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中国科学院物理研究所超高密度自支撑纳米岛阵列的实现（图）
纳米岛阵列 磁存储容量 耦合磁性颗粒
2023/6/28
磁存储单元是用于记录海量数据的磁介质中的最小单元，也是当今较为可靠的高密度非易失性数据存储方式之一。为了进一步提高磁存储容量，必须在保证磁性纳米畴稳定和可读取的同时，尽可能的降低基本单元的尺寸。然而，磁性材料中的超顺磁效应限制了最小铁磁畴的大小。目前，研究人员普遍采用直写电子束光刻技术将高耦合磁性颗粒组成的连续磁性薄膜图像化成离散的单纳米结构，并局部调控异质结构的磁性，进一步开发纳米尺度的数据存储...
在全球变暖和能源危机的大背景下，随着新能源技术的快速发展，人们对高性能、低成本储能技术的需求不断扩张。锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命等优异综合性能，广泛应用于消费电子产品、电动汽车及储能等应用领域。为应对不断提高的产能需求和日益紧缺的原材料资源，高比容量、高稳定性、低成本电极材料开发是目前锂离子电池技术研发的重要环节。2014年，Ceder等人基于渗流理论首次报道了无序岩盐氧化物材料（L...
中国科学院物理研究所铁基超导体中磁通涡旋纳米尺度精准操控的实现（图）
铁基超导体 磁通涡旋 纳米尺度 拓扑
2023/6/28
理论学家指出在拓扑超导体中的磁通涡旋中心存在马约拉纳零能模，可以实现拓扑量子计算。对磁通涡旋中心马约拉纳零能模的编织操纵是实现拓扑量子计算的重要一步，但在实验上具有非常大的挑战性。目前，实验上确认磁通涡旋中心马约拉纳零能模主要依赖极低温扫描隧道显微镜的局域测量，受空间不均匀性影响，实现磁通涡旋纳米尺度的操控至关重要。然而，目前实验上已报道的利用局域磁力和局域热效应等磁通涡旋方式操纵精度都在百纳米到...
过渡金属钙钛矿氧化物表现出丰富的物理性质，为凝聚态物理和材料科学的研究提供了一个广阔的舞台。简单钙钛矿具有ABO3构型，若将B位放入两种金属离子，则会衍生出B位有序钙钛矿A2BB'O6。在后者中，两种过渡金属离子间将产生B-B/B'-B'/B-B'等多重磁关联，他们间的竞争将诱发丰富磁电性能。如果同时将高、低轨道d电子的过渡金属元素填入B位，例如3d(B)-5d(B')的组合，由于同时具有强关联效...
中国科学院物理研究所碳纳米管左右螺旋镜像体的高纯度分离（图）
碳纳米管 螺旋镜像体 高纯度分离
2023/6/28
目前的碳纳米管生长技术还无法实现碳纳米管左右螺旋镜像体的选择性生长，因此生长后的碳纳米管结构分离是获得碳纳米管镜像体的唯一途径。碳纳米管的结构分离主要可以分为金属/半导体分离、单一手性分离、和镜像体分离。对比广泛研究的金属/半导体分离和单一手性分离，镜像体分离是碳纳米管结构分离的终极目标，要求更精密的分离技术，能够同时识别碳纳米管的手性和螺旋性。这导致了碳纳米管镜像体的最高分离纯度（小于90%）远...
中国科学院物理研究所单一手性碳纳米管高通量宏量分离（图）
手性碳纳米管 高通量宏量分离 光电子器件
2023/6/28
单一手性碳纳米管的宏量制备是构建高速、低功耗碳基电子、光电子器件的前提和关键。碳纳米管由于其极高的载流子迁移率、结构可调的带隙和纳米级的尺寸，被认为是后摩尔时代制备高性能电子器件的理想材料。然而前期的研究表明，不同碳纳米管即使微小的结构差异（比如相同直径，不同手性角）也会导致其巨大的光、电性质差异(Nat. Commun., 2023, 14, 1672; Adv. Funct. Mater. 2...
高效荧光分子在激光染料、生物荧光标记、单分子成像等领域有着广泛的应用。分子的荧光效率取决于两大互相竞争的激发态弛豫过程，即辐射跃迁与非辐射跃迁过程。前者通过释放一个光子使得电子从激发态驰豫到基态，后者是指激发态电子通过振动驰豫而非辐射光子来实现能量耗散。辐射跃迁速率（kR）与非辐射跃迁速率（kNR）的比值决定了分子的荧光量子产率。多年来，关于辐射与非辐射跃迁速率的研究工作一直在进行，两者各自的理论...
