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磁序与拓扑的耦合:从基础物理到拓扑磁电子学

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物理学报 2024年第1期73卷 24-30页

作者：刘恩克中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190

磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科,二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础.磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物,为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度.磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物... 详细信息

磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科,二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础.磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物,为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度.磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物态,通过拓扑增强的贝利曲率产生了一系列新奇的磁/电/热/光效应;而外尔电子与磁序的相互作用也使得拓扑电子物理有望成为磁电子学应用的新原理和驱动力.当前,新物态与新效应的发现是磁性拓扑材料第一阶段的主要任务和特征,而动量空间拓扑电子与实空间磁序的相互作用已经开始进入人们的视野.这两个阶段的深入发展,将为拓扑磁电子学积累必要的物理基础和应用尝试.本文着眼于磁性拓扑材料发展的两个阶段,讲述磁性拓扑材料的提出和实现、均一磁序下的拓扑电子态及新奇物性、局域磁态与拓扑电子的相互作用3个方面,阐述当前领域内的热点内容和发展趋势,并对拓扑磁电子学的未来发展进行了思考和展望,以助力未来拓扑自旋量子器件的快速发展.

关键词：拓扑物理磁性外尔半金属拓扑磁电子学

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阿秒脉冲串产生和相位信息重构的对比研究

物理学报 2024年第12期73卷 126-135页

作者：朱孝先高亦谈王羡之王一鸣王佶王兆华赵昆魏志义中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度.目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲.阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干... 详细信息

阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度.目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲.阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干涉的重构阿秒拍频(RABBITT)方法从能谱图中提取.本文研究了阿秒脉冲串的产生、测量和表征,通过自主设计建造的钛宝石放大器和阿秒束线进行实验获得光电子能谱图,并采用不同方法重构阿秒脉冲串的相位信息.这对于深入理解电子动力学并进行相关测量具有重要意义.

关键词：阿秒脉冲串相位重构 RABBITT方法阿秒条纹相机

Bi_(2)O_(2)Se纳米线的生长及其超导量子干涉器件

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物理学报 2024年第4期73卷 285-290页

作者：刘怀远肖建飞吕昭征吕力屈凡明中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 合肥国家实验室合肥230088

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2... 详细信息

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2)Se一维纳米线的方法,研究了云母衬底处于水平方向不同位置以及竖直方向不同高度对Bi_(2)O_(2)Se纳米线生长的影响,并归纳出适于其生长的优化条件.之后,基于生长的Bi_(2)O_(2)Se纳米线构建了超导量子干涉器件,并观测到随磁场的超导量子干涉,为拓宽Bi_(2)O_(2)Se纳米线的应用提供了思路.

关键词： Bi_(2)O_(2)Se纳米线化学气相沉积超导量子干涉器

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紧凑型冷原子高分辨成像系统光学设计

物理学报 2024年第6期73卷 316-322页

作者：沈晓阳成一灏夏林中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

对真空腔内的冷原子进行高分辨成像通常需要原子与像平面之间保持较大的距离,这不利于成像系统在光学元件密集的冷原子实验中实现.设计了一套显著降低原子与像平面距离的高分辨成像系统,实现了1μm的分辨率与50倍的放大率.仿真结果表明... 详细信息

对真空腔内的冷原子进行高分辨成像通常需要原子与像平面之间保持较大的距离,这不利于成像系统在光学元件密集的冷原子实验中实现.设计了一套显著降低原子与像平面距离的高分辨成像系统,实现了1μm的分辨率与50倍的放大率.仿真结果表明,通过改变透镜间距,可以适应0—15 mm厚度范围的真空窗口.该成像系统由数值孔径为0.47的显微物镜和有效焦距为1826 mm的远摄物镜组合而成.结合成像波长为470—1064 nm的仿真结果,该系统可以对钠、锂、铯等不同种类的原子进行高分辨成像.

