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[转载]CPB封面文章和亮点文章 | 2022年第9期

已有 131 次阅读 2022-12-1 10:48 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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封面文章

Bioinspired tactile perception platform with information encryption function

Zhi-Wen Shi(石智文), Zheng-Yu Ren(任征宇), Wei-Sheng Wang(王伟胜), Hui Xiao(肖惠), Yu-Heng Zeng(曾俞衡), and Li-Qiang Zhu(竺立强)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  098506

文章亮点介绍

因传统冯·诺依曼计算机在大数据、非结构化信息处理中存在能效低等方面的局限性,开发新的计算策略近年来备受重视。研究表明,大脑神经系统具有优越的数据处理能力,其功能主要源自大脑神经系统高度复杂的神经网络结构以及集信息处理和信息存储于一体的神经元和突触结构。因此,采用神经形态器件设计基于硬件的人工智能(AI)技术受到了研究人员的极大关注。与此同时,大脑感官系统的感知活动使我们能够适应外部环境并快速处理实际的互动问题。然而,传感器感知的信息在人工感知系统的长程传输过程中容易被非法获取。因此,需要设计信息加密策略,以确保信息传输的安全性。本工作提出了一种用于信息编码和加密应用的柔性触觉感知平台。溶液工艺制备的PDMS触觉传感器作为仿生皮肤触觉受体,而ITO双电层晶体管作为神经形态晶体管,将触觉传感器与晶体管连用即可作为触觉感知平台对触觉信息进行处理。XNOR逻辑电路用于加密和解密触觉感知信号,这使得在整个感知平台中传输的信息是被加密的信息,因此可以有效避免触觉信号的非法获取。该系统在智能可穿戴设备和高级远程人机交互系统中具有一定的应用潜力。

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Fig. 1. (a) Schematic diagram of simplified biological cutaneous afferent nerves and the proposed flexible tactile perception platform for information encryption applications. (b) Schematic diagram of encryption with encryption cipher "HELP". (c) Schematic diagram of decryption using the decryption cipher "HELP".


亮点文章

On the Onsager-Casimir reciprocal relations in a tilted Weyl semimetal

Bingyan Jiang(江丙炎), Jiaji Zhao(赵嘉佶), Lujunyu Wang(王陆君瑜), Ran Bi(毕然), Juewen Fan(范珏雯), Zhilin Li(李治林), and Xiaosong Wu(吴孝松)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  097306

文章亮点介绍

昂萨格关系是非平衡物理体系满足的一项基本对称性关系,它指出了非平衡物理体系中驱动“力”与由此产生的“流”之间的线性响应系数的对称性关系。通过对昂萨格关系所对应的物理过程的分析,可以探究其背后不同物理机制之间的微观联系。


在具有倾斜外尔锥的磁性外尔半金属中,贝里曲率、外尔锥的倾斜以及手性反常会导致一种同时关于面内磁场及面外磁化反对称的霍尔信号,本文对磁性外尔半金属Co3Sn2S2中这一手性依赖的霍尔效应及其昂萨格关系进行了系统的实验探究,通过研究电流与外尔锥倾斜方向平行或垂直时的手性依赖霍尔信号,证实了这一效应满足昂萨格关系。进一步通过对两种实验配置下手性依赖霍尔信号物理来源的理论分析,揭示了手性化学势与反常速度导致的两种电流之间的微观联系。


我们的研究证实了手性依赖霍尔效应中昂萨格关系的成立,并通过微观机制的分析更加深入地理解了其背后的物理机制及微观联系。

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Fig. 3. Angular dependence of the Hall resistance. (a)–(b) Angular dependence of R12,34(B) and R34,12(-B) at B = 8.8 T for T = 50 K. (c)–(d), Angular dependence of Rχ12,34(B) and Rχ34,12(-B) by data antisymmetrizing. The same angular dependence of R and Rχ under two configurations further verifies the reciprocal theorem.


