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亮点文章《物理学报》2024年第19期

已有 185 次阅读 2024-10-24 16:54 |系统分类:论文交流

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《物理学报》创刊90周年

反物质研究进展

马余刚

物理学报, 2024, 73(19):191101

doi: 10.7498/aps.73.20241020

宇宙正反物质的不对称性起源是当今科学的重要未解之谜。本文简要评述反物质研究历程和近期国际上的相关研究热点。重点阐述了近些年来，在相对论重离子碰撞实验中取得的反物质研究进展，包括发现首个反物质超核(反超氚)、反物质氦4、反超氢4、反质子相互作用的首次测量、正反超氚核的质量和结合能的精确测量等。在此基础上，我们讨论了(反)轻核产生的不同物理机制。同时，也介绍了反氢原子实验、太空探测反物质等方面取得的最新成果，并讨论这些进展对认识物质结构的启示。

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图6 利用200 GeV/c的金核-金核碰撞数据得到的结果^[13] (a)，(b) 质子-质子和反质子-反质子的动量关联函数；(c) 图(a)，(b)结果的比值分布；(d)测量反质子-反质子动量关联函数的示意图；(e)反质子-反质子相互作用(红星)的S波散射长度(f₀)和有效力程范围(d₀)与其他核子-核子相互作用的S波散射参数的比较。这里，统计误差用误差棒表示，而f₀的水平不确定性小于符号大小，系统误差用方框表示。其他测量的误差为百分之几，小于符号大小 ([13] STAR Collaboration 2015 Nature 527 345)

同行评价

文章对反物质研究的历程以及近期国际上相关研究热点和最新成果进行了详细的评述，内容包括相对论重离子碰撞实验中的反物质研究，(反)轻核产生的物理机制、反氢原子实验、反物质的太空探测等，并讨论了这些进展对认识物质深层次结构的启示。

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《物理学报》创刊90周年

长距离泵浦-探测系统的阿秒精度锁定

王柯俭，滕浩，邢笑伟，董朔，曹凯强，江昱佼，赵昆，朱江峰，刘文军，魏志义

物理学报, 2024, 73(19):194201

doi: 10.7498/aps.73.20241061

随着超快科学和阿秒脉冲技术的发展，基于孤立阿秒脉冲的泵浦-探测系统由于能实现对电子动力学的时间分辨测量，已成为人们开展阿秒超快过程研究不可或缺的关键技术。但要获得稳定可靠的泵浦-探测信号，需要保证泵浦与探测光之间阿秒级的高精度同步，较大的抖动将会导致信号产生弥散、甚至被淹埋在噪声中，从而无法获得真实的物理图像。由于阿秒脉冲从产生到应用终端之间的距离通常较长，要实现阿秒时间分辨，就必须对阿秒光脉冲与泵浦光进行阿秒量级的延时锁定。针对这一问题，本文发展了一种新型的双层光路系统，通过对获得的干涉条纹进行快速傅里叶变换，将获得的时间抖动量反馈给压电平移台实时补偿光程漂移，实现了泵浦光与探测光之间阿秒量级的同步锁定。应用该方案到光路长度从1—10 m的阿秒泵浦探测系统，得到了锁定精度分别从7.64—31.76 as的结果，分析表明系统延时误差与距离呈严格的线性关系，决定数R² = 0.96。本研究工作表明，使用小型干涉仪可实现对大科学装置中长距离阿秒泵浦探测系统的锁定精度进行快速检测，这对如非共线阿秒条纹相机、时间分辨光电子能谱仪、相干合成等应用具有一定的参考意义。

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图4 不同臂长的锁定精度

同行评价

文章发展了一种新的双层光路系统，相较于传统的泵浦-探测光路，文章提出的双层光路系统能有效减少800 nm脉冲激光与532 nm连续激光间的相互影响，提高光路系统的稳定性，对减少外部环境对阿秒物理实验的干扰有重要意义。在双层光路系统的基础上作者还对1—10 m的不同长度干涉臂的光路系统稳定性进行了测量，在10 m长的阿秒泵浦探测系统中锁定精度依旧可以保持在32 as，并分析表明了锁定精度与距离决定系数R² = 0.96的线性关系，这对大型阿秒物理实验装置的设计与搭建有重要的参考价值。

