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超导电子学研究所电子科学与工程学院电子工程系超导电子学研究所(RISE)教育部创新研究团队1个江苏省高校优秀科技创新团队1个千人计划1人长江特聘教授1人、拔尖计划1人教育部新世纪优秀人才2人江苏省333工程2人江苏省青蓝工程2人教授7人、高级工程师1人讲师2人、实验技术人员2人吴培亨院士人才队伍超导薄膜（制备、表征、图形等）低温设备（液化器、制冷机、低温容器）超导结、电路、系统量子比特单光子探测太赫兹检测波谱学研究方向超导电子学研究所江苏省电磁波先进调控技术重点实验室地址：鼓楼校区蒙民伟楼26层电话：83592933或83593717唐仲英楼B406电话：83621280低温楼1层电话：83686769当温度降至一定时，许多材料的直流电阻突然消失，并排斥磁场，称为超导电性。正常态超导态抗磁性(迈斯纳效应)超导电性THz波的特点能量：50%的宇宙空间光子能量，大量星际分子的特征谱线在THz范围。特征：大量有机分子转动和振动跃迁、半导体的子带和微带能量在THz范围，可用于“指纹”识别和结构表征。安全性：THz光子能量小，不会引起生物组织的光离化，适合于生物医学成像。穿透性：THz辐射能穿透非金属和非极性材料，如纺织品、纸板、塑料、木料包装物。能穿透烟雾和浮尘。无损检测2003年,哥伦比亚号航天飞机,由于绝热泡沫缺陷，燃料箱上的绝热泡沫掉落在机翼上,机毁人亡.0.2THzimage美国Picometrix公司开发的宇宙飞船外壁薄板内部缺陷检查用THz成像系统已在美国国家宇航局（NASA）投入使用警方巡逻安全扫描,可及时发现人群中携带危险武器的恐怖分子军事作战中,远距离探测敌对分子的武器藏匿处军事应用前景中近程无人机成像侦察应用-反恐THz技术生化战争的预警中近程无人机成像侦察提高分辨率增加景深2011年Gartner列出六大电子类新技术QuantumDotDisplays（量子点显示）CognitiveRadio（认知无线电）TerahertzWaves（太赫兹波）MEMSDisplays（微机电系统显示）LithiumIronPhosphateBatteries（磷酸铁锂电池）450-mmWafers（450毫米晶圆）THz探测器B80(80km3)天文观测环境监测公共安检无损检测大容量通信应用:公共安全等-国家重大需求7种探测仪器：CCD立体相机、激光高度计(表成像,分辨率小于10米,1秒测5次)、X射线谱仪、γ射线谱仪(表面3维的化学成分)、微波探测器(特点：穿透土壤--厚度分布、氦3资源量分布，并有助于了解月球起源及演变、宇宙起源的相关问题)、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器（空间环境）。应用：探月工程--国家大工程大型THz波天文计划SMA计划（0.2-0.9THz，Hawaii）ALMA-ACA,68x12m+12x7mantennas,0.03-0.95THzSpitzerSpaceTelescope(0.85m,1.5-10THz)HerschelSpaceTelescope(3.5m,0.5-1.9THz)SOFIA(US-German,2-100THz,2016)5K,10m,0.3-15THz,2015-2020日本研制的0.12THz无线通信实验系统，工作半径可达1.5公里THz通信：短距离，高速，大容量应用:通信-国家重大需求Tb/s性能指标达国际先进水平（器件噪声温度低于10倍量子极限）从纳米器件制备到信号检测完全自主的产权满足了实用需求芯片的光学照片高灵敏THz接收机IEEETrans.onAppl.Supercond.,19,278(2009).IEICETrans.Elec.,E93-C,473(2010).IEEETrans.onAppl.Supercond.,21,667(2011).接收机性能国际知名小组比较THz安检系统特点：1)相对于X光：对人体无损害;足够的空间分辨率。2)相对于微波：体积小，可移动性高；空间分辨率高。右上图：实物照片；右下图：示意框图。控制系统成像结果显示物体THz探测器(D)扫描系统光子是传递电磁相互作用的基本粒子，单光子探测技术代表着量子辐射探测技术的极限水准SSPD光子数：～1019/sIBIBe-e-BrokenCooperPairse-e-超导单光子探测器(SSPD)051015200.00.40.81.2OutputVoltage,a.u.Time,nsSimulatedOutputVoltage50nm光波长(nm)40466013101550最大效率35%30%10.2%4.1%效率（DCR10c/s）30%20%6.0%3.0%可移动超导单光子探测器SSPD系统集成利用量子力学中的测不准关系确保通信的保密SSPD应用—量子保密通信（极化、位相等）传输密钥Experimentalresults(PhasematchingismonitoredbyCCD)BySSPDByPMT788nm1610nmAftercalibrationDarkCountNocalibrationMonocycleEntangledPhotonsdetectionCooperatedwithOsakaUniversity(inprogress)..