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专题: 二维及拓扑自旋物理 • 封面文章

  

封面文章

有机阳离子插层调控二维反铁磁MPX3磁性能
弭孟娟, 于立轩, 肖寒, 吕兵兵, 王以林
2024, 73 (5): 057501. doi: 10.7498/aps.73.20232010
摘要 +
电控磁效应调控二维 (2D) 反铁磁 (AFM) 材料的研究结合了电控磁效应与半导体工艺兼容且低能耗的优势, 2D材料范德瓦耳斯界面便于异质集成以及AFM材料无杂散场、抗外磁场干扰、内禀频率高的优势, 成为领域内研究的重点. 载流子浓度调控是电控磁效应的主要机制, 已被证明是调控材料磁性能的有效途径. 层内AFM材料的净磁矩为零, 磁性调控测量存在挑战, 故其电控磁效应研究尚少且潜在的机制尚不清楚. 基于有机阳离子的多样性, 本文利用有机阳离子插层系统地调控了2D 层内AFM材料MPX3 (M = Mn, Fe, Ni; X = S, Se) 的载流子浓度, 并研究了电子掺杂对其磁性能的影响. 笔者在MPX3家族材料中发现了依赖载流子浓度变化的AFM-亚铁磁 (FIM)/铁磁 (FM) 的转变, 并结合理论计算揭示了其调控机制. 本研究为2D磁性材料的载流子调控磁相变提供了新的见解, 并为研究2D磁体的电子结构与磁性之间的强相关性以及设计新型自旋电子器件开辟了一条途径.

专题: 二维及拓扑自旋物理

  

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磁声耦合: 物理、材料与器件
陈崇, 马铭远, 潘峰, 宋成
2024, 73 (5): 058502. doi: 10.7498/aps.73.20231908
摘要 +
固体中的声波有两种传播方式: 一种是声体波, 以纵波或横波的形式在固体内部传播; 另一种是声表面波, 在固体表面产生并沿着表面传播. 声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号, 尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中. 声学滤波器因其体积小、成本低和性能稳定等多方面的优势, 在移动通信等领域得到了广泛应用. 受益于成熟的制造工艺和确定的共振频率, 声波已逐渐成为操控磁性和自旋的有力手段, 这一领域正朝着小型化、超快和节能的自旋电子学器件应用迈进. 将磁性材料集成到声学射频器件, 也开辟了对声学器件调控方法和性能提升的新思路. 本综述首先梳理了各种磁声耦合的物理机制, 并在此基础上系统介绍了声控磁化动力学、磁化翻转、磁畴和磁性斯格明子产生及运动、自旋流产生等一系列磁性和自旋现象. 同时也讨论了声控磁的逆过程——磁控声波的研究进展, 包括声波参数的磁调控和声波的非互易传播, 以及基于此开发的新型磁声器件, 如磁传感器、磁电天线、可调谐滤波器等. 最后展望了磁声耦合未来可能的研究方向和潜在的应用前景.

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强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制
刘庆康, 张旭, 蔡洪波, 张恩浩, 高妍琦, 朱少平
2024, 73 (5): 055202. doi: 10.7498/aps.73.20231679
摘要 +
激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一. 宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段, 近年来受到广泛关注. 然而, 宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发, 使抑制效果不及预期. 本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型. 通过选择适当的强度调制包络, 能够打断背散光在强脉冲中的放大过程, 降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率, 并大幅减少背散光份额和热电子产额. 数值模拟表明, 强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力. 对于平均功率为$ 1.0\times {10}^{15}~{\mathrm{W}}/{\mathrm{c}}{{\mathrm{m}}}^{2} $, 带宽为0.6%的二倍频宽带激光, 使用强度调制技术后, 反射率下降了1个数量级, 20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%. 上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性, 并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

