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封面文章 刘畅,王亚愚 物理学报, 2023, 72(17):177301. doi: 10.7498/aps.72.20230690 磁性拓扑绝缘体是过去十年里凝聚态物理学领域的一个重要研究方向,其拓扑非平庸能带结构与自旋、轨道、电荷、维度等自由度之间的相互作用可以产生丰富的拓扑量子物态和拓扑相变现象。对磁性拓扑绝缘体输运性质的研究是探索其新奇物性的重要手段,对于深入理解拓扑量子物态以及开发新型低功耗电子学器件具有重要意义。本文回顾了近年来磁性拓扑绝缘体输运实验方面的重要研究进展,包括磁性掺杂拓扑绝缘体中的量子反常霍尔效应和拓扑量子相变现象、本征反铁磁拓扑绝缘体MnBi2Te4中的量子反常霍尔相、轴子绝缘体相和陈绝缘体相,以及在脉冲强磁场下陈绝缘体演化出的螺旋式拓扑物态。最后,文章对未来磁性拓扑绝缘体研究的方向和该体系中尚未充分理解的输运现象进行了分析和展望。 图1 磁性拓扑绝缘体中关于拓扑量子物态和拓扑相变研究的关键进展时间线 同行评价 文章综述了近年来磁性拓扑绝缘体输运实验方面的重要研究进展,写作思路非常清晰,对基本概念和物理现象的解释和理解准确明了,反映了作者在该领域的长期积累,是一篇优秀的综述论文。 编辑推荐 高凡,袁鹏,黄浩彬,寇琦,贾青,远晓辉,张喆,张杰,郑坚 物理学报, 2023, 72(17):175203. doi: 10.7498/aps.72.20230442 在直接驱动激光聚变研究中,激光辐照靶丸会激励起受激布里渊散射(SBS)和交叉束能量传递(CBET)等过程,降低激光与靶丸的能量耦合效率以及激光辐照均匀性,导致靶丸内爆品质下降。本文使用一套基于光纤收集信号的背向散射诊断系统,诊断了双锥对撞点火(DCI)实验中波长在351 nm附近的时间分辨背向散射光谱。通过对比不同激光辐照条件下散射光谱的特征,结合光谱强度与入射激光能量以及激光偏振态的相关性分析,确认背向散射信号中包含了分别来自CBET和背向SBS过程的散射成分,确认镜像激光束之间的偏振夹角对CBET的影响。实验结果表明,在当前DCI实验中,在351 nm附近的背向反射率不高于3%,显著低于球对称辐照直接驱动中心点火方案的实验结果。 图1 神光Ⅱ升级激光打靶辐照示意 (a) 激光辐照俯视图;(b) 激光辐照侧视图 同行评价 激光等离子体不稳定性(LPI)对激光惯性约束聚变(ICF)有着非常重要的影响。随着ICF研究的持续推进,SBS和CBET逐渐成为当前LPI实验研究的重点,如何精确观测,获得两者的演化特性,是目前多种点火方案,包括间接驱动、直接驱动和双锥对撞点火实验研究共同关注的问题。文章采用光纤收集伺服反射镜表面的漫反射信号,同时获得了来自主激光的反射信号和来自靶等离子体的LPI物理信号;通过两者的时序和强度关联,发展了一种新型的全孔径背向散射光能量份额诊断方法;通过SBS光谱随实验条件的变化,甄别出背向SBS和CBET的成分及演化规律。文章为ICF实验研究提供了一种新型的CBET和背向SBS的实验诊断方法,具有较强的学术价值。 编辑推荐 祝鑫强,王剑,朱璨,罗丰,陈树权,徐佳辉,徐峰,王嘉赋,张艳,孙志刚 物理学报, 2023, 72(17):177102. doi: 10.7498/aps.72.20230621 Co3Sn2S2是一种磁性外尔半金属,具有特殊的磁性和电子结构,其独特的能带结构使其拥有反常霍尔效应、负磁阻效应和反常能斯特效应等多种物理性质。