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亮点文章 | 《物理学报》2026年第8期（二）

已有 153 次阅读 2026-6-10 16:15 |系统分类:论文交流

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基于交错磁自旋劈裂的简化双层隧道结隧穿磁阻

徐一博，叶茂轩，陈佳优，杨维，林晓阳，赵巍胜

物理学报, 2026, 75(8):080707

doi: 10.7498/aps.75.20251642

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新型交错磁材料打破了传统反铁磁隧道结的自旋简并限制，为开发新型自旋电子器件提供了新的机遇。然而，利用交错磁半导体在简化器件结构的同时保持高热稳定性和显著隧穿磁阻效应，仍是实现高密度存储器件的关键挑战。本文提出一种基于V₂Se₂O/Fe₂B范德瓦耳斯异质结构的隧道结。该结构利用交错磁动量空间的自旋劈裂效应，克服了传统反铁磁隧道结因自旋简并无法实现隧穿磁阻的限制；同时，通过铁磁/交错磁界面的交换偏置效应有效提升铁磁层热稳定性，替代传统人工合成反铁磁钉扎层，显著简化器件结构。采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法的第一性原理计算表明，V₂Se₂O/Fe₂B双层结构在室温下实现283%的隧穿磁阻效应，并具有通过材料掺杂或静电门控进一步优化性能的潜力。本研究所提出的V₂Se₂O/Fe₂B简化双层磁隧道结，在显著降低结构复杂度的同时有效提升器件热稳定性，验证了交错磁材料在新型自旋存储器中的可行性与应用前景。

图1 传统三层隧道结和交错磁简化隧道结示意图 (a)两侧电极均为铁磁，中间为氧化物势垒；自由层的热稳定势垒为E₁，等于磁各向异性能E_PMA；(b)上层电极为铁磁，下层电极只需是导电金属电极即可(如Au)，势垒层采用交错磁材料. 自由层的热稳定势垒为E₂ = E_PMA+E_EB，其中E_EB为铁磁/交错磁界面的交换偏置. 在相同铁磁体尺寸(厚度/体积)下E₂ > E₁，说明交错磁简化隧道结具有更高的热稳定性，从而提升信息存储稳定性

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金刚石氮空位色心：从基本原理到量子探测

李跃辉，程少博，单崇新

物理学报, 2026, 75(8):080702

doi: 10.7498/aps.75.20251531

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金刚石氮空位色心凭借室温毫秒级自旋相干、原子级空间尺寸、非侵入无破坏性、化学结构稳定、生物无毒与多物理场耦合强度可调等特性，迅速成长为横跨凝聚态物理、新兴量子技术、纳米科技和生命科学的最具活力的多功能固态量子平台。其电子自旋可被激光高效极化，也能通过微波共振实现量子态操控，已实现了磁场、电场、温度、应力、自旋等物理场的高灵敏度测量，部分实验已实现单核自旋或单电子电荷的识别。本综述首先对金刚石氮空位(NV)色心的基本性质进行简明的概述，阐明自旋轨道耦合、超精细耦合等对系统能级的影响，然后系统梳理了NV色心的制造方法，详细描述了如何利用NV色心进行纳米尺度的传感测量和应用。

图1 金刚石NV色心的结构和光谱图 (a)金刚石中的NV色心结构；(b) NV⁰和NV–的光谱，零声子线分别位于575 nm和637 nm

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具有超低晶格热导率与优异热电性能的准一维材料Bi₄RuI₂的第一性原理研究

雷文，李欣怡，肖峰，宋欣雨，王金鹏，郭镇豪，明星

物理学报, 2026, 75(8):080806

doi: 10.7498/aps.75.20251736

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准一维材料因维度降低和链间较弱的范德瓦耳斯相互作用，为实现超低晶格热导率的热电应用提供了优异平台。本文利用第一性原理计算结合玻尔兹曼输运理论，探究了准一维材料Bi₄RuI₂的热电输运性质。计算结果表明，Bi₄RuI₂表现出极低的本征链间和链内晶格热导率，温度为300 (800) K时分别为0.349和1.851 (0.131和0.714) W/mK。Bi₄RuI₂极低的热导率源于较小的声子群速度与较强的晶格非谐性，这可以归因于较重的组成元素、复杂的晶体结构、声子的避免交叉、孤对电子以及多种键合相互作用。由于一维共价链间的范德瓦耳斯相互作用较弱，Bi₄RuI₂的晶格热导率表现出明显的各向异性，链间方向的热导率明显低于链内方向。此外，较高的功率因子和较低的晶格热导率，使得Bi₄RuI₂具有高的热电优值，表现出良好的热电性能。在n型载流子掺杂下，温度为800 K时链间和链内方向最大热电优值ZT分别可以达到1.59和2.54。这些理论发现表明，准一维Bi₄RuI₂是一种潜在的高性能热电低维材料，在亚纳米器件中有良好的应用前景。

