以下软件包含在两个 RAR 文件中，请下载后，解压安装。运行时会产生注册文件，一般是 registerinfo*.dat, 请将其发到 yjzhang@semi.ac.cn ， 张冶金，试用期为两周到四周，手机 13661385034 。 下载地址 http://www.oedcad.com/index.htm 如不能下载，请与 yjzhang@semi.ac.cn 联系。 光电子 、 光波、光通信仿真系列软件介绍 目前该软件包光子学模块已经被美国 MIT ，加州理工，斯坦福大学，英国卢瑟福实验室，澳大利亚，加拿大，伊朗，伊拉克，比利时，巴基斯坦，日本，新加坡及国内清华大学，北京大学，中科院，北京交通大学，上海交通大学，国防科技大学，武汉邮电学院，烽火等 50 个单位 300 多个用户使用。 用户可根据需要，输入关键字，搜索所需要功能模块，如想计算多层膜反射谱，可在面板搜索处，输入 “reflection spectrum”, 最右侧一栏会出现对应的 强大的光子光电子器件编辑模块 编辑模块支持一维二维及三维的全方位可视化编辑，包括各种复杂阵列，复杂图形，如各种光子晶体结构，表面等离子体，超导体，光子晶体光纤光栅及其拉伸渐变结构，各类量子阱，超晶格，超材料，左手材料等。介质支持量子阱超晶格及体材料等半导体有源介质，各向异性电磁介质，损耗介质，各种色散介质， kerr 及 raman 非线性介质，金属，等离子体介质，复介电系数介质等。支持自定义函数对结构及介质进行变化。支持图片输入，图片可以来自 TEM ， SEM 及 ATM ，也可以来自手工画制。 光子学仿真系统 对于光子结构及器件分析引入多种方法可以对光子能带，色散关系，态密度，群速度，传输特性，各种光栅透反射特性，模式特性，远场特性，近场特性，光纤泄漏损耗，模式面积，非线性因子，弯曲损耗，对接损耗，低阶及高阶色散，群时延，数值孔径， V 参数，耦合特性，放大特性，太阳能电池 VI 特性及效率，模式体积， Q 因子进行精确求解。支持大规模并行机群仿真。支持各种参数优化设计。其中包括方法有全矢量时域有限差分（ FDTD ），频域有限差分（ FDFD ），传递矩阵（ TMM ），散射矩阵（ SMM ），全矢量半矢量束传播（ BPM ），快速多极化（ MPM ），平面波展开法（ PWE ），有限元（ FEM ）等。可以使用户从不同角度利用不同方法对目标进行对比和分析，进行大规模拓扑优化。 1. 并行时域有限差分分析包 (PCFDTD) (Parallel cluster finite difference in time domain) 随着微电子集成度按照摩尔定律接近物理极限，光子集成被人们寄予厚望。 而仿真设计非常重要，对于光子器件而言，设计和仿真方法有很多种，但最后都需要通过 FDTD 来验证。对于大型器件或集成光路往往需要几十上百个 CPU 来进行并行高速处理。 PCFDTD 正是基于该应用而进行开发的。另外考虑到许多实验室二次开发的需要，我们将提供一些代码或开放接口，以便以此为基础，方便实验室进行有自己特色软件的开发。 PCFDTD 针对一维、二维及三维光子波导或器件进行 FDTD 的设计，支持损耗色散、非线性 , 各向异性及有源介质等 . 能够进行图片识别， 可以从实验获得的 SEM 图片或从其它渠道获得各种格式图片进行识别，直接导入结构，实现结构的精确测量，如占空比测试，可以对实验获得结构直接进行仿真，输出器件模式特性，传输特性。 支持有源器件 FDTD 仿真，如激光器， SOA 等。 支持单双精度运算。 支持无限次连续运算。 给出任意监测面的近场、远场分布，计算出远场发散角。 计算模式体积。 可以进行 PADE 非线性信号处理，能使对三维结构 Q 值计算加快 10 倍。下图为一典型 WG 模腔结构，该结构 Q 值可以达几十万甚至上百万，用普通方法计算 Q 值很困难，通过我们的 Pade 近似方法就能大幅度提高速度。 支持 FFT ， DFT ， FDM 等多种信号处理方法。 拓扑优化 拓扑优化常用于波导器件，如弯折处的计算， PCFDTD 可以对任意分布进行优化。下面举例说明。 如下图所示弯折波导，平面波源，水平监测点，可以监测功率等各种参数。 支持有源器件的瞬态特性仿真： 以上是对光子晶体 SOA 的 FDTD 分析，很得到其慢光延迟特性。 2. 多维传递矩阵分析包 (TMM) 传递矩阵法可以用来计算各种介质材料及金属材料的能带结构，能够进行二维及三维的能带计算及透反射特性计算。对于一些复杂的材料均可进行计算，适于对太阳能电池的效率进行分析。 3. 光子集成束传播分析包 (Beam Propagation Analysis System) 束传播方法是光子集成设计当中比较经典实用的方法，我们的 BPM 软件包括二维及三维标量、半矢量及矢量分析模块，可以支持多种输入方式。支持到 4 阶 PADE 算法及双向高速束传播。 支持损耗介质等。 4.N order 法能带及传输计算 能带计算包括金属等介质的能带结构及传输谱，输出特定 k 点的光场分布，群速度，状态密度等。 可以分析各种光子晶体 TE ， TM, 混合模式带结构，缺陷态，色散等特性。 