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量子材料中的自旋—动量锁定新效应

物理 2023年第10期52卷 672-680页

作者：陈伟钊刘云天刘奇航南方科技大学物理系深圳518055

继铁磁金属之后,具有强自旋轨道耦合与空间反演破缺的自旋极化量子材料,通过自旋—动量锁定(如Rashba、Dresselhaus自旋劈裂),实现了如自旋轨道矩、自旋场效应晶体管等新一代自旋电子学效应。近期,通过耦合新自由度,研究者们发现了一些... 详细信息

继铁磁金属之后,具有强自旋轨道耦合与空间反演破缺的自旋极化量子材料,通过自旋—动量锁定(如Rashba、Dresselhaus自旋劈裂),实现了如自旋轨道矩、自旋场效应晶体管等新一代自旋电子学效应。近期,通过耦合新自由度,研究者们发现了一些新奇的自旋—动量锁定效应,包括突破空间反演对称限制的“隐藏自旋极化”效应和突破自旋轨道耦合限制的“反铁磁自旋极化”效应,这些发现再一次拓宽了可利用的自旋电子学材料。文章简要回顾了自旋—动量锁定效应的基本原理和发展现状,重点介绍了耦合实空间自由度的自旋—动量—层锁定效应,即隐藏自旋极化;和耦合局域磁矩自由度产生的与自旋轨道耦合无关的自旋—动量锁定效应,即反铁磁自旋极化;以及与两者相关的新型自旋电子学效应。最后,展望了自旋—动量锁定中多自由度耦合问题、隐藏X物理和反铁磁自旋电子学三个方面的未来发展。

关键词：自旋—动量锁定自旋轨道耦合隐藏自旋极化反铁磁自旋电子学

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笼目晶体中探索未知量子态

物理 2023年第3期52卷 157-165页

作者：殷嘉鑫南方科技大学物理系深圳518055

笼目起源于古老中华民俗文化。近期学者们对具有笼目晶格的一系列拓扑材料的研究揭示了量子层次上几何、拓扑、自旋和关联的交缠相互作用,以及随之涌现的丰富多彩的量子现象。文章简要介绍了笼目晶格的相关理论概念、陈数和外尔磁性、... 详细信息

笼目起源于古老中华民俗文化。近期学者们对具有笼目晶格的一系列拓扑材料的研究揭示了量子层次上几何、拓扑、自旋和关联的交缠相互作用,以及随之涌现的丰富多彩的量子现象。文章简要介绍了笼目晶格的相关理论概念、陈数和外尔磁性、平带关联现象,以及非常规电荷序和超导电性中的谜团。当前,国际上诸多研究机构使用各式手段对笼目磁体和超导体的研究盛况犹如正在举行一场笼目量子派对。然而,这些初步研究还无法突破超导和量子霍尔两大类宏观量子现象。希望此文能激励更多年轻学者在笼目晶体丰富的演生现象中进一步探寻第三类宏观量子现象,迎来真正的量子盛宴。

关键词：第三类宏观量子态笼目材料笼目磁体笼目超导

Au(111)表面一维分子组装中氢键诱导的分子轨道能量位移

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中国科学：化学 2019年第3期49卷 564-572页

作者：刘婧夏博文徐虎林念香港科技大学物理系南方科技大学物理系深圳518055

利用扫描隧道显微术、扫描隧道谱和密度泛函理论研究了茚并[1,2-b]芴-6,12-二酮(IFDO)在Au(111)表面形成的组装结构及其中分子轨道能级的变化.结果表明, IFDO在Au(111)表面通过分子间氢键沿鱼骨重构结构形成一维自组装分子链;位于组装... 详细信息

利用扫描隧道显微术、扫描隧道谱和密度泛函理论研究了茚并[1,2-b]芴-6,12-二酮(IFDO)在Au(111)表面形成的组装结构及其中分子轨道能级的变化.结果表明, IFDO在Au(111)表面通过分子间氢键沿鱼骨重构结构形成一维自组装分子链;位于组装结构中的分子的最低未占轨道相对孤立分子向费米能级方向发生0.16~0.32 e V的位移,且位移大小与分子同周围分子形成氢键的数目和方式有关.通过定量地对比不同氢键环境中分子的轨道能量位移与周围分子极化能大小的变化趋势,发现周围分子的瞬时极性是造成组装结构中IFDO分子轨道能量变化的主要因素.而周围分子的诱导极性则对缺陷结构处分子的轨道能级有不可忽略的影响.实验测得的IFDO分子轨道的能量变化来自于周围分子各向异性的瞬时极性和诱导极性的共同作用.