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《物理学报》创刊90周年

超过30 GeV的强激光锁相直接电子加速

朱翰辰，周楚亮，李晓锋，田野，李儒新

物理学报, 2024, 73(19):195201

doi: 10.7498/aps.73.20240652

当超强激光斜入射辐照固体时，预脉冲会先将固体表面等离子体化，随后主脉冲将与等离子体相互作用并最终被等离子体反射。同时，等离子体中的部分电子将锁定在激光场的加速位相，随后在激光场中获得有效加速，该过程被称为锁相电子加速。由于目前超强激光的电场强度已接近TV/m量级，因此如果电子在激光场加速位相中停留足够长的时间，便有可能获得百GeV甚至TeV量级的能量。本文针对现有的超强激光参数，通过单电子动力学模型，对锁相机制中电子在激光场的加速过程展开系统研究。研究结果表明，峰值功率为10 PW量级的强激光可将电子直接加速至30 GeV左右。本研究还给出了锁相加速机制中锁相电子的远场能量角分布，以及最终能量等与激光场强度的定标关系。考虑到激光强度的不断提高并且激光锁相电子加速机制也适用于正电子加速，因此本研究结果将有望应用于小型化正负电子对撞机及高能伽马射线源等领域。

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同行评价

作者采用单电荷模型研究了强激光直接加速，发现采用10 PW的飞秒脉冲激光器与等离子体镜相互作用，在锁相情况下可以将电子加速到30 GeV。文章给出的结果很吸引人。

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封面文章

专题：关联电子材料与散射谱学

铜氧超导材料电荷密度波和元激发的共振非弹性X射线散射研究

李齐治，张世龙，彭莹莹

物理学报, 2024, 73(19):197401

doi: 10.7498/aps.73.20240983

铜氧超导材料问世以来，其高温超导的理论机制仍有待解决。近年来，铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理，其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展。基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术，因具有体测量、能量动量分辨及直接探测不同元激发色散关系的能力，在铜氧超导材料研究中得到了广泛应用。无论是Bardeen-Cooper-Schrieffer理论框架下粘合库珀对的声子，还是强关联体系中Hubbard模型预测的磁涨落和竞争序，都可以用共振非弹性X射线散射实验测量，并研究它们之间的关联。本文介绍了利用共振非弹性X射线散射测量铜氧超导材料电荷密度波及相关低能激发，包括声子异常现象的研究进展，还介绍了磁激发和超导最高转变温度的关系，最后对未来的研究方向和面临的挑战进行展望。

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图13 LSCO (x = 0.45)薄膜中各向异性的声子强度和有色散的电荷激发^[17] (a)，(c)弹性强度二维图和(b)，(d)非弹性强度二维图来比较沿着(H，0)和(H，H)方向的电荷序和声子；(e)—(g)沿着(H，0)和(H，H)两个方向BB声子、La/Sr的声学支声子和电荷序的强度积分([17] Li Q，Huang H Y，Ren T，Weschke E，Ju L，Zou C，Zhang S，Qiu Q，Liu J，Ding S，Singh A，Prokhnenko O，Huang D J，Esterlis I，Wang Y，Xie Y，Peng Y 2023 Phys. Rev. Lett. 131 116002)

同行评价

RIXS技术与之前常用的ARPES和非弹性中子散射以及各种输运测量相比，具有很多优点，从而可以揭示更多铜氧化合物的性质。文章从RIXS的原理出发，重点阐述了利用RIXS技术在铜氧化合物欠掺杂和过掺杂区电荷序和电荷涨落的研究进展，讨论了电声耦合和声子异常与电荷密度波的关系以及对超导的影响，介绍了磁激发与超导临界温度的关系。这对拟从事铜氧化合物进而强关联超导相关方向研究的人来说是一个很好的学习机会，有助于他们在这些基础上开展更多的研究工作，推动高温超导机制的研究。

