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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

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有限多孔介质诱导活性哑铃的聚集行为

物理学报 2024年第16期73卷 36-44页

作者：金燕石子璇金奕扬田文得张天辉陈康苏州大学物理科学与技术学院软凝聚态物理及交叉研究中心苏州215006

自然界的许多活性物质都处在复杂的环境中,例如动物群体穿过丛林、微生物在土壤中迁移、细菌被设计用于感知肿瘤的多孔环境等.活性物质在复杂环境中的行为是一个值得探究的课题,在生物物理、医疗工程、工业领域具有可观的应用意义.本文... 详细信息

自然界的许多活性物质都处在复杂的环境中,例如动物群体穿过丛林、微生物在土壤中迁移、细菌被设计用于感知肿瘤的多孔环境等.活性物质在复杂环境中的行为是一个值得探究的课题,在生物物理、医疗工程、工业领域具有可观的应用意义.本文用活性哑铃代表细菌等具有形状各向异性的活性物质,采用郎之万动力学模拟,研究它们渗透有限多孔介质的行为.研究发现在低温和适当的活性力下,活性哑铃能在介质内外聚集并形成4种稳定的聚集结构.4种聚集结构分别是中空巨聚集、介质内中空聚集、密实巨聚集、介质内密实聚集.定向运动的持久性决定了活性哑铃的聚集程度.4种聚集结构的密度、极性序参量、热力学温度在介质内外的分布有明显的区别.本研究结果有助于进一步理解活性物质在复杂环境中的生命活动,为微流器件的设计、药物的输运等医学操作提供新的思路.

关键词：活性物质多孔介质郎之万动力学模拟

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六方亚稳相ReO_(3)的高压合成和调控

高压物理学报 2024年第5期38卷 80-84页

作者：王宁宁单鹏飞崔琦王罡程金光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

ReO_(3)具有A位缺失的立方钙钛矿结构,在压力下会经历系列结构相变。近期,通过高压低温电阻测试,发现其高压R-I相(空间群为R3^(-)c)具有高达17 K的超导转变温度。为探索新型Re氧化物超导体,采用ReO_(3)为前驱体,在10 GPa和600℃的高压... 详细信息

ReO_(3)具有A位缺失的立方钙钛矿结构,在压力下会经历系列结构相变。近期,通过高压低温电阻测试,发现其高压R-I相(空间群为R3^(-)c)具有高达17 K的超导转变温度。为探索新型Re氧化物超导体,采用ReO_(3)为前驱体,在10 GPa和600℃的高压高温条件下制备了具有六方对称性(空间群为P6_(3)22)的亚稳相,并在常压下对其晶体结构、磁性和电输运性质进行了表征。实验发现,六方亚稳相的电阻在常压下250 K附近出现明显异常,温度低至2 K时仍未出现超导现象。高压电阻测试表明:常压下250 K附近ReO_(3)的电阻异常迅速消失,亚稳相表现出典型的金属行为;在62 GPa的高压条件下,温度低至1.5 K时仍未出现超导电性。

关键词：高压高温合成钙钛矿 ReO_(3) 高压调控超导

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用于扫描隧道显微镜的低噪声前置电流放大器

物理学报 2024年第13期73卷 20-27页

作者：唐海涛米壮王文宇唐向前叶霞单欣岩陆兴华中国科学院物理研究所应用物理中心北京10019 中国科学院大学物理学院北京100190

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一,其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要.本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素,通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化,设计了一款针对扫描隧道显微镜... 详细信息

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一,其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要.本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素,通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化,设计了一款针对扫描隧道显微镜系统的前置电流放大器.该放大器最灵敏档位(1 GΩ)的噪声低至4 fA/(Hz)1/2,带宽为2.3 kHz,具有10 MΩ,100 MΩ和1 GΩ三个测量量程并且可以通过控制信号实现自动切换,测量范围覆盖pA—μA量级的隧穿电流.利用该前置电流放大器展示了扫描隧道显微镜系统的主要功能,包括表面形貌表征、扫描隧道谱测量以及原子搬运,并探索了隧穿电流中散粒噪声的测量.通过散粒噪声随隧穿电流的变化关系,得到隧穿结中散粒噪声的法诺因子约等于1,验证了简单金属隧穿结中电子隧穿满足泊松过程,为表面电子关联体系的高精度表征提供了基础.

