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封面文章 专题:太赫兹自旋光电子
张朋,刘政,戴建明,杨昭荣,苏付海
物理学报. 2020, 69 (20): 207501
作为典型的具有螺旋磁结构的材料,ZnCr2Se4承载着诸如磁电耦合、磁致伸缩和负热膨胀等有趣特性,并可能具备多种不同的量子基态。本文利用太赫兹时域光谱技术研究了ZnCr2Se4在低温强磁场(T = 4—60 K, H = 0—10 T)下的自旋动力学行为。当外加磁场高于4 T时,可以观察到亚太赫兹频率范围的磁共振吸收,并呈现出随磁场增加蓝移特征。当磁场(H)方向垂直于太赫兹波矢(k)方向时,仅观察到单个共振吸收,且其磁场行为符合线性拉莫尔进动关系。这种磁场依赖性对应传统的铁磁共振,意味着螺旋自旋态在高磁场下演化为线性铁磁态。然而,在H 和k 同时平行于样品的<111>晶向配置下,当磁场强度高于7 T时,其太赫兹共振明显劈裂为高频和低频两个吸收峰,并且其高频吸收表现出非线性磁场依赖关系。这种奈尔温度以下特有的各向异性太赫兹自旋动力学效应可能与最近发现的量子临界区域有关。
图1 (a) ZnCr2Se4晶体结构;(b) 外磁场下ZnCr2Se4磁结构演化;(c) 外磁场下太赫兹透射测量配置示意图,太赫兹波矢(k)平行于外磁场(H)方向;(d) k 垂直于H 配置,对于两种测量配置,太赫兹电场分量始终保持p型偏振,从而确保太赫兹磁场分量和应用的稳态外部磁场保持正交。
同行评价
本文利用低温和强磁场结合THz时域光谱研究了一类具有螺旋磁结构的单晶ZnCr2Se4的远红外光谱特性。作者实验结果表明,当外加磁场与入射 THz 波矢方向垂直时,THz共振吸收频率与外加磁场大小呈线性关系,作者解释为铁磁模式的磁共振吸收。当THz波矢方向与外加磁场方向平行,温度低于20 K,且磁场强度高于7 T时, THz吸收峰发生明显劈裂。作者对这一有趣的温度和磁场依赖的磁共振劈裂现象背后的可能机制进行了探讨,提出在量子临界区域可能存在自旋纠缠,从而导致具有带隙的 Goldstone 自旋波和铁磁进动模式耦合。本文所报道的实验现象非常有趣,相信会引起较广泛读者的兴趣。该研究结果会吸引一些理论研究者的研究兴趣,进而给出更合理和精确的物理解释。
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索鹏,夏威,张文杰,朱晓青,国家嘉,傅吉波,林贤,郭艳峰,马国宏
物理学报. 2020, 69 (20): 207302
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准二维范德瓦耳斯磁性材料 CrSiTe3 同时具有本征磁性与半导体能带结构,在光电子学和纳米自旋电子学领域中具有广泛的应用,近年来吸引了广大科研工作者的兴趣。利用超快太赫兹光谱技术,本文对准二维范德瓦耳斯铁磁半导体 CrSiTe3 进行了系统的研究,包括太赫兹时域光谱、光抽运-太赫兹探测光谱及太赫兹发射光谱。实验结果表明,样品的太赫兹电导率随温度的变化表现得十分稳定,且样品ab 面对太赫兹波的响应呈现为各向同性;800 nm 光抽运后的光生载流子表现为一种双指数形式的弛豫变化,复光电导率可以用 Drude-Smith 模型很好的拟合,光载流子的弛豫过程由电子-空穴对的复合所主导;飞秒脉冲入射到样品表面后可以产生太赫兹辐射,且具有 0—2 THz的带宽。本文给出了 CrSiTe3 在光学及太赫兹波段的光谱,为其在电子及光电子器件方面的设计和优化提供了借鉴与参考。
图1 (a) 温度5 K、不同抽运功率下的瞬态动力学演化ΔT/T0,插图为抽运-探测零时间延迟时抽运功率依赖的调制深度,实线是线性拟合的结果;(b) 通过双指数函数拟合得到的不同抽运功率下的弛豫时间常数;(c) 抽运功率482 mJ/cm2、不同温度下的THz透射响应,插图为抽运-探测零时间延迟时温度依赖的调制深度;(d) 通过双指数函数拟合得到的不同温度下的弛豫时间常数。
同行评价
本文的主要创新点在于利用 THz 光谱揭示二维磁性材料的载流子动力学响应,以及光诱导 THz 发射,这对对理解该类材料的电-声耦合及 THz 辐射机理提供了实验数据。
编辑推荐 综述
鲍美美,杨恺,元冰