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专题：关联电子材料与散射谱学

共振非弹性X射线散射在量子材料领域的应用

周克瑾

物理学报, 2024, 73(19):197301

doi: 10.7498/aps.73.20241009

共振非弹性X射线散射(resonant inelastic X-ray scattering，RIXS)是一种先进的基于同步辐射和自由电子激光光源的光进光出的谱学探测手段。在过去的十几年，RIXS的能量分辨不断被提高，其对凝聚态物质的研究也从最初的晶体场分裂和电荷转移激发，发展到产生于包括电荷、自旋、轨道、晶格4个量子自由度的集体激发行为及相关的序参量。本文总结了近几年高分辨软X射线RIXS在量子材料领域，如铜基和镍基高温超导材料等离子激发及磁激发的研究，量子材料中的集体轨道激发、激子激发和高阶磁激发，以及对磁性金属和拓扑磁性材料中磁激发的探测。

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图9 Y₂BaNiO₅一维自旋链RIXS磁激发^[73] (a) Y₂BaNiO₅一维自旋链沿着c轴链方向的Ni L₃边RIXS磁激发实验谱，入射光采用π线偏振光，RIXS散射角固定在154°，虚线为偶极磁激发色散关系，其中J = 24 meV，Δ_H = 0.41 J，v = 2.55 J，α = 1.1 J；(b)—(d)分别为基于密度矩阵重整化群理论计算得出的偶极磁激发ΔS₁，四极磁激发 ΔS₂，及自旋翻转为零多重磁激发ΔS₀，其中(c)中的蓝色虚线标出了两个不相干的三重态激发的连续谱边界；(e) RIXS偶极磁激发和四极磁激发的示意图；(f) 一维Ni²⁺反铁磁自旋链的基态和偶极、四极、自旋翻转为零多重磁激发的示意图 ([73] Nag A，Nocera A，Agrestini S，Garcia-Fernandez M，Walters A C，Cheong S W，Johnston S，Zhou K J 2022 Nat. Commun. 13 2327)

同行评价

作者介绍了近年来利用高分辨共振非弹性 X 射线散射技术（RIXS）研究量子材料中集体电荷激发、激子激发、磁激发与多重磁激发等一系列具有代表性的研究工作。对几类典型的量子材料进行了充分而详尽的背景介绍，清晰地展示了 RIXS 在研究不同体系集体激发中的成果和研究意义。文章逻辑清晰，是一篇内容丰富、全面而准确的综述，对进入这一领域的研究者具有很高的参考价值，对未来研究方向也具有指导意义。

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专题：关联电子材料与散射谱学

铁基超导研究中的单轴应变调控方法

李春熠，莫子夜，鲁兴业

物理学报, 2024, 73(19):197103

doi: 10.7498/aps.73.20241080

在超导和强关联电子材料的研究中，通过引入压力和应变改变晶格参数和对称性，是调控体系电子性质的有效实验手段。在静水压和外延薄膜面内应变的调控中，晶格参数的变化可以引起电子结构的显著改变，进而诱导出新奇的物理现象。相比这两种方法，近年来开始被广泛采用的单轴应变调控方法，除了可以改变晶格参数，还可以直接破缺和调控体系的对称性，影响体系的电子有序态乃至集体激发。弹性单轴应变作为对称性破缺场，可以作为电子向列相及其涨落的探针；应变对超导和电子向列相的调控，也可以为理解体系中电子态的微观机制提供实验依据。本文将介绍单轴应变调控的基本概念、实验方法的发展，以及采用这些方法调控铁基超导体中的超导和电子向列相等方面的一些研究进展，并简单介绍单轴应变在其他量子材料中的应用。

