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特邀综述

  

封面文章

转录机器: 绳上舞者
王耀来, 刘锋
2020, 69 (24): 248702. doi: 10.7498/aps.69.20201631
摘要 +
转录机器是响应细胞信号并启动基因转录的分子机器. 它控制着基因在恰当的时间以适当的速率表达, 演奏着生命之曲的底层旋律. 为了揭示转录机器的工作原理, 研究人员从其结构、动力学、信号转导等不同的维度进行探索. 研究进程在跌宕起伏中螺旋式上升, 各大研究领域趋于成熟却也趋于独立. 故此, 本文着眼全局, 扼要介绍真核生物转录机器在多领域的重要进展, 着重呈现看似大相径庭的新发现. 结构研究揭示了转录机器的基本架构, 核心争议在于媒介子(也称中介体复合物)的信号传递方式—“变构效应”抑或“招募导引”. 超级增强子的可能工作机制包括令人遐想的“液相分离”和“精确协作”. “转录钟”研究揭示了转录动力学的基本特征. 转录爆发现象的发现, 带来了转录调控机制的“调频”与“调幅”之争—前者得到了更多的支持. 此外, 本文也概述了转录研究的技术困难和理论模型, 提供了基于系综统计方法的研究策略, 并介绍了转录机器的理想模型. 转录机器在DNA上的运转方式源自进化的长河, 似乎是对物理学定律的完美运用与平衡.

封面文章

基于机器学习构建的环三亚甲基三硝胺晶体势
王鹏举, 范俊宇, 苏艳, 赵纪军
2020, 69 (23): 238702. doi: 10.7498/aps.69.20200690
摘要 +
环三亚甲基三硝胺(RDX)是一种高能低感度炸药, 对其能量和性质的准确计算对于开展该炸药的分子模拟至关重要. 本文基于机器学习算法, 采用高维神经网络模型, 对RDX分子晶体结构数据集进行势函数训练. 分别采用9种不同的网络结构进行测试训练, 并选取其中学习效果最好的势函数对RDX分子晶体结合能和晶格中原子受力进行计算, 均能很好地重复出第一性原理的计算结果, 其测试集结合能的均方根误差为59.2 meV/atom. 作为机器学习势函数的应用, 进一步使用该势函数对α相RDX晶体进行分子动力学模拟, 以验证其适用性.

专题:固态电池中的物理问题

  

封面文章

全固态电池中界面的结构演化和物质输运
拱越, 谷林
2020, 69 (22): 226801. doi: 10.7498/aps.69.20201160
摘要 +
全固态电池中科学问题的本质在于引入的固态电解质的特性及全新的固-固界面的存在. 从构-效关系出发, 固-固界面和电解质自身的结构演化与物质输运过程决定了全固态电池的性能. 随着固态电解质材料研究的不断丰富, 目前全固态电池中的问题主要集中在固-固界面,界面处的组成和结构限制了全固态电池的性能. 根据固-固界面接触的情况不同, 本文按照固-固界面物理接触、化学接触和表面改性处理这三个层次总结与讨论全固态电池中固-固界面处的结构及其物质输运. 最后从功能材料功能性起源角度讨论局域对称性与宏观复杂体系下材料性能的关联.

百岁铁电: 新材料、新应用专题

  

封面文章

高性能铌酸钾钠基无铅陶瓷的压电和电卡性能
魏晓薇, 陶红, 赵纯林, 吴家刚
2020, 69 (21): 217705. doi: 10.7498/aps.69.20200540
摘要 +
压电陶瓷作为一种能够实现机械能和电能相互转换的功能材料, 在民用和军事方面都有着广泛应用. 随着人们环保及健康意识的提高, 高性能兼具环境协调性的无铅压电陶瓷的研究成为了一项紧迫任务. 在众多无铅材料中, (K, Na)NbO3 (KNN)基陶瓷因其优异的综合性能而受到关注, 但是利用相界同时调控高压电和电卡性能的研究偏少. 本文采用传统固相方法制备了0.944K0.48Na0.52Nb0.95Sb0.05O3-0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3-1.6%(AgxNa1–x)SbO3-0.4%Fe2O3 (x = 0—1.0)无铅压电陶瓷, 重点研究了AgSbO3/NaSbO3对陶瓷相结构、压电和电卡性能的影响. 研究结果表明: 陶瓷在研究组分范围内均为“三方-正交-四方”三相共存; 随着AgSbO3含量的增加, 该陶瓷的压电及铁电性能均有所波动(d33 = 518—563 pC/N, kp = 0.45—0.56, Pmax = 21—23 μC/cm2Pr = 14—17 μC/cm2). 同时, 利用间接法表征了该陶瓷的电卡效应, 在居里温度附近得到了较高的电卡温变值(>0.6 K). 因此, 在KNN基陶瓷中通过相界构建能够同时实现高压电和良好的电卡性能.

