1、南昌大學(xué)高分子及能源化學(xué)團隊Science

近日，南昌大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院/高分子及能源化學(xué)研究院陳義旺教授、胡笑添教授團隊在新型薄膜太陽能電池領(lǐng)域取得重要突破，研究成果以題為《 Laser annealing enables rapid, degradation-free ambient processing of perovskite solar modules 》的論文發(fā)表在國際頂級期刊《 Science 》上。該研究創(chuàng)新性地提出并實現(xiàn)了一種可在空氣環(huán)境下進行的“激光退火（

Laser Annealing

鈣鈦礦太陽能電池因其高光電轉(zhuǎn)換效率和可溶液加工特性，被視為最具潛力的新一代光伏技術(shù)。然而傳統(tǒng)熱退火工藝需在惰性氣氛中長時間處理，難以滿足高通量生產(chǎn)需求。研究團隊通過原位同步輻射表征，首次揭示了鈣鈦礦薄膜在空氣中熱處理的“四階段降解機理”，并發(fā)現(xiàn)了一個約 123±18秒的“環(huán)境無降解窗口”。基于這一發(fā)現(xiàn)，團隊開發(fā)出高功率藍光激光退火工藝，可在20秒內(nèi)實現(xiàn)大面積薄膜的快速結(jié)晶，避免水氧侵蝕帶來的結(jié)構(gòu)降解。該成果為鈣鈦礦光伏器件提供了高通量、低能耗、環(huán)境友好的制備新路徑，突破了傳統(tǒng)惰性環(huán)境依賴，為我國在高效光伏材料制備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了重要技術(shù)支撐。

本研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金及江西省自然科學(xué)基金等項目的資助。成果的取得是南昌大學(xué)在基礎(chǔ)研究支撐江西省“1269”行動計劃、加快培育壯大新能源產(chǎn)業(yè)的重要體現(xiàn)，將為江西打造全國新型光伏產(chǎn)業(yè)高地提供堅實的科技支撐。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9650

2、中國科大利用超導(dǎo)量子處理器首次在量子體系中實現(xiàn)并探測高階非平衡拓撲相

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志、龔明等，與山西大學(xué)梅鋒等合作，基于可編程超導(dǎo)量子處理器“祖沖之2號”，首次在量子體系中實現(xiàn)并探測了高階非平衡拓撲相（Higher-Order Nonequilibrium Topological Phases, HOTPs）。這一成果標志著量子模擬在探索復(fù)雜拓撲物態(tài)方向上取得重要突破，為利用超導(dǎo)量子處理器在量子模擬問題上實現(xiàn)量子優(yōu)勢奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)論文以“Programmable Higher-Order Nonequilibrium Topological Phases on a Superconducting Quantum Processor”為題于11月28日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上 [Science (2025)]。

拓撲相是近年來凝聚態(tài)物理與量子模擬領(lǐng)域的重要研究方向。與傳統(tǒng)拓撲相不同，高階拓撲相在更低維度的邊界上出現(xiàn)了局域態(tài)，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的體-邊對應(yīng)關(guān)系。盡管在經(jīng)典超材料（metamaterials）中已實現(xiàn)高階拓撲相的實驗 [Nature 555, 342 (2018); Nature 555, 346 (2018)]，但在量子體系中實現(xiàn)高階拓撲相一直是國際前沿的科學(xué)挑戰(zhàn)。實現(xiàn)高階拓撲相不僅有助于揭示拓撲物態(tài)的量子本質(zhì)，還為基于非阿貝爾統(tǒng)計（non-Abelian braiding statistics）的拓撲量子計算提供了潛在實現(xiàn)途徑 [RMP 80, 1083 (2008); PRL 25, 036801 (2020)]。

圖1 高階拓撲物態(tài)作為該領(lǐng)域近年來的重要進展，從根本上深化了拓撲體-邊對應(yīng)原理，揭示出拓撲保護現(xiàn)象可存在于維度更低的嵌套邊界中，例如零維拓撲角模

進一步，拓撲物態(tài)的研究正從平衡體系向非平衡體系拓展 [Nature Reviews Physics 2, 229 (2020)]，成為凝聚態(tài)物理的重要前沿方向。非平衡拓撲相表現(xiàn)出平衡體系所不具備的特性，例如拓撲抽運、動力學(xué)拓撲相變及 π 能量拓撲邊界模等，揭示了拓撲與動力學(xué)之間復(fù)雜而深刻的內(nèi)在聯(lián)系，從而為在時間維度利用拓撲保護對量子態(tài)進行高精度、高魯棒性的超快操縱提供可能。然而，二維非平衡高階拓撲相的實驗實現(xiàn)長期面臨兩大挑戰(zhàn)：其一是如何在量子體系中精確設(shè)計高階非平衡拓撲哈密頓量；其二是缺乏直接探測非平衡拓撲性質(zhì)的有效方法。

圖2 實驗在6x6二維比特陣列上實現(xiàn)周期性驅(qū)動

圖3 實驗實現(xiàn)了對于非平衡二階拓撲物態(tài)準能譜信息的探測，與理論預(yù)言結(jié)果一致。

研究團隊基于“祖沖之2號”超導(dǎo)量子處理器的可編程能力，首次在實驗中實現(xiàn)了平衡與非平衡二階拓撲相的量子模擬與探測。在理論上，研究團隊提出了針對高階拓撲相的靜態(tài)與Floquet量子線路設(shè)計方案，解決了在二維超導(dǎo)量子比特陣列中構(gòu)建高階平衡與非平衡拓撲哈密頓量的關(guān)鍵難題，并開發(fā)了通用的動力學(xué)拓撲測量框架。在實驗上，研究人員建立了系統(tǒng)化的處理器優(yōu)化方案，通過精密標定，實現(xiàn)了量子比特頻率與耦合強度的動態(tài)調(diào)控，在6×6量子比特陣列上，成功執(zhí)行了多達50個Floquet周期的演化操作，首次成功實現(xiàn)了四種不同類型的非平衡二階拓撲相，并系統(tǒng)探索了該拓撲相的能譜、動力學(xué)行為、拓撲不變量等特征。

該成果標志著二維可編程量子模擬能力的顯著提升。審稿人高度評價這一工作，認為這一工作“在以往一維實驗的基礎(chǔ)上取得了重要突破，擴展到二維體系是一次顯著的提升，展示了豐富的實驗?zāi)芰?；所發(fā)展的測量與分析非平衡拓撲物態(tài)的理論方法具有新穎性和趣味性?！?/p>

該研究得到國家科技重大專項、國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院及安徽省、上海市、山西省、山東省、合肥市、濟南市等的支持。

論文信息：DOI: 10.1126/science.adp6802

來源：南昌大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)