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图3 D_4h和D_6h点群固体在不同对称性通道中的应变模式 (a) BaFe₂As₂晶体的结构示意图；(b) CsV₃Sb₅晶体的结构示意图；(c) 四方晶系材料中的应变在不可约表示A_1g,1，A_1g,2，B_1g和B_2g对称性通道中的应变分解，A_1g应变维持C₄旋转对称性，B_1g和B_2g应变将C₄对称性降低到C₂；(d) 六方晶系材料中的应变在不可约表示A_1g,1，A_1g,2和E_2g对称性通道中的应变分解。A_1g应变维持C₆旋转对称性，E_2g应变将对称性降低到C₂旋转对称性，白色虚线表示对称轴

同行评价

单轴压强和应变技术近年来受到了研究人员的广泛重视。这篇综述文章较为详细地介绍了单轴应变技术及其在铁基超导体研究中的一些应用。文章强调了单轴应变调控相关的基本概念和基础知识，由浅入深，借助弹性模量、泊松比等基本概念详细地讨论了单轴应变对晶格点群的本质影响，理论推导包含清楚易懂的图文和详细的公式，进而揭示了弹性单轴应变作为对称性破缺场，具有重要的实验潜力和价值。

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专题：关联电子材料与散射谱学

合肥先进光源：赋能关联电子系统研究

孙喆，沈大伟，罗震林，闫文盛

物理学报, 2024, 73(19):190703

doi: 10.7498/aps.73.20240943

合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源，计划于2028年投入运行，凭借其高亮度和高相干性X射线，将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈，为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息。本文介绍了合肥先进光源的主要科学目标和技术优势，重点阐述了角分辨光电子能谱、磁圆二色、相干X射线散射和相干X射线成像等核心技术在量子材料和关联电子系统研究中的应用前景。这些技术将能精细解析电子/自旋/轨道态的分布和动力学过程，揭示各种新奇量子现象，以及关联电子体系中各种序参量的涨落。合肥先进光源的建成将为解码复杂量子态和非平衡演化行为提供先进的技术支持，最终推动量子材料和关联电子系统在能源、信息等前沿领域的应用。

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图1 合肥先进光源XMCD线站配置 (a) 双波荡器光源示意图；(b) XMCD谱；(c) 双光路设计的俯视图

同行评价

本综述简要介绍了我国正在建设的第四代同步辐射HALF以及相关的实验线站，阐述了第四代同步辐射光源在凝聚态物理的关联电子体系与量子材料研究中巨大的应用潜能。文章有助于物理学研究人员理解同步辐射在凝聚态物理研究方面的应用。

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专题：关联电子材料与散射谱学

镍基超导体中电荷序的实验研究进展

沈瑶

物理学报, 2024, 73(19):197104

doi: 10.7498/aps.73.20240898

镍基超导体目前分为一价镍氧化物超导体和高压镍基超导体两个家族，其中电荷序的研究受到了广泛关注。这是因为电荷序是强关联电子体系尤其是铜氧化物超导体的研究重点之一，其不仅对于理解电子关联性有着重要意义，与非常规超导电性也有着潜在的联系，而镍基超导体的发现为电荷序与超导电性的研究提供了新的契机。本文总结了镍基超导体电荷序的实验研究进展，讨论了镍基超导体中电荷序的存在与否、具体构型以及微观性质等，以期为进一步深入研究该主题提供新的思路。

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图4 La₄Ni₃O₁₀的电荷序^[45] (a) La₄Ni₃O₁₀的3层晶体结构；(b)，(c) La₄Ni₃O₁₀一个单独的3层单元内的电荷密度波和自旋密度波示意图([45] Zhang J J，Phelan D，Botana A S，Chen Y S，Zheng H，Krogstad M，Wang S G，Qiu Y，Rodriguez-Rivera J A，Osborn R，Rosenkranz S，Norman M R，Mitchell J F 2020 Nat. Commun. 11 6003)

同行评价

镍基超导体是近期凝聚态物理研究的一个热点对象。一系列镍基超导体，尤其是高温超导体的发现，标志着超导研究进入了“镍基时代”。本文非常简要地总结了镍基超导体中有关电荷序的实验报道，并分析了电荷序与超导的潜在关系，重点分析了RENiO₂和La₄Ni₃O₈中电荷序的观测结果。文章契合当前超导研究的热点，具有学术意义。