本文采用自熔剂法合成了高质量的Co3Sn2S2单晶,并研究了Co3Sn2S2低温下的电输运行为(磁阻效应与霍尔效应等)和热输运行为(塞贝克效应)。热磁曲线表明,在居里温度点(TC = 178 K)以下140 K(TA)处存在特殊的磁结构,为铁磁态与反铁磁态共存的磁性过渡态。研究发现,在100—160 K出现负的反常“凸形”磁阻,且在TA附近出现最大临界磁场B0,为1.41 T,同时霍尔电阻率ρyx也在TA处取得最大值约20 μΩ·cm。这可能是由于铁磁态与反铁磁态之间会相互竞争形成非平凡的自旋织构,导致TA附近独特的电输运行为。Co3Sn2S2在低温下的散射机制为声学波散射和电子-声子散射的共同作用,在60—140 K时,自旋无序的增强会引起电子-声子散射增强,使得的塞贝克系数S出现平台特征。研究表明,Co3Sn2S2在低温下的特殊磁结构和电子自旋对其电-热输运行为有着重要影响。 图1 (a) Co3Sn2S2的粉末XRD结果,黑×表示测量的衍射峰强度,红线为计算的衍射峰强度,蓝色的线条表示计算计算数据与测量数据之差,绿色的线条表示Bragg衍射峰的位置;(b) Co3Sn2S2的晶体表面XRD结果,XRD的峰对应于六方晶格的ab平面,插图为Co3Sn2S2晶体的光学影像 同行评价 本工作通过自熔剂法制备高质量Co3Sn2S2单晶,发现Co3Sn2S2的居里温度为178K,在TA=140K附近观察到特殊的磁结构,为面外的铁磁态与面内的反铁磁共存的磁性过渡态,这种特殊磁结构导致在TA附近产生独特的电输运行为。在约60K时发现了正负磁阻的转变,这种正负磁阻的转变作者主要归因于洛伦兹力对磁阻的正贡献和自旋无序的负贡献的相互竞争。工作具有创新性,研究意义较为明确。 编辑推荐 朱雨雯,袁丛龙,刘炳辉,王骁乾,郑致刚 物理学报, 2023, 72(17):174206. doi: 10.7498/aps.72.20230850 现代防伪技术的发展可有效抑制和打击伪造仿冒行为,在信息安全、国防和经济等领域具有重要意义。然而,实现多维度、集成化、难复制且便于检测的光学防伪器件仍是一个挑战。本文设计了一种基于图案化液晶聚合物(LCP)薄膜与热致变色胆甾相(TLC)复合而成的多维偏振型防伪器件,它具有偏振态显现-隐藏、颜色调谐范围广、操作便捷、集成度及安全性高等优点。对于特定偏振态的入射光,图案化向列相LCP层可对其进行区域化相位编辑产生偏振态调制,而TLC层对该入射光进行选择性反射,因此巧妙地实现了一种图案化结构色防伪标签。该防伪器件可通过调整入射光偏振方向实现彩色图案的显现、隐藏、色彩调节及图底转换。此外,该器件中的TLC层不仅可通过灵活设计体系配比,满足不同环境温度对该防伪器件的应用需求,增强其环境适用性,还可便捷地利用体温进行加热,实现图案的动态实时宽谱域色彩调制及可逆的图案擦除,进一步增强其防伪维度与安全性。本文所述器件为防伪领域的发展提供了崭新的思路。 图1 胆甾醇衍生物COC,CN,CD的化学结构 同行评价 文章提出了一种可定制工作温度范围的四元热致变色胆甾相(TLC)体系,并结合图案化液晶聚合物(LCP)薄膜制备了一种具有环境适应性的复合多维偏振型防伪器件,为防伪领域的发展提供了崭新的思路。 原文链接 PDF
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反应等离子体沉积二氧化锡电子传输层及其在钙钛矿太阳电池中的应用
韩晓静,杨静,张佳莉,刘冬雪,石标,王鹏阳,赵颖,张晓丹
物理学报, 2023, 72(17):178401.
