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原子制造中的物质间相互作用基础:现状、前景和挑战

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物理 2023年第6期52卷 381-393页

作者：王聪程志海季威中国人民大学物理学系、量子态构筑与测控教育部重点实验室北京100872

材料是支撑人类文明大厦的基石,历史中材料制造加工技术的突破不断推动人类文明变革。“自上而下”地提高制造和加工精度,控制和利用原子特性“自下而上”地创制新材料,这两条技术路线共同指向了一种未来制造方式——原子制造。物质间... 详细信息

材料是支撑人类文明大厦的基石,历史中材料制造加工技术的突破不断推动人类文明变革。“自上而下”地提高制造和加工精度,控制和利用原子特性“自下而上”地创制新材料,这两条技术路线共同指向了一种未来制造方式——原子制造。物质间相互作用是控制原子行为和特征进而实现原子制造的基础。文章围绕原子制造中可能涉及的物质间相互作用规律及其在原子制造中的潜在应用,首先介绍了如何实现单原子的探测与控制,进而着重探讨控制原子行为和特征到创制新材料、构筑超原子新结构的研究进展,最后就原子制造中的机遇与面临的挑战进行了展望。

关键词：原子制造单原子操控超原子材料团簇物性定制单原子探测

磁性拓扑绝缘体MnBiTe(BiTe)n的扫描开尔文探针显微术研究

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真空科学与技术学报 2022年

作者：米烁郭剑锋王欢夏天龙程志海中国人民大学物理学系北京市光电功能材料与器件重点实验室

本征磁性拓扑绝缘体MnBiTe(BiTe)由于具有量子反常霍尔效应等新奇物理现象备受关注，该体系材料是由MnBiTe(MBT层)和BiTe(BT层)堆叠而成的层状范德华异质结构，因其易于实验剥离，人们对它的研究兴趣由块体材料转向二维薄膜，发现其层...

本征磁性拓扑绝缘体MnBiTe(BiTe)由于具有量子反常霍尔效应等新奇物理现象备受关注，该体系材料是由MnBiTe(MBT层)和BiTe(BT层)堆叠而成的层状范德华异质结构，因其易于实验剥离，人们对它的研究兴趣由块体材料转向二维薄膜，发现其层厚奇偶性特征与磁性拓扑性质密切相关。目前未有研究表明如何分辨二维极限下材料表面的解理面类型，阻碍了此材料薄膜体系中新奇现象的深入研究。本文利用扫描开尔文探针显微术(SKPM)，研究了MnBiTe(BiTe)体系解理面的表面电学性质，利用其表面电学性质分辨解理面类型，并进一步探究解理面在大气环境下的稳定性以及材料表面电势对磁性的影响。研究表明，BT层的表面电势高于MBT层，通过SKPM图可分辨MnBiTe中解理面类型。MnBiTe和MnBiTe中不同的BT层表面电势相等，其类型可结合SKPM像和AFM像进行分辨。此外，研究发现此体系材料在大气环境中长时间放置会导致BT层与MBT层的表面电势升高，同时BT层与MBT层间电势差减小。SKPM作为一种分辨解理面类型的手段为深入研究此体系薄层材料的磁性拓扑性质提供了帮助，也为研究其他范德华异质结构的表面电学性质提供了新方法和思路。

关键词：

手性超导体4Hb-TaS的开尔文探针力显微术研究

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真空科学与技术学报 2023年

作者：张浩岩郭剑锋米烁李松洋程志海中国人民大学物理学系量子态构筑与测控教育部重点实验室中国人民大学物理学系北京市光电功能材料与器件重点实验室

范德瓦尔斯材料是一类由数层相同或不同的共价键原子薄层通过层间微弱的范德华相互作用连接起来的新型薄层材料，其中由超导体1H-TaS2和莫特绝缘体1T-TaS2交替堆叠而成的4Hb-TaS2因其独特的二维层状结构、优良的电子特性和特殊的层间电... 详细信息