能够进行二维及三维计算，与 TMM 模块， PWE 模块形成互补验证。 5. 光子晶体光纤及光波导模式分析包（ PCF CAD ） 光子晶体光纤的数值计算方法主要有：有效折射率法、平面波展开法、局域函数法、有限元法、时域有限差分法 (FDTD) ，多极化方法。这些方法各有千秋，例如有效折射率法要求芯区折射率大于包层的有效折射率，而且没法给出光纤的色散特性和偏振特性。时域有限差分法能适合各种截面但是计算量巨大。平面波展开法是比较常用的一种方法，它的基本思想是：将电磁场以平面波的形式展开，可以将麦克斯韦方程组化成一个本征方程组，求解该方程的本征值便得到传播的光子的本征频率。这种方法的不足之处是当光子晶体结构复杂或处理有缺陷的体系时，可能因为计算能力的限制而不能计算或者难以准确计算。而且如果介电常数不是常数而是随频率变化，就没有一个确定的本征方程形式，这种情况下根本无法求解。有限元法则具有灵活性和通用性，但是其计算的工作量惊人，原始数据复杂，而且边界条件复杂。 FDTD 则多用于求解传输问题。频域有限差分可以求解模式问题，但其与剖分点数及边界条件有很大关系关。多极化方法的好处在于它可以严格求解 Maxwell 方程，可以处理位置分布任意，具有任意折射率的孔，并且它可以给出色散曲线和偏振特性，而且计算量远小于 FDTD 。但是它也有不利之处就是难以处理非圆孔，但是由于光纤的制造技术，在光子晶体光纤中绝大多数都是圆孔，所以这个问题并不大。 本软件专门针对二维光子晶体或波导的设计，能够分析多种阵列结构。其中包括多极化方法，频域有限差分，时域有限差分，平面波展开法 , 矩阵法 , 束传播，有限元法等。可以计算场分布，有效折射率，有效面积，色散， NA ， bend loss,GAMA factor,splice loss, V parameter 等 . 6. 严格耦合波分析包 RCWA(Rigorous Couple Wave Analysis) 严格耦合波又称模式匹配法，是分析闪耀光栅、金属光栅的理想方法。该模块可以进行一维、二维及三维各种类型光栅分析，结果精确，能够进行高级数分析。由于我们采用了稳定算法及快速特征值求解技术，该模块与其它商业软件相比，速度更快，是其它软件的 5 倍左右。 7. 光纤光栅分析包（ OPTICAL GRATING ） 光栅是光通信中非常重要的器件，可以做色度色散补偿器，偏振模色散补偿器，可调色散补偿器，各种宽带窄带滤波器，梳状滤波器，光延迟线。光通信中的 DFB ， DBR 激光器等也是以光栅为核心的。光栅的设计尤其重要 。 OPTICAL GRATING 是以耦合波方程为基础的光栅设计模块，包括均匀，相移，采样，啁啾光栅的设计，能够进行各种函数的切趾仿真，还可以进行各种直流和交流调制。最后输出透射谱、反射谱及时延谱。然后形成光栅制作文件，用以驱动紫外曝光系统，形成光栅。该仿真系统是清华大学研究人员历经十几年的理论和实验工作研制出来的，利用该系统已经进行了超过 6000 小时的实验，完成上千万的国家任务。 8. 高速光通信系统分析包（ OFC CAD ） （ Optical Fiber Communication Analysis System ） 光纤通信系统仿真模块（ OFCCAD ）包括了近 70 种器件模型，包括各种激光器， EDFA 放大器， RAMAN 放大器，半导体放大器，波长变化器，各种码型发生器，光电脉冲调制器， EA 、位相、啁啾、频率调制器，光纤，光纤光栅，各种光电滤波器， PIN 、 APD 接收器， Sagnac 环，复用解复用器， Add/Drop ，光子晶体及光波导类器件，眼图、误码、频谱及信号监测器，环路控制，复合器件及开放式接口模块等，特点如下： 1. 把整个光纤通信系统分为发射部分，传输部分，接收部分和放大部分这四个子模块。针对光通信器件的未来发展趋势，加入了光子晶体器件设计的理论模型。该仿真系统的特色在于具有系统级和器件级仿真的双重功能，使得开发的新器件可在系统的框架下得到测试和应用。 2. 具有灵活易于扩展的自定义端口，多信道传输，重复单元传输， 复合模块传输的软件框架及数据结构，利用开放式接口，用户可以任 意加入设计代码，自行开发新型器件。 3. 具有完善的半导体异质结，量子阱等激光器的系统级和器件级 仿真模型，器件级模型包括一维，二维及三维的各种材料体系和结构 类型，并具有优化设计功能。 4. 完善的光纤光栅系统级及器件级模型，可模拟等周期，啁啾，相移，取样等各种光纤光栅，并支持多种切趾和线性及非线性采样。可以仿真各种光纤光栅级联，输出透射、反射及时延谱，并可在单信道，多信道及其它系统中进行模拟应用测试。 5. 包括 Sagnac 环器件级模型。 9. 平面展开法光子能带计算 PWE (Plane wave extension method) 平面波展开法 平面波展开法是分析周期结构，如光子晶体的能带结构标准方法。是一种在频域利用周期边界条件求解麦克斯维方程的方法，特点是精确，速度快。但是不能处理损耗、色散的介质。 