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无耗散拓扑电子学的新进展:器件与能量耗散

科学通报 2025年第1期 1-3页

作者：李海龙闫青江华谢心澄北京大学物理学院量子材料科学中心复旦大学理论物理与信息科学交叉中心复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院合肥国家实验室

晶体管,作为现代微纳电子技术的基石,是构成集成电路的基本单元,实现了复杂电路功能的微型化.晶体管通过控制电子的输运,执行各种逻辑运算和信号处理任务.然而,在执行这些功能时,传统晶体管并非完全高效和无能耗.电子在晶体管内部传输...

晶体管,作为现代微纳电子技术的基石,是构成集成电路的基本单元,实现了复杂电路功能的微型化.晶体管通过控制电子的输运,执行各种逻辑运算和信号处理任务.然而,在执行这些功能时,传统晶体管并非完全高效和无能耗.电子在晶体管内部传输过程中,由于电阻的存在,会有一部分能量转化为热能,这种能量转化遵循焦耳定律,即电流通过导体产生的热功率与电流的平方以及导体的电阻成正比.这种以焦耳热形式释放的能量损耗,不仅降低了集成电路的能量效率,还可能导致晶体管的温度升高,进而影响电路的稳定性和可靠性,甚至限制了微纳电路性能的进一步提升.

关键词：

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铥原子4f^(13)(^(2)F_(5/2)^(0))6s6p(^(1)P_(1)^(0))(5/2,1)_(7/2)和4f^(13)(^(2)F_(5/2)^(0))6s6p(^(1)P_(1)^(0))(5/2,1)_(5/2)激发态近阈限光电离截面测量

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原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 100-107页

作者：张振美袁紫灵王郅诚华泽丰姚关心杨新艳孙中发秦正波郑贤锋安徽师范大学物理与电子信息学院芜湖241000

本文利用了激光烧蚀技术、激光泵浦-探测技术、共振增强多光子电离技术(REMPI)和飞行时间质谱技术(TOF-MS)相结合的实验方法研究了镧系金属铥原子激发态近阈限光电离截面.实验研究了Tm原子在291.00~293.50 nm波长范围内的REMPI光谱,在... 详细信息

本文利用了激光烧蚀技术、激光泵浦-探测技术、共振增强多光子电离技术(REMPI)和飞行时间质谱技术(TOF-MS)相结合的实验方法研究了镧系金属铥原子激发态近阈限光电离截面.实验研究了Tm原子在291.00~293.50 nm波长范围内的REMPI光谱,在电离富余能0.2~1.0 eV内,测量了Tm原子4f^(13)(^(2)F_(5/2)^(0))6s6p(^(1)P_(1)^(0))(5/2,1)_(7/2)和4f^(13)(^(2)F_(5/2)^(0))6s6p(^(1)P_(1)^(0))(5/2,1)_(5/2)激发态的光电离截面,测量值在(3.3±0.2)Mb~(13.9±1.3)Mb范围内.

关键词：铥原子光电离截面泵浦-探测镧系金属

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王之江：中国激光之父

自然辩证法通讯 2025年第1期 98-104页

作者：陈崇斌汪志荣浙江师范大学生命科学学院安徽师范大学物理与电子信息学院

王之江是中国应用光学理论体系的创立者和应用光学实践的学术带头人，中国激光科学事业的主要开创者，在应用光学、激光科学、激光武器探索以及现代光学等很多领域取得了重要成就。王之江的成功，既归功于其个人独特的学习和科研风格，... 详细信息

王之江是中国应用光学理论体系的创立者和应用光学实践的学术带头人，中国激光科学事业的主要开创者，在应用光学、激光科学、激光武器探索以及现代光学等很多领域取得了重要成就。王之江的成功，既归功于其个人独特的学习和科研风格，也有国家需要的有力推动。