范德瓦尔斯材料是一类由数层相同或不同的共价键原子薄层通过层间微弱的范德华相互作用连接起来的新型薄层材料，其中由超导体1H-TaS2和莫特绝缘体1T-TaS2交替堆叠而成的4Hb-TaS2因其独特的二维层状结构、优良的电子特性和特殊的层间电荷转移备受关注。目前关于如何调控这种特殊层间电荷转移的研究较少，使得4Hb-TaS2的电学性质仍然有较大的研究空间。在本文中，以开尔文探针力显微术(KPFM)为表征手段，研究了4Hb-TaS2的表面电势差，结合表面形貌信息可以实现对其表面解理层的分辨。通过高温退火实现了T-H转化，成功制备了4Hb-Ta1-xTixS2(x=0.005)，并在此基础上探究了不同元素掺杂对4Hb-TaS2表面电学性质的影响。研究发现，通过掺杂不同元素，能够调控4Hb-TaS2中层间电荷转移能力，影响其表面电势差的大小，Ti掺杂后4Hb-TaS2的表面电势差明显增大，而Se掺杂后表面电势差减小。此外，研究发现4Hb-TaS2除了T层、H层正常交替堆垛外，还存在部分堆垛层错的现象。实现层间电荷转移的可控调控对进一步探究4Hb-TaS2的层间电荷转移具有一定的帮助，同时也对其他范德瓦尔斯材料的层间电荷转移和表面电学性质的研究提供了新启发。

关键词：范德瓦尔斯材料表面电势开尔文探针力显微镜电荷转移

磁性拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)(Bi_(2)Te_(3))_(n)的扫描开尔文探针显微术研究

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真空科学与技术学报 2022年第8期42卷 584-591页

作者：米烁郭剑锋王欢夏天龙程志海中国人民大学物理学系北京市光电功能材料与器件重点实验室北京100872

本征磁性拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)(Bi_(2)Te_(3))_(n)由于具有量子反常霍尔效应等新奇物理现象备受关注,该体系材料是由MnBi2Te4(MBT层)和Bi2Te3(BT层)堆叠而成的层状范德华异质结构,因其易于实验剥离,人们对它的研究兴趣由块体材料转... 详细信息

本征磁性拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)(Bi_(2)Te_(3))_(n)由于具有量子反常霍尔效应等新奇物理现象备受关注,该体系材料是由MnBi2Te4(MBT层)和Bi2Te3(BT层)堆叠而成的层状范德华异质结构,因其易于实验剥离,人们对它的研究兴趣由块体材料转向二维薄膜,发现其层厚奇偶性特征与磁性拓扑性质密切相关。目前未有研究表明如何分辨二维极限下材料表面的解理面类型,阻碍了此材料薄膜体系中新奇现象的深入研究。本文利用扫描开尔文探针显微术(SKPM),研究了MnBi_(2)Te_(4)(Bi_(2)Te_(3))_(n)体系解理面的表面电学性质,利用其表面电学性质分辨解理面类型,并进一步探究解理面在大气环境下的稳定性以及材料表面电势对磁性的影响。研究表明,BT层的表面电势高于MBT层,通过SKPM图可分辨MnBi_(2)Te_(4)中解理面类型。MnBi_(6)Te_(10)和MnBi_(8)Te_(13)中不同的BT层表面电势相等,其类型可结合SKPM像和AFM像进行分辨。此外,研究发现此体系材料在大气环境中长时间放置会导致BT层与MBT层的表面电势升高,同时BT层与MBT层间电势差减小。SKPM作为一种分辨解理面类型的手段为深入研究此体系薄层材料的磁性拓扑性质提供了帮助,也为研究其他范德华异质结构的表面电学性质提供了新方法和思路。

关键词：磁性拓扑绝缘体表面电势原子力显微镜扫描开尔文探针显微镜

腹膜外腹腔镜疝气修补术治疗老年腹股沟疝的效果及复发率评价

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中文科技期刊数据库（全文版）医药卫生 2022年第11期 26-28页

作者：程志海山东省平度市明村中心卫生院山东平度266723

探讨腹膜外腹腔镜疝气修补术治疗老年腹股沟疝的效果,以及对疾病复发率的影响。方法将60例于2020年3月-2021年2月期间我院收治的老年腹股沟疝患者纳入研究,并以等量电脑随机法均分成A、B两组。予以A组传统疝修补术治疗,B组腹膜外腹腔... 详细信息