关键词：冷原子实验高分辨成像光学设计

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光激发下水体系的超快动力学

物理学报 2024年第8期73卷 22-44页

作者：贾韫哲孟胜中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

近年来,实验技术和理论计算在实现超快时间尺度的分辨以及对于原子尺度微观细节的解析上都有了突破性进展,对于水体系的超快微观动力学也带来了更多新的认识.本文将视角集中于水分子、水团簇以及液态水在不同强度的光激发下产生的电离... 详细信息

近年来,实验技术和理论计算在实现超快时间尺度的分辨以及对于原子尺度微观细节的解析上都有了突破性进展,对于水体系的超快微观动力学也带来了更多新的认识.本文将视角集中于水分子、水团簇以及液态水在不同强度的光激发下产生的电离、解离甚至等离子体化的过程,总结了人们在前沿工作中获得的有关水体系原子尺度超快动力学的知识.特别地,围绕光电离实验探讨了阿秒尺度的电离延迟以及水分子Feshbach共振理论分析;围绕液态水的解离过程探讨了水合电子产生、空穴的定域化等重要过程,补足了液态水解离完整过程的微观图像;围绕水的等离子体化介绍了通过含时密度泛函等方法计算得到的水在强激光脉冲作用下转变为等离子体状态的过程与机制,总结了在极高电子温度下水的特殊电子结构的相关知识.这些讨论将给出当前人们看待水的激发态的相对全面的视角.

关键词：光激发水超快动力学激发态

外加静电场对O_(2)分子高次谐波的调制机制(特邀)

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光子学报 2024年第6期53卷 48-60页

作者：迟晨阳郭迎春王兵兵华东师范大学物理与电子科学学院上海200241 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

采用了Lewenstein强场近似方法,计算了外加静电场对O_(2)分子在线偏振激光场中高次谐波产生的影响。结果表明:1)当静电场方向平行激光偏振方向时,谐波谱出现双平台结构,截止频率增大,偶次和奇次谐波幅度相当;2)当静电场方向垂直时,谐波... 详细信息

采用了Lewenstein强场近似方法,计算了外加静电场对O_(2)分子在线偏振激光场中高次谐波产生的影响。结果表明:1)当静电场方向平行激光偏振方向时,谐波谱出现双平台结构,截止频率增大,偶次和奇次谐波幅度相当;2)当静电场方向垂直时,谐波谱呈现单平台结构,偶次谐波比奇次谐波的幅度小两个量级左右;3)外加静电场对双心干涉极小值的位置基本没有影响。利用Lewenstein理论,可以将分子谐波谱视为分子两端电离通道产生谐波的叠加,对外加静电场控制高次谐波提供了参考。

关键词： O_(2)高次谐波外加静电场谐波相位分析双平台奇偶谐波

2022—2023年四川泸定M_(S)6.8、M_(S)5.0和M_(S)5.6地震序列的发震构造及成因

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1471-1486页

作者：张建勇王新陈凌刘杰中国地震台网中心北京100045 岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球与行星物理重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

四川泸定2022年9月5日发生M_(S)6.8强震,随后10月22日和2023年1月26日又分别发生M_(S)5.0和M_(S)5.6强余震,主震和两次强余震的震中相距仅几公里却有着截然不同的震源机制解,因此,探究三者的发震构造、联系及成因至关重要.本研究利用国... 详细信息

四川泸定2022年9月5日发生M_(S)6.8强震,随后10月22日和2023年1月26日又分别发生M_(S)5.0和M_(S)5.6强余震,主震和两次强余震的震中相距仅几公里却有着截然不同的震源机制解,因此,探究三者的发震构造、联系及成因至关重要.本研究利用国家地震台网记录到的这三次地震序列的连续波形数据及震相资料进行双差重定位,并进一步采取CAP波形反演方法和P波初动极性反演方法获得研究区M_(L)2.5+的79个余震震源机制解.结果显示,主破裂沿鲜水河断裂磨西段,破裂彻底,余震活动性不高.沿主断裂分布的余震具有明显的分段特征,断层近直立且西北浅东南深.主震及磨西段大部分余震均为走滑机制,是典型的印度—欧亚板块挤压旋转造成鲜水河走滑断裂带应力失稳触发的强震活动.发生在贡嘎山地区的余震是M_(S)6.8主震触发的震群活动,震级水平不高,分布弥散,并没有触发与主断裂共轭的燕子沟、海螺沟和磨子沟次级断裂,而是触发了与主断裂近平行的次级隐伏断裂——贡嘎山断裂.M_(S)5.0和M_(S)5.6两次强余震均发生在该次级隐伏断裂上,断层倾角40°~50°且震源深度较浅.贡嘎山地区拉张型地震活动明显不同于走滑型为主的鲜水河断裂带,可能是印度—欧亚板块挤压旋转作用下贡嘎山快速隆升而地表快速剥离导致局部因重力卸载而垮塌造成的,M_(S)6.8主震有明显的触发作用.三次泸定强震的发生,释放了磨西段及西侧贡嘎山地区部分应力,但并未改变"Y"字形交汇区强震发生的可能性.

