封面文章

Freestanding La₂CuO₄/La_1.55Sr_0.45CuO₄ heterostructure membranes with high-T_C interface superconductivity

Xueshan Cao(曹雪珊), Chuanyu Shi(史传宇), Yanzhi Wang(王彦智), Meng Zhang(张蒙), Jirong Sun(孙继荣), and Yanwu Xie(谢燕武)

Chin. Phys. B, 2025, Vol. 34(10): 107301        

文章亮点介绍

氧化物界面超导因其丰富的物理内涵而受到广泛关注，但目前已报道的体系均需依赖单晶衬底进行制备。这种对衬底的依赖性限制了材料在几何形状与机械柔性方面的设计自由度，也阻碍了其在柔性电子等领域的应用探索。近年来，随着水溶性牺牲层材料 Sr₃Al₂O₆（SAO）薄膜的成功开发，高质量自支撑氧化物薄层的制备成为可能，为解决上述问题提供了技术途径。

基于此，本研究取得了如下重要进展：首先，成功将典型的铜氧化物界面超导体系 La₂CuO₄/La1.55Sr0.45CuO₄ (LCO/LSCO)从衬底上剥离，首次在自支撑形态下实现了界面高温超导，其转变温度约为19 K。其次，电输运测量结果表明，剥离后的界面超导薄层在不同气氛下退火处理后，其超导特性仍能保持稳定，展现出良好的环境鲁棒性。

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Fig. 4. Temperature-dependent normalized resistances of the as-grown LCO/LSCO heterostructure (a) and the freestanding LCO/LSCO heterostructure (b). Inset in (b): optical image showing the configuration for four-probe resistivity measurements of the freestanding sample. Temperature-dependent normalized resistances of the freestanding LCO/LSCO heterostructure after post-annealing in an O₃ atmosphere (c) or in vacuum (d).

亮点文章

Characterization of interlayer coupling in YIG/Py bilayer using polarized neutron reflectometry

He Bai(白鹤), Wei He(何为), Dan Liu(刘丹), Jialiang Li(李嘉亮), Xiao Deng(邓霄), Yuan Sun(孙远), Songwen Xiao(肖松文), Sheng Cheng(成晟), Xiaozhi Zhan(詹晓芝), Jianwang Cai(蔡建旺), and Tao Zhu(朱涛)

Chin. Phys. B, 2025, Vol. 34(10): 107509

文章亮点介绍

钇铁石榴石（YIG，化学式 Y₃Fe₅O₁₂）作为典型的低阻尼磁性绝缘体，具有极低的磁阻尼常数（α≈10⁻⁵）和超长磁振子寿命，是自旋电子学中磁振子器件的核心材料。常见的YIG/铁磁金属层（如坡莫合金Py，Ni₈₀Fe₂₀）异质结构中，两者的层间耦合特性（铁磁或反铁磁耦合）直接决定器件的磁矩调控效率、信号传输性能等特性。然而，此前YIG/Py 层间耦合类型的报道存在许多矛盾。

为解决上述问题，本文作者采用磁控溅射的方式分别在单晶GGG衬底和多晶SiO₂衬底上生长YIG薄膜，利用极化中子反射（Polarized neutron reflectivity），精准表征了YIG/Py双层膜的磁矩分布与层间磁耦合机制。该工作的核心结论为：（1）衬底决定了YIG层的晶体结构差异，GGG衬底上，YIG呈现高取向单晶结构，SiO₂衬底上，YIG呈现多晶结构；（2）晶体结构决定层间耦合类型，单晶YIG与Py之间表现为层间铁磁耦合，多晶YIG与Py之间表现为层间反铁磁耦合。

该研究充分展示了极化中子反射技术在精确表征界面磁性及层间耦合方面的研究特色，对设计YIG为基础的高性能磁振子自旋阀等器件具有重要指导意义。

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Fig. 1. (a) Schematic of the PNR setup. (b) PNR curves of GGG/YIG/Py measured at H = 2 mT. Symbols represent the experimental data, while solid lines show the fitted curves. (c) Spin-asymmetry (SA =  (R⁺⁺ – R⁻)/(R⁺⁺ + R⁻)) curve. (d) Fitted nuclear and magnetic SLD (SLD_n and SLD_m) profiles. The red solid line shows that YIG has a negative magnetic moment, which forms a ferromagnetic interlayer coupling with Py’s magnetic moment.