doi: 10.7498/aps.72.20230693
电子传输层对于钙钛矿太阳电池的光电转换效率和稳定性十分重要,二氧化锡是高效钙钛矿太阳电池中常见的电子传输层,具有良好的载流子提取和传输能力,但是基于溶液法制备二氧化锡在空气中高温退火时表面产生大量缺陷,降低薄膜的电学性能,而且溶液法不利于大面积制备。本文采用反应等离子体沉积法制备二氧化锡薄膜,通过调控辉光时间和工作电流优化薄膜性能,将其应用于小面积正式钙钛矿太阳电池中,实现了21.24%的效率。另外,通过引入异辛酸亚锡和二氧化锡结合作为双电子传输层改善器件的迟滞,电池开路电压从1.11 V提高到1.15 V,效率从21.27%提升至22.15%,迟滞因子从24.04%降低到3.69%。本工作开发了新的制备方法和有效的优化策略来制备二氧化锡电子传输层,推动了平面异质结钙钛矿太阳电池的发展,为制备高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了新的研究思路和方法。
图1 (a) 基于不同厚度RPD-SnO2薄膜的钙钛矿太阳电池的最佳J-V曲线;(b) 基于厚度分别为12.43,17.91和27.82 nm的RPD-SnO2薄膜的钙钛矿太阳电池的EQE和积分电流曲线
同行评价
文章报道了一种前沿技术沉积SnO2薄膜材料,用于钙钛矿太阳电池的电子传输层,很新的工作,非常容易引起读者兴趣,文章中提到的回滞效应也得到了很好的解决。
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激基复合物有机发光二极管中平衡载流子增强电荷转移态的反向系间窜越过程
王辉耀,魏福贤,吴雨廷,彭腾,刘俊宏,汪波,熊祖洪
物理学报, 2023, 72(17):177201.
doi: 10.7498/aps.72.20230949
电荷转移(charge transfer,CT1和CT3)态的反向系间窜越(reverse inter-system crossing,RISC,CT1 ← CT3)过程是提高激子利用率的有效途径,精准利用该过程对于制备高效率激基复合物型(exciplex-type)有机发光二极管(organic light-emitting diodes,OLEDs)具有重要科学价值和应用前景。基于m-MTDATA:Bphen的典型激基复合物由于其内部高的RISC速率而受到广泛关注。但到目前为止,在实验上仅从瞬态光致发光谱中推测存在该RISC过程,这不利于全面认识并运用该过程设计高性能的光电器件。本文通过精确调控发光层(x m-MTDATA:y Bphen,x,y为质量分数)中给体与受体的共混比例和流过器件的载流子密度,获得了载流子平衡与非平衡的激基复合物器件,采用特征磁电导(magneto-conductance,MC)响应曲线可视化了平衡激基复合物器件中CT态间的RISC过程,且相比于非平衡器件,该器件具有更高的电致发光效率。本工作不仅能加深对于激基复合物器件中给体/受体共混比例影响载流子平衡的理解,还为最优利用RISC过程制备高效率光电器件提供理论依据和实验基础。
图1 (a) 激基复合物器件的能级结构;(b) m-MTDATA纯膜、Bphen纯膜和m-MTDATA:Bphen混合膜的归一化PL谱,插图展示了m-MTDATA和Bphen的化学分子结构;(c) 器件A—D的归一化电致EL谱;(d) 器件A—D的EL强度随偏置电流的变化曲线
同行评价
如何有效地识别和捕获CT3,增强器件的 RISC 过程是制备并获得高效率的OLED器件的重要前提。论文首先使用MC和MEL响应曲线作为一种方法,通过改善激基复合物器件发光层中的载流子浓度平衡,观测到m-MTDATA:Bphen激基复合物平衡器件中的RISC过程,并且该器件相对于非平衡器件具有更高的发光效率。此外,作者通过改变发光层中给体与受体的比例和器件的载流子浓度,获得了载流子浓度平衡与非平衡的激基复合物器件。文章具有较好的创新性和学术价值。
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综述 编辑推荐
刘宁,刘肯,朱志宏
物理学报, 2023, 72(17):174202.
doi: 10.7498/aps.72.20230729
全光信号处理中具有优异非线性光学特性的光子平台对于提升器件的集成度、调制速度以及工作带宽等性能参数至关重要。成熟的硅、氧化硅以及氮化硅光子平台由于材料本身中心对称,基于这些平台的集成光子器件可实现的非线性光学功能受限;二维材料尽管有着优异的非线性光学特性,但只有原子层厚,其非线性潜能无法被充分利用。将二维材料与成熟的光子平台集成,在充分利用光子平台成熟加工工艺的基础上,可以显著提高光与二维材料的相互作用,提升光子平台的非线性光学性能。基于以上背景,本文总结了近年来在基于转移方法和直接生长法制备的多种异质集成二维材料光子器件中进行非线性光学特性研究的最新进展;阐述了相较于传统转移方法,基于直接生长方法进行集成二维材料非线性光学研究的优势以及未来需要解决的技术难点;指明了该领域未来的研究发展趋势;并指出直接在各种成熟的光子平台上生长二维材料进行集成非线性光学特性的研究会对未来光通信、信号处理、光传感以及量子技术等领域的发展产生深远影响。
图1 集成二维材料非线性光子平台研究框架
同行评价
文章总结了近年来在基于转移方法和直接生长法制备的多种集成二维材料-光子平台 (谐振腔,超表面,光纤,片上波导等) 中进行非线性光学特性研究的最新进展,阐述了相较于传统转移方法,基于直接生长方法进行集成二维材料非线性光学研究的优势以及未来需要解决的技术难点,指明了该领域未来的研究发展趋势。文章结构合理,内容详实。
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综述 编辑推荐
韦芊屹,倪洁蕾,李灵,张聿全,袁小聪,闵长俊
物理学报, 2023, 72(17):178701.