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元素取代对Ge-As(Sb)-Se玻璃转变阈值行为的影响
许思维, 王训四, 沈祥
2024, 73 (5): 057102. doi: 10.7498/aps.73.20231797
摘要 +
本文针对Sb取代As元素对GexAs(Sb)20Se80–x玻璃阈值行为的影响进行研究. 对理想共价网络玻璃GexAs20Se80–x的玻璃转变温度、密度和折射率等物理参数进行了系统测量, 在其平均配位数为2.4和2.67处验证了转变阈值的存在, 这两个转变分别代表玻璃内部的共价网络结构从欠限制的松散状态到过限制的紧致状态的转变和从二维到三维紧致状态的转变. 但是, 当金属性更强的Sb取代As时, 得到的非理想共价网络玻璃GexSb20Se80–x则会引起转变阈值的变化, 转变阈值改变为化学计量组成. 进一步利用拉曼散射技术对其结构进行表征, 并将拉曼光谱通过分峰拟合分解成不同的结构单元的特征峰, 它们各自的强度变化表现出相同的行为, 这归因于As和Sb的原子半径差异较大所引起的化学效应以及Sb元素具有较强的离子特性.

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弱相对论涡旋光在等离子体中传播的波前畸变及补偿
刘伟, 贾青, 郑坚
2024, 73 (5): 055203. doi: 10.7498/aps.73.20231635
摘要 +
涡旋光与等离子体相互作用近年来在激光等离子体领域引起了广泛的关注. 深入研究涡旋光在等离子体中的传播对粒子加速和辐射源产生等工作具有重要意义. 本文着重探讨了弱相对论涡旋光在等离子中传播时, 传播过程对电磁波结构的影响. 基于三维粒子模拟, 发现弱相对论涡旋光在等离子体中传播时会产生波前畸变. 在给定等离子体密度时, 畸变程度与电磁波强度及传播距离密切相关. 基于相位修正模型, 通过考虑电子相对论质量修正, 在理论上对该现象进行了解释. 此外, 研究还发现可以通过设置适当的初始密度调制对波前畸变进行补偿抑制, 并通过三维粒子模拟进行了验证. 本工作加强了对涡旋光在等离子体中传播过程的理解, 并为设计应用于相对论涡旋光的等离子体器件提供了参考.

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等容预压缩等离子体中的快点火热斑形成与燃烧波传播
王美乔, 徐泽鲲, 吴福源, 张杰
2024, 73 (5): 055204. doi: 10.7498/aps.73.20231474
摘要 +
研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义, 但是, 迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的, 对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分. 本文针对双锥对撞点火方案产生的等容预压缩高密度等离子体, 建立了描述热斑边界演化和核聚变燃烧的半解析模型. 该模型表明, 在等容预压缩高密度等离子体中的热斑边界, 可以用对热斑产生的$ {\mathrm{\alpha }} $粒子具有强烈吸收作用的激波波峰的位置来定义, 且等容预压缩等离子体中的热斑点火过程也存在$ {\mathrm{\alpha }} $粒子射程主导的自调节现象. 通过考虑$ {\mathrm{\alpha }} $粒子的空间不均匀沉积效应, 可以利用该模型描述等容预压缩等离子体中热斑内部的温度和密度演化. 使用该模型分析热斑在点火初期时刻的劳森参数和平均热斑温度发现, 在快电子总能量相同情况下, 能量较低的快电子束更有利于实现点火. 辐射流体模拟程序O-SUKI-N的验证计算表明, 本文提出的半解析模型的计算结果具有较强的合理性.

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利用脉冲激光沉积外延制备CsSnBr3/Si异质结高性能光电探测器
王爱伟, 祝鲁平, 单衍苏, 刘鹏, 曹学蕾, 曹丙强
2024, 73 (5): 058503. doi: 10.7498/aps.73.20231645
摘要 +
钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性, 已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力. 但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围. 因此, 寻找低毒、稳定的非铅钙钛矿半导体尤为重要. 利用锡元素替代铅元素并生长高质量的锡基钙钛矿薄膜是实现其光电器件应用的可行方案. 本文采用脉冲激光沉积方法, 在N型单晶硅(100)衬底上外延生长了一层(100)取向的CsSnBr3钙钛矿薄膜. 霍尔效应及电学测试结果表明, 基于CsSnBr3/Si半导体异质结在暗态下具有明显的异质PN结电流整流特征, 在光照下具有显著的光响应行为, 并具有可自驱动、高开关比(104)以及毫秒量级响应/恢复时间等优良光电探测器件性能. 本文研究结果表明利用脉冲激光沉积方法在制备新型钙钛矿薄膜异质结、实现快速灵敏的光电探测方面具有重要应用前景.