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专题：关联电子材料与散射谱学

μSR实验进展与缪子源发展趋势

王颖，殳蕾

物理学报, 2024, 73(19):197601

doi: 10.7498/aps.73.20240940

缪子自旋弛豫/旋转技术 (muon spin relaxation/rotation，μSR) 是一种高度灵敏的原子尺度磁性探测手段。随着μSR技术的不断发展，其在凝聚态物理研究中愈加重要。本文简要介绍μSR技术的优越性和独特性，概述近期μSR技术在凝聚态领域的几项重要进展和挑战，包括镍基超导体La₃Ni₂O₇和 (R，Sr)NiO₂的磁性基态研究、笼目晶格超导体 AV₃Sb₅ (A = K，Rb)的电荷密度波研究、NaYbSe₂量子自旋液体“海洋”中沉浸的自旋“磁滴”和Cr₂O₃磁电表面附近磁单极子的研究，并简单阐述了国际上缪子源的建设情况和升级进展。

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图1 (a) μSR技术的原理示意图；(b) μSR技术填补了其他手段测量动态磁场的频率空白

同行评价

本文简要介绍了μSR技术的特点特别是在凝聚态物理领域的研究进展，并在此基础上论证了我国建设高水平缪子源的必要性和紧迫性。

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专题：关联电子材料与散射谱学

中国散裂中子源缪子谱仪及其应用展望

李强，李样，吕游，潘子文，鲍煜

物理学报, 2024, 73(19):197602

doi: 10.7498/aps.73.20240926

中国散裂中子源二期升级工程包含建设缪子实验终端和一条表面缪子束线，并规划未来建设负缪子束线和衰变缪子束线。表面缪子束线预计2029年建成出束，有望成为我国首个人造缪子源实验平台。缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学是缪子源平台最重要的应用技术，分别在材料磁性分析和元素成分无损测量方面具有独特优势，在磁性、超导、新能源、科技考古等多学科领域取得了大量瞩目成果。本文围绕中国散裂中子源缪子实验终端及其谱仪建设，分别介绍了缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学的基本原理、特色优势，以及基于缪子实验终端的谱仪物理设计和应用展望；最后展望了该缪子实验终端未来的缪子束线规划和更多样化的应用场景。

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同行评价

本文介绍了中国散裂中子源即将要进行的缪子束及其谱仪的设计与建设，结合缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析（MIXE）谱学的原理、特色优势介绍，展望了缪子实验终端未来的束线规划和更多样化的应用场景。MIXE探测技术是一种非破坏性的分析手段，具有相当的优越性。中国散裂中子源规划建设的缪子终端和谱仪将填补我国这方面的空白，这篇文章详细地做了全面介绍。

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专题：关联电子材料与散射谱学

基于自由电子激光的散射技术及谱学方法进展

仲银鹏，杨霞

物理学报, 2024, 73(19):194101

doi: 10.7498/aps.73.20240930

自由电子激光(free electron laser，FEL)凭借高相干性、高亮度、覆盖远红外至X射线波段的连续可调性，在基础科学研究、新材料、新能源、生物医学、环境监测等众多领域有着广泛的应用前景。特别是X射线自由电子激光(X-ray free-electron laser，XFEL)以其独特的超高亮度、超短脉冲、极好相干性，强力地推动了超快X射线散射和超快光谱学领域的发展。基于XFEL的超快散射技术不仅实现了对晶格动力学、电荷和自旋序的超快时间和动量分辨研究，还能够测量大动量转移范围的声子色散。将基于XFEL的超快散射与光谱学手段相结合，有望同时测量元激发能态变化及其相关的原子或序结构变化。基于XFEL的光谱学正尝试充分利用自放大自发辐射模式(self amplified spontaneous emission，SASE)的全带宽，以减少脉冲延展，最终实现时间和能量分辨接近傅里叶变换极限的光谱测量。基于XFEL的非线性光学技术为探测元激发开辟了新途径，正在发展的新方法有望为探索表面和界面过程、手性、纳米尺度传输提供独特的机会，并实现多维度芯能级光谱学。