亮点文章

Magnetic-field-induced photoluminescence enhancement in type-I quantum wells: A quantitative probe for interface flatness

Jun Shao(邵军), Man Wang(王嫚), Xiren Chen(陈熙仁), Liangqing Zhu(朱亮清), F. X. Zha(查访星), H. Zhao, Shumin Wang(王庶民), and Wei Lu(陆卫)

Chin. Phys. B, 2025, Vol. 34(10): 107802

文章亮点介绍

界面即器件，半导体量子阱界面无序度决定材料性质和光电子器件性能。如何使用无损伤光学方法准确判断外延界面质量，几十年来一直都是科研工作者追求的目标。但是怎样实现毫米尺度量子阱界面无序度分布定量化统计评估，依然是待解难题。激子的光致发光跃迁与量子阱界面无序相关；界面无序横向长度服从高斯分布，对应于类似Urbach带尾的指数态密度。本文发挥磁光-光致发光(PL)光谱探测激子特性的敏感优势，以激子为探针，通过波函数的外磁场调控感知量子阱界面横向尺度。建立了基于磁场诱导激子从暗态到明亮态转变的PL强度演化物理模型，以定量描述I型量子阱在外加垂直磁场下的光致发光增强效应；推导出磁光-PL强度的理论公式，将其拟合到量子阱PL积分强度可以确定界面无序的 Urbach 能量和横向尺度分布。测量了三种InGa(N)As/GaAs单量子阱样品的磁场-PL光谱光强变化和谱线线宽变化，给出理论拟合结果并得到重要物理参数，详细地分析了各种可能的物理过程，证实了理论公式的可靠性。

本文将磁光-PL光谱实验功能从传统的能量和线宽分析拓展到积分强度分析和界面检测维度，实现量子阱界面无序尺度分布及其Urbach能量的无损伤光学量化表征，可为量子材料研究提供新途径，有助于磁场辅助光电子器件的性能提升。

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(a) Interfacial disorders in QWs. δ denotes the amplitude of the thickness fluctuation, D_ex represents an exciton trapped by a lateral perturbation potential with well-layer thickness of L₊ and a lateral length of ξ > D_ex. (b) Real-space lateral-length Gaussian distribution of interfacial disorders, and (c) corresponding lateral perturbation potential density of states. (d) Enhancement of integral PL intensity as a function of magnetic field, β is ratio of the transferable dark states to the bright states at B=0 T, γ is diamagnetic coefficient, and ΔE is interfacial Urbach energy quantifying the potential energy fluctuation of interfacial disorders.

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Oxygen activation-triggered thermal instability in Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)O₂ cathode

Supeng Chen(陈苏鹏), Yingli Li(李英丽), Yande Li(李彦德), Keqiang Li(李克强), Peirong Li(李培荣), Jianwei Meng(孟建伟), Zilong Zhao(赵子龙), Yuanyuan Pan(潘圆圆), Qinghao Li(李庆浩), and Pengfei Yu(于鹏飞)

Chin. Phys. B, 2025, 34(10): 108201

文章亮点介绍

近年来，高镍三元层状正极材料因其高能量密度而备受关注，但其较差的热稳定性严重影响了电池的安全性能。本研究聚焦于高镍三元层状正极材料Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)O₂（NCM811）的热失控机制。为揭示其热不稳定性的根本原因，本文结合X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及同步辐射软X射线吸收谱（sXAS）等多种表征手段，系统追踪了脱锂态NCM811在升温过程中原子结构与电子态的演变。

研究发现，脱锂过程中形成的氧空穴态在加热时极不稳定，会引发氧气释放，该过程甚至早于晶体结构从层状向尖晶石和岩盐相的转变，是导致热失效的关键诱因。尽管表面氧通常更不稳定，但由于脱锂后材料体相与表面存在相似的氧空穴态，因此在热失控过程中体相与表面的结构退化几乎同步发生。该工作明确了氧空穴态在热失控过程中的主导作用，为设计更稳定、更安全的高镍正极材料提供了关键理论依据，对推动高能量密度、高安全性锂离子电池的发展具有重要意义。

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Fig. 1. (a) XRD patterns of NCM811 in different states. (b) schematic diagram of the thermal degradation of NCM811. (c)-(h) the sXAS of NCM811 in different states: Ni L-edge in (c) TEY and (d) PFY mode, O K-edge in (e) TEY and (f) PFY mode, and Co L-edge in (g) TEY and (h) PFY mode.

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