专题:太赫兹自旋光电子

  

封面文章

强磁场在ZnCr2Se4中诱导的各向异性太赫兹共振吸收
张朋, 刘政, 戴建明, 杨昭荣, 苏付海
2020, 69 (20): 207501. doi: 10.7498/aps.69.20201507
摘要 +
$ \langle 111\rangle $晶向配置下, 当磁场强度高于7 T时, 其太赫兹共振明显劈裂为高频和低频两个吸收峰, 并且其高频吸收表现出非线性磁场依赖关系. 这种奈尔温度以下特有的各向异性太赫兹自旋动力学效应可能与最近发现的量子临界区域有关.">作为典型的具有螺旋磁结构的材料, ZnCr2Se4承载着诸如磁电耦合、磁致伸缩和负热膨胀等有趣特性, 并可能具备多种不同的量子基态. 本文利用太赫兹时域光谱技术研究了ZnCr2Se4在低温强磁场(T = 4—60 K, H = 0—10 T)下的自旋动力学行为. 当外加磁场高于4 T时, 可以观察到亚太赫兹频率范围的磁共振吸收, 并呈现出随磁场增加蓝移特征. 当磁场( H )方向垂直于太赫兹波矢( k )方向时, 仅观察到单个共振吸收, 且其磁场行为符合线性拉莫尔进动关系. 这种磁场依赖性对应传统的铁磁共振, 意味着螺旋自旋态在高磁场下演化为线性铁磁态. 然而, 在 Hk 同时平行于样品的$ \langle 111\rangle $晶向配置下, 当磁场强度高于7 T时, 其太赫兹共振明显劈裂为高频和低频两个吸收峰, 并且其高频吸收表现出非线性磁场依赖关系. 这种奈尔温度以下特有的各向异性太赫兹自旋动力学效应可能与最近发现的量子临界区域有关.

综述

  

封面文章

面向显示应用的微米发光二极管外延和芯片关键技术综述
潘祚坚, 陈志忠, 焦飞, 詹景麟, 陈毅勇, 陈怡帆, 聂靖昕, 赵彤阳, 邓楚涵, 康香宁, 李顺峰, 王琦, 张国义, 沈波
2020, 69 (19): 198501. doi: 10.7498/aps.69.20200742
摘要 +
随着显示技术的不断发展, 高度微型化和集成化成为显示领域主要的发展趋势. 微米发光二极管(light-emitting diode, LED)显示是一种由微米级半导体发光单元组成的阵列显示技术, 在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和稳定性等方面相比于液晶显示和有机发光二极管显示均具有巨大的优势, 应用前景十分广阔, 同时也被视为下一代显示技术. 目前商用的5G通信技术与显示领域的虚拟现实、增强现实和超高清视频等技术的结合, 将进一步推动微米LED显示产业的发展. 在面临发展机遇的同时, 微米LED显示领域也存在着一些基础科学技术问题需要解决. 本文主要总结了微米LED显示从2000年以来的一些研究进展, 重点介绍了微米LED显示在外延生长和芯片工艺两方面存在的主要问题和可能的解决方案. 在外延生长方面主要介绍了缺陷控制、极化电场控制和波长均匀性等研究进展, 芯片工艺方面主要介绍了全彩色显示、巨量转移和检测技术等进展情况, 并对微米LED显示在这两方面的发展趋势进行了讨论.

专题: 低维材料非线性光学与器件

  

封面文章

MnPS3可饱和吸收体被动锁模掺铒光纤激光器双波长激光
俞强, 郭琨, 陈捷, 王涛, 汪进, 史鑫尧, 吴坚, 张凯, 周朴
2020, 69 (18): 184208. doi: 10.7498/aps.69.20200342
摘要 +
过渡金属硫代亚磷酸盐MnPS3是三元含磷二维材料, 具有新颖的光电特性. 采用化学气相传输方法生长MnPS3单晶, 结合机械剥离方法制备可饱和吸收体光纤调制器件. 以MnPS3可饱和吸收体构建掺铒光纤环形激光器, 实现脉冲间隔为196.1 ns, 脉冲宽度为3.8 ns, 最高输出功率为27.2 mW, 1565.19 nm和1565.63 nm双波长锁模脉冲激光输出, 实现280 h以上高稳定自启动双波长锁模输出.

