光量子物質全國重點實驗室
研究亮點
匯聚納米光子學、量子材料與量子系統研究，探索光與物質相互作用中的新現象，發展光場調控、量子態操控及集成光電子器件的新方法。
焦點成果
2026 Nature Nanotechnology
磁序調控的激子負折射
以量子材料中的磁序，改變光的傳播行為。
在層狀磁性半導體 CrSBr 中觀察到激子負折射，並在集成納米光子芯片上展示激子雙曲透鏡效應。磁序透過增強激子共振，使材料呈現異常的光傳播行為，為納米尺度光學調控提供新的材料平台。
相關研究人員：方絢萊、尹曉波、張霜、崔曉冬、張翔及合作者
Excitonic negative refraction mediated by magnetic orders閱讀論文原文 ↗
代表性研究成果
從光子結構與量子光源，到量子材料生長與超冷系統的代表性進展。
量子光子學
超表面高維量子光源
以超透鏡陣列整合多路徑光子對源。
將超透鏡陣列與非線性晶體集成，實現 10 × 10 陣列、共 100 路徑的自發參量下轉換光子對源，並展示二維、三維及四維雙光子路徑糾纏。這項工作為緊湊型高維糾纏光源與多光子量子態製備提供新平台。
2020 Science
相關研究人員：蔡定平及合作者
Metalens-array-based high-dimensional and multiphoton quantum source閱讀論文原文 ↗光與電子相互作用
光子平帶增強自由電子輻射
以光子晶體共振增強電子束與光場的耦合。
在硅基光子晶體薄膜中設計光子平帶共振，透過調節電子的運動軌跡及速度，實現能量與動量匹配並增強自由電子輻射。研究為發展緊湊型自由電子光源，以及探索電子與光子的相互作用提供實驗平台。
集成光電子器件
三維集成超低噪聲激光器
在硅光平台上實現無需光隔離器的低噪聲光源。
透過三維集成，將 III–V 族增益材料、硅光子器件與超低損耗氮化硅波導整合在同一芯片，利用高品質因數微腔降低激光噪聲，實現無需光隔離器的運行。這項工作推進了高相干光源與複雜光子系統的芯片集成。
2023 Nature
相關研究人員：向超及合作者
3D integration enables ultralow-noise isolator-free lasers in silicon photonics閱讀論文原文 ↗
納米光子學
合成復頻波改善超透鏡成像
以虛擬增益補償損耗對成像的影響。
透過多頻率測量合成具有時間衰減特性的復頻波，引入虛擬增益，減輕材料損耗對超透鏡成像的影響，實驗展示深亞波長成像。研究提供了以合成波場改善有損納米光學系統表現的方法。
2023 Science
相關研究人員：張霜、張翔及合作者
Overcoming losses in superlenses with synthetic waves of complex frequency閱讀論文原文 ↗量子自由度
單層半導體的光學能谷操控
以圓偏振光選擇性激發不同能谷。
在單層 MoS₂ 中利用圓偏振光產生能谷極化，並以偏振分辨發光讀出不同能谷的響應。研究展示以光學方式操控能谷自由度的可行性，為能谷電子學與光電子學奠定實驗基礎。
2012 Nature Nanotechnology
相關研究人員：崔曉冬、姚望及合作者
Valley polarization in MoS₂ monolayers by optical pumping閱讀論文原文 ↗
材料生長與整合
晶圓級單晶二維半導體外延
在較低生長溫度下製備大面積單晶單層薄膜。
利用分子束外延，在 Au(111) 襯底上於 200–400 °C 生長晶圓級單晶 MoSe₂ 與 WSe₂ 單層薄膜，研究晶島與襯底的相互作用及表面台階對生長的影響。這項工作拓展了高品質二維半導體薄膜的大面積製備方法。
2023 Natural Sciences
相關研究人員：謝茂海、崔曉冬、Dong-Keun Ki 及合作者
Wafer-scale single-crystalline MoSe₂ and WSe₂ monolayers grown by molecular-beam epitaxy at low-temperature — the role of island-substrate interaction and surface steps閱讀論文原文 ↗量子材料
手性分子插層調控超導
以分子手性拓展超導材料的設計方法。
將手性分子插入 TaS₂ 層間，構築分子與原子晶體交替排列的混合超晶格，研究分子手性與超導態的關係。實驗觀察到與非常規超導相符的特徵，為利用分子插層調控量子材料提供新的研究途徑。
2024 Nature
相關研究人員：萬眾及合作者
Unconventional superconductivity in chiral molecule–TaS₂ hybrid superlattices閱讀論文原文 ↗
超冷量子系統
從原子凝聚態到分子凝聚態
在超冷氣體中實現原子與分子凝聚態之間的轉換。
在原子玻色–愛因斯坦凝聚態中調節配對相互作用，製備二維旋轉分子的玻色–愛因斯坦凝聚態，並實現原子與分子凝聚態之間的轉換。研究為探索量子簡併分子氣體及多體相互作用提供可控平台。