中国科学院物理研究所量子计算线路模拟临界量子相变取得进展（图）
量子计算 线路模拟 量子相变 拓扑
2023/6/28
量子模拟提供了一种研究多体物理的有效途径，有望解决经典计算机可能难以处理的多体问题。通过操控人工可控量子系统，如超导量子比特，可以实现对一大类哈密顿量的模拟与测控。而Aubry-André-Harper（AAH）模型作为一种用于研究局域化和拓扑态的理论基础，2023年来引起实验与理论层面的广泛兴趣。一类由AAH模型演变而来的推广AAH（GAAH）模型，其哈密顿量同时包含对角(on-site)与非对...
手性被认为是自然界的基本属性，在物理化学和生命科学领域中占据重要地位。法国化学家巴斯顿曾说宇宙是非对称的，生命由非对称作用主宰，如“自然界中的氨基酸几乎都是左撇子，自然界中的糖类基本都是右撇子”。手性分子的对映异构体往往呈现出不同的物理和化学特性，例如，不同手性的药物分子导致不同的生理反应。由于手性对映异构体能量简并，如何将具有特殊物理化学特性的单一手性对映异构体进行分离并凝聚放大成为目前化学合成...
调控电子的多种量子自由度，例如自旋、谷、轨道、旋度等是构筑新型功能器件的物理基础。拥有自旋轨道锁定拓扑表面态的拓扑量子材料是一个研究调控拓扑保护量子态多自由度的理想材料体系。二维的拓扑表面态在强磁场下将会发生朗道量子化现象，利用朗道能级谱学，可以精细测量拓扑表面态量子自由度的变化，从而进一步调控量子自由度。2023年来研究人员发现，过渡金属硫属化合物（TMDs）是一个含有丰富拓扑物性的体系。例如，...
铜锌锡硫硒太阳能电池（CZTSSe）是一种新型薄膜太阳能电池，因吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、组成元素储量丰富、环境友好且价格低廉而颇具发展潜力，从而备受关注。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队多年来在该类薄膜太阳能电池方面开展了系统研究，在高质量铜锌锡硫硒薄膜制备、界面调控、器件载流子动力学分析和电池效率提升等方面取得了系列研究成果。例如，基于二甲亚砜（DMSO）体系...
中国科学院物理研究所嫦娥五号月壤中玻璃物质的奥秘（图）
嫦娥五号月壤 玻璃物质 凝聚态物理
2023/6/28
2023年4月28日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心汪卫华院士带领的非晶团队从玻璃这一独特视角出发，对嫦娥五号月壤样品开展了系统的物质科学研究。团队白海洋研究员、沈来权副研究员、博士后赵睿、博士生常超和怀柔研究部肖东东副研究员等通过综合分析月壤中玻璃/非晶物质的形态、成分、微观结构和形成机制，发现了多种类型、不同起源的月球玻璃物质，构建了月壤玻璃/非晶相的分类目录，并从玻璃形成的...
中国科学院物理研究所光学二次谐波产生揭示磁电耦合演变（图）
光学二次谐波 磁电耦合演变 氧化物薄膜 传感
2023/6/28
磁电耦合通常存在于多铁性体系中，即铁电有序性可以由磁场调控，同时（反）铁磁有序性可以由电场来调控，因此这样一个基本物理特性在多场调控、自旋电子学、传感和能源等领域中具有重要的基础研究意义和应用价值。然而，由于自支撑多铁性氧化物薄膜或二维体系的不稳定性和易碎性，传统方法极大地限制了相关的探测和研究，而使这些同时发生的电磁有序和耦合的表征、机制揭示及耦合效应调控变得极具挑战性。
中国科学院物理研究所非手性体系中的手性吸附与手性放大（图）
非手性体 手性吸附 物理化学 凝聚态物
2023/6/28
手性被认为是自然界的基本属性，在物理化学和生命科学领域中占据着十分重要的地位。法国化学家巴斯顿曾说宇宙是非对称的，生命由非对称作用主宰，如“自然界中的氨基酸几乎都是左撇子，自然界中的糖类基本都是右撇子”。手性分子的对映异构体往往呈现出不同的物理和化学特性，如不同手性的药物分子往往导致不同的生理反应。但由于手性对映异构体能量简并，如何将具有特殊物理化学特性的单一手性对映异构体进行分离并凝聚放大成为目...
中国科学院物理研究所克莱因瓶熵的普适标度律（图）
克莱因瓶熵 物理系统 凝聚态理论
2023/6/28
相变与临界现象是最引人注目的物理现象之一。在连续相变点附近，许多看似截然不同的物理体系具有不依赖于微观细节的性质—即普适性。在临界点附近，处于同一普适类的物理系统的物理量随着体系参数的变化表现出普适的标度律。