Year: 2020

本篇研究来自东南大学崔铁军教授带领的课题组，文章主要成果为： 提出了一种用来设计超薄厚度并且具有优良性能的惠更斯超表面的方法，该方法巧妙地利用所设计单元的不对称性来激发结构的磁谐振，进而达到降低结构剖面的目的，所设计的惠更斯超表面的厚度最终薄至。 采用这种方法设计的惠更斯超表面可以实现360°全范围相位调控，并且能够保正-2.75 dB以上的超高透过率。 所设计的惠更斯超表面的电响应和磁响应能够被独立控制，这大大简化了设计过程，并且可以用来提高结构的带宽，最终用来验证原理的惠更斯超表面天线的3-dB 增益带宽能够达到9.8%。 文章介绍 Broadband and ultrathin Huygens metasurface with high transmittance Zheng Xing Wang (汪正兴), Jun Wei Wu (武军伟), Xiang Wan (万向), Liang Wei Wu (吴良威), Qiang Xiao (肖强), Qiang Cheng (程强) and Tie Jun Cui (崔铁军)   通讯作者： 崔铁军，东南大学 图1. 惠更斯超表面的原理图及所提出的惠更斯单元 图2. 所提出的惠更斯超表面单元的原理分析 图3. 惠更斯超表面天线的示意图及相位幅度分布 图4. 测试实验场景及测试结果 综上所述，我们提出了一种用来设计超薄厚度并且具有高透过率和宽带宽的惠更斯超表面的方法。该方法主要利用所提出单元的不对称性来激发结构的磁谐振，进而达到降低结构剖面的目的，所设计的惠更斯超表面的厚度最终薄至。通过对所提出的惠更斯超表面进行物理分析和关键参数分析，可以知道所设计的惠更斯超表面的电响应和磁响应能够被独立控制，这大大简化了设计过程，并且可以用来提高结构的带宽。利用该方法所设计出的惠更斯超表面可以实现360°全范围相位调控，并且能够保证-2.75 dB以上的超高透过率。因此，用来验证该原理的惠更斯超表面天线具有优异的性能，在10.2GHz的工作频点处，天线的增益高达28.4dBi，天线的口径面效率为43%，3-dB增益带宽为9.8%。所提出的惠更斯超表面可以被广泛应用于当今的无线通信领域中，满足无线通信领域中对于低剖面，宽带宽和高增益天线的需求。  ...

本篇综述来自中国科学院物理研究所朱学涛副研究员和郭建东研究员带领的团队，文章针对FeSe/SrTiO3体系电子-声子耦合相互作用的研究，回顾了基于不同实验方法的测量及其对应的理论解释，将为建立电子-声子相互作用在界面超导增强中的统一图像提供帮助。 文章介绍   Superconductivity enhancement in FeSe/SrTiO3: a review from the perspective of electron–phonon coupling Xiaofeng Xu(徐小凤), Shuyuan Zhang(张书源), Xuetao Zhu(朱学涛) and Jiandong Guo(郭建东) 通讯作者： 朱学涛 中国科学院物理研究所   目前，FeSe基超导体系的超导增强图像大体可以总结为：在FeSe薄膜或是块材中掺入足够多的电子，其超导转变温度可能从8K上升到40多K；而如果将单层FeSe薄膜生长在具有Ti-O键的氧化物衬底上，可能获得额外约20K的超导增强（图1）。氧化物衬底的声子与这额外20K的超导增强的关系一直是FeSe/SrTiO3界面超导体系研究的重点之一。 图1：FeSe基超导体系的超导增强 本文着重总结了研究FeSe/SrTiO3体系中电子-声子相互作用的实验结果，包括利用扫描隧道谱获得相关玻色子的能量，利用拉曼散射/时间分辨光谱等获得准粒子的寿命，利用角分辨光电子能谱观测到的复制能带得到电子与衬底声子相互作用的能量，利用高分辨电子能量损失谱获得薄膜与衬底声子的色散谱，等等。这些对相互作用的实验观测共同构筑起了界面超导增强的一个基本图像：衬底中声子导致的非绝热的电子-声子相互作用与FeSe薄膜中本来存在的配对机制共同作用从而提高了超导温度（图2）。 图2：FeSe/SrTiO3体系中电子-声子相互作用及其促进配对增强的示意图 深入研究FeSe/SrTiO3体系中相互作用的形式，不仅有助于设计新的以界面为载体的超导体系，也将对高温超导的一般机理提供重要参考。例如，基于电子非绝热局域配对的本质，将FeSe基超导体系绘制在一个费米液体与玻色液体的相图中（图3），可以更加深入地理解其中的多体相互作用。 图3：FeSe基超导体系的BCS-BEC相图   研究背景 FeSe/SrTiO3体系在目前所有铁基超导体系中具有最高的超导转变温度，是研究高温超导机理的重要实验平台。在这个典型的界面超导体系中，界面耦合作用，特别是其中的电子-声子相互作用，已经被广泛而深入地研究，但是其中界面超导增强的本质还没有明确的结论。本综述针对FeSe/SrTiO3体系电子-声子耦合相互作用的研究，回顾了基于不同实验方法的测量及其对应的理论解释，不仅讨论了基于电子态的测量，更着重分析了基于声子的测量。希望本文能启发更深入的理论工作，建立电子-声子相互作用在界面超导增强中的统一图像。 作者介绍 朱学涛，2004年获得北京师范大学材料物理学士学位，2011年获得美国波士顿大学物理学博士学位，现任中国科学院物理研究所副研究员，博士生导师。研究方向为凝聚态物理，表面物理，低维物理等，主要集中于低维量子材料体系中元激发及其相互作用的实验观测，特别是对电子-声子相互作用机理及相关物性的研究。

