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[转载]CPB封面文章和亮点文章 | 2021年第9期

已有 227 次阅读 2021-9-30 11:15 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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Strain-dependent resistance and giant gauge factor in monolayer WSe2

Mao-Sen Qin(秦茂森), Xing-Guo Ye(叶兴国), Peng-Fei Zhu(朱鹏飞), Wen-Zheng Xu(徐文正), Jing Liang(梁晶), Kaihui Liu(刘开辉), and Zhi-Min Liao(廖志敏)

Chin. Phys. B, 2021, 30 (9):  097203


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应变传感器在许多领域有着广泛的应用,原子级厚度的应变传感器易于集成到各种纳米器件中,有望用于新一代电子皮肤,帮助需要健康监测、康复训练和智能假肢的人。


本工作在单层WSe2中实现了高灵敏的应变传感,灵敏因子比目前商用应变传感器高100倍,比基于石墨烯的应变传感器高10倍。单层WSe2中巨大的应变灵敏因子得益于一个新原理,即应变可以产生贝里曲率偶极矩,造成额外的载流子散射,从而显著改变电导信号。本工作将为高性能原子级厚度的应变传感器研制提供新思路。

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Fig. 1. (a) Schematics of ionic gated monolayer WSe2 device. The polarization voltage was applied along the [001] orientation of the PMN-PT substrate to ensure the uniaxial tensile strain. (b) Polarization resolved second harmonic generation intensity pattern. Red line: unstrained monolayer WSe2. Blue line: strained monolayer WSe2. (c) The optical microscope image of the Ti/Au strain gauge. (d) Temperature dependence of the maximum tensile strain produced in the PMN-PT substrate with a fixed polarized electric field Ep = 18 kV/cm, measured by the Ti/Au strain gauge.


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Revealing the A1g-type strain effect on superconductivity and nematicity in FeSe thin flake

Zhaohui Cheng(程朝晖), Bin Lei(雷彬), Xigang Luo(罗习刚), Jianjun Ying(应剑俊), Zhenyu Wang(王震宇), Tao Wu(吴涛), and Xianhui Chen(陈仙辉)

Chin. Phys. B, 2021, 30 (9):  097403


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在铁基超导体电子相图中,具有旋转对称性破缺的电子向列相与超导电性具有非常紧密的联系。已有大量实验工作对电子向列相进行了系统研究并给出了其存在的确凿性证据,包括各向异性输运测量、角分辨光电子能谱、扫描隧道显微镜、中子散射以及核磁共振等。但截至目前,其发生的物理机制及其在超导配对中的具体作用仍然没有形成共识。从相图的角度来看,大多数的实验结果似乎都支持电子向列相与超导电性之间存在竞争关系。在铁砷基超导体中,由于电子向列相与条纹型反铁磁有序紧密相连,电子向列相与超导电性之间的竞争被认为源于反铁磁有序与超导电性之间的竞争。在这种情况下,电子向列相的出现被认为是由条纹型自旋涨落来驱动。然而,在有些铁硒基超导体中(如FeSe1-xSx系统),从相图的角度来看,并没有直接证据表明电子向列相与超导电性之间存在竞争关系。更有趣的是,在FeSe1-xSx系统的电子相图中,电子向列相也远离条纹型反铁磁有序,这导致人们提出一种由于轨道有序导致的电子向列相的物理机制。此外,轨道涨落也被认为有可能会导致体系出现s++的超导配对。到目前为止,在铁硒基超导体中,电子向列相的物理起源及其对超导电性的作用仍然存在很大争议。


应变作为电子向列序的共轭场,可有效调制电子向列序,因此研究应变效应有助于阐明电子向列相与超导电性之间的关联。最近,在电子向列相与超导电性共存的欠掺杂Ba(Fe1-xCox)2As2中,人们发现外加应力可以对超导电性产生非常大的调制,并且呈现具有B1g对称性的应变效应。这一结果有力地支持了反铁磁涨落对超导电性的作用。那么一个很自然的问题就是:在铁硒基超导家族中是否也能观察到类似的B1g对称性的应变效应?这将有助于人们进一步了解电子向列相对超导配对的影响。


针对上述问题,我们通过使用柔性薄膜作为施加应力的衬底,在FeSe薄片中成功地实现了的大范围的应变调控,其中拉伸应变和压缩应变均可达到~0.7%,大大超过了已报道文献中的调控范围。在此基础上,我们系统地研究了应变对FeSe薄片中超导和向列相转变温度(TcTs)的影响,发现Tc对应力的响应主要呈现出A1g对称性而非B1g对称性。随着应力的变化,Ts在最大压缩应变下受到强烈抑制,与此同时,Tc达到其最大值12 K。总体看,TsTc呈现单调的反关联。与欠掺杂Ba(Fe1-xCox)2As2的结果相比,我们在FeSe中并没有观察到明显的具有B1g对称性的应变效应。考虑到反铁磁有序的缺失,这一结果间接支持了反铁磁涨落对超导电性的作用。此外,我们的工作还表明轨道自由度在驱动FeSe向列相转变中起到了关键作用。

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Fig.1.(a) Tc and Ts as a function of the strain ε which is applied along the [110] direction. With increasing the tensile strain, Tc gradually decreases and Ts gradually increases. With increasing the compressive strain, Tc gradually increases and Ts gradually decreases. There is a negative correlation between Tc and Ts. (b) and (c) Schematics for different types of strain. εA1g represents symmetry-preserving strain component and εB1represents the strain component which breaks the four-fold rotational symmetry.