关键词：扫描隧道显微镜前置电流放大器散粒噪声

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面向应用的新一代稀磁半导体研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 9-22页

作者：彭毅赵国强邓正靳常青中国科学院物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以... 详细信息

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以(Ba,K)(Zn,Mn)_(2)As_(2)等为代表的新一代稀磁半导体,通过等价态的Mn掺杂引入自旋、异价态的非磁性离子掺杂引入电荷,成功实现了230 K的居里温度,刷新了可控型稀磁半导体的居里温度记录.本文将重点介绍几种代表性的新一代稀磁半导体的设计与研制、新一代稀磁半导体的综合物性表征、大尺寸单晶生长以及基于单晶的安德烈夫异质结研制.我们团队通过新一代稀磁半导体的新材料设计研制、综合物性研究、简单原型器件构建的“全链条”模式研究,开拓了自旋电荷分别掺杂的稀磁半导体材料研究领域,充分展现了自旋和电荷掺杂分离的新一代稀磁半导体材料潜在应用前景.

关键词：新一代稀磁半导体自旋电荷掺杂分离高居里温度多组合异质结

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基于平凹多通腔的非线性脉冲压缩技术

物理学报 2024年第12期73卷 213-220页

作者：李聘滨滕浩田文龙黄振文朱江峰钟诗阳运晨霞刘文军魏志义西安电子科技大学光电工程学院西安710071 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 北京邮电大学理学院北京100876

采用平凹多通腔和固体薄片组的非线性脉冲光谱展宽与压缩方案开展了100 W皮秒激光非线性脉冲压缩的研究.以多片熔融石英薄片作为非线性介质,在平凹腔中皮秒激光通过自相位调制将光谱宽度由0.24 nm展宽4.8 nm,用光栅对进行色散补偿压缩,... 详细信息

采用平凹多通腔和固体薄片组的非线性脉冲光谱展宽与压缩方案开展了100 W皮秒激光非线性脉冲压缩的研究.以多片熔融石英薄片作为非线性介质,在平凹腔中皮秒激光通过自相位调制将光谱宽度由0.24 nm展宽4.8 nm,用光栅对进行色散补偿压缩,实现压缩后的脉冲宽度为483 fs,对应压缩比为22,最终输出飞秒激光的平均功率为44.2 W.相对于常规多通腔方案,该平凹腔结构紧凑,光路稳定性好,压缩比高,非常有利于非线性光谱展宽与压缩的实现.

关键词：多通腔自相位调制非线性脉冲压缩超快激光

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分层媒质中的分步相位偏移光声成像方法

声学学报 2024年第3期49卷 392-397页

作者：刘思宇王云石阚威威西南技术物理研究所成都610041 南京理工大学物理学院南京210094

为了解决波场外推方法在横向声速不均匀的分层媒质中图像重建能力受限的问题,提出了一种基于分步相位偏移的不规则分层媒质光声成像方法。该方法将横向声速差异等效为分层媒质界面处的扰动声源,利用该扰动声源对相位偏移的结果进行额外... 详细信息

为了解决波场外推方法在横向声速不均匀的分层媒质中图像重建能力受限的问题,提出了一种基于分步相位偏移的不规则分层媒质光声成像方法。该方法将横向声速差异等效为分层媒质界面处的扰动声源,利用该扰动声源对相位偏移的结果进行额外的校正偏移,并采用变步长的混合外推机制,实现光声波场的逐层外推重建。仿真模拟及实验结果均表明,分步相位偏移方法能够有效抑制不规则分层媒质光声成像中伪影的产生,并提升成像分辨率以及图像对比度。

关键词：光声成像分层媒质成像相位偏移波场外推

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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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