IOP出版社学科精选（Subject Collection）页面最近增添了全新的工程领域学科精选，研究人员可以通过访问该页面了解IOP最新出版的工程领域相关研究文章和书籍。 该页面除了能让研究人员了解IOP出版社在工程及跨学科领域出版的最新的、具有高影响力的研究文章之外，还将首次呈现我们屡获殊荣的IOP电子书系列。同时，该页面还包含了来自Physics World与工程领域相关的科学新闻，以及最新特刊信息和IOP出版社的相关新闻。 精选文章介绍 Separation of dyes/oils from water by diesel exhaust emission soot coated polyurethane foam: a kinetic and equilibrium isotherm study Vishvendra Pratap Singh, Moolchand Sharma and Rahul Vaish     A review of energy harvesting using piezoelectric materials: state-of-the-art a decade later (2008–2018) Mohsen Safaei, Henry A Sodano and Steven R Anton  ...

2020 roadmap on solid-state batteries Mauro Pasta, David Armstrong, Zachary L. Brown, Junfu Bu, Martin R Castell, Peiyu Chen, Alan Cocks, Serena A Corr, Edmund J Cussen, Ed Darnbrough Abstract Li-ion batteries have revolutionized the portable electronics industry and empowered the electric vehicle (EV) revolution. Unfortunately, traditional Li-ion chemistry is approaching its physicochemical limit. The...

本篇研究来自电子科技大学中山学院张小宾博士带领的课题组，文章主要研究了GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池的理论效率及其结构特征参数。基于不同的模型去分析中电池带隙对于三结电池的效率影响，同时分析中电池与顶电池的最佳设计厚度。 文章介绍 Theoretical study on potential performance of lattice-matched monolithic GaNP/GaNAsP/Si triple-junction solar cell Xiaobin Zhang(张小宾), Kaiwen Lin(林凯文), Hui Xie(谢辉) and Yuehui Wang(王悦辉) 通讯作者： 张小宾 电子科技大学中山学院   理论方法： 基于多结电池的串联电路特点，并根据子电池的二极管理想光照I-V特性给出三结电池的电压电流关系。同时根据单结子电池的扩散方程及边界条件给出其光生电流，结合反向饱和电流可根据三结电池的J-V关系求出最佳输出功率。最后基于标准光照AM1.5G光谱求出转换效率。在GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池中，基于不同的少子寿命和复合速率模型，改变中电池的带隙，同时改变中顶基本的基区厚度，计算三结电池的理论转换效率。 取得成果及重要性： 理论计算表明，当中顶电池的背表面复合速率为100 cm·s-1、基区少子寿命为10 ns时，GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池的最大理论效率为41.53%，对应的最佳中电池带隙为1.473 eV，顶电池和中电池的最佳基区厚度分别为1.2 μm和2.0 μm. 研究结果对于硅基III-V族化合物多结电池的理论分析及前期实验探索有着重要的参考价值。 研究背景： 传统的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池效率较高，但同时制造成本也远高于晶硅电池。为了降低多结电池的成本，可以考虑采用晶硅衬底来生长III-V族化合物。制备多结电池时为了降低材料缺陷密度一般需要采用与衬底晶格相匹配的材料，在采用稀氮掺入的III-V族化合物中，带隙为1.95eV的GaNP和带隙在1.4到1.7之间的GaNAsP材料与晶硅衬底晶格匹配。因此，基于硅衬底的GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池可以整体上保持晶格匹配降低缺陷密度，同时可保持较好的带隙组合，在提升三电池效率同时还可以降低成本。 作者介绍 张小宾，讲师、博士。2010年7月毕业于中国科学院半导体研究所，获材料物理与化学专业博士学位。长期从事GaAs、GaN等化合物半导体材料与器件研究，在太阳电池、微波射频领域有着丰富的科研经验。主持中山市创新创业项目一项，作为项目主要参与人承担国家重点科技研发计划1项和中山市科技计划项目2项。从事科研工作至今，获得授权发明专利7项，发表论文10余篇，其中SCI收录4篇。 专业及研究方向：材料物理与化学，化合物半导体材料与器件研究。