PWE 模块采用 MIT 的 PBG linux 内核，设计了 windows 版本，使之更加实用化，可以分析一维，二维及三维结构的能带结构，输出特定 k 点的光场分布，群速度，状态密度等。 可以分析各种光子晶体 TE ， TM, 混合模式带结构，缺陷态，色散等特性。 The module is designed according to plane wave extension method, and you can see the reference: Block-iterative frequency-domain methods for Maxwell's equations in a planewave basis Steven G. Johnson and J. D. Joannopoulos Dept. of Physics and Center for Materials Science and Engineering,Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139 USA stevenj@alum.mit.edu http://ab-initio.mit.edu/ 29 January 2001 / Vol. 8, No. 3 / OPTICS EXPRESS 173 2. S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, The MIT Photonic-Bands Package home page http://ab-initio.mit.edu/mpb/ . 10. 掺铒光纤放大器分析包 EDFA Design System EDFA(Er doping fiber amplifier) is a famous device in optical fiber communication. In a WDM system, how to install EDFAs is important, which affects the flat of channel energy. This software dose it. You can obtain input and output spectrum, noise figure, and so on. EDFA 模块理论基础是 EDFA giles 模型，对于实际 EDFA 光纤，需要知道光纤的 giles 参数，该参数系统本身有缺省值，用户也可以自己提供，由上图的“增益损耗文件”处指定，这些参数是频率的函数，一般给定的范围是 C 波段，在“ system use ” 中，需要给定 980nm 和 1480nm 两个泵浦波长处的 giles 参数。每个 EDFA 最多可设 4 个泵浦，分别是前向 980nm,1480nm 泵源，后向 980nm,1480nm 泵源。可按用户需要设置任意信号光频率和平均功率，用户可用此事先检测放大特性，然后再进行系统传输，系统传输时将只利用泵浦参数，信号参数将针对模块入口所得到的。系统 ASE 噪声在每级放大之后将以高斯白噪声形式加到信号中，最多可进行四级放大。可通过 view test 按钮查看，增益谱情况及信号增益及噪声指数。 11. 拉曼放大器分析包 Raman Amplifier Design System Raman fiber amplifier is a new device in optical fiber communication. In a WDM system, how to configure RA is important, which affects the flat of channel energy. This software dose it. You can obtain input and output spectrum, noise figure, and so on. RAMAN 放大器模块结构与 EDFA 类似，其泵浦可以任意选取，增益谱可以是三角形近似形式，或者是自定义形式由文件给出，瑞利散射系数用户可以根据需要自己定义。目前泵浦还需人工设置，有关利用遗传算法优化泵浦工作正在进行当中。可提供 RAMAN 放大增益谱，信道功率沿光纤分布情况，噪声指数及信道增益。模块设计中应用了超松弛迭代技术，通过平均功率，解析积分等减少计算量。可通过设置剖分段数、迭代误差及频谱分辨率来提高模拟精度，但计算量同时也会相应增大。 RAMAN 放大器模块同样具有单独设计和系统在线应用的功能。这些都是许多商用软件所不具备的。 分布式光纤拉曼放大器具有良好的噪声特性和较宽的增益带宽 , 已经成为新一代光通信网络和长距离无中继系统中的关键技术。前向泵浦的容易受到抽运光强度和偏振不稳定性的影响。因此 , 目前 RAMAN 普遍采用后向泵浦。通常利用后向泵浦 RAMAN 放大的低噪声的特性把它作为接收机或ＥＤＦＡ的预放器已经成为一个引人注目的发展方向。另一方面 RAMAN 放大器的增益平坦度也是人们非常关心的，通过优化泵浦功率，前后数量配置，泵浦波长配置可以实现信道增益的平坦，同时要保证经济性。 