亮点文章

Josephson vortices and intrinsic Josephson junctions in the layered iron-based superconductor Ca10(Pt3As8)((Fe0.9Pt0.1)2As2)5

Qiang-Tao Sui(随强涛) and Xiang-Gang Qui(邱祥冈)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  097403

文章亮点介绍

铜氧化物超导体是具有Cu-O面的层状结构超导体,它的一个主要特征是超导物性呈现本征约瑟夫森结效应。铁基超导体的晶体结构也具有层状特性,但其层状结构特征对超导物性影响的研究还未见大量报道。对铁基超导体中的本征约瑟夫森结效应进行研究不仅对理解铁基超导的机理具有帮助,对于层状超导体的可能应用也十分重要。


本文对铁基超导体中各向异性比较大的材料Ca10(Pt3As8)((Fe0.9Pt0.1)2As2)5中可能的本征约瑟夫森结效应进行了研究。利用微加工技术把Ca10(Pt3As8)((Fe0.9Pt0.1)2As2)5单晶加工成易于测量轴性质的微结构,在超导态测量了磁阻随温度和磁场相对于FeAs面夹角的变化。结果表明在零电阻超导转变温度(约13 K)以下的7 K附近,磁阻随夹角的变化关系明显有别于Abrikosov磁通行为,而与临界角度以下产生的本征约瑟夫森磁通行为类似。本文的研究有助于我们更好地理解铁基超导体中超导物性的二维性,并有可能推动对本征约瑟夫森结效应的超导体的应用研究。

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Fig. 2. The interlayer dissipation resistance of a typical Ca10(Pt3As8)((Fe0.9Pt0.1)2As2)5 sample. (a) False-color scanning electron micrograph of a typical sample microfabricated by FIB technique. The crystal (alternating purple and green) was carved with four electrodes, each of which was connected to the Au electrode (yellow) via FIB-assisted deposited Pt (blue). The interlayer transport measurements were performed by the current flowing along c* normal to the FeAs layers (green) indicated by the red arrow. The scale bar is 5 μm. (b) The temperature-dependent resistivity ρc∗() with the current I = 1 μA. The inset is the blowup of ρc∗() from 2 K to 30 K. (c) The flux-flow resistance as a function of θ in a fixed field of H = 4 T for several temperatures. The current is I = 100 μA. (d) The enlarged angular dependent flux-flow resistance of (c) in a narrow angular region (±2°) around the FeAs layers below 10 K. The red and blue arrows correspond to θ = 0° and θ = 0.5°, respectively.


亮点文章

Finite superconducting square wire-network based on two-dimensional crystalline Mo2C

Zhen Liu(刘震), Zi-Xuan Yang(杨子萱), Chuan Xu(徐川), Jia-Ji Zhao(赵嘉佶), Lu-Junyu Wang(王陆君瑜), Yun-Qi Fu(富云齐), Xue-Lei Liang(梁学磊), Hui-Ming Cheng(成会明), Wen-Cai Ren(任文才), Xiao-Song Wu(吴孝松), and Ning Kang(康宁)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  097404

文章亮点介绍

近年来,二维晶态超导体系因其纯净、低无序度的优点,揭示了诸多新奇、本征的超导相变特性,成为研究低维超导物理特性和器件的重要平台,是当前介观物理和低维材料科学的前沿方向。基于二维高质量晶化超导体系网络结构的构筑和输运研究对于探测超导配对对称性、研究相变物理和磁通动力学具有重要意义。


本文基于二维超导晶体Mo2C制备了高质量周期结构的超导线网络,系统开展了低温下的电学输运研究。(1) 我们观察到低温下周期性的磁阻振荡:整数和分数的填充结构揭示了磁通的公度排布特征;(2) 通过磁阻的温度演化规律,阐明了热激发的磁通与环路电流的相互作用;进一步通过电流依赖展示了电流对于磁通激发能的调控;(3) 我们基于热激发磁通蠕动模型提取了磁通耗散的势垒,为该低维超导体系下的磁通动力学提供了合理模型。本文的研究展示了具有高结晶度的超导线网络对于研究低维超导体系的磁通排布和动力学的重要意义,为进一步研究周期结构超导线网络中的丰富相图奠定了基础。