本篇研究来自中国科学院深圳先进技术研究院李光元副研究员带领的研究团队，探讨了金纳米半球阵列中的表面晶格共振，发现金纳米半球阵列在可见光波段的表面晶格共振具有异常高的Q值，高达794，比常用的金纳米柱阵列高1个数量级，比单个金纳米结构支持的局域等离激元共振高2个数量级。 文章介绍 Exceptionally narrow plasmonic surface lattice resonances in gold nanohemisphere array Xiuhua Yang, Lei Xiong, Yuanfu Lu and Guangyuan Li 通讯作者： 李光元，中国科学院深圳先进技术研究院 鲁远甫，中国科学院深圳先进技术研究院   我们对二维金纳米半球阵列形成的SLR进行了系统的研究，深入讨论了空间入射光的偏振和角度、纳米半球的直径、阵列结构的周期等参数对SLR性能的影响，并与常用的金纳米圆柱形阵列结构进行了对比研究。研究结果表明： TM偏振的空间光在10°入射时，金纳米半球阵列在可见光波段715 nm处激励出的面外SLR具有高达794的Q值，为相同条件下金纳米圆柱阵列Q值的10倍； 根据文献，高Q值的面外SLR要求金纳米圆柱的高度不得低于100 nm，而我们发现金纳米半球可以使这一高度要求降至60 nm，从而方便了纳米加工； 为了使面外SLR的Q值最大，需要调控入射光角度或几何参数，以使RA波长略微偏移单个金纳米颗粒的米氏散射截面峰位、并处于其右侧位置。 这一超高Q值有望增强光与有源材料或传感材料之间的相互作用，极大提高光学效率或传感灵敏度。此外，关于高Q值SLR的获得方法有望在其他结构中得到应用。 图1 (a)金纳米圆柱阵列和(b)金纳米半球阵列在TM偏振空间光10°斜入射下的零阶反射谱和透射谱。 图2 (a)-(c)金纳米圆柱阵列和(d)-(f)金纳米半球阵列在SLR共振时的近场电场分布。由图可见，金纳米半球阵列的面外电场分量权重更大，因此具有更低的辐射损耗。 图3 (a)-(c)金纳米圆柱阵列和(d)-(f)金纳米半球阵列在图1中的两个宽反射峰（左、右两列）和1个窄反射谷（中间列）的能流分布。由图(b)(e)可见，与水流类似，沿着表面传播的光能流被金纳米半球的扰动更小，损耗更低，因此具有更高的Q值。 图4 反射谱（上）、单个纳米半球散射截面谱与RA波长（中）和Q值与半高全宽FWHM（下）随着入射角度（左）、阵列周期（中）和半球直径（右）的变化关系。由图可见，当RA波长稍微偏离单个纳米半球散射截面谱、且位于其峰位右侧时，金纳米半球阵列所激励的SLR的线宽最窄、Q值最高。   研究背景： 表面晶格共振（SLR）是由金属纳米结构基元所支持的局域等离激元共振（LSPR）和空间点阵所支持的瑞利异常（RA）衍射发生Fano耦合形成的一种新型光场。它具有在大范围内被极大增强的近场光场、寿命长、线宽窄、Q值高（可见光波段共振时一般为100，通讯波段共振时一般为300）、可调波长范围宽等独特优点，因而在纳米激光、非线性光学、高灵敏度光传感、窄带探测和新型超构材料等领域有着重要的应用价值。在许多应用中，高Q值一直是研究人员的追求目标。 文献中的SLR主要基于金属纳米圆柱阵列结构，对其他形状的纳米结构讨论较少。这是因为，研究发现不同形状纳米结构的LSPR具有类似的线宽，因而降低了人们探讨纳米结构形状对SLR影响的积极性。 作者介绍 李光元，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员、博士生导师，深圳市海外高层次人才，2020年入选美国光学学会高级会员（OSA Senior Member）。长期从事等离激元新型结构和功能器件研究，在权威刊物发表SCI收录论文45篇。获2012年北京大学优秀博士后称号。主持完成国家自然科学基金青年项目，中国博士后基金面上项目和特别资助项目。