RAMAN 泵浦的优化配置计算量很大，与信道数泵浦数直接相关，一般采用遗传算法进行优化 12. 光纤激光器分析包 Fiber Laser Analysis System The model of fiber laser is like that of fiber grating. Transfer matrix method is used. 13. 光电集成回路分析包 OEIC Analysis System OEIC simulation software is based on PSPICE platform, which have following features and functions: 1. Analyze directional current work point,DC,AC and transient characteristics. The device that can be processed includes semiconductor normal heterojunction laser, quantum well laser,HBT,MOSFET, linear and nonlinear elements. 2. Calculate the relation of output power and concentration of photos in the laser cavity. 3. Develop the large signal modulation modules. 4. Present a model about the parasitic capacitance of electrode and link line. 光电集成回路模型库可以运行于 PSPICE 平台，光电子器件模型包括 FP ， DFB ，量子阱及异质结半导体激光器，放大器，探测器， HBT ， MOSFET 等，可以对这些器件的等效电路，直流工作点 DC ， AC ，瞬态特性，调制特性，寄生效应进行分析建模，并可以与其它电子器件集成，进行光电混合分析。是光电集成的必备模型库。 14. 能带不连续计算包 Band Offset Analysis System Band offset module is used to analyze the conduction band and valence band position when two kinds of adjacent material has strain effects. The band offset affects energy level distribution and carrier confinement. Harrison model is applied and strain can be calculated. 能带不连续性计算模块 (Band offset) 主要用于确定相邻材料间无应变或存在应变时的带边位置。带边位置直接影响能级、增益及线宽增强因子的计算。另外通过带边位置的计算 , 我们很容易分析和设计载流子限制层。 设计中采用 Harrison 及 Model-Solid 模型 , 数据库中收集了半导体 III - V 合金化合物材料，可方便地计算相互间应变。 15. 半导体能带分析包 Energy Band Analysis System Energy band structure analysis tool is used to calculate bulk ,quantum well and super lattice structure. Gain can be obtain according to energy band structure. 2 band,4 band,6 band and 7 band model are applied. A variational approach is used to solve the problem , which considers valence band couple ,Kane matrix element ,and so on. 能带结构分析模块 (Energy band analysis) ，主要用于对体材料，量子阱，超晶格的能带结构进行分析，以计算材料增益 , 微分增益及线宽因子等参数。核心计算模块包含了 3 带， 4 带， 6 带及 8 带哈密顿矩阵形式，考虑价带耦合及应变等关键因素，采取包络函数近似及变分法求解矩阵特征值及特征向量。能带不连续性计算采用了 Model-Solid 模型和 Harrison 模型。 16. 