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姜泰勒扭曲和轨道序诱导的二维铁磁性

物理学报 2024年第1期73卷 285-295页

作者：张俊廷吴宗铄沈小凡中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 南京大学物理学院南京210093

随着体系维度的降低,材料内部的量子限制效应和电子关联作用会相应地增强,往往可以衍生一些新奇的物理特性.在钙钛矿材料中,姜泰勒扭曲和轨道序通常会引起丰富的电子关联行为.本文通过第一性原理计算、对称性分析和蒙特卡罗模拟等方法,... 详细信息

随着体系维度的降低,材料内部的量子限制效应和电子关联作用会相应地增强,往往可以衍生一些新奇的物理特性.在钙钛矿材料中,姜泰勒扭曲和轨道序通常会引起丰富的电子关联行为.本文通过第一性原理计算、对称性分析和蒙特卡罗模拟等方法,对比研究了钙钛矿氟化物KCuF_(3)及其单层结构,揭示了钙钛矿二维化引起的晶格动力学、结构、电子及磁性质等方面的变化.结果表明,KCuF_(3)块体中出现的协作姜泰勒扭曲和面内交错轨道序可以维持到单层极限,导致单层为二维铁磁绝缘体.与块体相不同的是,在单层中姜泰勒扭曲模式作为原型相的软模出现,且单层的绝缘性不依赖于姜泰勒扭曲的出现,而是与电子关联效应的增强有关.本文为研究二维钙钛矿材料以及设计基于钙钛矿的二维铁磁体提供了指导和借鉴.

关键词：第一性原理姜泰勒扭曲轨道序二维铁磁性

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含碳三原子分子结构与电子亲和能的计算

物理学报 2024年第10期73卷 88-95页

作者：单石敏连艺徐海峰闫冰中北大学半导体与物理学院太原030051 吉林大学原子与分子物理研究所长春130012

本文分别采用单、双和微扰处理三激发耦合簇方法与自旋非限制的开壳层耦合簇方法对CO_(2),OCS,CS_(2)及其对应阴离子CO_(2)^(-),OCS^(-),CS_(2)^(-)进行高精度的从头算研究.我们计算了这些分子在一系列相关一致基组aug-cc-pV(X+d)Z (X=T... 详细信息

本文分别采用单、双和微扰处理三激发耦合簇方法与自旋非限制的开壳层耦合簇方法对CO_(2),OCS,CS_(2)及其对应阴离子CO_(2)^(-),OCS^(-),CS_(2)^(-)进行高精度的从头算研究.我们计算了这些分子在一系列相关一致基组aug-cc-pV(X+d)Z (X=T,Q,5)以及完全基组极限下的基态平衡几何结构,并研究了芯-价电子相关与标量相对论效应的影响,计算结果与已有文献报道结果吻合较好.基于计算的几何结构,获得了中性分子CO_(2),OCS,CS_(2)的绝热电子亲和能,系统考察了不同基组以及零点能修正对这些分子电子亲和能的影响,给出了考虑各种修正下3种分子准确的电子亲和能.本文将丰富含碳三原子分子的光谱常数和电子亲和能等分子参数的信息,可为实验光谱研究提供重要参考.

关键词：耦合簇方法含碳三原子分子平衡几何结构电子亲和能

电场方向对一维断裂纳米通道连接处水桥结构的影响

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物理学报 2024年第9期73卷 70-77页

作者：孟现文中国矿业大学材料与物理学院徐州221116

电场影响纳米通道内的水分子的电偶极矩取向,进而影响纳米通道内的水分子的传输.为了有效发掘水分子在纳米通道内的传输特点,必须研究更复杂的纳米通道结构.最新一种构造复杂纳米通道的方式是构造断裂纳米通道.在研究断裂纳米通道内的... 详细信息

电场影响纳米通道内的水分子的电偶极矩取向,进而影响纳米通道内的水分子的传输.为了有效发掘水分子在纳米通道内的传输特点,必须研究更复杂的纳米通道结构.最新一种构造复杂纳米通道的方式是构造断裂纳米通道.在研究断裂纳米通道内的水分子的动力学特点时,通常是在零电场或单一电场方向下进行的,电场方向对断裂纳米通道内的水分子的影响机理尚不明确,这制约了部分场控分子器件的设计.为了探究该问题,本文采用分子动力学模拟方法,系统研究了电场方向从0°变化到180°的过程中,电场方向对完整纳米通道以及断裂长度分别为0.2和0.4 nm的断裂纳米通道内的水分子的占据数、传输、水桥、电偶极矩偏向等性质的影响.结果表明,在1 V/nm的电场强度作用下,这三种纳米通道内的水分子的占据数、传输等差别主要集中在电场方向与管轴夹角为90°时,此时完整纳米通道内能形成稳定的水链,断裂长度为0.2 nm的纳米通道的连接处能形成不稳定的水桥,而断裂长度为0.4 nm的纳米通道的连接处不能形成水桥.此外,模拟发现当电场极化方向与管轴夹角为90°时,增大电场的强度,断裂纳米通道连接处的水桥更容易断裂.

