材料的表面与界面是各种物理化学过程发生的载体。表面科学正是以表面界面为研究平台，借助原子分子尺度上的精密观测，建立对这些物理化学过程微观机理的理解，从而给出有效的人工调控方法。同时，材料表面与界面上形成的低维电子体系显现出丰富的量子现象，直接构成功能电子器件的结构单元。基于传统半导体界面能带结构的设计，人们实现了对电荷自由度的控制，导致电子工业的繁荣发展。就基础研究而言，今天的表面科学仍然充满了挑战与机会。首先是表面低维结构制备的精确控制问题，这是微电子器件进一步小型化和集成化的基本支撑。其次是在表面界面上，对称性破缺、维度降低和空间限域效应诱导新奇物理现象的机理问题，这是新概念电子器件研发的理论基础。而从技术层面而言，发展低维结构的可靠制备及其高分辨率观测方法，也仍然是表面科学的重要任务。
本刊特组织"表面低维结构的电子态调控"专题，从单个功能分子、有机半导体薄膜、二维原子晶体、拓扑绝缘体和复杂过渡金属氧化物薄膜的制备及其电子态与集体激发行为的调控等方面，介绍该领域的发展现状和最新的研究成果。我们相信，通过对表面低维结构电子态调控的深入研究，有望导致凝聚态物理基础研究的重要突破，也将推动电子信息产业的跨越式发展。
（客座编辑：中国科学院物理研究所 郭建东）
氢原子吸附对金表面金属酞菁分子的吸附位置、自旋和手征性的调控 Tuning the spin, chirality, and adsorption site of metal-phthalocyanine on Au(111) surface with hydrogen atoms
实现单个功能有机分子构型、电子结构和自旋态的可逆调控, 是未来分子电子学和分子自旋电子学应用的关键. 近年来, 我们利用极低温强磁场超高真空扫描隧道显微镜系统, 结合第一性原理计算, 系统研究了氢原子吸附对金表面吸附的金属酞菁分子的自旋、手性和吸附位置的调控. 通过将金表面吸附的酞菁锰分子暴露于氢气或氢原子环境, 使得分子中心的磁性离子吸附单个氢原子, 从而实现了体系近藤效应由“开”到“关”的转变. 基于密度泛函理论的第一性原理计算表明, 氢原子吸附使得锰离子3d轨道内的电荷重排导致了分子的自旋由3/2降为1; 同时分子与金基底的间距增大, 使得近藤效应消失. 通过施加局域电压脉冲或者给样品加热, 可以实现单个或所有分子脱氢, 从而恢复体系的自旋态和近藤效应. 氢原子吸附还导致分子的优先吸附位置从金表面的面心立方堆垛区域变成了六角密排堆垛区域. 三个氢原子吸附于同一酞菁锰分子上, 可导致分子对称性的降低及分子镜面对称轴与金基底镜面对称轴的偏离, 从而导致手征性的出现. 这种分子吸附结构的手征性, 导致分子轨道也呈现出手征性. 这项工作为金属酞菁未来在分子电子学、自旋电子学、气体传感器等方面的应用提供了新思路.
Au(111)表面吸附单个八乙基钴卟啉分子的电子态和输运性质调控 Controlling the electronic states and transport properties of single cobalt(Ⅱ)octaethylporphyrin molecule adsorbed on Au(111) surface
通过低温超高真空扫描隧道显微镜及其谱学方法研究并展示了分子配体在调控表面吸附的单个八乙基钴卟啉(CoOEP)分子的电子态和输运性质中的重要作用. 通过单分子剪裁可以脱去该分子外围的甲基, 并在中心钴原子的微分电导谱中观察测到d轨道共振到近藤共振的演变. 实验结果结合第一性原理的理论计算研究表明, 在脱去甲基前后中心钴原子的化学环境和磁矩均未发生显著变化, 这一演变可以通过一个简化模型来阐释并被归结为脱去甲基后分子配体与衬底成键改变了体系隧穿参数所导致. 此外, 实验结果表明CoOEP分子配体的输运性质可受到分子间距离和范德华相互作用的显著调控. 在CoOEP低聚体中位于分子之间的乙基被抬高, 同时在其微分电导谱谱中0–0.8 V区域内新出现一个强的共振峰. 这一新的共振峰表现出等间距的多峰细节, 其峰间距与卟啉环和乙基之间的C–C键伸缩模式能量符合. 这一新共振峰的出现被归结为由于分子局部与衬底耦合减弱形成双结隧穿体系所导致的振子态隧穿峰.
