南大领衔成果入选2024年中国十大科技进展新闻

摘要：此项年度评选活动至今已举办31次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在社会上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外科技发展动态，对普及科学前沿知识起到了积极作用。

1月22日上午，由中国科学院、中国工程院主办的“两院院士评选2024年中国/世界十大科技进展新闻”在江苏省南京市揭晓。

由南京大学物理学院杜灵杰教授团队领衔的我国科学家在世界上首次观察到凝聚态物质中的引力子模进展入选“两院院士评选2024年中国十大科技进展新闻”！

此项年度评选活动至今已举办31次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在社会上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外科技发展动态，对普及科学前沿知识起到了积极作用。

两院院士评选

2024年中国十大科技进展新闻

南京大学杜灵杰团队联合国际研究人员，通过自主设计、组装的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统，基于砷化镓量子阱，在分数量子霍尔效应中首次观察到引力子模。这种准粒子是一种类引力子，表现为自旋2的低能模式集体激发，所以也称为引力子激发。

该成果标志着世界范围内首次在真实系统中观察到具有引力子特征的准粒子，同时为分数量子霍尔效应全新的几何描述提供了实验证据。该实验发现为在凝聚态物质中探索量子引力相关物理问题开辟了全新视野，也开启了从几何视角研究强关联量子体系的新方向。相关研究成果2024年3月发表于《自然》。

圆偏振光探测量子液体中的类引力子

杜灵杰教授简介

杜灵杰，南京大学教授、博士生导师。2019年海外归国，就职于南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室和江苏省物理科学研究中心，研究方向为三五族半导体中新奇量子物态的极端条件输运和光学研究。杜灵杰取得了若干国际开创性成果，包括：（1）基于分数量子霍尔效应首次观察到引力子模，（2）首次观察到玻色子分数量子霍尔效应。他领衔研究的成果入选“两院院士评选2024年中国十大科技进展新闻”、2024年“南京市十大科技成果”、江苏省自然科学基金攀登项目（2024年）等。他入选江苏省双创人才（2020年）、海外高层次青年人才项目（2019年）等。他荣获2024年南京大学“先进工作者”、中国科协与知社学术圈评选的2024年度“中国十大新锐科技人物”、2024年度江苏省制冷学会“杰出青年科技工作者”等荣誉称号，和2024年度江苏省数字经济学会“青年科技杰出贡献奖”等。

同时杜灵杰积极投身社会服务，担任南京大学欧美同学会副会长、江苏省青年联合会委员、江苏省青年科技工作者协会理事、江苏省侨联特聘专家、江苏省侨联青年委员会常务委员、江苏省数字经济学会理事、江苏省制冷学会委员等。担任Chinese Physics Letter、Chinese Physics B、《物理学报》和《物理》等期刊的青年编委，以及《低温工程》等期刊的编委。

分数量子霍尔液体中

引力子模的实验发现

成果简介

2024年3月，南京大学物理学院杜灵杰团队在量子科技领域取得了重大突破，首次成功观察到分数量子霍尔液体中的引力子模，这也是全球首次探测到类引力子。

推荐理由

该工作是量子科技领域的一项重大原创科技创新成果，标志着自上世纪30年代引力子概念提出以来，在世界上首次观察到具有引力子特征的准粒子，开辟了在凝聚态物质中研究量子引力物理的新道路。该创新成果为理解关联电子物态的微观结构和相互作用机制打开了新方向，对于推动拓扑量子计算的发展具有重要意义。自主研发的精密光学设备达到国际领先水平，有望显著提升极弱光信号探测能力。该成果获得人民日报、新华社和CCTV等平台的专题报道。

成果详情

引力波是广义相对论的重要预言，近年来已被实验成功探测。根据量子力学的核心概念——波粒二象性，早在上世纪30年代，引力波就被推测对应着一种自旋2的粒子，即引力子；能否发现引力子是连接广义相对论与量子力学的关键，对科技发展具有深远意义。近年来，理论物理学家尝试将广义相对论的几何描述方法引入凝聚态物质，特别是应用于分数量子霍尔液体等强关联量子液体。他们推测，分数量子霍尔液体中可能会涌现出一种“类引力子”。这种准粒子是引力子的凝聚态类比，表现为自旋2的低能集体模式激发，所以被称为“引力子激发”或“引力子模”。然而，引力子激发乃至类引力子，实验上都一直未观察到。

(左)量子度规描述电子系统基本单位的形状。

(右)度规导致的形状变化产生低能集体模式激发

南京大学物理学院杜灵杰领导量子极端测量实验室团队，历时三年多，自主设计、组装了具有世界领先水平的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射测量平台，填补了引力子模相关测量设备的国际空白。利用这一先进设备，杜灵杰作为项目负责人，联合国际团队在砷化镓量子阱中通过圆偏振光研究了分数量子霍尔液体集体激发的自旋，能量和动量特征，成功观察到了引力子模，这标志着实验上首次探测到类引力子。这种类引力子的实验发现从两维空间角度证实了度规扰动的量子是自旋2的低能激发，标志着首次在真实系统中揭示引力子物理的量子规律，进而为在凝聚态物质中探索量子引力问题提供了新路径。同时该成果证实了分数量子霍尔效应全新的几何描述，开启了从几何视角研究关联量子物态的新方向，有望对探测半导体电子系统的微观结构及实现拓扑量子计算起到关键作用。研究成果以“Evidence for chiral graviton modes in fractional quantum Hall liquids”为题发表于《自然》。南京大学为论文第一单位，杜灵杰为通讯作者。

(a)极低温强磁场共振非弹性偏振光散射测量平台

(b)引力子激发的手性自旋2特性

(c)引力子激发峰峰宽揭示其长波特性

(d) 引力子激发能量特征

通过圆偏振光在砷化镓量子阱中测量

分数量子霍尔效应的引力子激发（引力子模）

祝贺入选团队！

期待更多南大人

在勇攀科技高峰的征途中

蒸蒸日上，硕果累累！

不忘初心，砥砺前行！

再创佳绩，争做表率！