半导体激光器一维分析包 Laser Transverse 1D Analysis System This module is used to analyze a FP quantum well laser. Layer description ,inequality grid difference, couple equations self-consistent solution and super-relaxation iteration technology are applied. You can obtain distribution of carrier ,optical field ,electric field ,electric potential ,threshold current and optical output characteristics. 横向一维分析模块 (Transverse one dimension analysis) ，主要用于分析 FP 腔量子阱激光器。对条形激光器的分析虽然不够精确，但计算速度较快。其中运用了分层描述，不等距剖分，耦合方程组自洽求解，超松弛迭代等关键技术。目前可分析载流子分布，光场分布，电势分布，阈值特性，光输出电流特性等。下面将具体介绍模型的特点及系统的功能： 1. 耦合方程组包括泊松方程，连续性方程，矢量波方程光子速率方程及 热传导方程。 2. 用热发射模型处理突变异质结处的载流子输运。 3. 利用三点有限差分格式离散微分方程式。 4. 用 Harrison 及 Model-Solid 模型计算能带不连续性；应变量子阱用 k · p 理论来处理，考虑价带混合效应 ; 用量子阱子能带来精确计算光增益 , 并考虑非线性增益抑制。 5. 非平衡载流子复合模型包括 SRH,Auger, 受激发射及自发发射复合。 6. 数据库中收集了 III - V 族合金化合物体系的材料参数。 7. 用费米统计来精确计算体材料及量子阱区载流子浓度。 8. 用不完全电离模型处理杂质电离。 9. 考虑与电场有关的迁移率模型。 10. 方程组的求解利用全耦合牛顿法及自洽求解方法 , 具体实现当中应用了超松弛迭代技术。 11. 热传导模型包括的热源有：焦耳热，非辐射复合热。 12. 可以分析半导体 FP 腔量子阱激光器的阈值特性 , 电流电压关系 (I-V) 及光功率输出特性 (L-I) 。 13. 可以给出势能、电场、电流、电子、空穴、温度分布及在各偏压下的能带图。 14. 将薛定谔方程完全解引入到自洽求解当中 , 处理量子尺寸、隧穿、量子斯塔克效应。 15. 电学方程边界条件包括欧姆接触 , 肖特基接触 , 反射边界条件及电流边界条件；波动方程边界条件包括反射边界条件及零边界条件；热传导方程边界条件包括等温，绝热及热交换边界条件。其它边界条件有待完善。 16. 激光器描述采用分层描述的方法 , 可方便地编辑材料类型、组分 , 器件几何结构。模块本身还具有不等距自动剖分及识别异质结引入热发射模型功能。 17. 半导体激光器二维分析包 Laser Transverse 2D Analysis System This module is used to analyze a FP quantum well laser. Layer description ,inequality grid difference, couple equations self-consistent solution and super-relaxation iteration technology are applied. You can obtain distribution of carrier ,optical field ,electric field ,electric potential ,threshold current and optical output characteristics. 横向二维分析模块 (Transverse two dimension analysis) ，主要用于分析 FP 腔增益和折射率波导条形半导体量子阱激光器。模块设计与一维类似，包括上节所列的全部模型及功能。不同的是微分方程是用五点差分格式离散的， 这给薛定谔方程的求解及热发射扩散模型的引入带来了困难。它可以给出二维的电子及空穴分布，光场分布，电势分布，温度分布。必须注意的是在二维结构编辑过程中 , 每一层的坐标位置非常重要，如果给错，将无法剖分，也不能进行计算。图 1 和图 2 分别给出了载流子浓度及光场的二维分布。左侧对话框为结构编辑界面，右侧视窗给出分析结果。 18. 半导体激光器纵向一二维分析包 Longitudinal one dimension analysis This module is used to analyze any kind of quantum well laser. Layer description ,inequality grid difference, couple equations self-consistent solution and super-relaxation iteration technology are applied. You can obtain distribution of carrier ,optical field ,electric field ,electric potential ,threshold current and optical output characteristics. 