封面文章

Layered kagome compound Na₂Ni₃S₄ with topological flat band

Junyao Ye(叶君耀), Yihao Lin(林益浩), Haozhe Wang(王浩哲), Zhida Song(宋志达), Ji Feng(冯济), Weiwei Xie(谢韦伟), and Shuang Jia(贾爽)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (5):  057103

文章亮点介绍

具有笼目（kagome）晶格的化合物是凝聚态物理研究的热点材料之一。在笼目晶格中一些特定轨道上的电子由于量子相干效应被局域在六元环内，从而在动量空间中形成无色散的平带（flat band）。理论预言这种拓扑平带可以产生很多新奇的物理现象，比如平带铁磁性、高温超导和魏格纳晶体等。但是在具有笼目晶格的实际材料中，人们观察到的平带往往具有明显的色散。为了寻找更理想的平带，我们合成了一种新的层状镍基笼目化合物Na₂Ni₃S₄，其由[Ni₃S₄]^2-笼目层和层间的钠离子构成。

本文研究了Na₂Ni₃S₄的晶体和能带结构。Na₂Ni₃S₄属于六角晶系，其笼目晶格没有任何畸变，且其层间距显著扩张。能带计算结果表明，在-3 eV到-5 eV之间，Na₂Ni₃S₄具有色散极小的平带。我们进一步的理论分析表明，Na₂Ni₃S₄的平带来源于镍的d_xz轨道。由于该轨道具有C₃+T的旋转对称性，满足了kagome晶格的对称性，最终形成了较理想的平带结构。

鉴于近期在类似结构材料Rb₂Pd₃Se₄和Rb₂Ni₃S₄中观测到了压力诱导的金属-绝缘体相变和超导转变，我们期待在Na₂Ni₃S₄的后续实验中发现新奇的物理现象。

Fig.4. Band structure (left) and atomic projected density of state (right) of Na₂Ni₃S₄ calculated by DFT. Band resolved projected density of state of C₃+T symmetry-adapted d_xz orbitals is highlighted in band structure as red, and d_z2 orbital as blue.

亮点文章

Dynamical localization in a non-Hermitian Floquet synthetic system

Han Ke(可汗), Jiaming Zhang(张嘉明), Liang Huo(霍良), and Wen-Lei Zhao(赵文垒)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (5):  050507

文章亮点介绍

基于周期受激转子(kicked rotor)系统，施加频率不可约的准周期外场，可以实现任意维度的动量空间，为研究量子输运的规律提供了理想载体。这种Floquet工程(Floquet engineering)技术是创建高维合成空间的有效方法，其优点是无需引入额外的空间自由度，解决了传统拓展系统维度方法的难题。近年来，Floquet合成系统所展现出的丰富物理，如拓扑输运、动力学相变和时间晶体，使其成为量子模拟的理想平台。

本论文基于准周期驱动转子系统，把驱动外场拓展到非厄米区域，探索非厄米效应对量子扩散的影响。在四维动量空间中，发现足够强的厄米周期驱动诱发混沌扩散，其特征是平均能量随时间的线性增长。在此情形中，考虑非厄米效应，发现量子相干可以有效地抑制混沌扩散，导致动力学局域化。随着非厄米参数的增加，动力学局域化的程度显著增强。众所周知，当非厄米参数超过某个阈值时，准能量会出现复值。本文拓展Floquet理论至准周期驱动系统，预测了量子态最终将演化到某一个准能态，其准能量的虚部最大。研究发现：该准能态的局部化长度随着非厄米参数的增加而减小，这表明准能态的局域化性质决定了能量扩散的动力学局域化。

Fig. 1. (a) The  ⟨p²⟩ versus time with λ=0 for K=1 (black line), K=2 (cyan line), K=5 (blue line), and K=10 (green line). (b) The ⟨p²⟩ versus time with K=10 for λ=0.1 (green line), λ=2.3 (blue line), λ=2.5 (cyan line), and λ=5 (black line). Red-dashed lines in panels (a) and (b) indicate the chaotic diffusion ⟨p²(t)⟩≈K²t/2. (c) Momentum distributions at time t=100. In the Hermitian case, i.e., λ=0 (solid symbols): K=2 (circles) and K=10 (squares). In the non-Hermitian case (empty symbols): λ=2.5 (triangles) and λ=5 (diamonds) with K=10. Red-solid and cyan-dashed lines indicate the exponentially localized wavepackets, i.e., |ψ(p)|²∝exp⁡(-|p|/ξ) and the Gaussian wavepackets, i.e., |ψ(p)|²∝exp⁡(-p²/ξ), respectively. The parameters are η=0.75 and ℏ_eff =2.89.

亮点文章

Nonreciprocal transport in the superconducting state of the chiral crystal NbGe₂

Yonglai Liu(刘永来), Xitong Xu(许锡童), Miao He(何苗), Haitian Zhao(赵海天), Qingqi Zeng(曾庆祺), Xingyu Yang(杨星宇), Youming Zou(邹优鸣), Haifeng Du(杜海峰), and Zhe Qu(屈哲)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (5):  057402

文章亮点介绍

手性指物体中所有镜像对称性均被打破的情况，这一概念在从基本粒子到生物系统的所有尺度上的物理规律中均起着重要的作用。凝聚态物理学中，体系中电子、自旋和声子同样受结构手性的影响。由Rikken等人提出的手性电磁效应即描述了一种可应用于整流器件的非互易电荷输运现象—手性晶体中电流平行、反平行于磁场方向时电阻不同。在超导体中由于费米能量和超导能隙间的巨大能量尺度差距，理论上非互易信号可以提高几个数量级。截至目前，仅在少数二维/准二维超导系统中发现了这种非互易电荷输运，手性结构的三维超导体中能否观测到该现象仍不明晰。