图1 (a) 声子色散关系及 (b) 晶格热导率随温度的变化关系，(a) 中的圆圈标出了纵向声学支与平坦光学支之间的避免交叉

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一种描述介质对范德瓦耳斯力影响的模型

文婷，王曾晖

物理学报, 2026, 75(8):080711

doi: 10.7498/aps.75.20260426

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范德瓦耳斯力是一种基本但相对较弱且短程的相互作用，在自然界中广泛存在，对理解多种物理过程及纳米材料与器件设计具有重要意义。然而，现有理论多基于均匀或不可极化介质的简化假设，缺乏对材料极化响应影响的系统刻画，从而限制了对复杂介电环境中范德瓦耳斯力的定量描述。基于此，本文提出一种将材料极化性质显式引入范德瓦耳斯力计算的理论方法。通过在相互作用模型中引入极化率或等效介电响应，定量描述不同介质环境下涨落电场的传播与耦合行为，实现对范德瓦耳斯力强度及其距离依赖关系的修正。该方法为复杂介电环境中范德瓦耳斯相互作用提供了统一且可推广的分析框架，尤其适用于二维异质结构体系，并为低维材料界面耦合行为的理解与调控提供了重要理论依据。

图1 两个半无限大平板间的相互作用可以等效为4项相互作用之和

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HL-3装置高聚变三乘积运行方案设计

李正吉，陈伟，郝广周，宋啸，朱毅仁，李继全，李佳鲜，杜海龙，张一恒，赵弋菲，董冠岐，赵瀚之，史永福，孙爱萍，王哲，王卓

物理学报, 2026, 75(8):080501

doi: 10.7498/aps.75.20251756

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面向中国新一代托卡马克装置HL-3 在2027—2030 年开展氘氚(D-T)聚变实验的物理准备需求，系统设计了一套高聚变三乘积(fusion triple product，n_i·T_i·τ_E)运行方案。聚变三乘积是衡量磁约束等离子体性能的核心指标，其数值直接关联聚变增益因子Q，并决定能否接近点火条件(Lawson 判据要求n_i·T_i·τ_E≥3×10²⁰—5×10²⁰keV·s·m^-3)。为实现n_i·T_i·τ_E＞1×10²⁰keV·s·m^-3的阶段性目标，本文构建了一个多尺度、多物理耦合的集成模拟工作流：首先通过0.5维参数扫描(METIS)确定可行运行窗口；继而采用1.5维集成建模平台OMFIT 获得自洽的平衡位形与剖面分布；随后利用CLT，MARS和ELITE代码评估磁流体(MHD)不稳定性；最后通过SOLPS-ITER 模拟偏滤器热负荷以验证工程可行性。模拟结果表明，在I_p = 2.0 MA，B_T = 2.2 T、中性束注入功率P_NBT=3 MW、高约束品质因子H_ITER98,y2=1.14 条件下，HL-3 可实现芯部聚变三乘积1.02×10²⁰ keV·s·m^-3。该方案采用高密度(线平均密度n_bar=9.26×10¹⁹ m^-3 ，达Greenwald 密度极限的61%)、低加热功率策略，同时满足MHD 稳定性(无内部扭曲模、撕裂模稳定、电阻壁模裕度充足)与偏滤器热负荷限制(峰值平均热负荷小于1.5 MW/m²，远低于材料极限7 MW/m²)。本研究不仅为HL-3迈向高参数运行提供了可实施物理方案，也为国际热核聚变实验堆 (ITER)及未来聚变堆的先进运行场景积累了关键技术经验。

图1 运行模式设计流程

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非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的尺寸微缩技术研究进展

韩岳男，杨冠华，卢年端，李泠

物理学报, 2026, 75(8):080801

doi: 10.7498/aps.75.20251737

cstr: 32037.14.aps.75.20251737

在后摩尔时代，氧化物薄膜晶体管，特别是以非晶铟镓锌氧化物为代表的宽禁带半导体晶体管，因其低温制备工艺、与后道工艺的良好兼容性以及优异的电学性能而备受关注，被广泛应用于显示、单片三维集成以及存储等领域。本文聚焦于非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管的尺寸微缩技术，概述了平面与垂直器件结构中沟道长度微缩、接触长度微缩等研究进展，并对其在单片三维集成及高密度存储等领域的应用前景进行了总结和展望。

图1 (a) a-Si:H(左)和a-IGZO(右)的电子云示意图；(b)晶体和非晶IGZO霍尔迁移率示意图；(c) a-IGZO晶体管的输出曲线；(d) a-IGZO晶体管的SEM图像；(e) IGZO晶体管的跨导曲线，最大跨导125 μS/μm@V_DS = 1 V；(f) a-IGZO晶体管的输出曲线，导通电流350 μA/μm@(V_GS–V_T = 3.0 V，V_DS = 2.5 V)；(g) CAA-IGZO晶体管示意图；(h) CAA-IGZO晶体管截面TEM图像；(i) CAA-IGZO晶体管的转移曲线(CD = 50 nm)

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光子晶体板动量空间中的相位场

李传林，任翱博，巫江

物理学报, 2026, 75(8):080402

doi: 10.7498/aps.75.20260100

cstr: 32037.14.aps.75.20260100

光学相位调控在光通信、信息处理和精密测量等领域具有重要意义。相较于实空间调控，动量空间相位调控展现出显著优势：无结构中心束缚、模式容量不受限，且具备本征的拓扑保护特性。这种内在的灵活性与可扩展性，使得系统在实际应用中无需严格的光学对准，并能提供大量独立的调控通道，推动高性能、高集成度光学系统的发展。光子晶体板以其开放边界周期性以及动量空间光场操控等优势，已成为动量空间相位场研究的重要平台。本文基于偏振正交分解和时域耦合模式理论下的散射矩阵，系统阐述了光子晶体板中二维动量空间和多维合成动量空间相位场的产生机理，并综述了近几年来的相关研究与应用进展。最后，对动量空间相位场领域的发展现状、核心优势与挑战进行总结和展望。