拓扑绝缘体(Bi0.5Sb0.5)2Te3薄膜中的线性磁阻 Linear magnetoresistance in topological insulator (Bi0.5Sb0.5)2Te3 thin films
基于含时密度泛函理论的表面等离激元研究进展 Progress of surface plasmon research based on time-dependent density functional theory
F8BT薄膜表面形貌及与Al形成界面的电子结构和反应 Surface morphology of F8BT films and interface structures and reactions of Al on F8BT films
基于共轭聚合物光电器件的性能与聚合物的表面形貌、分子取向、以及与金属电极形成的界面结构密切相关. 本文利用原子力显微镜(AFM)、同步辐射光电子能谱(SRPES)和近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等, 研究了聚(9, 9-二辛基芴并苯噻二唑)(F8BT)薄膜的表面形貌、分子取向及其与Al 电极形成界面过程的结构变化. 结果表明, 在略低于F8BT玻璃转变温度(Tg=130 ℃)条件下对F8BT薄膜进行退火, 可明显增加薄膜的表面粗糙度, 薄膜中F8BT 的分子取向角约为49°, 9, 9-二辛基芴单元(F8)与苯噻唑单元(BT)几乎在同一平面. 在Al/F8BT 界面形成过程中, Al与F8BT中的C, N和S均发生不同程度的化学反应, 并导致价带结构和未占据分子轨道(LUMO)态密度的变化. Al对F8BT进行n型掺杂引起F8BT能带弯曲的同时, 未占据能级被部分占据, 更多的电子将被注入到LUMO+1中. 通过考察价带电子结构、芯能级位移及二次截止边的变化, 绘制了清晰的Al/F8BT界面能级图.
石墨烯莫尔超晶格 Graphene/h-BN Moiré superlattice
石墨烯-六方氮化硼面内异质结构的扫描隧道显微学研究 Scanning tunneling microscopy study of in-plane graphene-hexagonal boron nitride heterostructures
LaTiO3(110)薄膜分子束外延生长的精确控制和表面截止层的研究 Precise control of LaTiO3(110) film growth by molecular beam epitaxy and surface termination of the polar film
基于块稀疏贝叶斯学习的多任务压缩感知重构算法 A recovery algorithm for multitask compressive sensing based on block sparse Bayesian learning
美式回望期权定价问题的有限体积法 A finite volume method for pricing the American lookback option
随着金融市场的不断发展, 期权作为一种能够规避风险的金融衍生产品越来越引起投资者的青睐, 成交量呈逐年上升的趋势, 期权定价问题已经成为金融数学领域中一个重要的研究课题. 本文主要研究Black-Scholes模型下美式回望期权定价问题的数值解法. 美式回望期权定价问题是一个二维非线性抛物问题, 难以直接应用数值方法进行求解. 通过分析该问题的求解难点, 本文给出解决该困难的有效方法. 首先利用计价单位变换将定价问题转换为一维自由边值问题, 并采用Landau's变换将求解区域规范化; 而后针对问题的非线性特点,利用有限体积法和Newton法交替迭代求解期权价格和最佳实施边界, 并对数值解的非负性进行了分析. 最后, 通过与二叉树方法进行比较, 验证了本文方法的正确性和有效性, 为实际应用提供了理论基础.
群速度色散对于纠缠光场二阶关联函数影响的研究 Research of the impact of group velocity dispersion on the second-order correlation of entangled light field
杨-巴克斯特自旋1/2链模型的量子关联研究 Properties of quantum correlations in the Yang-Baxter spin-1/2 chain mode
非对称耦合粒子链在棘齿势中的确定性定向输运 Deterministic directional transport of asymmetrically coupled nonlinear oscillators in a ratchet potential
基于在线误差修正自适应SVR的非线性不确定分数阶混沌系统滑模控制 Sliding mode control of fractional order chaotic system based on an online error correction adaptive SVR
带有未知非对称控制增益的不确定分数阶混沌系统自适应模糊同步控制 Adaptive fuzzy synchronization for uncertain fractional-order chaotic systems with unknown non-symmetrical control gain
多元混沌时间序列的多核极端学习机建模预测 Multivariate chaotic time series prediction using multiple kernel extreme learning machine
基于扩展型Duffing振子的局部放电信号检测方法研究 Study on partial discharge signals detection by extended Duffing oscillator
具有双重时滞的时变耦合复杂网络的牵制外同步研究 Outer synchronization analysis of two time-varying networks with double delays based on pinning control
具有时滞反馈的非对称双稳系统中的振动共振研究 Vibrational resonance in an asymmetric bistable system with time-delay feedback
基于指数再生窗Gabor框架的窄脉冲欠Nyquist采样与重构 Hot! Sub-Nyquist sampling and reconstruction of short pulses based on Gabor frames with exponential reproducing windows
基于Gabor框架的窄脉冲信号采样及重构效果已经得到验证, 其解决了有限新息率(finite rate of innovation, FRI)采样方法无法在波形未知的情况下重构出脉冲波形的问题.但是目前的Gabor框架采样系统的窗函数构造复杂且难以物理实现.本文将指数再生窗函数引入Gabor框架, 将窗函数序列调制部分简化为一阶巴特沃斯模拟滤波器, 构造了Gabor系数重构所需要的压缩感知(compressed sensing, CS)测量矩阵.为了使得测量矩阵满足信号精确重构所需的约束等距特性(restricted isometry property, RIP), 根据高阶指数样条函数能量聚集特性, 选择了最优的窗函数支撑宽度, 推导了信号重构所需的约束条件, 还对其鲁棒性进行了分析.本文通过仿真实验对上述分析进行了有效验证, 该系统可应用于测试仪器、状态监测、雷达及通信领域等多种背景下的窄脉冲信号采样与重构.