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中国散裂中子源反角白光中子源束内伽马射线研究
任杰, 阮锡超, 陈永浩, 蒋伟, 鲍杰, 栾广源, 张奇玮, 黄翰雄, 王朝辉, 安琪, 白怀勇, 鲍煜, 曹平, 陈昊磊, 陈琪萍, 陈裕凯, 陈朕, 崔增琪, 樊瑞睿, 封常青, 高可庆, 顾旻皓, 韩长材, 韩子杰, 贺国珠, 何泳成, 洪杨, 黄蔚玲, 黄锡汝, 季筱璐, 吉旭阳, 江浩雨, 姜智杰, 敬罕涛, 康玲, 康明涛, 李波, 李超, 李嘉雯, 李论, 李强, 李晓, 李样, 刘荣, 刘树彬, 刘星言, 穆奇丽, 宁常军, 齐斌斌, 任智洲, 宋英鹏, 宋朝晖, 孙虹, 孙康, 孙晓阳, 孙志嘉, 谭志新, 唐洪庆, 唐靖宇, 唐新懿, 田斌斌, 王丽娇, 王鹏程, 王琦, 王涛峰, 文杰, 温中伟, 吴青彪, 吴晓光, 吴煊, 解立坤, 羊奕伟, 易晗, 于莉, 余滔, 于永积, 张国辉, 张林浩, 张显鹏, 张玉亮, 张志永, 赵豫斌, 周路平, 周祖英, 朱丹阳, 朱科军, 朱鹏
2020, 69 (17): 172901. doi: 10.7498/aps.69.20200718
摘要 +
在基于白光中子源的中子核反应测量中, 伴随中子束的伽马射线是重要的实验本底之一. 本文对中国散裂中子源反角白光中子源的束内伽马射线进行了研究. 通过蒙特卡罗模拟, 得到了伽马射线的能量分布和时间结构. 通过直接测量和间接测量两种方法测得低能中子区的束内伽马射线的时间结构. 直接测量实验中, 将载6Li的ZnS(Ag)闪烁体探测器置于束流线上, 通过飞行时间法直接测量束内的中子和伽马射线的时间结构, 并利用波形甄别技术进行粒子鉴别. 间接测量法是将铅样品置于束流线上, 利用C6D6闪烁体探测器测量样品上的散射伽马射线, 从而得到入射伽马射线的时间结构. 实验测量结果与模拟结果在12 μs—2.0 ms的时间区间内具有较好的一致性.

封面文章

CH3NH3PbBr3纳米线中束缚激子g因子的各向异性
宋飞龙, 王玉暖, 张峰, 武诗谣, 谢昕, 杨静南, 孙思白, 党剑臣, 肖姗, 杨龙龙, 钟海政, 许秀来
2020, 69 (16): 167102. doi: 10.7498/aps.69.20200646
摘要 +
有机-无机杂化钙钛矿材料与其他半导体材料相比具有高的缺陷容忍率, 在太阳能电池、发光二极管、低阈值激光器等领域有重要的应用前景. 通常情况下, 钙钛矿材料是通过溶液法合成的, 这种方法虽然可以得到性能优异的钙钛矿器件, 但同时也会在合成过程中产生大量缺陷. 尽管目前在理论和实验上对钙钛矿材料的缺陷做了很多研究, 但对单个缺陷附近的束缚激子发光问题的研究较少. 本文通过共聚焦显微系统研究了低温(4.2 K)下单根钙钛矿纳米线的荧光光谱, 观测到来自于缺陷周围束缚激子的窄线宽和高强度的荧光峰, 同时观测到了磁场下的塞曼分裂和抗磁现象, 并通过施加矢量磁场发现了束缚激子的g因子存在各向异性. 单个束缚态激子的磁光性质的研究为深入理解束缚激子在量子光源以及自旋电子学中的应用提供了依据.

专题: 光学超构材料

  

封面文章

偏置磁场方向对磁性光子晶体能带结构的影响及其在构建拓扑边界态中的作用
郗翔, 叶康平, 伍瑞新
2020, 69 (15): 154102. doi: 10.7498/aps.69.20200198
摘要 +
光子晶体中的拓扑相变源自于其能带结构中带隙的打开-闭合-再打开, 其中伴随着能带结构中带序(或本征态)之间的交换. 本文探讨了偏置磁场方向对磁性光子晶体能带结构的影响, 它在构建拓扑边界态中的作用以及对边界态特性的影响. 结果表明: 反转偏置磁场方向会导致能量不同但宇称相同的本征态之间的交换, 这种交换为构造不同特性的拓扑边界态(如多重边界态等)提供了更多选择性. 根据边界两侧光子晶体能带结构的相对关系, 可以预测在边界上是否出现拓扑边界态以及边界态的主要特性.
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