纵向一维分析模块 纵向一维模拟系统 (Longitudinal one dimension analysis) 是用来分析沿腔长方向激光器的一些物理量变化情况，如载流子浓度，光子浓度，有效折射率。在此基础上得到器件的一些主要特性，如振荡模式 , 阈值特性 ,L-I 曲线及 AM/FM 调制特性。计算中不考虑具体的横向结构 , 只求解纵向一维的连续性方程及耦合波方程，可以分析普通异质结及量子阱 FP ， DFB ， DBR 激光器，一些参数要用近似方法给出。优点是计算速度较快，不用编辑横向结构 , 但对于复杂结构有一定局限性。它主要采用传递矩阵方法 , 矢量法对纵模进行求解。 19. 半导体激光器三维分析包 Laser 3D Analysis System This module is used to analyze any kind of quantum well laser. Layer description ,inequality grid difference, couple equations self-consistent solution and super-relaxation iteration technology are applied. You can obtain distribution of carrier ,optical field ,electric field ,electric potential ,threshold current and optical output characteristics. 准三维分析模块 准三维模拟系统 (Quasi-three dimension simulator) 采用横向二维分析与纵向光波耦合方程求解相结合的方法设计的，可以处理各种横向二维结构，纵向上能够分析 FP, DFB ， DBR 及多段耦合腔激光器。 模块设计当中主要采用参数拟和法 , 传递矩阵及矢量法对纵模进行求解。可以分析三维载流子浓度，光场及电流分布。由此得到激光器的发射波长 , 阈值特性 ,L-I 等特性。 20. 量子阱优化包 Optimize design of multi-quantum well active zone 多量子阱有源区优化设计系统 多量子阱有源区优化设计模块 (Optimize design) 以得到低的阈值电流、阈值电流密度，高的最大工作温度及张驰振荡频率为优化条件 , 对多量子阱激光器有源区的阱宽，阱数，腔长等参数进行优化设计。 优化设计模块核心计算部分包括横向一维、二维求解模块，纵向一维分析模块及能带分析模块。优化设计是以大量计算为基础的，目前考虑可变的参量为激光器腔长、多量子阱阱数和阱宽。实际上还有许多其它可优化参数，但由于计算时间限制，不能一一优化，用户只能通过手工在所用的模块中改变这些参数，得到优化结果。 21. 金属有机物化学气相沉积热力学分析包 （ MOCVD thermodynamics analysis ） This module is designed on principle of free energy minimum, which can process multi phase system.In a IDE,it can analyze the distribution change of species due to technical parameter. The database has been built,which includes As,H,C,Ga,N,P,Cl,Ge,Si,Sb and In element. This software can process gas,liquid,solid and multi-alloy phase thermodynamic equilibrium system. 22. 多结太阳能电池设计包 Multi-junction Solar Cell Design 多结太阳能电池匹配设计对于获得最大效率尤其关键，该模块能够对多结太阳电池的能带匹配， VI 特性、效率进行仿真计算及设计，包括聚光电池，是太阳能电池研究者的理想工具。
研究揭示新高温超导体电子结构 新年伊始，复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室及先进材料实验室的封东来教授课题组在高温超导研究领域便传捷报。该组运用角分辨光电子能谱仪（Angle-resolved Photoemission Spectroscopy，ARPES）率先揭示了2010年末发现的新型铁基高温超导体K x Fe 2 Se 2 与众不同的奇异的电子结构。该成果已于2011年2月27日在线发表在国际一流刊物《自然—材料学》（ Nature Materials ）。 上左图：超导的迈斯纳效应导致超导体可在磁场中悬浮 上右图：影片《阿凡达》中的常温超导矿石和在地磁场中悬浮的哈利路亚山 超导现象是20世纪人类最重大的发明之一。