PDF《综合极端条件实验系统》

1 mK、磁场强 度为

9 T 的电学量子调控系统,使得关键技术指标 B/T 成 功达到 1*104 ,这是我国在相关领域的首个突破.该项 目的研究人员利用这套系统将砷化镓二维电子气样品的 电子冷却到了

4 mK 的温度,达到国际最好水平.这套系 统为后续开展量子调控方面的研究提供了噪声极低的实 验研究平台. 此外,该项目还建成了极端条件下的固体核磁共振 量子调控系统、极端条件下的物性表征系统、适合极低 温、强磁场条件的高压发生装置等.其中,极端条件下的 物性表征系统成功将光谱测量与低温、强磁场等极端条 件结合起来,有效地拓展了研究手段,对于发现和揭示 复杂现象背后的物理机制有着重要意义.该项目的建成 使得我们的光谱测量位居世界上为数不多的先进实验室之 列,它可广泛用于不同材料的电子性质研究,包括高温超 导体和相关强关联电子系统、拓扑绝缘体、半导体等.配合7mK 稀释制冷机的

20 T 超导磁体系统已经在砷化镓二 维电子气分数量子统计和拓扑绝缘体等前沿科学问题上开 展了深入的研究工作,使得该项目的研究人员在国际上第 一个成功实现了拓扑绝缘体的门电压调控,并且在量子反 常霍尔效应的发现中起到了重要作用. 除了在极低温领域取得研究进展以外,该仪器建 设项目在超强、超快激光方面也取得了令人瞩目的研究 成果.该项目的研究人员开展了基于 CPA(啁啾脉冲放 大)技术的飞秒超强激光研究,从产生高质量种子脉冲 的克尔透镜锁模飞秒钛宝石激光做起,通过不断参考国 际上的最新进展,比较各种单元技术的特点,依靠自主 设计、自行建设,先后研制成功峰值功率为 1.4 TW、

20 TW、350 TW 的极光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ系列装置.并且从最 初的跟踪模仿到后来的跨越创新,利用自主提出的新型 高对比度前级放大方案及改进的双啁啾脉冲总体放大系 统,得到了平均峰值功率达 1.16 PW、对比度优于

109 的 超强激光输出.这一峰值功率不仅是当时同类研究的 国际最高纪录,也是当时所见 PW 级超强激光装置的最 高对比度.该装置已被用于高对比度超快 X 射线的产 生和激光质子加速的实验研究,并取得初步结果.另外,研究团队还研制了重复频率为 0.1 Hz,峰值功率达 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

10 1 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

0

100

200

300 1/T (1/K) 100?mK 20?mK 10?mK 7?mK 5?mK 4?mK 3?mK T(K) B (? T?)

12 10

8 6

4 R xx (kΩ) R xx (kΩ) n?=1.44*1011 /cm2 5?mK 16?mK 27?mK 43?mK R xx (kΩ) 基于核绝热去磁制冷的电学量子调控系统(左)能够成功将砷化镓 二维电子气样品中的电子冷却到

4 mK,达到国际最好水平(右) 右下图橙色区间为文献中能够找到的国际最好数据所能达到的范 围,可以看出在 1/T 的横坐标上该装置得到的实验数据在

4 mK 温 度以下才趋于饱和

26 2018?年.第?33?卷.增刊?1 到118 TW 的强激光装置,为开展相对论量级高能量密度 物理以及快点火物理实验研究提供了坚实的平台.在超 快激光方面,研究团队成功研制出了脉冲宽度小于

5 fs, 能量大于 0.5 mJ,载波包络相位(CEP)稳定的周期量级 激光脉冲装置,该装置达到国际先进水平,为开展阿秒 (10?18 s)脉冲产生及其应用打下了坚实的基础. 独创性 在项目的研制过程中,研究人员发展出了多项独创 的方法和技术,使得系统的多项功能和技术指标达到了 国际先进水平. 为了研究量子态的演化,需要把各种干扰信号降到 量子极限,使得量子态在尽可能长的实验时间内不被退 相干.为此,研究人员在基于核绝热去磁装置搭建电输 运测量系统的时候,采取了多重屏蔽、滤波、隔离和优 化接地等措施,并独创性地发展了电容滤波冷却方案. 在这一实验方案中,样品始终处于真空中,而不像国外 同行那样需要把样品浸泡在