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Fig. 1. (a) Schematic of device and its electrical measurement for finite superconducting square wire-network based on 2D crystalline Mo2C. (b) SEM image of a part of network channel. The white dashed box indicates the effective loop area. (c) Magnetoresistance at 2.60 K. The arrows indicate the magnetic field values corresponding to integral number of filling factor f = H/H0 per unit cell of the network. (d) Magnified view of the first period of the critical line. In addition to the fundamental dips at f = 0 and ±1, the secondary dips at f = 1/3, 1/2, 2/3 are indicated.


亮点文章

Slight Co-doping tuned magnetic and electric properties on cubic BaFeO3 single crystal

Shijun Qin(覃湜俊), Bowen Zhou(周博文), Zhehong Liu(刘哲宏), Xubin Ye(叶旭斌), Xueqiang Zhang(张雪强), Zhao Pan(潘昭), and Youwen Long(龙有文)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  097503

文章亮点介绍

具有异常高Fe4+离子价态的AFeO3 (A = Ca, Sr, Ba)钙钛矿氧化物具有譬如电荷歧化、金属-绝缘体相变、拓扑磁性等有趣的物理性质。特别是AFeO3存在铁磁和反铁磁相互作用的竞争,由此产生了多重磁有序相变,可以预见其磁性易受压力、磁场和化学掺杂等手段的调控。在这一系列钙钛矿氧化物中,最难合成的立方BaFeO3相的磁序竞争更显著,对外部刺激也更敏感。因此,研究化学掺杂对立方BaFeO3磁电性质的影响是十分有趣的学术问题,对揭示其螺旋磁序和电荷行为的调控有重要意义。


本工作采用浮区熔融法结合高压技术,首次制备了Co-5%掺杂的立方BaFeO3(即BaFe0.95Co0.05O3)大体积单晶。通过对单晶的结构、磁性、电输运与比热性质的研究,发现如此轻微的Co掺杂对晶体结构影响非常小,却显著地改变了母相的磁性,由反铁磁基态变为铁磁基态,居里温度TC ≈ 120 K。Co的轻微掺杂提高了约10%的饱和磁矩,并且形成的铁磁序有利于类金属的电输运行为。本文研究结果表明,Co掺杂是调控立方BaFeO3钙钛矿磁电性能的有效方法。

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Fig. 1. (a) Morphology of BaFe0.95Co0.05O2.5 and BaFe0.95Co0.05O3 single crystals. (b) XRD pattern for the high symmetrical (001) plane of the BaFe0.95Co0.05O3 single crystal. The inset shows the Laue diffraction spots of the (100), (110), and (111) planes. (c) Powder XRD pattern measured at room temperature and Rietveld refinement results of pulverized BaFe0.95Co0.05O3 single crystal. The observed (black circles), calculated (pink line), and difference (orange line) patterns are shown. The green ticks indicate the allowed Bragg reflections with space group Pm-3m. (d) Temperature-dependent mass and oxygen content of BaFe0.95Co0.05O3 single crystal.


亮点文章

Enhancement of spin-orbit torque efficiency by tailoring interfacial spin-orbit coupling in Pt-based magnetic multilayers

Wenqiang Wang(王文强), Gengkuan Zhu(朱耿宽), Kaiyuan Zhou(周恺元), Xiang Zhan(战翔), Zui Tao(陶醉), Qingwei Fu(付清为), Like Liang(梁力克), Zishuang Li(李子爽), Lina Chen(陈丽娜), Chunjie Yan(晏春杰), Haotian Li(李浩天), Tiejun Zhou(周铁军), and Ronghua Liu(刘荣华)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  097504

