非热声子动力学与激发子凝聚态的表面敏感电子衍射探测 背景介绍 激子和声子之间的相互作用决定了光激发材料中的能量流动，并控制了相关相的出现。随着材料科学的发展，探测三维结构动力学的电子或X射线脉冲技术可以揭示电子-声子相互作用的强度、强耦合模式的衰减通道及三维有序的演变。然而，二维材料和功能异质结构的固有各向异性及其对远平面声子极化的访问需求，激发了对新技术的需求。 研究来源 本文由Felix Kurtz、Tim N. Dauwe、Sergey V. Yalunin、Gero Storeck、Jan Gerrit Horstmann、Hannes Böckmann和Claus Ropers等人撰写，来自Max Planck Institute for Multidisciplinary Sci...
半导体-压电异质结构中巨大的电子介导声子非线性 现代科学技术中，信息处理的效率和确定性是决定其应用潜力的关键。光学频率上的非线性光子相互作用已经在经典和量子信息处理上展示了巨大的突破。而在射频范围内，非线性声子相互作用也同样有潜力带来革命性变化。本文通过异质集成高迁移率半导体材料，展示了一种能够有效增强确定性非线性声子相互作用的方法。 研究背景 作者开展这项研究的原因在于目前非线性声子相互作用的材料非常有限，不能通过材料本质上的声子非线性实现高效率的频率转换。尽管一些材料（例如铌酸锂）已经展示了一些电-声效应和非线性压电效应，实现了三波和四波混频过程，但仍未达到高效的频率转换。因此，该研究旨在通过半导体材料的引入，增强声子-电子混合效应，提升非线性声子相互作用的强度和效率。 研究来源和作者背...
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...
用于常温下六方氮化硼中量子相干自旋的研究报道 引言 量子网络和传感器的实现，需要固态自旋-光子接口（spin-photon interface）具备单光子产生能力和长寿命的自旋相干性，并能在可扩展的设备中集成，理想情况下，这些设备应在常温环境下操作。然而，尽管在多个候选系统中取得了快速进展，但能够在室温下保持量子相干单自旋的系统仍然非常罕见。这项研究旨在填补这一研究空白，探讨在层状范德华材料——六方氮化硼（hBN）中，实现常温环境下量子相干控制的可行性。 论文来源 这篇论文题为“A quantum coherent spin in hexagonal boron nitride at ambient conditions”，由Hannah L. Stern等人撰写，研究机构包括Cavendi...
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...
德国重洞自旋量子比特的最佳工作点及其高各向异性噪声灵敏度 背景与动机 量子计算机（quantum computer）的发展在解决复杂问题上前景非常广阔。然而，构建一个容错的量子计算机需要集成大量具有高度相干性的量子比特（qubit）。自旋量子比特，特别是基于德国锗（Germanium, Ge）量子阱中的孔量子比特，因其具有低噪声环境、高效控制和制造难度低等优点，逐渐受到重视。然而，在操控这些量子比特的过程中，经常会遇到由电场引起的g-张量（g-tensor）各向异性引发的去相干和操控难题。 值得注意的是，重洞（heavy hole）在这些自旋量子比特中的作用显得尤为重要。重洞自旋量子比特不仅具有快速和高保真度的操作，还能够通过电场实现快速可扩展的量子比特控制。然而，驱动量子比特和退相干机制的...
近年来，燃料电池作为一种清洁、可再生的能源技术，得到广泛关注。然而，燃料电池的广泛应用面临着氧还原反应（ORR）电催化剂的稳定性问题。具有化学有序结构的L10-PTM间金属纳米晶体（INCs），因其较低的形成能量（例如，有序L10-PTFE的原子形成能约为-0.232 eV）和较高的内聚能，显示出比无序A1-PTM更高的稳定性，这使其成为燃料电池领域里极具潜力的电催化剂之一。然而，实现这种有序结构所需的高温退火处理（通常>600°C）常导致严重的颗粒烧结、形态改变，以及降低其有序度，使得这种电催化剂难以规模化生产，并限制其在燃料电池中的实际应用。 为解决上述问题，本研究团队提出了一种新型的低熔点金属（M’ = Sn，Ga，In）诱导键强度削弱策略，以降低活化能（Ea），促进PTM（M = N...
可编程拓扑光子芯片的研究进展 研究背景 近年来，拓扑绝缘体（Topological Insulators, TI）在物理学界引起了极大的关注，其丰富的物理机制和拓扑边界模式的潜在应用使得这一领域迅速发展。自量子霍尔效应（Quantum Hall Effect）的发现以来，拓扑相（Topological Phase）的研究经历了巨大的进步，涉及到维度性、对称性、非厄米性以及缺陷等多方面的内容。当拓扑学与光子学相遇时，拓扑光子学领域迅速崛起，成为一个独立的研究方向，革命性地推动了光学科学和技术的发展。拓扑光子学系统提供了噪声小、晶格几何约束少、光学材料多样性大、光学设备可控性高以及广泛适用的非线性光学效应等诸多优势。 研究问题 尽管拓扑光子设备展现了大量的拓扑现象及其实用性的潜在应用，例如拓扑光...