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Pr, Yb, Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能
孙贵花, 张庆礼, 罗建乔, 王小飞, 谷长江
2024, 73 (5): 059801. doi: 10.7498/aps.73.20231362
摘要 +
2.7—3.0 μm波段激光在很多领域具有重要应用, 为探索和发展该波段新型晶体材料, 本文采用提拉法生长出Pr, Yb, Ho:GdScO3晶体, 通过共掺入Pr3+离子以达到衰减Ho3+:5I7能级寿命的目的. 采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据, 测量了拉曼光谱, 并对晶体的拉曼振动峰进行指认, 对Pr, Yb, Ho:GdScO3晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征. Yb3+的最强吸收峰在966 nm, 吸收峰半峰宽为90 nm; 2.7—3.0 μm波段最强发射峰在2850 nm, 半峰宽为70 nm; Ho3+:5I65I7能级寿命分别为1094 µs和56 µs. 与Yb, Ho:GdScO3晶体相比, Yb3+的吸收峰和2.7—3.0 μm的发射峰半峰宽明显展宽, 同时下能级寿命显著减小, 计算表明Ho3+:5I7与Pr3+:3F2+3H6能级之间能实现高效的能量传递. 以上结果表明Pr, Yb, Ho:GdScO3晶体是性能更优异的2.7—3.0 μm波段激光材料.

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基于多层水平变化浅海海底模型的低频反演方法
康娟, 彭朝晖, 何利, 李晟昊, 于小涛
2024, 73 (5): 054301. doi: 10.7498/aps.73.20231715
摘要 +
准确获取海底声学参数对声场分析、声纳应用等具有重要意义. 反演是获取海底声学参数的重要手段之一. 为了避免反演中的多值问题, 地声反演往往尽量减少待反演参数, 多采用单层或双层水平不变地声模型, 反演后的声学参数仅能在有限频段应用, 难以同时应用于较宽频段. 本文以实验中浅地层剖面仪测量的海底沉积层分层结构为基础建立地声模型, 采用多物理量分步联合手段反演各沉积层声学参数, 并通过匹配场定位、后验概率分析、采样等手段对反演结果进行验证. 将反演结果与单层等效地声模型反演结果进行对比分析, 结果说明, 本文建立的多层水平变化海底声学参数更接近真实情况, 可以应用在较宽频段范围, 解释不同声学现象, 且精度更高.

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双谐振环金属超表面中的连续域束缚态
王玥, 王豪杰, 崔子健, 张达篪
2024, 73 (5): 057801. doi: 10.7498/aps.73.20231556
摘要 +
超表面由于具备独特的电磁响应特性, 在微波、太赫兹以及光学领域的应用十分广泛. 在电磁超表面中构建连续域束缚态(bound states in the continuum, BIC)模式谐振可以产生尖锐的谐振透射峰, 因此BIC被广泛用于设计具有高品质因子谐振的超表面. 本文实验研究了一种支持准 BIC (quasi-BIC, q-BIC)谐振的新型金属太赫兹超表面, 通过设计两组金属开口谐振环(split ring resonators, SRRs)的结构参数来调节各自主导的谐振的工作频率, 使不同模式谐振之间产生耦合, 形成q-BIC模式谐振. 并利用电磁场分布及其散射功率的多极分解的计算结果证明了不同模式的共振机制. 在入射电磁波分别沿x, y偏振时, 通过Jaynes-Cummings模型计算了两模式之间的归一化耦合强度比, 分别为0.54% (x偏振)与4.42% (y偏振), 解释了不同谐振模式的工作频率随SRRs器件结构参数改变而变化的规律.
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