Measurement of the quantum-mechanical phase in quantum matter provides the most direct manifestation of the underlying abstract physics. We used resonant x-ray scattering to probe the relative phases of constituent atomic orbitals in an electronic wave function, which uncovers the unconventional Mott insulating state induced by relativistic spin-orbit coupling in the layered 5 d transition metal oxide Sr 2 IrO 4 . A selection rule based on intra-atomic interference effects establishes a complex spin-orbital state represented by an effective total angular momentum = 1/2 quantum number, the phase of which can lead to a quantum topological state of matter.

Laser pulses are used to enable coherent transport between the copper oxide planes of a cuprate superconductor.

Visible photoluminescence was observed in ultrafine Si particles at room temperature. Transmission electron microscopy revealed that Si microcrystallites were embedded in a Si oxide matrix for the sample which emitted the light. The emission energy depended on crystallite size in the range from 2.8 to 5 nm. The inverse relation between emission energy and the square of the crystallite size indicates that carrier confinement in the Si microcrystallites causes this photoluminescence phenomenon.

The phase diagram of hole-doped copper oxides shows four different electronic phases existing at zero temperature. Familiar among these are the Mott insulator, high-transition-temperature superconductor and metallic phases. A fourth phase, of unknown identity, occurs at light doping along the zero-temperature bound of the 'pseudogap' regime. This regime is rich in peculiar electronic phenomena, prompting numerous proposals that it contains some form of hidden electronic order. Here we present low-temperature electronic structure imaging studies of a lightly hole-doped copper oxide: Ca2-xNaxCuO2Cl2. Tunnelling spectroscopy (at energies |E| > 100 meV) reveals electron extraction probabilities greatly exceeding those for injection, as anticipated for a doped Mott insulator. However, for |E| < 100 meV, the spectrum exhibits a V-shaped energy gap centred on E = 0. States within this gap undergo intense spatial modulations, with the spatial correlations of a four CuO2-unit-cell square 'checkerboard', independent of energy. Intricate atomic-scale electronic structure variations also exist within the checkerboard. These data are consistent with an unanticipated crystalline electronic state, possibly the hidden electronic order, existing in the zero-temperature pseudogap regime of Ca2-xNaxCuO2Cl2.

We report the inducement of a ferromagnetic order by photogenerated carriers in a novel III-V--based magnetic semiconductor heterostructure $p$-(In,Mn)As/GaSb grown by molecular beam epitaxy. At low temperatures $(<35\mathrm{K})$, samples preserve ferromagnetic order even after the light is switched off, whereas they recover their original paramagnetic condition above 35 K. The results are explained in terms of hole transfer from GaSb to InMnAs in the heterostructure, which enhances a ferromagnetic spin exchange among Mn ions in the InMnAs layer.

Removing electrons from the CuO 2 plane of cuprates alters the electronic correlations sufficiently to produce high-temperature superconductivity. Associated with these changes are spectral-weight transfers from the high-energy states of the insulator to low energies. In theory, these should be detectable as an imbalance between the tunneling rate for electron injection and extraction—a tunneling asymmetry. We introduce atomic-resolution tunneling-asymmetry imaging, finding virtually identical phenomena in two lightly hole-doped cuprates: Ca 1.88 Na 0.12 CuO 2 Cl 2 and Bi 2 Sr 2 Dy 0.2 Ca 0.8 Cu 2 O 8+δ . Intense spatial variations in tunneling asymmetry occur primarily at the planar oxygen sites; their spatial arrangement forms a Cu-O-Cu bond-centered electronic pattern without long-range order but with 4 a 0 -wide unidirectional electronic domains dispersed throughout ( a 0 : the Cu-O-Cu distance). The emerging picture is then of a partial hole localization within an intrinsic electronic glass evolving, at higher hole densities, into complete delocalization and highest-temperature superconductivity.

We report the discovery of a large negative thermal expansion (NTE) up to α=−25×10−6K−1 (α: coefficient of linear thermal expansion) in Ge-doped anti-perovskite manganese nitrides Mn3AN (A=Cu,Zn,Ga). This gigantic NTE is several to ten times higher than that of commercially available NTE materials. The discontinuous lattice expansion seen in pure Mn3AN is broadened by Ge substitution over a wide temperature window, at widest ΔT∼100K, around room temperature. Such a large, isotropic and nonhysteretic NTE is desirable for practical applications.

The in-plane resistivity (${\mathrm{\ensuremath{\rho}}}_{\mathit{a}\mathit{b}}$) of ${\mathrm{La}}_{2\mathrm{\ensuremath{-}}\mathit{x}}$${\mathrm{Sr}}_{\mathit{x}}$${\mathrm{CuO}}_{4}$ has been studied over a wide temperature (4--1000 K) and composition range (0x0.35). The much discussed T-linear resistivity is observed only in the narrow composition region associated with optimal superconductivity. In the underdoped range (x0.1), we observe first indications of resistivity saturation and analyze the resistivity as indicative of a ``small'' Fermi surface. In the overdoped range (x>0.2), ${\mathrm{\ensuremath{\rho}}}_{\mathit{a}\mathit{b}}$ follows a novel power-law dependence, \ensuremath{\rho}\ensuremath{\infty}${\mathit{T}}^{1.5}$, over the entire temperature range up to 1000 K.

One view of the high-transition-temperature (high-Tc) copper oxide superconductors is that they are conventional superconductors where the pairing occurs between weakly interacting quasiparticles (corresponding to the electrons in ordinary metals), although the theory has to be pushed to its limit. An alternative view is that the electrons organize into collective textures (for example, charge and spin stripes) which cannot be 'mapped' onto the electrons in ordinary metals. Understanding the properties of the material would then need quantum field theories of objects such as textures and strings, rather than point-like electrons. In an external magnetic field, magnetic flux penetrates type II superconductors via vortices, each carrying one flux quantum. The vortices form lattices of resistive material embedded in the non-resistive superconductor, and can reveal the nature of the ground state-for example, a conventional metal or an ordered, striped phase-which would have appeared had superconductivity not intervened, and which provides the best starting point for a pairing theory. Here we report that for one high-Tc superconductor, the applied field that imposes the vortex lattice also induces 'striped' antiferromagnetic order. Ordinary quasiparticle models can account for neither the strength of the order nor the nearly field-independent antiferromagnetic transition temperature observed in our measurements.