物理世界

科學(xué)家證實(shí)二維冰的存在并揭示其生長機(jī)制

北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料中心江穎、徐莉梅與美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校曾曉成以及北京大學(xué)/中國科學(xué)院王恩哥等合作，利用高分辨qPlus型原子力顯微鏡技術(shù)，首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了冰在二維極限下可以穩(wěn)定存在，將其命名為二維冰I相，并以原子級分辨率拍到了二維冰的形成過程，揭示了其獨(dú)特的生長機(jī)制。相關(guān)論文發(fā)表于Nature。二維冰的發(fā)現(xiàn)改變了一百多年來人們對冰相的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，開啟了探究二維冰家族系列的大門，為冰在低維和受限條件下的形態(tài)和生長提供了全新的圖像。同時(shí)，二維冰在很多應(yīng)用領(lǐng)域也有潛在意義。比如：表面上的二維冰可以促進(jìn)或抑制三維冰的形成等。

在Skyrme密度泛函框架下引入張量力無效

中國科學(xué)院近代物理所科研人員證明在Skyrme密度泛函的框架下，真實(shí)的張量力并沒有貢獻(xiàn)，引入張量力是無效的。研究論文發(fā)表于Physical Review C。張量力是近年來核理論研究中的熱門課題，它涉及原子核結(jié)構(gòu)的很多重要問題，如殼演化研究。另外，張量力是產(chǎn)生核子間短程關(guān)聯(lián)的重要因素，而短程關(guān)聯(lián)是近年來核物理的又一個(gè)前沿?zé)狳c(diǎn)問題。1956年，Skyrme在Skyrme相互作用中引入張量力，目前已有大量文章采用該形式來研究核結(jié)構(gòu)問題中的張量力效應(yīng)。根據(jù)變換后的張量力形式發(fā)現(xiàn)，各個(gè)分波的張量力成分在標(biāo)準(zhǔn)Skyrme力中沒有貢獻(xiàn)，并將其原因歸為了四類。

Hamaker常數(shù)作為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)向介觀力學(xué)過渡的標(biāo)桿作用研究

中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙亞溥團(tuán)隊(duì)在范德華異質(zhì)結(jié)的剝離、合成等力學(xué)行為研究方面取得了重要研究進(jìn)展。研究論文發(fā)表于Extreme Mechanics Letters。范德華異質(zhì)結(jié)是一種二維層狀材料，具有結(jié)構(gòu)多樣性、電子多樣性和力學(xué)多樣性，兼具高門控性、高載流子收集率及強(qiáng)柵極響應(yīng)能力等獨(dú)特的功能性。這為功能器件的設(shè)計(jì)提供了新思路。雖然材料的非均質(zhì)性帶來了奇特的功能性，但是這種非均質(zhì)性也給材料的合成、規(guī)模化生產(chǎn)帶來極大的困難。論文從第一性原理到分子動(dòng)力學(xué)，自下而上研究了范德華異質(zhì)結(jié)中晶格錯(cuò)配及剝離力學(xué)過程，闡明了剝離過程的3個(gè)階段。

鋰離子電池固體-電解液界面層特性研究進(jìn)展

中國科學(xué)院理論物理研究所王延颋研究員等與美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）朱梓華博士課題組合作，使用二次離子質(zhì)譜（SIMS）實(shí)驗(yàn)手段結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對SEI層的形成與物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Nature Nanotechnology。鋰離子電池的電雙層的結(jié)構(gòu)決定了電池的相界面化學(xué)性質(zhì)。特別地，SEI內(nèi)層形成之后，會(huì)進(jìn)一步形成富含有機(jī)分子、可以滲透到電解液當(dāng)中的外層。研究發(fā)現(xiàn)SEI內(nèi)層的主要成分為氧化鋰，否定了相界面上含有氟化鋰的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。對某些種類的電池而言，由于氟離子在相界面上起著非常重要的作用，必須引入含氟的溶劑或者添加劑。

