在：從光纖通信到手術(shù)刀，從投影儀到人臉識(shí)別，激光器幾乎支撐了整個(gè)信息社會(huì)。長(zhǎng)期以來(lái)，硅、砷化鎵等半導(dǎo)體是激光器的主要材料。但有一種新興材料——金屬鹵化物鈣鈦礦，憑借成本低、可溶液加工、可調(diào)控發(fā)光波長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，成為光電領(lǐng)域的“明星”。然而，鈣鈦礦激光器一直卡在一個(gè)關(guān)鍵瓶頸：只能用光泵浦（光激發(fā)），無(wú)法電驅(qū)動(dòng)。這就像一輛車只能靠“推”啟動(dòng)，不能靠發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。

在此，浙江大學(xué)狄大衛(wèi)教授、趙保丹教授和鄒晨研究員設(shè)計(jì)出一種雙微腔結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了世界首個(gè)電驅(qū)動(dòng)鈣鈦礦激光器。他們把一個(gè)高功率的鈣鈦礦微腔LED作為“驅(qū)動(dòng)源”，垂直耦合到一個(gè)低閾值的單晶鈣鈦礦微腔中。前者輸出強(qiáng)定向光，后者接收后實(shí)現(xiàn)激光放大。憑借這種結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)把激射閾值降到 92 A/cm2，比有機(jī)激光器低一個(gè)數(shù)量級(jí)。更讓人驚喜的是，這種器件在室溫、空氣環(huán)境下就能穩(wěn)定工作，壽命達(dá)到 1.8小時(shí)（超過(guò)6萬(wàn)次脈沖），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)已有的電驅(qū)動(dòng)有機(jī)激光器。同時(shí)，它還展示出 36.2 MHz 的調(diào)制帶寬，意味著未來(lái)有望直接應(yīng)用于高速光通信和光計(jì)算。相關(guān)成果以“Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device”為題發(fā)表在《Nature》上，鄒晨研究員為第一作者

圖： 集成雙腔 鈣鈦礦激光器的結(jié)構(gòu)和基本光學(xué)特性。

2. 百量子比特處理器上的“隱形守護(hù)者”——拓?fù)淞隳５氖状斡^測(cè)

量子計(jì)算機(jī)為什么容易“掉鏈子”？根本原因之一是量子態(tài)太脆弱，稍有環(huán)境干擾就會(huì)坍塌?？茖W(xué)家們一直在尋找“更穩(wěn)的量子比特”，而拓?fù)湮飸B(tài)就是一個(gè)備受期待的方向。

在此，浙江大學(xué)王浩華教授、郭秋江研究員和清華大學(xué)鄧東靈教授合作利用一臺(tái) 125比特超導(dǎo)量子處理器（實(shí)驗(yàn)中用了其中100個(gè)比特），首次在無(wú)雜質(zhì)、有限溫度的情況下，觀測(cè)到了一種特殊的邊界量子態(tài)——拓?fù)漕A(yù)熱強(qiáng)零模（prethermal strong zero modes）。聽(tīng)起來(lái)很拗口，我們拆解一下：“拓?fù)淞隳！保捍嬖谟诹孔酉到y(tǒng)邊界，能像“守護(hù)者”一樣保持量子信息不被破壞?！邦A(yù)熱”：指系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間演化過(guò)程中仍保持穩(wěn)定，哪怕不是絕對(duì)零度。意義：在真實(shí)世界里，量子設(shè)備不可能完全隔絕熱噪聲，所以能在有限溫度下依然保持穩(wěn)定的邊界態(tài)，意義非凡。研究團(tuán)隊(duì)在模擬一種一維拓?fù)涔茴D量時(shí)，發(fā)現(xiàn)只要在鏈中人為設(shè)置“二聚化”（讓相鄰比特耦合強(qiáng)弱交替），系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)額外的對(duì)稱性，從而保護(hù)邊界量子態(tài)。更驚人的是，他們還利用這些邊界態(tài)實(shí)現(xiàn)了邏輯Bell態(tài)的制備，并展示了超長(zhǎng)的相干時(shí)間。這意味著什么？在不依賴“雜質(zhì)”或“無(wú)序”的情況下，人們找到了一種全新的量子保護(hù)機(jī)制。未來(lái)或許能基于這種機(jī)制，打造真正抗噪聲的量子存儲(chǔ)器，為量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没於ɑA(chǔ)。相關(guān)成果以“Topological prethermal strong zero modes on superconducting processors”為題發(fā)表在《Nature》上，第一作者為Feitong Jin, Si Jiang, Xuhao Zhu為共同一作。

圖1：量子處理器和理論模型

3.微生物也能“煉鐵”？——發(fā)現(xiàn)鐵-硫耦合新機(jī)制

在人類的傳統(tǒng)認(rèn)知里，硫化物和氧化鐵之間的反應(yīng)大多是“化學(xué)反應(yīng)”，似乎和微生物沒(méi)有多少關(guān)系。

但浙江大學(xué)陳松燦研究員聯(lián)合維也納大學(xué)Alexander Loy教授和Marc Mussmann教授證明了一種全新的自然過(guò)程：有些細(xì)菌可以同時(shí)“吃”掉硫化物和氧化鐵，并在過(guò)程中完成能量獲取。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這些微生物能夠把溶液里的硫化物氧化成硫酸鹽，同時(shí)把固態(tài)三價(jià)鐵（鐵銹的一種主要形態(tài)）“還原”為二價(jià)鐵。這個(gè)過(guò)程過(guò)去被認(rèn)為只能靠無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)完成，如今卻發(fā)現(xiàn)微生物能主導(dǎo)其中。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因組學(xué)大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這種能力在多達(dá)37個(gè)細(xì)菌和古菌門類中可能普遍存在；隨后又通過(guò)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，直接在一種名為 D. alkaliphilus 的細(xì)菌中驗(yàn)證了這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)顯示，這些細(xì)菌不僅能“催化”硫化物和鐵之間的反應(yīng)，而且反應(yīng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于無(wú)機(jī)過(guò)程。從應(yīng)用潛力看，未來(lái)也許能利用這類“生物催化”機(jī)制進(jìn)行污染治理，甚至開發(fā)新能源。相關(guān)成果以“Microbial iron oxide respiration coupled to sulfide oxidation”為題發(fā)表在《Nature》上，第一作者為陳松燦研究員。

圖1：在細(xì)菌和古細(xì)菌門之間的硫循環(huán)電位的分布。

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿

聲明：僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，作者水平有限，如有不科學(xué)之處，請(qǐng)?jiān)谙路搅粞灾刚?/p>