关键词：氢键分子轨道能量位移扫描隧道显微术扫描隧道谱分子极化

电镜三维重构技术量化Pt/mSiO_(2)催化颗粒的空间分布

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电子显微学报 2022年第6期41卷 594-600页

作者：王戊何佳清南方科技大学物理系广东深圳518055

负载型催化剂中纳米颗粒的空间分布对催化剂的活性、选择性和稳定性都有着重要的影响。精确测定催化颗粒在载体上,尤其是内外表面皆可负载颗粒的多孔载体上的空间分布,是当前的研究重点。本文采用透射电镜三维重构技术研究Pt纳米颗粒在... 详细信息

负载型催化剂中纳米颗粒的空间分布对催化剂的活性、选择性和稳定性都有着重要的影响。精确测定催化颗粒在载体上,尤其是内外表面皆可负载颗粒的多孔载体上的空间分布,是当前的研究重点。本文采用透射电镜三维重构技术研究Pt纳米颗粒在多级孔二氧化硅微球(mSiO_(2))载体上的空间分布情况。通过图像处理和关键结构的分割与提取,开展Pt/mSiO_(2)催化剂三维结构的定量分析,测定Pt颗粒的密度,并统计颗粒与第一和第二近邻颗粒之间的距离。通过空间极坐标系进一步评估颗粒的分布,发现Pt/mSiO_(2)催化颗粒的空间分布呈现非均匀性。基于三维空间球体的径向分析方法,量化Pt颗粒从mSiO_(2)载体内部到边缘不同区域的局部分布情况,且发现Pt颗粒在不同尺寸的mSiO_(2)载体上具有相似的空间分布规律。

关键词：透射电镜三维重构技术多孔载体催化剂空间分布

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热电材料与发电器件的进展和挑战

物理 2022年第3期51卷 174-179页

作者：徐啸刘嬉嬉何佳清南方科技大学物理系深圳518055

热电/温差电效应是一种能够实现热能和电能直接相互转换的环境友好型能源技术,基于该技术的热电发电器件的应用,有望成为缓解能源问题的可行方案。文章主要介绍了中高温区p型和n型热电材料的最新研究进展,重点论述了可能应用于热电发电... 详细信息

热电/温差电效应是一种能够实现热能和电能直接相互转换的环境友好型能源技术,基于该技术的热电发电器件的应用,有望成为缓解能源问题的可行方案。文章主要介绍了中高温区p型和n型热电材料的最新研究进展,重点论述了可能应用于热电发电器件的几种典型热电材料体系的相关优缺点。此外,还回顾了目前中高温区热电发电器件的研究现状,尝试给出了目前亟待突破的壁垒,最后讨论并展望了热电发电器件的发展前景与未来研究方向。

关键词：热电材料热电性能热电优值热电发电器件

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陶瓷也能像金属一样塑性变形?

科学通报 2023年第2期68卷 140-141页

作者：薛其坤南方科技大学深圳518055 清华大学物理系北京100084

陶瓷是我国的重大发明,是中华文明的重要载体.先进陶瓷材料因具有耐高温、耐腐蚀、强度高、密度低等优异性能,被广泛用于航空航天、能源、医疗等领域.例如,在航空发动机领域,相对于金属发动机,陶瓷发动机具有重量轻、工作温度高、热机... 详细信息

陶瓷是我国的重大发明,是中华文明的重要载体.先进陶瓷材料因具有耐高温、耐腐蚀、强度高、密度低等优异性能,被广泛用于航空航天、能源、医疗等领域.例如,在航空发动机领域,相对于金属发动机,陶瓷发动机具有重量轻、工作温度高、热机转化效率高的特点,有望大幅提升发动机的性能,因此,陶瓷发动机是科学家几个世纪以来的梦想.

关键词：陶瓷发动机先进陶瓷材料航空航天转化效率航空发动机塑性变形耐腐蚀工作温度

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冲击压缩下金属钯的结构相变

物理学报 2022年第3期71卷 266-274页

作者：刘泽涛陈博令伟栋包南云康冬冬戴佳钰国防科技大学物理系长沙410073

钯作为典型高压标定材料,研究其在极端条件下的结构变化以及热力学性质具有广泛需求并充满了挑战,特别是冲击加载下钯的固-固相变过程研究仍然匮乏.本文基于嵌入原子势,使用经典分子动力学方法从原子角度揭示了冲击载荷加载下钯的结构... 详细信息

