第138次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

光的几何控制曲率和挠度
常凯中国科学院院士中国科学院半导体研究所

弯曲时空与经典或量子波动系统的对应是现代物理的经典方向，目前已在电磁波、水波、自旋波等实验室环境中模拟出多种极端引力场的经典与量子效应。近年来，变换光学反过来利用时空-介质对应通过坐标变换设计等效时空来控制光线，发展出以隐身衣为代表的新型电磁器件。然而，传统坐标变换方案无法控制光场的偏振状态，这极大限制了基于几何方法的电磁器件设计。本报告中我们将汇报基于标架变换的广义变换光学理论，并发展出基于黎曼-嘉当时空的框架统一处理包含磁光介质、轴子磁电耦合介质和时变介质在内的非互易电磁响应。我们的工作是黎曼时空协变电动力学的理论推广并可用于新型非互易电磁器件设计。[1].Y.L.Zhang,L.N.Shi,C.T.Chan,K.H.Fung and K.Chang, Geometrical theory of electromagnetic nonreciprocity,Phys.Rev.Lett.(2023 In press).
铁电与铁谷智能材料
段纯刚教授华东师范大学

人类社会的发展通常以代表性材料的发展和应用作为时代特征。当前，人类正在经历从信息时代到智能时代的跨越，研究和探索具备类人脑甚至超人脑功能的智能材料和智能器件具有重要意义。这里我们汇报一下在铁性智能材料，尤其是铁电和铁谷智能材料研究上的一些进展。我们认为这些类脑智能材料在包括光、磁、电、力、热等多场感知的基础研究和应用研究方面具有独特优势，可以极大地拓展和超越人类感知世界的能力，是智能时代构建类脑智能器件和芯片的物质基础，是我国实现智能时代科技引领的绝佳载体。
大尺寸二维单晶的研究进展
刘开辉教授北京大学

单晶材料是当代高科技的核心基础材料之一,从第一代半导体的硅、第二代半导体的砷化镓到第三代半导体的氮化镓等无不推动了器件性能的巨大提高。21世纪的高科技发展需要依赖于新型单晶材料的开发和制造。二维材料作为一种重要的量子材料，由于其具备独特的物理性质并兼容当代硅基芯片工艺而有望实现规模化应用，成为当代凝聚态物理、光学、信息、材料、化学跨学科交叉研究的热点材料体系。在这个报告中我将介绍领域内在大尺寸二维单晶方向的研究进展，并展望其在未来的器件应用。
面向未来计算的二维材料与“原子乐高”研究
缪峰教授南京大学

人类文明正进入智能时代，产生的数据量和对应的计算需求呈指数级增长，而传统计算硬件所能够提供的计算能力(算力)增长缓慢，导致了计算需求与算力之间存在巨大缺口，这也成为智能时代面临的最大挑战之一。面向未来计算技术，我们亟需换道发展，探索能够打破冯诺依曼架构瓶颈的新计算范式，并建立对应的物质和材料基础。现实中的信息通常表现为可连续变化的物态，信息处理(计算)的物理过程可视为“物态调控”的过程。因此，构筑和研究新型量子材料，探索新奇物态和量子调控手段，有望用来开发新原理信息计算器件，从而建立发展新一代智能硬件技术的物理基础。二维材料有望成为未来重要的基础电子与光电子材料，不同的二维材料还可以作为“原子乐高”的基本结构，通过可控转移和垂直堆垛的方式，形成众多具备原子尺度和丰富功能的垂直异质结。在这次报告中，我将展示二维材料物态调控与“原子乐高”电子学如何为发展未来的计算技术提供前所未有的机会，特别在神经形态计算和量子模拟领域，并对未来的发展方向和可能的技术路线进行展望。
本征磁性拓扑材料中的新机遇
张远波教授复旦大学

在磁性拓扑绝缘体中，拓扑与磁性的耦合会引致新奇的量子态，例如量子反常霍尔绝缘体和轴子绝缘体。这种磁性拓扑绝缘体最早通过在拓扑绝缘体中掺杂磁性原子得到:量子反常霍尔效应正是在这种磁性掺杂拓扑绝缘体中被首次观测到的。然而，随机分布的磁性掺杂原子会引入杂质散射，阻碍材料中的拓扑量子效应的进一步探索。近年来，本征磁性拓扑绝缘体--不需要掺杂就具备内禀磁性的拓扑绝缘体--的出现进一步推动了拓扑量子效应的研究。这类本征磁性拓扑绝缘体包括MnBi2Te4，转角石墨烯以及转角二维硫族化合物等。在此报告中，我会简单回顾本征磁性拓扑绝缘体的研究进展，并且探讨这类材料中新的研究机遇。

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第138次：量子材料与智能器件