关键词：电场断裂纳米通道方向

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偏振调制扫描光学显微镜方法

物理学报 2024年第15期73卷 187-195页

作者：张洋张志豪王宇剑薛晓兰陈令修石礼伟中国矿业大学材料与物理学院徐州221116

基于反射差分谱原理搭建了适用于二维材料和微纳器件的偏振调制扫描光学显微镜系统,可以实现对于材料或者器件的微米级区域进行反射差分显微成像的研究.通过研究两种典型的二维层状材料MoS_(2)和ReSe_(2)的反射差分显微成像,发现相比于... 详细信息

基于反射差分谱原理搭建了适用于二维材料和微纳器件的偏振调制扫描光学显微镜系统,可以实现对于材料或者器件的微米级区域进行反射差分显微成像的研究.通过研究两种典型的二维层状材料MoS_(2)和ReSe_(2)的反射差分显微成像,发现相比于传统的反射显微镜,我们搭建的偏振调制扫描光学显微镜对于二维材料的层数特征更敏感,且可以用来表征二维材料的平面光学各向异性.相关研究有助于更进一步理解层状二维材料的层数特征和各向异性性质.

关键词：反射各向异性光谱显微成像光学各向异性二维材料

铁磁畴壁中自旋极化电流诱导的左旋极化自旋波

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物理学报 2024年第14期73卷 222-227页

作者：刘想王希光李志雄郭光华中南大学物理学院长沙410083

极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波... 详细信息

极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波的极化进行信息的编码在铁磁自旋波器件中始终没有实现.前期研究发现,通过自旋极化电流可以在铁磁体中产生左旋极化自旋波,从而有望实现利用极化编码的自旋波器件.然而在一个均匀磁化铁磁体中产生左旋极化自旋波所需的电流密度过大,实验上难以实现.磁畴壁可作为自旋波波导,且畴壁中自旋波的截止频率趋近于零.本文从朗道-栗弗席兹方程出发,研究了在自旋极化电流存在的条件下磁畴壁中自旋波的色散关系和传播特性,证明只需要很小的自旋极化电流就可在畴壁中产生稳定的左旋极化自旋波.微磁学模拟证明了理论分析结果.该项研究为研制基于极化编码信息的自旋波器件提供了一个实际可行的方案.

关键词：自旋波磁畴壁自旋极化电流微磁学

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范德瓦耳斯材料的原位应变工程与应用

物理学报 2024年第11期73卷 11-23页

作者：马泽成刘增霖程斌梁世军缪峰南京大学物理学院南京210093 南京理工大学物理学院南京210094

范德瓦耳斯材料凭借独特的结构和优异的性能在应变工程领域引起了广泛的关注.通过改变原子晶格和电子结构,应变可以调控范德瓦耳斯材料的物理性质,最终实现高性能的新原理电子器件.首先总结了诱导原位应变的实验方法,然后通过回顾范德... 详细信息

范德瓦耳斯材料凭借独特的结构和优异的性能在应变工程领域引起了广泛的关注.通过改变原子晶格和电子结构,应变可以调控范德瓦耳斯材料的物理性质,最终实现高性能的新原理电子器件.首先总结了诱导原位应变的实验方法,然后通过回顾范德瓦耳斯磁性、超导和拓扑材料在原位应变调控研究的最新进展,以及应变相关的器件应用开发,探讨该领域当前面临的挑战和未来的机遇.

关键词：范德瓦耳斯材料应变工程原位应变应变传感器

铜氧化层上钒氧酞菁分子的吸附构型及组装结构

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物理学报 2024年第12期73卷 118-125页

作者：彭兰沁李小雨幸运赵涵邓炎滔于迎辉湖北大学物理学院武汉430062

近年来,有机功能分子的调控因其在提高纳米光电器件内部载流子迁移率方面的突出贡献,已逐渐成为材料科学的热门领域之一.本文利用低温扫描隧道显微镜系统地研究了钒氧酞菁(VOPc)分子在干净Cu(110)和铜氧化层表面的吸附构型和组装结构.在... 详细信息

