课题组简介

  张成，复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院研究员、博士生导师。主要从事量子材料和器件研究，代表性工作包括发现基于外尔轨道的三维量子霍尔效应、高导电率拓扑表面态和开发声电探测技术等。在Nature、Nature Materials、PRL等重要学术期刊以通讯或第一作者发表多篇论文，研究工作获Science等学术期刊亮点报道。入选国家高层次人才计划青年拔尖人才、上海市东方英才计划领军项目、上海市教委曙光学者、上海市青年拔尖人才和上海市青年科技英才扬帆计划等人才项目，主持国家重点研发计划青年项目，上海市基础研究特区计划、基金委重大研究计划培育项目和面上项目等。

  课题组主要开展对低维量子体系的物理机制和器件应用的研究，重点关注拓扑表面态、低维半导体等体系的电学性质、声电效应及相关器件研究。

 项目名称

声电量子器件研究

项目背景 

随着信息技术向高频、微型化和量子化发展，传统电学探测手段在微纳尺度和射频波段面临分辨率不足、侵入性强等瓶颈，尤其难以高效读取自旋激发、激子等电中性自由度。与此同时，以二维材料、量子点、拓扑表面态为代表的新型低维量子材料及其衍生的量子器件亟需非破坏性、高带宽的片上读出与调控接口。声表波（SAW）因其亚微米波长、强局域场及与半导体的良好兼容性，成为连接经典电子学与量子物态的有力媒介。将SAW技术与先进半导体体系融合，不仅可突破传统探测极限，还能为构建新型声电量子器件提供物理平台。

项目内容 

  本项目课题组聚焦于声-电-自旋多场耦合的物理基础研究。团队在压电衬底上集成高质量半导体微纳结构（如摩尔超晶格、半导体纳米线和量子点等），利用声表面波传播时产生的动态压电场和应变场，驱动并调制半导体中的载流子输运。通过精密测量声波的相位、速度与衰减变化，实现了对载流子迁移率、散射机制及介电响应的非接触表征。更重要的是，在具有强自旋轨道耦合或超精细相互作用的体系中，声波可有效激发自旋极化流，并产生相干耦合，为探索声驱动自旋动力学和量子能级探测提供了新路径。

  在基础研究方面，课题组深入发展基于声电效应的新型功能器件。研究团队设计并制备了多种半导体-声学异质结构，实现了对声表面波传播特性的主动调控。例如，通过栅压调控二维半导体中的载流子浓度，可实时调节声波的传播速度与衰减，进而构建电控可调声滤波器、声开关和声延迟线。这类有源声学器件突破了传统无源声学元件功能固定的限制，显著提升了射频前端系统的灵活性与集成度，为5G/6G通信和雷达系统提供了潜在解决方案。

  在量子器件方面，课题组重点探索声电器件在量子信息领域的应用潜力。利用声表面波作为高频自旋共振探测媒介，团队在半导体量子系统中研究声子介导的远程量子态探测与相干操控。计划通过声波的相位或频率自由度编码信息，并结合半导体门控实现局域读写，构建片上声电量子接口。该方向不仅将探索声波作为量子信息通道的可行性，也为未来混合量子系统（如声子-光子-自旋耦合架构）的发展奠定器件基础。

项目总结

研究团队围绕半导体声电器件，贯通了从声电耦合基础物理到声电功能器件的完整链条。既发展了利用声波高灵敏探测半导体电荷与自旋信息的新方法，又实现了以半导体动态调控声学器件性能的技术突破，并计划拓展至量子信息读出与传输等前沿应用，展现出在下一代信息器件中的重要潜力。