0.14 THz双环超材料慢波结构表面波振荡器数值研究 Numerical studies on a 0.14 THz coaxial surface wave oscillator with double-ring metamaterial slow wave structure
欧姆损耗对太赫兹频段同轴表面波振荡器的影响 Effect of Ohmic loss on coaxial surface wave oscillator in terahertz band
地基高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中的CH4浓度变化 Observation of ambient CH4 variations using ground-based high resolution Fourier transform solar spectrometry
钨中氢同位素热脱附实验的速率理论模拟研究 Simulation of the experiments on thermal desorption spectroscopy of hydrogen isotope in tungsten with the framework of rate theory
外场作用下邻苯二甲酸二丁酯的分子结构和光谱研究 Molecular structure and spectrum of dibutyl phthalate in an external electric field
近三相点氮分子固体的低温红外吸收特性研究 Infrared absorption characteristics of solid nitrogen at near-triple point temperatures
FOX-7转晶行为的太赫兹光谱及理论计算研究 Terahertz spectrum and simulation of the phase transformation of FOX-7
基于石墨烯的可调谐太赫兹光子晶体结构 Tunable terahertz photonic crystal structures containing graphene
准随机矩形孔阵列透射光栅 Hot! Qusia-random rectangular holes self-supporting transmission grating
自支撑透射光栅的周期加强筋结构在降低光栅的通光面积、减少光栅衍射效率的同时, 也影响了光栅原有的衍射模式, 致使其应用更加复杂. 为了应对这一问题, 作者提出了利用在高Z材料薄膜上准随机排布矩形孔实现自支撑透射光栅的技术方法. 理论分析与实验结果表明, 利用新方法制作的透射光栅较好地摆脱了周期性加强筋对透射光栅衍射模式的强加干扰.
一种基于β-warping变换算子的被动声源距离估计方法 A passive source ranging method using the waveguide-invariant-warping operator
放电参数对同轴枪中等离子体团的分离的影响 Influence of discharge parameters on blow-by in a coaxial plasma gun
脉冲激光辐照液滴锡靶等离子体极紫外辐射的实验研究 Experimental study on laser produced tin droplet plasma extreme ultraviolet light source
介质环境对铜丝电爆炸制备纳米粉体的影响 Effect of medium on nanopowders prepared by Cu wire electrical explosion
颗粒介质的结构及热力学 Granular structure and the nonequilibrium thermodynamics
虹彩环形结构色氧化铝薄膜的制备与研究 Preparation and study of anodic alumina thin films with rainbow rings
初始压入位置对Ni基单晶合金纳米压痕影响研究 Influence of initial indentation point on nanoindentation of Ni-based single crystal line alloys
表面氢化双层硅烯的结构和电子性质 Structural and electronic properties of hydrogenated bilayer silicene
新型鸟嘌呤类似物y-鸟嘌呤及其异构体电子光谱性质的理论研究 Theoretical study on the photophysical properties of the newly designed guanine analog y-guanine and its tautomers
(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究 Density functional theory studies of (TiO2)12 quantum ring and its electronic properties when doped with transition metal compounds
Mg2Si化合物在静水压下的电子输运性能研究 Electron transport properties of Mg2Si under hydrostatic pressures
Ga2基Heusler合金Ga2XCr(X = Mn, Fe, Co, Ni, Cu)的四方畸变、电子结构、磁性及声子谱的第一性原理计算 First-principles investigations on tetragonal distortion, electronic structure, magnetism, and phonon dispersion of Ga2XCr (X = Mn, Fe, Co, Ni, Cu) Heusler alloys