钯作为典型高压标定材料,研究其在极端条件下的结构变化以及热力学性质具有广泛需求并充满了挑战,特别是冲击加载下钯的固-固相变过程研究仍然匮乏.本文基于嵌入原子势,使用经典分子动力学方法从原子角度揭示了冲击载荷加载下钯的结构相变路径,在0-375 GPa的压力区间观察到一系列复杂的结构转变特征,从初始的面心立方(FCC)结构,至带密排六方(HCP)结构的层错体心立方(BCC)结构,直至完全熔化.在沿晶向冲击下,在70.0 GPa发现了FCC-BCC相变过程,远低于之前研究中静高压的结果.此外,还发现了冲击方向依赖的相变点,在沿着及晶向冲击时FCC-BCC相变压力分别增加至135.8和165.4 GPa,同时相比完美晶体,引入缺陷会使FCC-BCC相变压强值有20-30 GPa的增幅,并通过势能分布的分析予以验证.本文发现冲击加载下钯的FCC-BCC相变压力大大降低的特殊现象,为钯在高压实验等极端条件下的应用提供了新的理论认识.

关键词：钯冲击压缩分子动力学模拟结构相变

弯曲应变下六角晶格量子反铁磁体的赝朗道能级

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物理学报 2024年第2期73卷 49-58页

作者：解晓洁孙俊松秦吉红郭怀明北京科技大学物理系北京100083 北京科技大学理论物理研究所北京100083 北京航空航天大学物理系北京100191

利用线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法研究了弯曲应变下六角晶格量子反铁磁体的赝朗道能级.通过线性自旋波理论,发现磁赝朗道能级出现在磁子能谱的高能端,其能级间距与能级指数的平方根成正比.线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法都显示... 详细信息

利用线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法研究了弯曲应变下六角晶格量子反铁磁体的赝朗道能级.通过线性自旋波理论,发现磁赝朗道能级出现在磁子能谱的高能端,其能级间距与能级指数的平方根成正比.线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法都显示,尺寸相同时随着应变强度的逐渐增加,局域磁化强度逐渐减弱,应变强度相同的条件下反铁磁序在y方向上连续减弱,因为上边界处的海森伯链解耦为孤立的垂直链,导致上边界附近的磁序被破坏.量子蒙特卡罗方法提供了更精确的反铁磁序演化:在特定应变强度下上边界处垂直关联不变,水平关联增加,从而影响磁化强度,使局域磁化在上边界处呈上翘趋势.研究结果有助于理解弯曲应变对自旋激发的影响,并可能在二维量子磁性材料实验中得以实现.

关键词：弯曲应变赝朗道能级线性自旋波理论量子蒙特卡罗方法

三相流体的轴对称格子Boltzmann模型及其在Rayleigh-Plateau不稳定性的应用

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物理学报 2023年第4期72卷 138-149页

作者：刘程梁宏杭州电子科技大学物理系杭州310018

基于多组分相场理论提出了一类模拟三相流体流动的轴对称格子Boltzmann模型.该模型利用两个粒子分布函数来捕捉三种不同流体之间的相界面,另一个粒子分布函数来求解流体动力学方程以获得流场信息.为了刻画坐标变换引起的轴对称效应,巧... 详细信息

基于多组分相场理论提出了一类模拟三相流体流动的轴对称格子Boltzmann模型.该模型利用两个粒子分布函数来捕捉三种不同流体之间的相界面,另一个粒子分布函数来求解流体动力学方程以获得流场信息.为了刻画坐标变换引起的轴对称效应,巧妙地设计了演化方程中平衡态分布函数和外力项分布函数,从理论上保证本文模型可以正确恢复三相流体系统的宏观控制方程,并且轴对称效应产生的源项中不包含任何复杂的梯度项,从而比现有的轴对称格子Boltzmann模型更加简单高效.首先通过模拟一系列轴对称多相流的基准算例,包括静态的双液滴、液体透镜的扩展和二元流体Rayleigh-Plateau不稳定性,来验证本文模型的有效性与正确性.接下来,利用该模型研究了三相流体的Rayleigh-Plateau不稳定性的增长过程,定量分析了波数和液柱半径比对复合液体线程破裂过程中界面动力学行为、界面破裂时间以及生成子液滴尺寸的影响.可以发现复合的液体线程在波数较大时破裂生成一个复合主液滴和卫星液滴,而在波数较小时可以生成更多数量的卫星液滴,这导致复合主液滴和卫星液滴的尺寸随着波数的增加呈现先增大而后减少的趋势.另外,我们发现内部流体优先于中间流体发生界面破裂,并且流体界面的破裂时间均随着波数的减小而增加.最后发现,增大液柱半径比可以促进内部液体线程的破裂,而延缓中间液体线程发生破裂,并且复合主液滴的尺寸随着液柱半径比的增加而增大,而复合卫星液滴的尺寸对液柱半径比的变化不显著.

关键词：格子Boltzmann方法轴对称三相流 Rayleigh-Plateau不稳定性