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图6 Ga_0.91Mn_0.09As样品在不同温度不同声子波长下测量(实心圆)和模拟(实线)XRD随时间变化^[27] (a)—(c)室温；(d)—(f) 60 K；(g) 居里温度前后测量得到的UXRD信号，小插图是自旋关联函数([27] Krasniqi F S，Zhong Y，Epp S W，Foucar L，Trigo M，Chen J，Reis D A，Wang H L，Zhao J H，Lemke H T，Zhu D，Chollet M，Fritz D M，Hartmann R，Englert L，Strüder L，Schlichting I，Ullrich J 2018 Phys. Rev. Lett. 120 105501)

同行评价

该稿件对基于自由电子激光技术多种散射技术与谱学方法的发展情况进行了概述，对超快 X 射线衍射、时间分辨 X 射线谱学等内容进行了重点展开，并对基于非线性光学的新颖X射线谱学方法进行了介绍。文章内容丰富、涉及广泛、细节详实，具有较强的参考性。

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编辑推荐综述

基于复杂网络理论的供应链研究

崔俊英，徐舒琪，那旭，潘黎明，吕琳媛

物理学报, 2024, 73(19):198901

doi: 10.7498/aps.73.20240702

供应链是由原材料供应商到最终客户的一系列生产和流通过程所形成的链条结构，连接上、下游各个企业之间的关系。供应链包含采购、生产、仓储、分销、客户服务、信息管理和资金管理等不同环节之间的物料、资源、资金和信息等的相互关联流动，从而形成复杂的网链结构。高效可靠的供应链对于增强企业的市场竞争力、推动社会和经济持续发展具有重要意义。近年来，采用复杂网络的理论和方法对供应链进行建模和分析受到了越来越多学者的关注。本文系统性地论述基于实证数据和网络模型两种类型的供应链网络构建研究，在此基础上探讨供应链网络的拓扑结构、脆弱性、关键节点识别、社团检测等结构性质，阐明供应链网络的风险传播、竞争博弈等管理特性。本文综述了基于复杂网络方法的供应链研究内容和前沿热点，论证了复杂网络理论在供应链网络研究中的有效性和适用性，分析了供应链网络研究现存的一些问题，并展望若干未来的重要研究方向。本文期望为供应链研究提供见解，并推动复杂网络方法在供应链研究中的发展和应用。

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图1 供应链网络的典型结构^[26] ([26] Wang J P，Zhou H，Jin X D 2021 Chaos Soliton. Fract. 143 110259)

同行评价

本文围绕“基于复杂网络理论的供应链研究”这一主题，对现有文献进行了系统梳理，涵盖了该领域的主要研究方向和最新进展。文章逻辑严谨，内容详实，有助于读者深入理解复杂网络理论在供应链中的应用及其前沿发展。

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亚稳相钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料的可控生长与电子相变性质

周轩弛，焦勇杰

物理学报, 2024, 73(19):197102

doi: 10.7498/aps.73.20240584

稀土镍酸盐(ReNiO₃，Re为镧系稀土元素)由特征温度场、氢化、临界电场及应力场等多物理参量引发的多重电子相变及物性突变引起了凝聚态物理和材料科学领域的广泛关注，在突变式敏感电阻元器件、人工智能、能量转换及弱电场传感等领域展现出可观的应用前景。然而，ReNiO₃材料本征的热力学亚稳性仍制约其在关联电子器件中的实际应用。本文利用激光分子束外延法制备出原子级平整的亚稳态ReNiO₃ (Re = Nd，Sm及Nd_1–xSm_x)薄膜材料，阐明高氧压原位退火在稳定其Ni³⁺扭曲钙钛矿结构中的关键作用，结合同步辐射和X射线光电子能谱等先进表征手段厘清ReNiO₃薄膜材料的化学环境及电子结构，并揭示出其各向异性的电子相变功能特性。本文为制备原子级平整的亚稳态钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料提供了方向，并引入全新的功能调控自由度——晶体学各向异性，为进一步探索稀土镍酸盐材料体系中的新型电子相和功能特性奠定基础。

