亮点文章
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卤化物钙钛矿具有优异的电学和光学性能, 是光电子器件中理想的有源层候选材料, 特别是在高性能光探测方面显示出更具竞争力的发展前景, 其中全无机钙钛矿CsPbBr3因其良好的环境稳定性而被广泛关 注. 本文报道了一种具有快响应速度和低暗电流的垂直MSM型CsPbBr3薄膜光电探测器. 由于采用垂直 结构缩短了光生载流子的渡越距离, 器件具有超快的响应速度63 μs, 比传统平面MSM型光电探测器提高了两个数量级. 然后, 通过在p型CsPbBr3与Ag电极之间旋涂一层TiO2薄膜, 提升了界面光生载流子的分 离效率, 实现了钙钛矿薄膜与金属电极间的物理钝化, 从而大大降低了器件的暗电流, 在–1 V的偏压下暗电流只有–4.81×10–12 A. 此外, 该种垂直MSM型CsPbBr3薄膜光电探测器还具有线性动态范围大(122 dB)、探测率高(1.16×1012 Jones)和光稳定性好等诸多优点. 通过Sentaurus TCAD模拟发现, 电荷传输层可以选择性的阻挡载流子传输, 从而起到降低暗电流的作用, Sentaurus TCAD模拟结果与实验数据吻合, 揭示了电荷传输层降低器件暗电流的内在物理机制.
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近年来, 以Ag2S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展. 该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能, 表现出优异的室温塑性, 并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升. 最新研究表明, Mg3Bi2基单晶材料在塑性变形能力和室温热电性能方面综合表现更佳. 微观结构表征及理论计算分析揭示了位错滑移在Mg3Bi2单晶塑性变形过程中的关键作用, 特别是多个滑移系表现出较低的滑移势垒. 这些发现不仅深化了对塑性热电材料微观变形机制的理解, 还为优化材料性能和开发新型柔性热电器件奠定了重要基础. 未来将这些材料应用于实际器件仍面临热稳定性、化学稳定性和界面接触等挑战, 这些问题的解决将推动塑性热电材料在柔性电子领域的应用.
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带有分数化准粒子激发的分数量子霍尔态是一种奇特的强关联拓扑量子物态, 自1982年在强磁场二维电子气中被首次观测到以来一直是凝聚态物理重要的前沿方向. 去年来, 有多个团队在基于过渡金属硫族化合物和石墨烯的莫尔超晶格中观测到了零磁场分数量子霍尔效应, 在莫尔超晶格中还发现了分数量子自旋霍尔效应的迹象. 这表明莫尔超晶格体系能够有效调控能带及相互作用, 是在零磁场条件下实现分数化拓扑量子态的理想平台. 本文简要论述了与此相关的研究进展和存在的挑战, 并对该领域未来可能的发展方向做出展望.
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近年来, 基于宇称-时间(parity-time, PT)对称的非厄密物理机制在磁谐振式无线电能传输(wireless power transfer, WPT)领域取得了显著进展. 非厄密物理不仅有效地解释了当前WPT领域基于电路理论分析的主要实验结果, 而且为进一步提升WPT器件的传输效率、距径比、鲁棒性等方面提供了全新的原理支撑. 本文主要综述了基于PT对称、高阶PT对称、高阶Anti-PT对称等条件下的高效稳定磁谐振式WPT的研究进展, 揭示了非厄密物理在该领域的独特作用机制及重要应用. 最后对非厄密物理在WPT领域的应用前景进行了展望.
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基于硅基材料的逻辑器件由于其短沟道效应, 使摩尔定律失效, 二维半导体材料被认为是继续缩小晶体管尺寸以生产更多摩尔电子器件的潜在沟道材料. 最近在实验上突破了技术瓶颈的限制, 实现了二维场效应晶体管突破亚1 nm沟道极限, 并且表现出优异的器件性能. 这极大地鼓舞了在理论上进一步探索二维器件的性能. 二维SnS具有较高的载流子迁移率和各向异性的电子性能, 且材料性能环境稳定. 本文应用第一性原理研究了亚5 nm SnS 场效应晶体管的量子输运特性, 鉴于SnS的各向异性, 本文将器件沿单层SnS的armchair和zigzag两个方向进行构造, 发现p型zigzag方向的器件性能优于其他类型(包括n型、p型的armchair方向和n型的zigzag方向). p型zigzag方向器件的开态电流在栅长缩短到1 nm也能满足国际半导体技术路线图的高性能(HP)器件要求, 其值高达1934 μA/μm. 这在目前报道的1 nm栅长上的器件材料性能方面处于领先.