2021 Nature
相關研究人員：張振東及合作者
Transition from an atomic to a molecular Bose–Einstein condensate閱讀論文原文 ↗奠基性研究突破
回顧拓展光學與量子物理研究的重要工作。點擊主題查看成果。
超構光子學與亞波長光學展開／收起
以人工結構控制光的傳播、聚焦與局域。
2005 Science
銀超透鏡的亞衍射成像
利用銀薄膜超透鏡增強倏逝場，在近場實現低於衍射極限的光學成像，展示納米尺度細節的成像能力。
Sub–Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens閱讀論文原文 ↗2008 Science
銀納米線超材料的光學負折射
以嵌入氧化鋁的銀納米線構建各向異性塊體超材料，在可見光波段展示負折射，提供以人工結構調控光傳播的實驗途徑。
Optical Negative Refraction in Bulk Metamaterials of Nanowires閱讀論文原文 ↗2009 Nature
深亞波長等離激元激光器
利用半導體納米線與金屬表面的混合等離激元模式，在深亞波長尺度侷限光場並產生激光，推進微型相干光源研究。
Plasmon lasers at deep subwavelength scale閱讀論文原文 ↗二維材料、拓撲物態與器件展開／收起
從電子與激子的基本性質，延伸至材料製備及光電調控。
2009 Physical Review Letters
拓撲安德森絕緣體
理論提出無序可在特定條件下誘導拓撲絕緣態，拓展了以無序調控拓撲物態的研究思路。
Topological Anderson Insulator閱讀論文原文 ↗2011 Nature
石墨烯寬頻高速光調制器
將單層石墨烯與硅波導集成，利用電場調節光吸收，展示兼具緊湊尺寸與寬頻響應的電光調制器。
A graphene-based broadband optical modulator閱讀論文原文 ↗2014 Nature
單層 WS₂ 中的強束縛激子
結合光譜測量與理論分析，揭示單層 WS₂ 的激子暗態及約 0.7 eV 的激子束縛能，深化對二維半導體光學激發的理解。
Probing excitonic dark states in single-layer tungsten disulphide閱讀論文原文 ↗量子真空與納米尺度相互作用展開／收起
探索量子漲落對能量傳遞及微小物體運動的影響。
2019 Nature
跨真空間隙的聲子熱傳遞
實驗展示量子漲落介導的跨真空聲子熱傳遞，揭示納米尺度能量交換的新機制。
Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations閱讀論文原文 ↗
2019 Science
穩定卡西米爾平衡與無源捕獲
透過材料及薄膜設計，調節卡西米爾相互作用在不同距離下的吸引與排斥，實現穩定平衡及無需外部能量輸入的納米尺度捕獲。
Stable Casimir equilibria and quantum trapping閱讀論文原文 ↗近期研究進展
近期論文選輯；按發表日期排列。
2026-01-29
Physical Review Letters
理論研究
腔真空對稱性破缺與莫爾量子態
以平均場與精確對角化計算，預測腔真空與莫爾超晶格耦合可產生自發宇稱對稱性破缺及旋光相關效應。
相關研究人員：張霜、姚望及合作者
Spontaneous Symmetry Breaking of Cavity Vacuum and Emergent Gyrotropic Effects in Embedded Moiré Superlattices閱讀論文原文 ↗2026-01-14
Nature Communications
光譜方法
合成增益增強電子束光譜
將合成復頻波方法引入電子能量損失與陰極發光光譜，恢復被背景掩蓋的共振特徵，改善納米結構的光譜辨識與成像。
相關研究人員：張霜、楊易及合作者
Synthetic gain for electron-beam spectroscopy閱讀論文原文 ↗2025-08-18
Nature Communications
超快光譜
非共線諧波光譜追蹤強場效應
利用非共線諧波光譜，在 SiO₂ 晶體中啟動、追蹤及操控飛秒載流子動力學，辨識不同強場效應的交叉行為。
相關研究人員：Tran Trung Luu 及合作者
Noncollinear harmonic spectroscopy reveals crossover of strong-field effects閱讀論文原文 ↗2025-01-02
Nature Communications
超構材料
超構材料中的巨大 Tellegen 響應
實驗構建具有純 Tellegen 響應的超構材料，展示強磁電耦合及非互易偏振響應，拓展人工電磁材料的功能。
相關研究人員：張霜及合作者
Gigantic Tellegen responses in metamaterials閱讀論文原文 ↗