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图1 稀土镍酸盐(ReNiO₃)的电子相变特性 (a) ReNiO₃的晶体结构及 ReNiO₃绝缘相的电子结构和扭曲的NiO₆八面体；(b) ReNiO₃的T_MIT随其扭曲钙钛矿结构容忍因子的变化；(c) 温度为1100 K时ReNiO₃的吉布斯自由能(ΔG)随稀土离子半径的变化

同行评价

本工作利用异质结中基底的外延模板作用，诱导亚稳相ReNiO₃的界面异质形核，制备出系列具有优异电子相变特性的ReNiO₃薄膜材料，并阐明亚稳态ReNiO₃薄膜电子相变输运行为的各向异性，对深入理解关联氧化物电子相变行为具有重要意义。

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纳米CeO₂掺杂的YBCO超导块材的制备及其性能

李国政，王妙

物理学报, 2024, 73(19):197402

doi: 10.7498/aps.73.20240832

本文采用两种熔渗生长工艺(011-IG和211-IG)制备纳米CeO₂掺杂的Y-Ba-Cu-O (YBCO)超导块材，同时使用一种坑式籽晶模式来阻止薄膜籽晶在热处理过程中的移动，随后对样品的生长形貌、微观结构和超导性能进行研究。结果表明，在低掺杂量(质量分数为1%)下，YBCO晶体的正常生长不会受到影响，用两种工艺均能成功制备生长完全的单畴YBCO超导块材，且籽晶的位置没有发生任何移动，证明了新籽晶模式的有效性。扫描电子显微镜结果表明，纳米CeO₂掺杂可以有效细化超导块材内Y₂BaCuO₅(Y-211)微米级粒子的尺寸，且该方法对两种工艺均有效。低温磁性测试结果表明，011-IG法制备的纳米CeO₂掺杂的样品在低外场下呈现出比未掺杂样品明显优越的J_c性能，说明细化的Y-211粒子可以有效地提高δl型钉扎。此外，相比211-IG法制备的样品，011-IG法制备的样品在磁悬浮力、微观形貌和J_c性能等方面表现更优越，因此011-IG法是一种更有潜力的制备工艺。本文结果对进一步提高YBCO超导块材的性能和优化制备工艺有重要意义。

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图6 (a) 011-IG法制备的未掺杂样品，(b) 011-IG法制备的纳米CeO₂掺杂的样品和(c) 211-IG法制备的纳米CeO₂掺杂的样品的SEM结果

同行评价

基于大块单畴YBa₂Cu₃O₇超导体具有多种应用，通过制备工艺的改进，提高其77 K时的悬浮力一直是高温超导体应用领域的努力方向，本文利用改进后的顶部籽晶与熔渗生长（IG）技术，不仅有效解决了直接熔化（MG）工艺中遇到的各种问题，而且使生产工艺得到了简化，还提高了块材的悬浮力，其研究结果对其应用具有重要意义。

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离子注入诱导成核外延高质量AlN

余森，许晟瑞，陶鸿昌，王海涛，安瑕，杨赫，许钪，张进成，郝跃

物理学报, 2024, 73(19):196101

doi: 10.7498/aps.73.20240674

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势，被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域。AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能，为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量，但是这些方法工艺复杂且成本高昂。因此，本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料。首先，对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理，随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板，并在其上生长多量子阱结构，最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管。研究结果表明，在注入N离子剂量为1×10¹³ cm^–2的衬底上外延获得的AlN基板，其表面粗糙度最小且位错密度最低。由此可见，适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程；这可能是因为N离子的注入，抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构，有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度。此外，基于该基板制备的多量子阱结构，其残余应力最小，光致发光强度提高到无注入样品的152% 。此外，紫外发光二极管的光电性能大幅提高，当注入电流为100 mA时，光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%。

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