1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现，将汞冷却到零下268.98℃的转变温度时，汞的电阻突然消失了，电流可以毫无阻力地通过导线；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。这一发现引起了世界范围内的轰动。此后，人们将处于超导状态的导体称为超导体，将具有在一定的低温条件下呈现出零电阻以及排斥磁力线的性质的材料称为超导材料。1911年被作为超导元年。科学研究总是与社会生活相辅相成，与美好的想象相伴相随。超导现象的出现，让科学家们大胆设想：如果能将超导材料的转变温度提高到室温，人们生活的方方面面将因此经历一次新的革命，人们将再也不会为电子产品发热而苦恼、一次充电就可能维持手提电脑几个月的使用、出门就能轻松乘坐时速几百公里以上的磁悬浮“无轮”列车……这些画面虽然另人神往，但到目前为止，人们也只能在科幻电影《阿凡达》中的潘多拉星球上领略到超导的绝美之处。 100年来，科学家们为提高超导材料的转变温度的步伐从未停止过： 到了上世纪70年代，常规超导的转变温度，已经达到零下250℃左右。 1986年，科学家发现了铜氧化物“高温”超导体，因为相对于常规超导，其转变为超导体的转变温度可达零下120℃之高。但是至今为止，铜氧化物的超导机理仍然是困扰科学家的难题。 2008年，铜氧化物不再孤独，铁基化合物成为高温超导家族的第二个成员。虽然其转变温度目前最高才达到零下217℃，但它的出现不仅意味着物理学家可以在这个新超导家族中探索转变温度更高的超导体，同时通过比较铜氧化物和铁基化合物这两种高温超导体，可以找到关键线索，最终解开高温超导这个未解之谜。 封东来教授领导的科研组是国际上最早应用ARPES研究铁基高温超导体电子结构的小组之一。在科技部、国家自然科学基金委和上海市科委项目的支持下，他们和中国科学技术大学陈仙辉等小组合作，准确揭示了包含1111，111，122，11四系的10余种铁基材料的电子结构，给理论工作提供了有力的实验支持。在短短两年多时间里，封东来教授课题组在 Physical Review Letters , Physical Review B 等高水平科学杂志上已发表了17篇铁基超导体系列研究论文，有力推动了人们对铁基超导体的认识。 FeSe化合物和FeAs化合物截然不同的电子结构 就在铁基超导体的超导温度一直没有突破零下217度，其超导机理也没有得到解决的时候，一种新的铁基超导材料K x Fe 2 Se 2 近期问世，其超导转变温度达零下242度。其独特的性质更引起全世界物理学家的关注。封东来教授课题组通过对K x Fe 2 Se 2 进行各种本地和同步辐射实验测试，终于获得了其完整的电子结构，并且测得了各向同性的s波超导能隙。令人惊奇的是，这种材料的电子结构和以往的铁基超导体完全不同：整个费米面没有空穴, 而只存在电子。封东来教授课题组的这一研究发现意味着，K x Fe 2 Se 2 这种新的铁基超导体的配对机制及超导对称性都与其它已知铁基超导体不同，之前建立的铁基超导体的普遍图像将可能遭到颠覆；这也犹如一剂强心剂，进一步激发起了科学家们探索超导奥秘的热情，让高温超导研究再度升温。目前，该项研究已经在线发表在《自然—材料学》（ Nature Material ）上，为超导探索百年诞辰献上了一束美丽的迎春花，同时也预示着超导研究将迎来一个新的美丽春天。（来源：复旦大学）
This is the last post of our nanotechnology theme week. We would like to thank all our visitors and hope you enjoyed it. Be sure to check back regularly as there will be more theme weeks coming soon! - Ding Ding Review of The Conference on Lasers and Electro-Optics and The Quantum Electronics and Laser Science 2010: Laser Science to Photonic Applications CLEO/QELS 向来以初创期激光与光电领域的顶尖国际会事所著称。来自全球各地的与会者集聚一堂，听取最著名的权威专家的最新发布。今年CLEO的议题新增了激光与光电技术的新兴应用。 