探讨腹膜外腹腔镜疝气修补术治疗老年腹股沟疝的效果,以及对疾病复发率的影响。方法将60例于2020年3月-2021年2月期间我院收治的老年腹股沟疝患者纳入研究,并以等量电脑随机法均分成A、B两组。予以A组传统疝修补术治疗,B组腹膜外腹腔镜疝气修补术治疗,并对比疗效。结果术中出血量,手术用时、术后胃肠功能恢复及住院时间B组分别为(33.79±4.45ml、62.89±8.17min、1.38±0.41d、4.12±0.57d)均少于A组的(43.78±9.56ml、84.17±12.36min、2.24±0.57d、7.44±1.22d),对比(t7.866、5.188、6.708、13.504,P均<0.05)。术后12、24、48及72h疼痛评分B组(2.54±0.87分、2.31±0.59分、2.01±0.54分、1.59±0.36分)均低于A组的(3.35±0.97分、3.11±0.64分、2.89±0.74分、2.11±0.61分),对比(t3.404、5.034、5.262、4.021,P均<0.05)。术后并发症发生率及疾病复发率B组(6.67%、3.33%)均低于A组的(26.67%、20.00%),对比(x24.320、4.043,P均<0.05)。结论对老年腹股沟疝患者展开腹膜外腹腔镜疝气修补术治疗,可提升术后治疗安全性,缓解术后疼痛,降低疾病复发率,同时亦可加快术后康复速度,更加适用于老年患者。

关键词：腹膜外腹腔镜疝气修补术老年患者腹股沟疝复发率术后疼痛

手性超导体4Hb-TaS_(2)的开尔文探针力显微术研究

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真空科学与技术学报 2023年第10期43卷 825-833页

作者：张浩岩郭剑锋米烁李松洋程志海中国人民大学物理学系量子态构筑与测控教育部重点实验室北京100872 中国人民大学物理学系北京市光电功能材料与器件重点实验室北京100872

范德瓦尔斯材料是一类由数层相同或不同的共价键原子薄层通过层间微弱的范德华相互作用连接起来的新型薄层材料,其中由超导体1H-TaS_(2)和莫特绝缘体1T-TaS_(2)交替堆叠而成的4Hb-TaS_(2)因其独特的二维层状结构、优良的电子特性和特殊... 详细信息

范德瓦尔斯材料是一类由数层相同或不同的共价键原子薄层通过层间微弱的范德华相互作用连接起来的新型薄层材料,其中由超导体1H-TaS_(2)和莫特绝缘体1T-TaS_(2)交替堆叠而成的4Hb-TaS_(2)因其独特的二维层状结构、优良的电子特性和特殊的层间电荷转移备受关注。目前关于如何调控这种特殊层间电荷转移的研究较少,使得4Hb-TaS_(2)的电学性质仍然有较大的研究空间。在文章中,以开尔文探针力显微术(KPFM)为表征手段,研究了4Hb-TaS_(2)的表面电势差,结合表面形貌信息可以实现对其表面解理层的分辨。通过高温退火实现了T-H转化,成功制备了4Hb-Ta1-xTixS_(2)(x=0.005),并在此基础上探究了不同元素掺杂对4Hb-TaS_(2)表面电学性质的影响。研究发现,通过掺杂不同元素,能够调控4Hb-TaS_(2)中层间电荷转移能力,影响其表面电势差的大小,Ti掺杂后4Hb-TaS_(2)的表面电势差明显增大,而Se掺杂后表面电势差减小。此外,研究发现4Hb-TaS_(2)除了T层、H层正常交替堆垛外,还存在部分堆垛层错的现象。实现层间电荷转移的可控调控对进一步探究4Hb-TaS_(2)的层间电荷转移具有一定的帮助,同时也对其他范德瓦尔斯材料的层间电荷转移和表面电学性质的研究提供了新启发。

关键词：范德瓦尔斯材料表面电势开尔文探针力显微镜电荷转移

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高次谐振微悬臂的有限元设计与分析

中国科学：技术科学 2016年第10期46卷 1086-1096页

作者：郑志月许瑞程志海国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越中心和纳米标准与检测重点实验室北京100190