物理学报. 2020, 69 (20): 208701
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病毒是一种在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物。不同病毒侵入细胞的方式不同,但大都需要通过结合至细胞表面特定的受体蛋白或脂质结构来实现细胞内化,从而启动入侵程序和感染宿主细胞。因此揭示病毒结合和内化侵入细胞的具体过程及机制有助于从源头上开发靶向药物或疫苗。本文以流感病毒和冠状病毒为例,首先介绍了流感病毒的结构,其与细胞膜上特定种类蛋白或脂质结构的结合方式,其完成细胞内吞的途径及诱导其内化的细胞因子种类,以及侵入细胞后的作用过程,继而对冠状病毒尤其针对目前仍在全球范围内肆意传播的新型冠状病毒(SARS-CoV-2),扼要阐述了其结构特点、与细胞受体血管紧张素转化酶 ACE2的结合及实现细胞内化的研究进展。
图1 流感病毒在细胞表面结合及内化示意图。流感病毒与细胞表面的糖蛋白或糖脂末端的唾液酸、或者磷酸化的糖蛋白、抑或是C型凝集素Langerin发生结合,之后在G蛋白偶联受体FFAR2、表达于膜上的核仁蛋白、适配体蛋白Epsin1和EPS15、C型凝集素Langerin等细胞因子的参与下,通过网格蛋白介导的方式发生内吞. 胞内Ca2+的增加可以促进流感病毒通过网格蛋白或非网格蛋白的方式侵入细胞,另外膜上脂筏结构也参与病毒的吸附和内化过程。
同行评价
本文围绕流感病毒和冠状病毒在细胞表面结合进而内化的过程进行了系统综述,介绍了病毒组成、与细胞的识别与结合、相应的细胞内化和调控过程。内容丰富详尽,阐述清楚,很好的介绍了该主题相关的研究进展,并讨论了对新冠病毒研究的启示。本文对于相关生物物理领域的研究有启发意义。
编辑推荐
分子结拉伸与界面识别: 破解4, 4′-二吡啶分子结拉伸过程中高低电导之谜
索雨晴,刘然,孙峰,牛乐乐,王双双,刘琳,李宗良
物理学报. 2020, 69 (20): 208502
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4,4ˊ-二吡啶分子结在拉伸过程中呈现出独特的高低电导现象,是分子电子学近十几年研究中的未解之谜。根据实验测量过程以及所采用的技术手段,发展了基于第一性原理计算的分子结绝热拉伸模拟方法,对4,4ˊ-二吡啶分子结的拉伸过程进行了模拟计算。并利用一维透射结合三维修正近似(OTCTCA)方法计算了拉伸过程中体系电导的变化,成功破解了4,4ˊ-二吡啶分子结在拉伸过程中的高低电导之谜。结果显示,在4,4ˊ-二吡啶分子结的拉伸过程中,分子末端的氮原子很容易吸附到探针电极的第二层金原子上,并且导致分子对尖端金原子产生特有的侧向推动作用,将探针尖端金原子推向一侧,从而在拉伸过程中出现高电导平台。进一步拉伸分子结,分子上端氮原子移动并吸附到探针尖端金原子上,同时尖端金原子重新回到原来的晶格位置上。体系电导也因此降低大约5—8倍,形成低电导平台。根据计算结果,4,4ˊ-二吡啶分子结双电导平台的出现同时表明基底电极很容易存在表面金原子,且只有分子吸附到表面金原子上才会出现高低电导现象。可见,利用分子结拉伸过程中测量到的电导曲线并借助理论计算可以有效识别分子结界面结构。另外,对4,4ˊ-二吡啶分子结高低电导现象物理过程和内在物理机制的破译,为更好利用含吡啶末端分子构建分子开关、分子存储器、分子传感器等功能分子器件提供了重要技术信息与依据。
图1 4,4ˊ-二吡啶分子结拉伸过程中独特的界面几何构型变化及其高低电导转换现象。
同行评价
本论文研究了4,4ˊ-二吡啶分子结拉伸过程中的电导问题,这是一个非常有意义的研究方向。作者根据计算结果提出当二吡啶分子吸附到探针电极的第二层金原子后,会将探针尖端金原子推向一侧,导致分子结呈现高电导状态;当距离拉伸分子末端会滑移至尖端,分子结呈现低电导状态。文章的结论对于实验具有验证及通用的指导作用。
《物理学报》2020年第20期全文链接:
http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2020/20
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