六、星地激光链路试验

　　随着航天技术的发展，需要从卫星下传给人们的信息越来越多，传统的卫星微波通信技术已经遇到了信息传输的瓶颈问题。如果用激光光束在空间架设“光缆”，使高速信息从卫星传到地面，将极大地提高星间、星地的信息传输能力，有效地解决这一难题，这就是卫星激光通信技术，所建立的星地之间激光信息传输通道就是星地激光链路。

　　卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等独特优点，采用该技术可以建立空中高速信息公路，为用户提供高清图像、多媒体等巨大容量的通信服务。这是一项具有极大难度和广阔应用前景的军民两用新技术，美欧日等进行了多年研究，已进入到空间试验阶段。

　　哈尔滨工业大学卫星光通信团队在马晶、谭立英教授带领下进行了二十多年的艰苦攻关，突破了卫星光通信关键技术。在国防科工局民用航天项目支持下，哈工大成功进行了海洋二号卫星与光通信地面站之间的星地双向激光通信，链路距离近2千公里，光束对准精度达到微弧度量级，相当于针尖对麦芒的百倍，实现了“对得准、捕得快、跟得稳、通得好”。这是我国首次星地激光链路试验，主要技术指标达到了国际领先水平。

　　该项试验的成功，标志着我国在空间高速信息传输方面取得了重大突破，是我国卫星通信发展史上新的里程碑！

　　七、量子反常霍尔效应的实验观测

　　拓扑绝缘体是一种新的量子物质。这种体绝缘材料的表面存在受拓扑性质保护的导电态。理论预言，在铁磁性拓扑绝缘体薄膜中会存在量子反常霍尔效应，即不需要外加磁场的量子霍尔效应。当薄膜处于量子反常霍尔态时，其体内是绝缘的，边缘存在无能量耗散的导电通道。实现这一效应不但在科学上具有重要意义，还有可能推动新一代低能耗电子学器件的发展，有可能推动信息技术的革命。

　　从2009年开始，清华大学薛其坤院士带领的、由清华大学王亚愚、陈曦、贾金锋和中科院物理所马旭村、何珂、吕力组成的实验团队，理论上与美国斯坦福／清华大学张首晟以及中科院物理所方忠、戴希合作，对量子反常霍尔效应展开实验攻关。他们利用分子束外延技术制备出了高质量拓扑绝缘体薄膜，利用半导体能带工程得到了理想的电子结构，通过对生长过程原子尺度上的控制得到了几乎绝缘的铁磁性薄膜-Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3，并首次在实验上观测到量子反常霍尔效应，即在美国物理学家霍尔1881年发现反常霍尔效应132年后终于实现了反常霍尔效应的量子化。该成果发表在2013年《科学》杂志上。量子反常霍尔效应的实验发现是凝聚态物理基础研究领域的一项里程碑式的发现，是我国对世界物理学发展所做出一项重要贡献。

　　八、过渡金属导致物质从反芳香性向芳香性的突变

　　芳香性是芳香化学的基石。芳香性物质从日常生活到高科技领域均应用广泛。而反芳香性物种因极不稳定，已成功分离的极少。实现物质从反芳香性到芳香性的转变，是一个有待突破的重要科学难题。

　　我国科学家通过在反芳香环内嵌入金属的方法，首次合成并分离出全新芳香性物质金属杂戊搭炔。该化合物挑战化学键极限，分子内含有小于130°的卡拜键角，过渡金属导致物质从反芳香性到芳香性的突变，两者均为颠覆传统概念的突破。代表作发表于《Nature Chemistry》今年第8期。该杂志同步发表以“Breaking the rules”为题的专评。《Nature China》、《Science News》、美国化学会《Noteworthy Chemistry》、我国基金委网站和俄罗斯化学新闻等发表了专评或报道。诺贝尔化学奖得主Roald Hoffmann对该成果也给予了高度评价。

　　此项原创性研究历经4年协同攻关，厦门大学夏海平教授为项目总负责人，朱军副教授为理论计算负责人，李顺华副教授负责产物的荧光性能研究，博士生朱从青为产物合成与结构表征的主要贡献者。参加该工作的还有多位厦门大学的其他师生。美国佐治亚大学Paul Schleyer教授参与了理论计算讨论。

　　夏海平课题组2013年度围绕金属杂芳香体系发表了十篇相关论文。这类新芳香体异常稳定、其光电特性与传统有机芳香体截然不同，在生物医学、光电材料和太阳能利用等领域应用前景广阔。

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　　九、纳米孪晶结构极硬立方氮化硼

　　超硬工具在现代加工业中发挥着愈来愈重要的作用。同时提高超硬工具材料的硬度、韧性和稳定性一直是科学界和产业界的共同追求。以燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室田永君教授为首的中外科学家首先建立了多晶共价材料硬化的理论模型，发现在纳米尺度硬度应源于霍尔-佩奇效应和量子限域效应的共同贡献；随后他们通过具有类似俄罗斯套娃晶体结构的洋葱BN在高温高压下的马氏体相变合成了纳米孪晶立方氮化硼。该材料的硬度超过人工金刚石单晶，韧性优于商用硬质合金，抗氧化温度高于立方氮化硼单晶本身。同时他们还发现纳米孪晶立方氮化硼随孪晶厚度减小能够持续硬化到3.8纳米，突破了大家熟知的材料硬化的尺寸下限（约10纳米）。本研究发展的基本原理和合成技术同样适用于合成纳米孪晶金刚石及其复合材料，从此综合性能更加优异的系列刀具材料将会诞生，并将在机械加工、地质勘探、石油和天然气采掘等行业中发挥重要作用。

　　上述研究成果发表在2013年1月的Nature杂志上。Nature封面和目录页对论文进行了导读，导读题目“硬时代：现在立方氮化硼在其极硬态与金刚石相匹敌”形象而生动地介绍了该文，同时配发了合成样品的原图，众多著名的国际性学会、媒体和杂志对此也进行了报道。