文章亮点介绍

采用自旋轨道矩驱动磁化翻转技术具有低功耗、高速度等优点,是一种潜在提升自旋电子器件性能的有效方式。近年来,为进一步降低自旋器件的功耗,研究人员一直在寻找具有更大自旋霍尔角、更低界面自旋输运损耗的新材料和新界面。相比于其他自旋霍尔材料重金属W,Ta而言,Pt具有更高的电导率且与当前CMOS工艺更加匹配。目前,大量实验表明各类Pt基铁磁多层异质结(Pt/FM)中的自旋轨道矩效率随铁磁层不同而出现明显差异,这表明Pt/FM界面对提升自旋流的产生和传输效率也是非常关键。


为了探究上述问题,本工作采用自旋力矩铁磁共振(ST-FMR)技术,研究Pt/Co/Py多层膜体系中自旋输运特性和自旋轨道矩(SOT)效率随中间插层Co(0.2-2 nm)的厚度依赖关系,发现Pt/Py双层膜中插入超薄Co层可以极大地增强其界面自旋轨道耦合系数,从而导致其SOT效率从Pt/Py双层体系的 ξDL = 0.051 和 ξFL = -0.002,显著地增加到Pt/Co/Py体系的 ξDL = 0.103 和 ξFL = -0.017。界面自旋轨道耦合相关数据表明该体系SOT效率的增强主要来源于Pt/Co界面处Co-3和Pt-5轨道电子间强自旋轨道诱导的界面Rashba-Edelstein效应的增强。同时强自旋轨道耦合的Pt/Co界面不但可以显著地增强传统SOT效率(ξDLξFL),而且还能产生非传统垂直自旋极化的SOT。


本研究有助于降低各类SOT型自旋器件(如SOT-MRAM、自旋逻辑器件、自旋纳米振荡器和自旋类脑器件等)的驱动电流密度,从而为实现低功耗、非易失、高速度和高密度的自旋器件提供实验支持。

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Fig. 1. (a) Schematic diagram of the ST-FMR setup of Pt/Co/Py multilayer. (b) The normalized ST-FMR spectra of all studied samples with tCo= 0 - 2 nm at f = 6 GHz (symbols) and their fitting curves (solid lines). (c) The FMR spin-torque efficiency ξFMR as a function of the Co interlayer thickness tCo evaluated by the ratio of Vs to Va. (d) The relation of 1/ξFMR versus 1/tFM and its linear fitting.


亮点文章

Liquid-phase synthesis of Li2S and Li3PS4 with lithium-based organic solutions

Jieru Xu(许洁茹), Qiuchen Wang(王秋辰), Wenlin Yan(闫汶琳), Liquan Chen(陈立泉), Hong Li(李泓), and Fan Wu(吴凡)

Chin. Phys. B, 2022, 31 (9):  098203

文章亮点介绍

全固态电池被广泛认为是最具潜力的下一代储能技术之一,能够平衡高能量密度、高功率密度、高安全性和宽工作温度范围等指标。在全固态电池的基本路线中,硫化物固态电解质因其高离子电导率和良好的可变形性,被广泛认为是最有应用希望的路线。为弥合实验室规模的电池制备和硫化物基全固态电池的工业化规模生产之间的巨大差距,硫化物固态电解质的规模生产是最紧迫的问题之一。然而,由于硫化物固态电解质的关键原料 - Li2S相对较高的价格,目前硫化物固态电解质的成本较高。


为了解决这一问题,本研究开发了液相合成法合成Li2S和硫化物固态电解质的新路线。与传统合成路线相比,该反应采用锂溶液作为锂源,室温下反应条件温和并可调控,原料便宜,副产物可回收/可重复使用,从而在很大程度上降低了加工成本和材料成本。所合成的Li2S具有均匀且极小的粒度,有利于进一步合成硫化物固体电解质(例如Li6PS5Cl的合成)。此外,硫化物固态电解质(如Li3PS4)可通过直接使用该锂溶液经完整的液相合成路线合成,从而简化了生产过程。使用锂基有机溶液液相合成Li2S和硫化物固态电解质的思路为低成本大规模生产硫化物固态电解质铺平了道路,从而为硫化物固态电解质在全固态电池的实际应用做出了重要贡献。

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图1. (a) Li2S和(b) Li3PS4的合成过程示意图。 


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