背景介绍 近年来，研究者们对Mott绝缘体中的电子-空穴晶体产生了浓厚的兴趣。这类晶体能够实现量子激发态，具备承载反流超流性和拓扑序的潜力，并且具有长程量子纠缠的特性。然而，对于Mott绝缘体中电子和空穴晶体共存的实验证据尚未充分展现。在通常条件下，强电子-电子相互作用会驱动新晶体序的形成，引发Wigner晶体或者掺杂Mott绝缘体中的电荷有序现象。该类型的电子晶体是一个表现出多度量自由度的强量子涨落的多体系统，这已被用于量子模拟中。 来源介绍 该研究论文由多个研究机构的研究人员共同撰写，包括新加坡国立大学功能智能材料研究所、化学系、高级二维材料中心，北大深圳研究生院高级材料学院，俄罗斯莫斯科物理技术学院光子与二维材料中心等。具体的作者包括Zhizhan Qiu、Yixuan Han、Kei...
实时三维分析离子胶体结晶 背景与动机 在分子晶体研究中，结构通常通过散射技术来识别，因为我们无法直接观察内部结构。微米级别的胶体粒子由于其较大的体积，使得我们能够通过光学显微镜实时观察其结晶过程，然而，实践中这一过程仍然受到缺乏“X射线视野”的限制。为了解决这一问题，研究者们开发了一种折射率匹配的荧光标记胶体粒子系统，在水溶液中演示了离子晶体的稳定形成，并证明了其结构可以通过大小比和盐浓度进行控制。 研究来源 该研究由纽约大学（New York University）化学系的Shihao Zang、Adam W. Hauser、Sanjib Paul、Glen M. Hocky和Stefano Sacanna进行，并于2024年在《Nature Materials》期刊上发表。该论文的DOI...
移动碘捕获技术助力高稳定性的钙钛矿太阳能电池 背景介绍 钙钛矿太阳能电池 (Perovskite Solar Cells, PSCs) 因其高效率和低成本而被认为是未来光伏发电的热门候选材料。然而，钙钛矿材料自身的稳定性问题，尤其是光分解（Photolysis）和离子迁移（Ion Migration），严重影响了其实际应用。具体来说，碘离子（Iodide）和碘空位（Iodine Vacancies）等缺陷在光照和偏压条件下会引发自加速的化学反应，导致钙钛矿材料快速降解。因此，寻求能够捕获和稳定碘相关缺陷的方法对提高PSCs的稳定性具有重要意义。 论文来源 本文由Xiaoxue Ren、Jifei Wang、Yun Lin、Yingwei Wang、Haipeng Xie、Han Huang、...
使用生成细胞自动机研究金的手性形态发生 背景与研究目的 手性（chirality）在自然界中无处不在，并且可以通过特定的分子相互作用和多尺度耦合在系统间传递和放大。然而，手性形成的机制以及生长过程中的关键步骤尚未完全理解。在本研究中，我们通过训练基于实验结果的生成细胞自动机（cellular automata, CA）人工神经网络，识别从非手性到手性形态的金纳米粒子的两种可区分的途径。手性最初由沿对映异构高指数平面边界的不对称生长的性质所决定。基于深度学习的手性形态生成解释不仅提供了理论理解，还允许我们预测前所未有的交叉路径及其结果形态。 作者与机构 本文由Sang Won Im、Dongsu Zhang、Jeong Hyun Han、Ryeong Myeong Kim、Changwoon ...
层叠氧化物阴极中的旋转堆叠缺陷导致的电化学机械失效 背景介绍 电化学机械退化是高能量密度阴极材料容量下降的主要原因之一，特别是基于嵌入的层叠氧化物。本文揭示了层叠锂过渡金属氧化物中存在旋转堆叠缺陷（Rotational Stacking Faults, RSFs）的现象，这些缺陷由于在不同角度的特定堆叠序列而产生，显著影响了材料的结构和电化学稳定性。研究表明，RSFs促进了氧二聚化和过渡金属迁移，进而导致微裂纹的形成和传播，从而在循环过程中产生累积的电化学机械退化。本文还探索了热缺陷消除作为潜在解决方案，显示其可以抑制RSFs，减少微裂纹并增强锂富集层叠阴极的循环寿命。RSFs的普遍存在但以前被忽视，提出了一种关于高能量密度层叠氧化物阴极的新合成指南。 论文来源 该论文的研究由Donggun...