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Gate-controlled magnetic transitions in Fe3GeTe2 with lithium ion conducting glass substrate

Guangyi Chen(陈光毅), Yu Zhang(张玉), Shaomian Qi(齐少勉), and Jian-Hao Chen(陈剑豪)

Chin. Phys. B, 2021, 30 (9):  097504


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Fe3GeTe2(FGT)是一种极有潜力的范德瓦尔斯铁磁体,具有较高的居里温度、金属性和栅极可调性。通过离子栅极调控是实现对FGT磁性调控的一种有效办法,但传统利用离子液体的调控方法在实际应用中会有诸多限制。而锂离子导电玻璃陶瓷(LICGC)是一种固态Li+电解质,可以作为衬底使用,是离子液体的理想替代品。


本文利用LICGC作为衬底制作FGT薄片器件,发现可以利用LICGC对FGT的铁磁性实现调控。通过施加栅极电压,观察到FGT的矫顽场(HC)和铁磁转变温度(TC)的减小。在T =100 K,Vg =3.5 V的条件下,获得了高达约24.6%的ΔHC(Vg)/HC(Vg=0 V)调制效率。作者将这种对HCTC的调控效果归因于FGT层间离子掺杂和Li+的插层效果。本工作实现了一种利用固体电解质调控范德瓦尔斯铁磁体中铁磁性的新方法,并展示了其在未来磁电子设备中的潜在应用。

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Figure 2/3/4︱The modulation of the ferromagnetism in the thin FGT flake by ionic gating with LICGC. (a) The schematic of gate-controlled Li+ doping in the FGT flake with LICGC substrate. (b) The percentage change of Hc as a function of Vg, e.g., |ΔHc(Vg)|/Hc(Vg=0V) as a function of Vg from 0 V to 3.5 V at T = 100 K. Here ΔHc = Hc(Vg)-Hc(Vg=0V). (c) The Vg dependence of Tc, the inset shows the width of the transition step WT vs. Vg.


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Ultrafast structural dynamics using time-resolved x-ray diffraction driven by relativistic laser pulses

Chang-Qing Zhu(朱常青), Jun-Hao Tan(谭军豪), Yu-Hang He(何雨航), Jin-Guang Wang(王进光), Yi-Fei Li(李毅飞), Xin Lu(鲁欣), Ying-Jun Li(李英骏), Jie Chen(陈洁), Li-Ming Chen(陈黎明), and Jie Zhang(张杰)

Chin. Phys. B, 2021, 30 (9):  098701


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在超快时间尺度上获得物质的动力学演化过程一直是人们努力的重要方向。基于激光等离子体相互作用产生的飞秒硬X射线源由于具有脉宽短、亮度高和源尺寸小等突出优点,可广泛应用于瞬态微成像/相衬成像、时间分辨吸收谱学和X射线衍射等实验研究中。其中,激光泵浦–超快X射线衍射的手段能为我们提供飞秒级时间尺度、亚埃级空间尺度上材料的结构动力学信息。


本文基于高脉冲能量(>100 mJ)、低重频(10 Hz)的飞秒激光器,研制了一套飞秒时间分辨的X射线衍射装置。由于其工作在相对论的激光强度下,可以有效地激发高Z金属材料的Kα射线。还通过优化X射线多层膜反射镜,进一步提高了X射线的聚焦强度。利用该装置对SrCoO2.5薄膜样品的瞬态结构进行了探测,结果表明该装置不仅可以用来分析样品的超快动力学行为,并且和kHz等小能量装置相比对于不同的特殊应用具有高度的灵活性。该装置有望将来在物理、化学和生物领域的超快动力学探测方面发挥重要作用。

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Fig. 1. Schematic setup of pump-probe experiment.



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First neutron Bragg-edge imaging experimental results at CSNS

Jie Chen(陈洁), Zhijian Tan(谭志坚), Weiqiang Liu(刘玮强), Sihao Deng(邓司浩), Shengxiang Wang(王声翔), Liyi Wang(王立毅), Haibiao Zheng(郑海彪), Huaile Lu(卢怀乐), Feiran Shen(沈斐然), Jiazheng Hao(郝嘉政), Xiaojuan Zhou(周晓娟), Jianrong Zhou(周健荣), Zhijia Sun(孙志嘉), Lunhua He(何伦华), and Tianjiao Liang(梁天骄)

Chin. Phys. B, 2021, 30 (9):  096106


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近年来,中子布拉格边成像技术备受关注。相较于传统中子成像,中子布拉格边成像技术提供了更全面的微观结构信息,能够无损高空间分辨测量块材或小型部件内部晶相、应变、晶粒尺寸、位错和织构等晶体结构信息在实空间中二维甚至三维的分布,在材料科学和工程领域具有巨大的应用潜力。因此,世界各中子源目前都在竞相发展相关实验技术和方法学。


本文作者在中国散裂中子源(CSNS)的通用粉末衍射仪(GPPD)上建立了中子布拉格边成像验证系统,并成功在探测器的每个像素点上测量到了试样的透射布拉格能谱。该测量结果在晶面指标化方面与理论计算值和中子衍射实验结果一致。通过对像素数据中选取的布拉格边进行拟合,获得了弯曲Q235钢试样该晶面的残余应变二维分布图,在国内首次实现了基于脉冲中子源的中子布拉格边成像。通过中子衍射逐点扫描的方式也可获取类似的晶体结构信息二维分布图,但是耗时巨大且空间分辨率不高。中子布拉格边成像技术通过一次实验即可全场表征试样相关晶体结构信息的二维分布,为解决相关科学和工程问题提供了全新手段。该技术将应用于CSNS正在建设的能量分辨中子成像谱仪,为各研究领域的用户提供服务。

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Fig. 5. (a) The region of interest (ROI) of the bent Q235 ferrite steel sample. (b) The fitting results of 110 edges of the selected four points. (c) The residual strain mapping of 110 lattice plane of the ROI. (d) Strain–position curve along the black arrow in (c).



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