近年来,有机功能分子的调控因其在提高纳米光电器件内部载流子迁移率方面的突出贡献,已逐渐成为材料科学的热门领域之一.本文利用低温扫描隧道显微镜系统地研究了钒氧酞菁(VOPc)分子在干净Cu(110)和铜氧化层表面的吸附构型和组装结构.在Cu(110)表面,初始时VOPc分子孤立吸附且氧原子向上和向下的构型共存.而在CuO-(2×1)表面,VOPc分子在初始时形成扩展的分子链,随后组装为有序的分子膜,在分子膜中两种吸附构型仍然共存且随机排布.在Cu_(5)O_(6)-c(6×2)表面,初始时VOPc分子的两种构型共存且形成无序结构.在覆盖度接近一个单层时,结构有序的组装分子膜逐渐形成,此时主要采用氧原子向上的分子构型,因偶极相互作用,随后的分子层生长遵循两种分子构型交替堆垛.研究还发现当Cu(110)表面上两种氧化结构共存时,第2层分子更倾向于吸附在Cu_(5)O_(6)-c(6×2)表面担载的分子膜上,主要是由分子层间的偶极相互作用导致的.本研究表明金属表面的氧化层在改变分子吸附构型和组装结构方面的重要性,可能将影响电子器件制造中分子膜中的电荷输运过程.

关键词：钒氧酞菁铜氧化层扫描隧道显微镜分子组装

Er^(3+)掺杂无铅铁电陶瓷的电学和光致发光性能

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1656-1663页

作者：张怡笑王小丽杨健关朋飞郑明中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116

无铅多功能铁电陶瓷在各类信息的检测、转换、存储及处理中具有广泛的应用,且稀土元素由于其特殊的电子结构和稳定的发光特性,有望赋予铁电陶瓷新的发光性能并改善其电学性能,为设计新型光电器件提供了可能。采用传统的高温固相反应法... 详细信息

无铅多功能铁电陶瓷在各类信息的检测、转换、存储及处理中具有广泛的应用,且稀土元素由于其特殊的电子结构和稳定的发光特性,有望赋予铁电陶瓷新的发光性能并改善其电学性能,为设计新型光电器件提供了可能。采用传统的高温固相反应法制备稀土Er^(3+)掺杂Ba_(0.85)Ca_(0.15)Ti_(0.90)Zr_(0.10)O_(3)(BCTZ)无铅多功能铁电陶瓷,系统研究Er^(3+)掺杂浓度对BCTZ铁电陶瓷微观结构、电学性能及光致发光的影响及内在联系。研究表明,陶瓷平均晶粒尺寸随Er^(3+)掺杂浓度的增加单调减小,由7.59μm减小至3.82μm,减小约49.67%;陶瓷可释放的能量密度(Wrec)和储能效率(η)可分别提高约29.81%和122.79%。Er^(3+)掺杂BCTZ陶瓷表现出强烈的绿光发射(548 nm)且发光强度相对可调性可达173.09%。Er^(3+)掺杂BCTZ陶瓷优异、特殊的电光性能,在电介质储能电容器和光学器件等领域具有潜在应用前景。

关键词：稀土掺杂锆钛酸钡钙铁电储能光致发光

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磷酸三钾活化合成分级多孔炭及其电化学性能

硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1631-1642页

作者：刘芳芳张富硕孙力牛继南中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116

多孔炭的表面性质、孔径分布及比表面积是影响其电化学性能的主要因素。为了对多孔炭孔结构及电化学性能等进行调控,采用聚乙烯吡咯烷酮为碳源、纤维水镁石为模板、磷酸三钾为活化剂,通过一步炭化-活化法制备了分级多孔炭(HPC),并研究... 详细信息

多孔炭的表面性质、孔径分布及比表面积是影响其电化学性能的主要因素。为了对多孔炭孔结构及电化学性能等进行调控,采用聚乙烯吡咯烷酮为碳源、纤维水镁石为模板、磷酸三钾为活化剂,通过一步炭化-活化法制备了分级多孔炭(HPC),并研究了磷酸三钾添加量对多孔炭孔径分布、比表面积及电化学性能的影响。基于X射线衍射、氮气吸脱附、扫描电镜、X射线光电子能谱、X射线能谱仪、横流充放电、循环伏安及交流阻抗等测试,结果表明:磷酸三钾活化后样品HPC/K_(3)在0.5 A/g电流密度下比电容可达281.94 F/g,远高于未活化HPC/K0的200.31 F/g;经过8000次充放电循环后容量保持率可达84.7%。研究表明磷酸三钾活化可以显著改善多孔炭的电化学性能,此外,以纤维水镁石为模板合成多孔炭,还可以为天然矿物纤维水镁石的高附加值应用提供新思路。

关键词：纤维水镁石磷酸三钾多孔炭电化学性能