多频原子力显微术(MF-AFM)是近些年发展的包含一大类先进原子力显微术的新技术,具有很高的空间分辨率,不仅可以实现更多样品物性的表征,还具有时间分辨的非线性力的探测能力.MF-AFM的基本原理是对微悬臂探针的多个振动频率进行激励和探... 详细信息

多频原子力显微术(MF-AFM)是近些年发展的包含一大类先进原子力显微术的新技术,具有很高的空间分辨率,不仅可以实现更多样品物性的表征,还具有时间分辨的非线性力的探测能力.MF-AFM的基本原理是对微悬臂探针的多个振动频率进行激励和探测,而这些振动频率通常与微悬臂的高次谐波振动或本征模式有关,因此,实现这一新技术的关键是设计特殊的微悬臂.传统AFM中应用较为广泛的颇具代表性的传统微悬臂有硅微悬臂与石英音叉微悬臂等.传统矩形硅微悬臂的二阶弯曲本征模式与基础模式的频率比为6.27,而石英音叉微悬臂的二阶弯曲本征模式与基础模式的频率之比无统一的值,但均为非整数,直接利用传统微悬臂去探测高次谐振信号是非常困难的.基于微悬臂的共振放大效应,本文通过改变微悬臂的质量分布,讨论了传统硅微悬臂和石英音叉微悬臂本征模式的变化,调谐其高阶本征模式与基础模式间频率的耦合关系.通过理论计算和有限元分析,设计了二阶弯曲本征模式与基础模式的频率比为整数倍关系的特殊硅微悬臂与石英高次谐振型微悬臂,部分特殊微悬臂还涉及了一阶扭转模式与基础模式的耦合.

关键词：多频原子力显微术微悬臂高阶模式高次谐振有限元分析

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石墨烯及其衍生物掺配水泥基材料研究进展

复合材料学报 2021年第2期38卷 339-360页

作者：程志海杨森袁小亚重庆交通大学材料科学与工程学院重庆400074

石墨烯及其衍生物因其独特的结构及优异的性能在改善基水泥材料的抗拉强度、韧性、耐久性及赋予水泥基材料功能性等方面表现出良好的应用前景。本文简述了石墨烯、氧化石墨烯(GO)的结构特点及性能,归纳了各自的制备方法;对石墨烯及其衍... 详细信息

石墨烯及其衍生物因其独特的结构及优异的性能在改善基水泥材料的抗拉强度、韧性、耐久性及赋予水泥基材料功能性等方面表现出良好的应用前景。本文简述了石墨烯、氧化石墨烯(GO)的结构特点及性能,归纳了各自的制备方法;对石墨烯及其衍生物在水泥基材料中的分散进行了综述;重点综述了石墨烯及其衍生物掺配水泥基材料的力学性能、流变性能、电学性能、热学性能、压敏性能等研究进展;分析了目前研究中存在的问题,并对研究趋势进行展望。

关键词：石墨烯氧化石墨烯水泥基材料分散研究进展

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多频原子力探针显微技术

中国科学：技术科学 2016年第5期46卷 437-450页

作者：郑志月许瑞程志海国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越中心和纳米标准与检测重点实验室北京100190

不断提高空间分辨率、数据采集速度以及实现材料性质的成像,一直以来就是原子力显微术的发展目标.目前,最可能实现这一目标的手段是近些年发展的多频原子力显微术.多频原子力显微术,即利用多频率激励和/或多频率探测微悬臂的振动信号来... 详细信息

不断提高空间分辨率、数据采集速度以及实现材料性质的成像,一直以来就是原子力显微术的发展目标.目前,最可能实现这一目标的手段是近些年发展的多频原子力显微术.多频原子力显微术,即利用多频率激励和/或多频率探测微悬臂的振动信号来研究样品纳米物性的一大类AFM技术.它可以实现针尖与样品间作用非线性信息的提取,在组分探测灵敏度、时间和空间成像分辨率等方面展现了巨大的优势.文中综述了多频原子力显微术所包含的不同实现方法的基本原理,并介绍了它们在高分辨成像、纳米力学、材料、生物等方面的前沿应用实例.此外,为探索多频原子力显微术,我们提出了一种特殊的高次谐振型石英音叉微悬臂模型.最后,文章展望了多频原子力显微术的下一步技术发展和应用研究.

关键词：多频原子力显微术非线性相互作用高次谐振高阶模式