关键词：王之江应用光学激光激光武器现代光学

脉冲电流对AZ91镁合金温挤压过程中动态析出和微观组织的影响

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金属学报 2025年第1期 129-142页

作者：王彬杉徐光任睿张强单召辉樊建锋太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原理工大学材料科学与工程学院太原理工大学镁基材料山西省重点实验室太原理工大学物理与光电学院

脉冲电流辅助成形工艺具有提高成型能力及细化微观组织等优点，被广泛用到各种塑性变形过程中。然而，关于脉冲电流在动态挤压变形过程中的作用尚不明确。本工作利用脉冲电流辅助挤压（EPAE）技术，研究了脉冲电流对于AZ91镁合金挤压过... 详细信息

脉冲电流辅助成形工艺具有提高成型能力及细化微观组织等优点，被广泛用到各种塑性变形过程中。然而，关于脉冲电流在动态挤压变形过程中的作用尚不明确。本工作利用脉冲电流辅助挤压（EPAE）技术，研究了脉冲电流对于AZ91镁合金挤压过程中动态析出和微观组织的影响。结果表明，在能够完全动态再结晶（DRX）的临界变形条件下，EPAE工艺可以降低AZ91镁合金挤压过程中β-Mg17Al12相的体积分数并促使其发生球化，同时能够促进平均晶粒尺寸和最大基面织构强度的增加，且峰值电流密度越高，效果越明显。与常规热挤压相比，峰值电流密度为6.4×10～7 A/m2的EPAE工艺促使AZ91镁合金中β-Mg17Al12相的体积分数从76.9%降低至16.5%，平均晶粒尺寸从1.07μm增加至3.54μm，最大织构强度从3.39增加至5.92。在不均匀分布的β-Mg17Al12相的钉扎作用下，最终EPAE态AZ91镁合金内部形成双峰组织。实验及理论分析表明，脉冲电流中热效应和非热效应的共同作用所导致的AZ91镁合金挤压过程中的Gibbs自由能变化量和原子扩散通量的提高是上述实验现象发生的主要原因，在促进了β-Mg17Al12相的溶解及其附近Al溶质原子均匀分布的同时提高了晶界迁移速率。同时，脉冲电流可以通过其漂移电子对基面滑移的加速作用促进β-Mg17Al12相颗粒贫乏区中晶粒的旋转。

关键词： AZ91镁合金脉冲电流辅助挤压 β-Mg17Al12相动态析出晶粒长大

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黑磷/黑砷异质结纳米器件热电性质应力调控研究

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原子与分子物理学报 2025年第1期42卷 69-74页

作者：戎杙邱乙峰张蓓新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046

探索新型高性能低维热电纳米材料已成为国家重大发展策略.论文采用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究了由黑磷、黑砷纳米带构建异质结构在2%、4%、6%和8%四种拉伸应变作用下热电性能调控机理.研究结果表明,6%拉伸应变较其他情形... 详细信息

探索新型高性能低维热电纳米材料已成为国家重大发展策略.论文采用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究了由黑磷、黑砷纳米带构建异质结构在2%、4%、6%和8%四种拉伸应变作用下热电性能调控机理.研究结果表明,6%拉伸应变较其他情形,能够更有效抑制声子输运行为;与此同时,拉伸应变对于器件的电子输运的调控效果并不明显.在费米能附近,黑磷/黑砷异质结纳米器件在6%拉伸应变调控下热电优值达到最大值2.31.

关键词：黑磷黑砷异质结应力热电性质

锯齿形氮化铝纳米带负阻器件电子输运性质研究

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 85-90页

作者：黄绛雪黄启俊何进王豪常胜武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

低维纳米带材料因为其结构的特异性而呈现出新奇的物理性质.修饰纳米带的边缘能够调制其电子性质.本文运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,探究了锯齿形氮化铝纳米带(ZAlNNR)单边氟化、单边氯化以及单边氢化的电子结构和输... 详细信息