我们的编辑Daniel Broaddus（专攻纳米光子学、纳米波导设备和纳米线领域）也参加了此次大会，他在这里与大家分享一下这次会议的一些亮点： Carbon Nanotubes in a Photonic Metamaterial: Giant Ultrafast Nonlinearity through Plasmon-Exciton Coupling Audrey E. Nikolaenko, Francesco De Angelis, Stuart A. Boden, Nikitas Papasimakis, Peter Ashburn, Enzo Di Fabrizio, Nikolay I. Zheludev; Univ. of Southampton, United Kingdom and Univ. of Magna Graecia, Italy. Abstract: We demonstrate that a combination of carbon nanotubes with metamaterial offers a new paradigm for the development of a media with exceptionally strong ultrafast near-infrared nonlinear optical response which can be controlled by metamaterial design. Three-Dimensional Invisibility-Cloaking Structure at Optical Frequencies Tolga Ergin, Nicolas Stenger, Martin Wegener; Karlsruhe Inst. of Technology (KIT), Germany. Abstract: We realize a three-dimensional invisibility-cloaking structure operating at optical frequencies. We employ a woodpile photonic crystal in the long-wavelength limit with tailored polymer filling fraction to hide a bump in a gold reflector. CMOS-Compatible Microresonator-Based Optical Frequency Comb Mark A. Foster, Jacob S. Levy, Onur Kuzucu, Kasturi Saha, Michal Lipson, Alexander L. Gaeta; Cornell Univ., USA. Abstract: We generate optical frequency combs spanning 75 THz with a 204-GHz spacing using parametric oscillation in an integrated silicon-nitride microring resonator. The comb spacing is uniform to better than 5.210-11 relative to the optical frequency. Integration of Nano-Photonic Devices for CMOS Chip-to-Chip Optical I/O Ian Young, Bruce Block, Miriam Reshotko, Peter Chang; Intel Corp., USA. Abstract: A photonic CMOS process enables integration of electro-optical polymer modulators, silicon nitride waveguides and polycrystalline germanium photodetectors in a CMOS logic process. CMOS compatible ring resonator modulators and Ge detectors both demonstrate 40 Gb/s performance. Plenary Session: Manipulating Single Spins and Coherence in Semiconductors David Awschalom Univ. of California at Santa Barbara, USA. Abstract: Contemporary information technology relies on classical physics, utilizing electronic charge for computation and magnetic materials for storage. We describe recent optoelectronic experiments with single electron spins in diamond that may enable fundamentally different quantum-based information technologies.
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