电子-声子相互作用对平行双量子点体系热电效应的影响 Influences of electron-phonon interaction on the thermoelectric effect in a parallel double quantum dot system
SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响 Effects of protons within SiO2 solid-state electrolyte on performances of oxide electric-double-layer thin film transistor
Ni2O3掺杂对新固相源顶部籽晶熔渗生长法制备单畴GdBCO超导块材超导性能的影响 Effect of Ni2O3 doping on the properties of single domain GdBCO bulk superconductors fabricated by a new modified top-seeding infiltration and growth process
高质量稀磁半导体(Ga, Mn)Sb单晶薄膜分子束外延生长 Hot! Molecular-beam epitaxy of high-quality diluted magnetic semiconductor (Ga, Mn)Sb single-crystalline films
理论预言窄禁带稀磁半导体(Ga,Mn)Sb及其异质结构可能存在量子反常霍尔效应等新奇特性, 近年来受到了特别关注. 但是, 由于(Ga,Mn)Sb薄膜生长窗口窄, 纯相(Ga,Mn)Sb薄膜制备比较困难, 迄今关于这类材料的研究报道为数不多. 本文采用低温分子束外延的方法, 通过优化生长条件, 成功制备出厚度为10 nm, Mn含量在0.016至0.039之间的多组(Ga,Mn)Sb薄膜样品. 生长过程中反射式高能电子衍射原位监测和磁性测量都表明没有MnSb等杂相的偏析, 同时原子力显微镜图像表明其表面形貌平滑, 粗糙度小. 通过生长后退火处理, (Ga,Mn)Sb薄膜的最高居里温度达到30 K. 此外, 本文研究了霍尔电阻和薄膜电阻随磁场的变化关系, 在低温下观测到明显的反常霍尔效应.
基于磁/电介质混合型基体的宽带超材料吸波体的设计与制备 Design and fabrication of a broadband metamaterial absorber based on a dielectric and magnetic hybrid substrate
SnO2量子点/石墨烯复合结构的合成及其光催化性能研究 Synthesis of SnO2 quantum dots/graphene composite and its photocatalytic performance
基于蒙特卡洛方法的钛氧化物忆阻器辐射损伤研究 Research on radiation damage in titanium oxide memristors by Monte Carlo method
等离子体辅助平板波导的传输特性及应用研究 Transmission characteristics and potential applications of plasmon-assisted parallel-plated waveguide
基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计 Joint for time of arrival and direction of arrival estimation algorithm based on the subspace of extended hadamard product
电离辐射对部分耗尽绝缘体上硅器件低频噪声特性的影响 Radiation effects on the low frequency noise in partially depleted silicon on insulator transistors
总体经验模态分解能量向量用于ECG能量分布的研究 ECG energy distribution analysis using ensemble empirical mode decomposition energy vector
总体经验模态分解(EEMD)改进了经验模态分解(EMD)存在的模态混叠问题, 依据信号自身的波动特点将信号分解, 特别适合非线性非平稳信号的分析处理. ECG信号能量分布有一定的规律, 疾病会引起能量分布的变化, 研究ECG能量分布的改变对心脏疾病的研究和临床诊断有重要意义. 本文将ECG信号通过EEMD方法分解为多个本征模态函数(IMF)分量, 观察IMF分量的波动规律, 指出了ECG信号在不同时间尺度上的波动特点和物理意义. 将IMF分量分别计算能量, 得到ECG的能量向量, 并对健康人和三种心脏疾病患者能量向量进行对比分析. 结果表明心脏疾病导致EEMD能量向量的高频分量显著降低, 尤其是p1分量具有较好的区分度, 可以作为心脏疾病诊断的参考依据. 相比较传统的频域分析方法单纯关注频率而忽略信号自身特点和信号成分之间的相互作用, EEMD的分解结果依赖于ECG信号本身, 因此更能够反映ECG信号的真实情况, 揭示年龄和疾病对ECG能量分布的影响.
基于逆散射理论的地震波速度正则化反演 Regularized seismic velocity inversion based on inverse scattering theory
路径约束条件下车辆行为的时空演化模型 Spatiotemporal evolution model of vehicular movement Behavior under path constraints
无云情况下L波段微波辐射计快速大气校正方法 A rapid atmospheric correction model for L-band microwave radiometer under the cloudless condition