低维纳米带材料因为其结构的特异性而呈现出新奇的物理性质.修饰纳米带的边缘能够调制其电子性质.本文运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,探究了锯齿形氮化铝纳米带(ZAlNNR)单边氟化、单边氯化以及单边氢化的电子结构和输运特性.研究表明:锯齿型氮化铝纳米带可以通过以上手段实现能带结构的半导体-金属转换.计算电子输运特性,我们发现三种边缘修饰的器件均呈现出负微分电阻效应,其中AlN-F器件有最大峰谷电流比(PVCR),达到了1.78×10^(7),是硅烯纳米器件以及黑磷纳米器件的10^(6)倍.值得一提的是,相比于H-AlN-Cove纳米器件,AlN-F器件能够在更小的偏压范围内实现高PVCR.该结果为锯齿形氮化铝纳米带在低功耗纳米器件中的应用提供了广泛的前景.

关键词：锯齿形氮化铝纳米带电子输运负微分电阻效应第一性原理

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四硫富瓦烯分子结基于连接位点热-电输运性能理论调控研究

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原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 37-42页

作者：高一波邱乙峰刘丹丹张晖阜尹彬洁彭敬源张蓓新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046

热电材料的研究对于再利用工业废热、生产清洁能源具有很大的意义.本文以锯齿状石墨烯纳米带(zGNR)做为电极,以不同连接位点的四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)分子做为中心散射分子,构建了中心连接TTF分子结器件和边缘连接TTF分子... 详细信息

热电材料的研究对于再利用工业废热、生产清洁能源具有很大的意义.本文以锯齿状石墨烯纳米带(zGNR)做为电极,以不同连接位点的四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)分子做为中心散射分子,构建了中心连接TTF分子结器件和边缘连接TTF分子结器件两种热电器件.采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了它们的热-电输运性质.结果表明,连接位点的不同对TTF分子器件热电性能具有显著影响.基于锯齿状石墨烯纳米带独特的边缘结构,导致边缘连接TTF分子结器件电输运性质高于中心连接分子结器件;与此同时,边缘悬挂氢键局域共振效应使得边缘连接TTF分子结热输运性能略小于中心连接TTF分子器件.边缘连接TTF分子结器件获取优异热电优值(ZT=0.457),为中心连接TTF分子结器件的3.4倍(ZT=0.135).

关键词：锯齿状石墨烯纳米带四硫富瓦烯分子连接位点热-电输运性质

稀土硼酸盐双折射材料的电子结构和光学性质的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2025年第1期42卷 171-179页

作者：努尔比耶·图尔洪刘鸿涛崔秀花刘静姜轶井群新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830017

近年来,稀土(RE)硼酸盐材料因其丰富的结构和优异的光学性质,引起人们广泛关注.使用第一性原理高通量筛选工具获得五个性能优异的短波长稀土硼酸盐材料,并进一步研究了他们的电子结构和光学性质.研究结果表明,这些材料的紫外截止边和双... 详细信息

近年来,稀土(RE)硼酸盐材料因其丰富的结构和优异的光学性质,引起人们广泛关注.使用第一性原理高通量筛选工具获得五个性能优异的短波长稀土硼酸盐材料,并进一步研究了他们的电子结构和光学性质.研究结果表明,这些材料的紫外截止边和双折射率分别为:210 nm,0.0934@1064 nm(LaB_(3)O_(6))、246 nm,0.0880@1064 nm(LaBO_(3))、347 nm,0.0815@1064 nm(LuBO_(3))、272 nm,0.0914@1064 nm(ScBO_(3))、279 nm,0.0920@1064 nm(Sc_(3)B_(5)O_(12)).本文使用投影态密度、实空间原子实切割以及Born有效电荷分析了各原子及离子基团对双折射率的影响机制,结果表明RE-O基团和B-O多面体在决定光学性质方面做出了主要贡献.

关键词：稀土硼酸盐第一性原理双折射率

金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 113-121页

作者：师展郑镇法郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系中国科学技术大学精准智能化学重点实验室中国科学技术大学合肥国家实验室中国科学技术大学合肥国家微尺度物理科学研究中心美国匹兹堡大学物理与天文系

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Ei... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15-25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学

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