光诱导水解离在金红石二氧化钛表面的电子-原子核动力学研究 研究背景与动机 光催化水裂解是光催化技术的重要应用之一，而二氧化钛（TiO₂）是一种具有重要应用前景的光催化材料。尽管二氧化钛在光催化水裂解和实际应用中的表现令人瞩目，但其光诱导水解的微观机制仍未完全揭示。本文研究团队通过第一性原理动态模拟，解析了在典型水-金红石TiO₂(110)界面上，光生载流子的传输路径和光诱导的水解离过程。这一研究不仅为理解光催化表面反应提供了重要的见解，也可能为提升光催化性能提供新的可能性。 研究来源与作者介绍 本研究由北京凝聚态物理国家重点实验室和中国科学院物理研究所的You Peiwei、Chen Daqiang、Liu Xinbao和Zhang Cui，松山湖材料实验室的Zhang Cui，以及普林斯顿...
电场诱导多铁性拓扑孤子在BiFeO3薄膜中的研究 学术背景 拓扑保护的磁结构在磁性材料中被预测为拓扑信息技术的有力工具。然而，由于反铁磁材料对磁场的不敏感性，未来的磁孤子技术可能更加依赖于反铁磁材料。最近，复杂的拓扑对象已在本征反铁磁体中被发现，但如何用能量高效的方法控制它们的成核、稳定和操控仍是一个巨大的挑战。在磁电耦合的反铁磁多铁性材料中设计拓扑极化状态，可以让我们用电场来写入、检测和擦除反铁磁拓扑结构。 论文来源 这篇论文题为《Electric-field-induced multiferroic topological solitons》，由Arthur Chaudron, Zixin Li, Aurore Finco, Pavel Marton, Pauline Dufour, A...
在刚性 Dion–Jacobson 型二维钙钛矿中激子极化子形成和高载流子弛豫的研究报告 二维有机-无机杂化钙钛矿(HOIPs)引起了广泛关注，因为它们具有强烈受限的激子状态和由其二维层状结构引起的减少的介电屏蔽效应，使其在发光器件、光电探测器、光伏和量子发射器等应用中具有潜力。然而，对于这种材料的效率，电子和晶格动力学之间的复杂相互作用起着关键作用，尤其是激子-声子相互作用的功能角色仍存有疑问。本文意图通过结合超快光谱学和电子结构计算来揭示这些材料中激子的强极化子本质及其与高载流子冷却行为的关系。 论文来源 这篇论文发表在顶级期刊《Nature Materials》上，文章DOI为https://doi.org/10.1038/s41563-024-01895-z。主要作者包括Somnat...
锂离子电池正极材料结构变化的动态与热力学研究 学术背景与研究动机 锂离子电池是现代便携电子设备和电动汽车的重要动力来源，传统上使用层状LiCoO2正极材料。然而，持续的高能量密度需求促使科学家们探索新的高能量密度电极。锂富氧化物正极材料（如Li1.2Mn0.8O2）因为在循环中能同时利用过渡金属离子和氧化还原反应，提供了比传统正极材料更高的能量密度。然而，这些材料在循环过程中往往伴随着结构变化，大大影响其能量密度。理解这些结构变化及其与氧氧化还原行为之间的关系成为改进锂富正极材料的主要挑战。虽然已有研究揭示了一些氧氧化引起的结构变化，如过渡金属迁移和氧二聚化，但由于实验和建模的困难，关于原子至纳米尺度的详细图景仍不完善。 论文来源 这篇文章由Kit McColl、Samuel W. Cole...
液晶病毒中的手性传递研究 手性（chirality）是自然界中普遍存在的现象，并且在生物学、化学、物理学和材料科学等多个领域具有重要影响。然而，从纳米尺度的构建块到宏观的螺旋结构的手性传递机制仍然是一个未解之谜。在这篇研究中，作者通过研究细丝状病毒在手性液晶相中的自组装，揭示了手性传递的关键机制。作者深入探讨了电荷表面模式和病毒主链的螺旋变形如何共同作用，形成病毒液晶相的螺旋结构。 研究背景 液晶相中的手性传递在许多领域都具有重要性。例如，从具有不对称碳原子的手性分子到有序螺旋超结构和手性块体装置，理解和控制手性传播对于生物学、化学、物理学以及纳米技术和材料科学等领域至关重要。尤其是被称为“胆甾相”的液晶相，更是手性组装的典型代表。在广泛的技术应用如显示器行业到智能窗户中，胆甾相结构也是生物...