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遍布全球的人工甚低频台站发射的信号主要用于对潜通信, 在夜间, 这些信号可以泄漏进磁层与内辐射带中几十至几百keV电子发生回旋共振, 从而导致电子沉降. 这一过程是导致内辐射带电子损失的重要原因, 也是磁层-电离层耦合过程中能量和物质输运的重要环节. 被台站信号散射的电子呈现出能量随L增加而减小的“条缕状”能谱结构, 与台站信号和电子的一阶回旋共振能量曲线相符. 低轨卫星可以对“条缕状”能谱结构进行清晰地观测, 为研究近地空间波粒相互作用提供了重要契机. 本文基于Drift-Diffusion-Source模型, 复现了DEMETER卫星于2009年3月19日多个轨道测量的NWC台站信号导致的“条缕状”能谱, 量化了NWC台站信号对辐射带电子的散射作用, 明晰了NWC台站信号的幅度和传播角, 揭示了内辐射带电子漂移过程中的动态变化规律, 为开发人工影响辐射带技术提供了重要理论参考.
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忆阻器是非易失性存储器和神经形态计算的优秀候选者. 电压调制作为其关键性能策略, 是获得纳瓦超低功耗、飞焦超低能耗工作的基础, 有助于打破功耗墙、突破后摩尔时代算力瓶颈. 然而基于高密度集成忆阻器阵列的类脑计算架构还需重点考虑开/关比、高速响应、保留时间和耐久性等器件稳定性参数. 因此如何在低电场下实现离子/电子的高效、稳定驱动, 构筑电压低于1 V的低电压、高性能忆阻器成为了当前实现类脑计算能效系统的关键问题. 本文综述了近年来面向类脑计算的低电压忆阻器的研究进展. 首先, 探讨了低电压忆阻器的机制, 包括电化学金属化机制和价态变化机制. 在此基础上, 系统总结了各材料体系在低电压忆阻器中的优势, 涵盖了过渡金属氧化物、二维材料和有机材料等. 进一步围绕材料工程、掺杂工程、界面工程提出了相应的低电压忆阻器实现策略, 最后, 展望了基于低电压忆阻器的类脑功能模拟及神经形态计算应用, 并对现存问题和未来研究方向进行了讨论.
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近几年对活性粒子的研究已成为很多领域研究者关注的重要课题之一, 其中关于活性手征粒子的相分离问题具有重要的理论和实际意义. 本文通过朗之万动力学研究了具有不同扩散系数的活性手征粒子组成的二元混合系统中粒子的相分离. 较小的相对扩散系数有利于“冷”粒子形成大的团簇而分离, 较大的相对扩散系数则会减弱分离效果. 由于粒子特征(自驱动速度、自转角速度)和相对扩散系数对粒子间碰撞作用的影响, 系统要使“冷”“热”粒子达到相分离, 自驱动速度和自转角速度的增大(或减小)不能同步, 自驱动速度的相对变化率要小于自转角速度的相对变化率. 通过分析“冷”粒子有效扩散系数的变化, 系统相分离现象得到了很好的解释. 有效扩散系数较小意味着“冷”粒子会聚集形成较大的团簇, 系统可出现相分离现象, 而当有效扩散系数较大时“冷”粒子的扩散较强, 不会形成大的团簇产生相分离. 另外, 随着粒子填充率的增大“冷”粒子最大团簇粒子数占比曲线进行先增大后减小的非单调变化, 每条曲线存在一段最优粒子填充率宽度. 相对扩散系数和自驱动速度的增大, 会使曲线的最优填充率宽度变窄并向右偏移.
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铜氧超导材料问世以来, 其高温超导的理论机制仍有待解决. 近年来, 铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理, 其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展. 基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术, 因具有体测量、能量动量分辨及直接探测不同元激发色散关系的能力, 在铜氧超导材料研究中得到了广泛应用. 无论是Bardeen-Cooper-Schrieffer理论框架下粘合库珀对的声子, 还是强关联体系中Hubbard模型预测的磁涨落和竞争序, 都可以用共振非弹性X射线散射实验测量, 并研究它们之间的关联. 本文介绍了利用共振非弹性X射线散射测量铜氧超导材料电荷密度波及相关低能激发, 包括声子异常现象的研究进展, 还介绍了磁激发和超导最高转变温度的关系, 最后对未来的研究方向和面临的挑战进行展望.
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宇宙正反物质的不对称性起源是当今科学的重要未解之谜. 本文简要评述反物质研究历程和近期国际上的相关研究热点. 重点阐述了近些年来, 在相对论重离子碰撞实验中取得的反物质研究进展, 包括发现首个反物质超核(反超氚)、反物质氦4、反超氢4、反质子相互作用的首次测量、正反超氚核的质量和结合能的精确测量等. 在此基础上, 我们讨论了(反)轻核产生的不同物理机制. 同时, 也介绍了反氢原子实验、太空探测反物质等方面取得的最新成果, 并讨论这些进展对认识物质结构的启示.
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