关键词：四川泸定地震鲜水河断裂带贡嘎山地区发震构造地震活动性

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超快自旋动力学:从飞秒磁学到阿秒磁学

物理学报 2024年第15期73卷 8-21页

作者：杨旭冯红梅刘佳南张向群何为成昭华松山湖材料实验室阿秒科学中心东莞523808 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049

超快自旋动力学是研究材料受到外场激发后,在皮秒至阿秒时间尺度下其自旋的运动行为.随着激光技术的不断提升,1996年开始的飞秒磁学成为磁学中的重要研究领域,是实现更快响应的新型自旋电子学器件的重要技术途径.尽管已有几十年的历史,... 详细信息

超快自旋动力学是研究材料受到外场激发后,在皮秒至阿秒时间尺度下其自旋的运动行为.随着激光技术的不断提升,1996年开始的飞秒磁学成为磁学中的重要研究领域,是实现更快响应的新型自旋电子学器件的重要技术途径.尽管已有几十年的历史,飞秒磁学依旧存在着非常多的物理问题尚未解决,而理解这些问题需要研究更快时间尺度下的自旋动力学过程.利用阿秒激光脉冲与磁性材料的相互作用,可研究亚飞秒乃至阿秒时间尺度下、元素分辨的自旋动力学行为,即阿秒磁学.本文介绍了超快自旋动力学近年来的一些重要研究进展以及存在的问题,阿秒磁学研究的机遇与挑战,并对超快自旋动力学的未来发展趋势及前景进行分析与展望.

关键词：超快自旋动力学飞秒磁学阿秒脉冲阿秒磁学

通过Mo掺杂诱导低Li/Ni混排程度增强Li_(1.2)Ni_(0.13)Fe_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)可逆容量与循环稳定性

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物理学报 2024年第2期73卷 302-309页

作者：冉沛林吴康赵恩岳王芳卫毋志民重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190

富锂层状氧化物因能量密度高和成本低,有望成为下一代锂离子电池正极的重要候选材料.然而,富锂正极材料中阴离子氧化还原反应使晶格氧不稳定,导致电压衰减和不可逆容量损失.尽管铁代无钴富锂材料可以实现较少的电压衰减,但存在严重的阳... 详细信息

富锂层状氧化物因能量密度高和成本低,有望成为下一代锂离子电池正极的重要候选材料.然而,富锂正极材料中阴离子氧化还原反应使晶格氧不稳定,导致电压衰减和不可逆容量损失.尽管铁代无钴富锂材料可以实现较少的电压衰减,但存在严重的阳离子混排和较差的动力学.采用一种简单易行的高价离子掺杂策略,在Li_(1.2)Ni_(0.13)Fe_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)(LNFMO)中掺入Mo元素,拓宽了锂层间距,为Li^(+)的传输提供了更宽的通道,改善了Li^(+)的扩散动力学,有效抑制了阳离子混排,进一步稳定了层状结构.得益于此,Mo掺杂后的富锂材料表现出显著增强的电化学性能,在0.2 C电流密度下表现出209.48 mAh/g的初始放电比容量.1C下的初始放电比容量从137.02 mAh/g提高到165.15 mAh/g;循环300次后,仍有117.49 mAh/g的放电比容量,电压衰减由2.09 mV/cycle降低为1.66 mV/cycle.本文对Mo掺杂后的正极材料进行了系统表征并揭示了循环稳定的机理,为高性能富锂正极材料的设计提供了重要参考.

关键词：锂离子电池富锂层状氧化物正极材料阳离子混排