不愧是浙大，一天3篇，第一单位Nature！

摘要：激光无处不在：从光纤通信到手术刀，从投影仪到人脸识别，激光器几乎支撑了整个信息社会。长期以来，硅、砷化镓等半导体是激光器的主要材料。但有一种新兴材料——金属卤化物钙钛矿，凭借成本低、可溶液加工、可调控发光波长等优势，成为光电领域的“明星”。然而，钙钛矿激光器一

今天凌晨《Nature》上线多篇论文，浙江大学三项成果同时在线发表。下面，就让小编带大家看一下这三个研究成果。

狄大卫教授、赵保丹教授和邹晨研究员：首个电驱动钙钛矿激光器

激光无处不在：从光纤通信到手术刀，从投影仪到人脸识别，激光器几乎支撑了整个信息社会。长期以来，硅、砷化镓等半导体是激光器的主要材料。但有一种新兴材料——金属卤化物钙钛矿，凭借成本低、可溶液加工、可调控发光波长等优势，成为光电领域的“明星”。然而，钙钛矿激光器一直卡在一个关键瓶颈：只能用光泵浦（光激发），无法电驱动。这就像一辆车只能靠“推”启动，不能靠发动机点火。

在此，浙江大学狄大卫教授、赵保丹教授和邹晨研究员设计出一种双微腔结构，成功实现了世界首个电驱动钙钛矿激光器。他们把一个高功率的钙钛矿微腔LED作为“驱动源”，垂直耦合到一个低阈值的单晶钙钛矿微腔中。前者输出强定向光，后者接收后实现激光放大。凭借这种结构，团队把激射阈值降到 92 A/cm²，比有机激光器低一个数量级。更让人惊喜的是，这种器件在室温、空气环境下就能稳定工作，寿命达到 1.8小时（超过6万次脉冲），远远超过已有的电驱动有机激光器。同时，它还展示出 36.2 MHz 的调制带宽，意味着未来有望直接应用于高速光通信和光计算。相关成果以“Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device”为题发表在《Nature》上，邹晨研究员为第一作者

图：集成双腔钙钛矿激光器的结构和基本光学特性。

2. 百量子比特处理器上的“隐形守护者”——拓扑零模的首次观测

量子计算机为什么容易“掉链子”？根本原因之一是量子态太脆弱，稍有环境干扰就会坍塌。科学家们一直在寻找“更稳的量子比特”，而拓扑物态就是一个备受期待的方向。

在此，浙江大学王浩华教授、郭秋江研究员和清华大学邓东灵教授合作利用一台 125比特超导量子处理器（实验中用了其中100个比特），首次在无杂质、有限温度的情况下，观测到了一种特殊的边界量子态——拓扑预热强零模（prethermal strong zero modes）。听起来很拗口，我们拆解一下：“拓扑零模”：存在于量子系统边界，能像“守护者”一样保持量子信息不被破坏。“预热”：指系统在长时间演化过程中仍保持稳定，哪怕不是绝对零度。意义：在真实世界里，量子设备不可能完全隔绝热噪声，所以能在有限温度下依然保持稳定的边界态，意义非凡。研究团队在模拟一种一维拓扑哈密顿量时，发现只要在链中人为设置“二聚化”（让相邻比特耦合强弱交替），系统就会出现额外的对称性，从而保护边界量子态。更惊人的是，他们还利用这些边界态实现了逻辑Bell态的制备，并展示了超长的相干时间。这意味着什么？在不依赖“杂质”或“无序”的情况下，人们找到了一种全新的量子保护机制。未来或许能基于这种机制，打造真正抗噪声的量子存储器，为量子计算机走向实用化奠定基础。相关成果以“Topological prethermal strong zero modes on superconducting processors”为题发表在《Nature》上，第一作者为Feitong Jin, Si Jiang, Xuhao Zhu为共同一作。

图1：量子处理器和理论模型

3.微生物也能“炼铁”？——发现铁-硫耦合新机制

在人类的传统认知里，硫化物和氧化铁之间的反应大多是“化学反应”，似乎和微生物没有多少关系。

但浙江大学陈松灿研究员联合维也纳大学Alexander Loy教授和Marc Mussmann教授证明了一种全新的自然过程：有些细菌可以同时“吃”掉硫化物和氧化铁，并在过程中完成能量获取。简单来说，这些微生物能够把溶液里的硫化物氧化成硫酸盐，同时把固态三价铁（铁锈的一种主要形态）“还原”为二价铁。这个过程过去被认为只能靠无机化学反应完成，如今却发现微生物能主导其中。研究团队通过基因组学大数据，发现这种能力在多达37个细菌和古菌门类中可能普遍存在；随后又通过培养实验，直接在一种名为 D. alkaliphilus 的细菌中验证了这一点。实验显示，这些细菌不仅能“催化”硫化物和铁之间的反应，而且反应速率远远快于无机过程。从应用潜力看，未来也许能利用这类“生物催化”机制进行污染治理，甚至开发新能源。相关成果以“Microbial iron oxide respiration coupled to sulfide oxidation”为题发表在《Nature》上，第一作者为陈松灿研究员。