本文结合介观尺度下微结构器件制备手段研究了手性结构的NbGe₂超导器件中的非互易电荷输运行为。在超导转变过程中观察到了来自涡旋运动的巨大非互易信号，其非互易电阻与正常电阻的比值系数γ高达6×10⁵ T^-1∙A^-1，且非互易信号的幅值、符号可以通过改变电流、温度和晶体取向来调控。本研究揭示了NbGe₂超导转变过程中复杂的涡旋动力学，并为手性结构三维超导体中整流效应的操纵提供了一种新的方法。

Fig. 2. (a) The first-harmonic resistance R_xx^ω and (b) The second-harmonic resistance R_xx^2ω signals of the micro-device at various temperatures under an excitation current of 7 µA along the ab plane. (c) Corresponding color mapping of R_xx^2ω as a function of magnetic field and temperature. (d)–(f) The same as (a)–(c) except that the current is along the c axis.

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Electronic structure and effective mass of pristine and Cl-doped CsPbBr₃

Zhiyuan Wei(魏志远), Yu-Hao Wei(魏愉昊), Shendong Xu(徐申东), Shuting Peng(彭舒婷), Makoto Hashimoto, Donghui Lu(路东辉), Xu Pan(潘旭), Min-Quan Kuang(匡泯泉), Zhengguo Xiao(肖正国), and Junfeng He(何俊峰)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (5):  057403

文章亮点介绍

有机-无机卤化铅钙钛矿（LHPs）由于其出色的光电性能引起了人们的广泛关注。材料的基础电子结构通常决定了其多种物理性质。目前钙钛矿光电材料在合成方面有很多的研究报道，但对其基础电子结构的研究相对较少。尤其值得关注的是，在钙钛矿半导体材料中价带的有效质量是最重要的物理参数之一，其在电荷传输和光伏物理过程中起着主导作用。

之前在母体CsPbBr₃中的研究表明，与Pb-Br拉伸模相关的Fröhlich极化子是导致其价带有效质量发生重整化的物理机理。因此，探索掺杂LHPs在有效质量上的电子结构信息将非常有趣。本文报道了对母体和Cl掺杂CsPbBr₃进行的高分辨角分辨光电子能谱（ARPES）研究，并提取沿Γ–M–Γ和X–M–X两个高对称方向的ARPES实验能带色散关系，随后进行DFT计算并与ARPES数据进行直接比较。本研究首次揭示了Cl掺杂CsPbBr₃的能带结构，也揭示了Cl掺杂CsPbBr₃化合物中的有效质量的重整化程度。这些研究结果将有助于理解LHPs的电子结构以及相关物理性质如何随掺杂演变。

Fig. 4. Comparison of the effective mass for pristine and Cl-doped CsPbBr₃. (a) Comparison of DFT and experimental results for CsPbBr₃ and CsPbClBr₂ along . DFT results for CsPbBr₃ and CsPbClBr₂ are plotted by dashed black and red lines, respectively. The experimental results (from the parabolic fitting) for CsPbBr₃ and CsPbClBr₂ are shown by solid black and red lines, respectively. (b) Same as (a) but along . (c) Summary of both experimental and theoretical effective mass for CsPbBr₃ and CsPbClBr₂. Data along  () is shown in blue (red).

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Estimation of cancer cell migration in biomimetic random/oriented collagen fiber microenvironments

Jingru Yao(姚静如), Guoqiang Li(李国强), Xiyao Yao(姚喜耀), Lianjie Zhou(周连杰), Zhikai Ye(叶志凯), Yanping Liu(刘艳平), Dongtian Zheng(郑栋天), Ting Tang(唐婷), Kena Song(宋克纳), Guo Chen(陈果), and Liyu Liu(刘雳宇)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (5):  058706

文章亮点介绍

癌症转移受周围微环境的影响和调控，这在整个病理过程中起着至关重要的作用。临床数据显示，早期乳腺癌组织切片中胶原纤维微环境呈现随机分布，而晚期乳腺癌组织切片中胶原纤维微环境则呈现高度取向分布。为了对比研究早期/晚期乳腺癌患者体内微环境中不同胶原纤维结构对癌细胞迁移行为的影响，本文基于微流控芯片分别构建了随机性胶原纤维微环境(RFM)模型和取向性胶原纤维微环境(OFM)模型。这两种模型主要是利用微流体通道中的流体力学效应，可控形成随机和取向的胶原纤维，再与细胞培养技术、生化浓度梯度构建技术、显微镜成像技术相结合，研究类似于体内不同胶原纤维微环境和生化微环境对乳腺癌MDA-MB-231-RFP细胞的影响。

基于RFM和OFM模型，本文研究发现乳腺癌细胞在OFM模型中迁移更快，且与在RFM模型中相比，具有显著性差异。此外，在两个模型中均构建抗癌药物紫杉醇浓度梯度，发现紫杉醇在RFM模型中显著抑制了癌细胞的迁移，且高浓度一侧的抑制作用显著强于低浓度一侧。然而，在OFM模型中，紫杉醇对癌细胞迁移的抑制作用明显较弱。这些发现表明，类似于晚期乳腺癌微环境的取向性胶原纤维微环境更有利于癌细胞迁移，抗癌药物的有效性显著降低。因此，本研究构建的RFM/OFM模型不仅提供了一种高效且可控地制备随机/取向性胶原纤维微环境的方法，也为研究乳腺癌转移提供了新的见解，还可以作为早期/晚期乳腺癌患者用药评估的初步检测工具。

Fig. 2. Construction of the RFM and OFM models. [(a1), (a2)] Three-dimensional (3D) structural diagram and two-dimensional (2D) localized enlargement of the RFM and OFM models, respectively. (b) The production processes of the RFM and OFM models.