光时域反射仪熔接弯折活动连接器断裂光纤尾端光缆OTDR测试显示相对光功率激光器耦合器脉冲发生器光监测器数据分析及其显示机械固定连接头在OTDR中的应用测量光纤中的特性：距离、损耗、衰减、反射（optical-time-domainreflectometry）SSPD应用--与南大光通信工程研究所合作SSPD100km通信光纤OTDR快速精确测量在OTDR中的应用0.00.51.01.52.02.5-15-10-505051015202530-15-10-505(d)(c)(b)5*log(R)distance(km)(a)-2-10123456702426.762kmCountrelativedistance(m)×1022060.98m5*log(R)Length(km)-2-1012345670510152025Countrelativedistance(m)空间分辨率6.5cm在OTDR中的应用应用-保密量子计算量子计算比经典计算的优越性例子：N位数的质因子分解所需时间通信的高速，大容量化，保密化保密及解密能力的大幅提高（1宇宙年龄=1.5x1010年=150亿年）经典计算（1600个工作站同时）N=129，8个月N=1000，1025年量子计算瞬间几秒实验结果理论计算结果完全一致！NatureCommunications1:51(2010)超导量子比特中的宏观量子现象实验上率先实现了对包含三个量子比特的固态量子系统的相干操控350400450500-25-20-15-10-500T0.1T0.3T0.5T0.7T1.0Tf(GHz)Transmission(dB)6K验证了多种低损耗THz传输调制的人工电磁材料ELC结构的温度调控SRR结构的磁场调控Opt.Express,16,(2008),8617;18,(2010),17504;19,(2011),1101;19,(2011),12021;20,(2012),42.Appl.Phys.Lett.99,(2011),161113.实验室条件超净室和平面工艺高频电磁测量极低温条件先进的实验条件面积：约2000平米微波暗室洁净室电磁屏蔽室微加工中心主要设备电子束书写系统表面轮廓仪光刻机离子刻蚀机磁控溅射设备100GHz200GHz300GHz500GHz毫米波固体信号发生器35GHz－－770GHz最高频率:4.25THz远红外气体激光器THz源THz时域谱仪（低温）红线:泵浦光紫线:探测光蓝线:THz脉冲低温：4.2K氦3制冷机（280mK)稀释制冷机（8mK）极低温系统经费充足研究条件完备973项目3个863项目2个军口863项目3个……近五年总经费5000余万元学术地位、升造、就业……金建民美国Illinois大学教授阎修林中电集团28所副所长童玉美国Miami大学教授金兴明上海杨浦区区长陈健南京大学教授长江学者杨建华中电集团51所所长仲正中美国Apple公司部门经理张旭明美国Mavrix公司经理孙志均美国Motorola公司主任刘祖深中电集团41所总工张永明美国QUASAR公司副总裁沈乃秀美国保险公司财务部精算师宋继明美国Iowa大学副教授肖强美国Delaware大学教授赵欢联想控股公司副总裁周家槐美国Cisco公司于全中国工程院院士冯一军南京大学教授金飚兵南京大学教授新世纪人才张晖美国idt公司王华兵南京大学教授千人计划伍瑞新南京大学教授王晓波加拿大一对冲基金评估师单文磊中科院紫金山天文台研究员百人计划尤立星中科院上海微系统所研究员百人计划孙国柱南京大学教授新世纪人才……近年学生短期进修张彩虹日本大阪大学（6个月）钟扬音日本材料科学研究所（6个月）姜振国日本材料科学研究所（6个月）许钦印日本理化研究所（3个月）李梦月日本材料科学研究所（1年）花涛日本材料科学研究所（3个月）赵清源美国MIT（1年）……研究高灵敏太赫兹探测器、高效率太赫兹辐射源、先进人工电磁材料和功能器件、高性能单光子探测器、固态量子多比特及其宏观量子效应等，探索实用型电子器件的实现。无线电物理电磁场与微波技术人工电磁材料太赫兹技术量子信息技术功能器件等超导量子比特等高灵敏探测等总结专业目标用物理学和电子学的基本理论方法和近代实验技术手段，探索新材料的制备方法，以开发新型的电子器件和系统，并在实际中推广应用。超导薄膜制备性能表征工艺掩模版光刻刻蚀器件设计核心电路耦合电路高性能器件超导SIS混频器Josephson结混频器THz测热辐射计超导单光子检测器超导量子比特…磁控溅射电子束蒸发微波谐振腔法THz时域光谱法通信，雷达，量子计算，国家安全，天文观测等吴培亨院士王华兵千人计划陈健长江学者许伟伟博导金飚兵博导康琳教授孙国柱博导曹春海教授级高工学术骨干：