Structural color of metallic glass through picosecond laser

Yue'e Zhang(张月娥), Xing Tong(童星), Yuqiang Yan(闫玉强), Shuo Cao(曹硕), Hai-Bo Ke(柯海波), and Wei-Hua Wang(汪卫华)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (10):  108104

近年来，超快脉冲激光因其超短脉冲持续时间及超高加工频率而被广泛应用于金属表面加工。利用超快激光在金属表面形成的丰富多彩的结构色为激光着色在微观设计和工业应用方面提供了更高效，工艺更简单的策略。研究超快脉冲激光与金属表面物质相互作用的着色原理，对于进一步扩展超快脉冲激光应用和丰富金属结构件功能具有重要意义。

本文研究了皮秒激光在热塑性压铸成型的大块金属玻璃表面着色的机制，解释了着色的主要影响因素，即表面结构颜色、表面几何形状和激光加工氧化物之间的关系。研究结果表明，在激光能量密度低于一定阈值时，表面形成周期性三维光栅结构起到主要作用，其光栅结构的不同高度和角度使得表面结构色发生变化；当能量密度超过该阈值时，成分中铝粒子将电子转移到界面上的非晶基底上，但是激光与基底相互作用产生的高压会抑制氧的迁移，导致了氧化物之间比例变化，从而呈现不同颜色。本研究为激光着色的基础研究提供了全面深入的机制分析，并为实际应用提供了理论基础。

Fig. 1. The CIE XY chromaticity diagram. (a) The CIE 1931 of the samples prepared using a picosecond laser. (b) The enlarged image of red portion in panel (a). (c) Photographs of samples illuminated by natural light

Pressure-induced structural, electronic, and superconducting phase transitions in TaSe₃

Yuhang Li(李宇航), Pei Zhou(周佩), Chi Ding(丁驰), Qing Lu(鲁清), Xiaomeng Wang(王晓梦), and Jian Sun(孙建)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (10):  106102

近期研究发现，TaSe₃因具有独特的晶体结构和极为丰富的物理特性，包括特殊的一维链状结构、超导态、非平庸的拓扑性质和大动量激子激发态等，近来备受关注。此外，在不引入其它影响因素条件下，施加压力可以改变准一维材料的层间相互作用和电子密度，从而调节晶体结构和能带结构，甚至诱发相变，因此，压力可以有效调节准一维材料的物理化学性质并拓展其应用。

本文我们利用晶体结构搜索和第一性原理计算，对TaSe₃在0-100GPa压力范围内的结构相变和电子结构的变化进行了分析讨论。我们预言了TaSe₃在100 GPa的压力范围内会经历三次结构相变：。对于常压相P2₁/m-I，考虑SOC效应的电子能带计算表明，在高对称B点的费米能级处观察到的能带反转会随着压力的增加而消失，表明在P2₁/m-I中发生了拓扑相变。此外，三个高压相的能带结构计算表明了金属性质，电子定位函数表明了Ta和Se原子之间的离子键。我们的电子-声子耦合计算表明，在100 GPa下，Pmma相的超导临界温度约为6.4 K。该研究为准一维TaSe₃的高压电子行为提供了有价值的见解。

Fig. 1. Calculated enthalpy–pressure relations and volume–pressure relations of the four phases of TaSe₃. (a) The enthalpy differences relative to the P2₁/m-II and formula-unit volumes as functions of pressure. The crystal structures of the (b) monoclinic P2₁/m-I at 0 GPa; (c) monoclinic P2₁/m-II at 40 GPa; (d) orthorhombic Pnma at 70 GPa; and (e) orthorhombic Pmma phase at 100 GPa.

Regulating Anderson localization with structural defect disorder

Mouyang Cheng(程谋阳), Haoxiang Chen(陈浩翔), and Ji Chen(陈基)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (10):  107201

无序系统广泛存在于自然界及人工制备的材料中，其局域化效应对电子传输性质有深远影响。而理解无序系统中的构效关系，是揭示相关材料物理性质和优化功能设计的关键。其中，安德森（Anderson）局域化模型用于描述无序系统中电子波函数的局域化现象，在解释无序材料中去局域化-局域化转变及其传输性质变化方面具有广泛的应用。然而，近年来的研究表明，传统的安德森局域化模型并不能完全适用于所有的真实无序材料。比如，最近实验中成功制备的二维非晶单层碳就无法用安德森模型来描述。

基于以上背景，本文提出了一种扩展的安德森局域化模型，同时考虑了二维晶格中两种不同机制的无序。具体而言，本文引入了两个序参量：一个表征经典安德森无序，另一个则表征结构缺陷无序。通过系统的数值计算和分析，研究表明这两种无序均可引起波函数的局域化，且两者之间的相互作用会导致非平凡的局域化行为。计算的电导率进一步揭示了这两类无序对电子传输的显著影响。本文的研究为理解二维无序材料中的电子传输提供了新的理论依据，同时为调控材料的传输性质提供了新思路和技术手段。

Fig. 4. Conductivity diagram as a function of the order parameters, Anderson’s disorder (W/V) and the ratio of forbidden site (λ).

Role of self-assembled molecules' anchoring groups for surface defect passivation and dipole modulation in inverted perovskite solar cells

Xiaoyu Wang(王啸宇), Muhammad Faizan, Kun Zhou(周琨), Xinjiang Wang(王新江), Yuhao Fu(付钰豪), and Lijun Zhang(张立军)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (10):  107303

反式结构钙钛矿太阳能电池因其低成本、可规模化制备和出色的稳定性，近年来逐渐受到广泛关注。界面缺陷钝化和电荷输运优化是提升此类电池效率的重要研究方向。其中钙钛矿与透明电极界面的优化是影响其性能的关键因素。针对这一问题，近年来研究者们逐渐将目光投向自组装分子在界面工程中的应用，但缺乏对其在原子尺度上的作用机制的系统理解，尤其是锚定基团的选择和优化。

基于密度泛函理论的第一性原理计算，本研究以[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸为基础结构，系统评估了八种不同锚定基团在钙钛矿-透明电极界面的缺陷钝化效果、界面吸附稳定性以及偶极调控能力。研究表明，膦酸（–PO₃H₂）和硼酸（–B(OH)₂）基团在界面优化方面表现出色，不仅能形成稳定的吸附、实现有效缺陷钝化，还可显著调控界面偶极。在所有类型缺陷中，碘空位缺陷是最易钝化的缺陷类型，而碘替铅缺陷则因局部较强的电荷不平衡而较难钝化。本研究为自组装分子在钙钛矿太阳能电池中的应用提供了重要的理论支持和设计思路。研究揭示了锚定基团在钙钛矿-透明电极界面中如何通过优化界面偶极和缺陷钝化提升电池性能，为未来开发高效反式钙钛矿太阳能电池提供了参考。

Fig. 2. (a) Statistical diagram of passivation effect of anchoring groups in different ionization states on defect energy levels in the band gap of four kinds of point defects. Color from dark to light indicates three different defect energy level passivation effects, namely, complete passivation, incomplete passivation, and no passivation effect. (b)–(d) Optimized crystal structures of three representative complete passivation cases: V_I passivated by –PO₃H (b), PbI passivated by –SiO₃ (c), and Ii passivated by –PO₃ (d). (e)–(g) The calculated density of states for three representative cases before (upper panel) and after passivation (lower panel).

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