壓電薄膜新型器件研究進(jìn)展

四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院余萍教授團(tuán)隊(duì)與美國南加州大學(xué)、香港理工大學(xué)合作，首次提出利用復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的超薄壓電敏感元實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高頻超聲場。研究論文發(fā)表于Advanced Functional Materials。通過該壓電敏感元設(shè)計(jì)超聲換能器發(fā)射出了類似漩渦的高頻聲場，該聲場不同于常規(guī)聲場，可以將微米級微粒包括懸浮微粒在內(nèi)，吸入到聚焦區(qū)域進(jìn)行密堆積，并且可以對收集的微粒群進(jìn)行二維操縱。不僅能夠?qū)o機(jī)的微粒進(jìn)行收集及移動(dòng)操作，而且可以快速集中分散在溶液中的生物細(xì)胞。該研究對發(fā)展高效的生物無損檢測技術(shù)提供了支持，并為發(fā)展新型的高頻復(fù)雜聲場提供了新的研究途徑。

鈣鈦礦量子點(diǎn)量子干涉效應(yīng)研究進(jìn)展

南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院光電子薄膜器件研究所李躍龍副教授與廈門大學(xué)洪文晶教授課題組、英國蘭卡斯特大學(xué)Colin Lambert教授團(tuán)隊(duì)通過合作，在鈣鈦礦量子點(diǎn)量子干涉效應(yīng)研究方面取得了新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了不同尺寸和成分的鈣鈦礦量子點(diǎn)。對鈣鈦礦量子點(diǎn)進(jìn)行了深入原位表征，首次獲取鈣鈦礦量子點(diǎn)單個(gè)晶胞單元距離僅為0.5納米的不同連接位點(diǎn)間的電學(xué)信號(hào)差異，同時(shí)觀察到將近一個(gè)量級的電導(dǎo)增加現(xiàn)象，并在雜化金屬鹵化物鈣鈦礦材料中觀測到電荷輸運(yùn)的量子干涉效應(yīng)。

莫特相變的經(jīng)典對應(yīng)

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心EX9組的楊義峰研究員、王磊研究員等與中國工程物理研究院材料研究所黃理研究員合作，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法處理量子作用量，為建立量子到經(jīng)典對應(yīng)提供新思路。研究論文發(fā)表于Physical Review B。莫特相變是強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理中最重要的基礎(chǔ)概念之一。論文在動(dòng)力學(xué)平均場理論（DMFT）的框架下，基于雜化展開的連續(xù)時(shí)間量子蒙特卡洛（CT-HYB）方法，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)將量子雜質(zhì)模型的有效作用量映射到一個(gè)經(jīng)典的雙原子分子系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)分子間的相互作用隨間距呈簡單的指數(shù)形式。在此映射下，量子模型的莫特轉(zhuǎn)變對應(yīng)于經(jīng)典分子氣體的氣液轉(zhuǎn)變，并受到相互作用力程的控制。

超薄柵介質(zhì)層的二維晶體管器件被研制成功

南京大學(xué)王欣然、施毅教授團(tuán)隊(duì)開展國際合作，利用了二維材料與分子之間的范德瓦爾斯作用，以0.3納米厚的單層分子晶體作為界面層，在二維材料上成功實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、超薄high-κ介質(zhì)層沉積技術(shù)。研究成果發(fā)表于Nature Electronics。研究人員將二維半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅降至60mV/dec的理論極限，工作電壓降至0.8V，并且在20nm溝道長度下未發(fā)現(xiàn)顯著的短溝道效應(yīng)。進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)了功耗小于1nW的二維CMOS邏輯反相器，并通過石墨烯射頻器件驗(yàn)證了介質(zhì)層可以工作在10GHz以上。該技術(shù)適用于多種二維材料，并兼容大面積化學(xué)氣相沉積樣品。