doi: 10.7498/aps.72.20230733
高分辨显微成像技术为人们推开了探索微观世界的大门,而飞秒激光技术又为人们提供了一把探测超快物理/化学现象的尺子。将这两者结合,发展既有超高空间分辨、又有超快时间分辨的新型显微成像技术,对于人们探索极小时空尺度下新的科学现象和规律有非常重要的意义。本文综述了目前国际上主要超高时空分辨显微成像技术的基本原理和特点,并介绍了其在光电材料与器件表征、飞秒激光微加工监测、表面等离激元动力学表征等方面的最新应用进展。超高时空分辨显微成像技术的发展,不仅推动了光学显微成像领域的进步,也为精密加工、二维材料动力学、光电器件设计与表征等领域提供了关键技术手段,具有广阔的应用前景。
图1 (a) 飞秒近场扫描显微成像系统示意图以及延迟时间0,500 fs和2 ps时的近场泵浦-探测信号;(b) 利用tr-NSOM对WSe2进行的时间分辨纳米尺度探测实验
同行评价
作者在文中介绍了近场多脉冲、远场多脉冲、远场单脉冲等三大类共计十余种时空显微成像技术的基本原理与特点,并对激光加工过程检测、光电材料/器件载流子动力学、表面等离激元超快动力学等领域的前沿研究进展进行介绍分析。本篇综述归纳了现有高时空显微成像技术的技术指标及优缺点,并展望了高时空显微成像技术未来的发展方向。文章内容详实,对本领域工作进行了较好的总结和展望。
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许莫非,于翔,张世健,Gennady Efimovich Remnev,乐小云
物理学报, 2023, 72(17):175205.
doi: 10.7498/aps.72.20230854
强流脉冲离子束辐照后的材料表面状态对束流强度具有极高的敏感性。因此,在辐照实验中监测束流输出的稳定性,并及时识别出参数抖动较大的脉冲,对于实验结果的分析和表面改性效果的优化具有重要意义。本文利用塑料闪烁体构建了一种时间分辨为6 ns的快响应脉冲X射线诊断系统,成功捕获了外磁绝缘离子束二极管工作时产生的X射线。同时,通过红外相机和法拉第筒对离子束流的能量密度和电流密度进行测量。分析结果显示,轫致辐射强度和离子束发射强度均取决于二极管加速电压,导致X射线强度和离子束流能量密度呈现正相关趋势。当离子电流密度发生抖动时,X射线信号幅值表现出良好的变化跟随性,能够对偏离预设参数区间的脉冲做出响应。这说明本文提出的非拦截式诊断方法能够有效地实时监测强流脉冲离子束束流输出的稳定性。
图1 诊断方法示意图。1-高压端柱;2-阳极;3-阳极托盘;4-阴极;5-阴极支撑盘;6-电子;7-离子束;8-绝缘磁场线圈;9-磁场线圈固定器;10-有机玻璃观察窗;11-CaF2窗口;12-EJ-200塑料闪烁体;13-9266 FLB光电倍增管
同行评价
本文针对强流脉冲离子束(IPIB)技术实际应用的需求,发展了一种间接的、非截断式的束流强度稳定性的监测方法,即:利用IPIB产生过程中发射的电子轫致辐射强度与强流脉冲离子束流强的正相关关系。研究工作有很好的实际应用价值。
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《物理学报》2023年第17期全文链接:
https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2023/17
《物理学报》2020—2023年电子期刊,点击下图即可阅读。
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