本篇研究来自中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心陈峰研究员和中国科学技术大学吴文彬教授带领的课题组，文章主要介绍了： 成功制备出全透明铌酸钾钠(KNN）基无铅铁电薄膜异质结； 透明 KNN基无铅铁电薄膜异质结具有良好的铁电性、高居里点（>420 ℃）和最高达80%的光学透过率。 文章介绍 Fabrication of the transparent ferroelectric heterostructures based on KNN-based lead-free films Liqiang Xu(徐立强), Feng Chen(陈峰), Feng Jin(金锋), Lili Qu(屈莉莉), Kexuan Zhang(张可璇), Zixun Zhang(张子璕), Guanyin Gao(高关胤), Ke Wang(王珂) and Wenbin Wu(吴文彬) 通讯作者： 陈峰（中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心） 吴文彬（中国科学技术大学）   1. 研究内容和实验方法： 使用脉冲激光沉积系统(PLD)在La0.07Ba0.93SnO3-Buffered SrTiO3(001)衬底上制备高透明的KNN基无铅铁电薄膜异质结。我们对其透光特性、电性能以及温度稳定性进行表征，以探索其在透明光学器件上的应用前景。样品制备原理如图1所示，脉冲激光通过聚光透镜打在目标靶材上，致其表面会瞬间离子化，形成高温高能的等离子体羽辉，之后，等离子体羽辉会在高温衬底表面外延生长。这个过程中，实验参数的控制尤为重要，如温度和氧压。 图 1 PLD系统的工作原理示意图 2. 研究成果及意义 2.1  结构和透光特性表征 X射线衍射、摇摆曲线以及倒易空间图(RSM)显示出实验KNNLT-CZ-M薄膜异质结晶体质量优异。透光率的表征发现 KNNLT-CZ-M基薄膜具有优异的透光特性，最大透射率可达~ 80％，这为其在透明器件的应用奠定了基础。  ...

本篇研究来自宁波大学竺立强教授带领的课题组，文章主要研究结果： 利用电解质膜中的全局离子调控行为实现对突触异源机制的模仿，实现了对兴奋性和抑制性突触塑性行为的动态调控。 采用多栅结构设计，现实了对树突神经元行为的模仿，结合异源调控机制，实现了兴奋性整合和抑制性整合行为的模仿。 从概念上展示了器件的ASCII码编译功能，说明了器件在人机界面应用方面的潜力。 文章介绍 Global Modulatory Heterosynaptic Mechanisms in Bio-polymer Electrolyte Gated Oxide Neuron Transistors Ting Yu Long, Li Qiang Zhu, Zheng Yu Ren, Yan Bo Guo 通讯作者： 竺立强，宁波大学 图1  壳聚糖-淀粉复合电解质调控氧化物神经元晶体管制备工艺 图2  氧化物神经元晶体管树突整合行为及异源突触机制 图3  氧化物神经元晶体管的ASCII码编译   本文采用壳聚糖-淀粉复合电解质作为栅介质，研制具有多栅结构的氧化物神经元晶体管，电解质具有极强的双电层调控行为。将栅极作为突触前端，沟道作为突触后端，在栅极上施加正或负电压脉冲刺激，可以实现对突触权重增强或减弱行为的模仿。器件呈现了经验依赖突触响应特性，在不同初始刺激条件下，器件在相同刺激时，具有不同的突触响应行为，呈现了增强性或抑制性响应特性。异源突触机制是一类重要的突触响应行为，通过调控端的调控作用，突触连接强度将得到有效调控，其在稳定突触权重或突触竞争方面扮演了重要作用。将氧化物神经元晶体管中的一个栅极作为调控端，其它栅极作为突触前端，可以实现对树突神经元行为的模仿，同时可以实现对异源突触塑性行为的模仿。通过调控端的调控作用，在相同的正电压脉冲刺激下，器件具有不同的后突触电流响应行为，呈现了兴奋性或抑制性响应特性。将两个正电压脉冲刺激作用于两个突触前端，器件呈现了兴奋性整合行为，而通过调控端的调控作用，器件实现了从兴奋性整合行为到抑制性整合行为的转变。该神经元晶体管还呈现了二进制ASCII码编译行为，可以对电流信息进行编译，比如可以实现对“NBU+NIMTE”或“2019”信息的编译。结果表明，这一仿生神经元晶体管在类脑神经形态系统中有着极强的应用潜力。   研究背景： 近年来，随着人工智能技术(AI)的发展，神经形态器件的研究受到了人们的广泛关注，基于新型功能材料的设计和新原理器件的开发，人们提出了各种类型的神经形态器件。目前，有关神经形态器件的研究，正在成为人工智能技术研究的一个重要分支。突触作为人脑认知行为的基本单元，是神经元间发生联系的关键部位，是构建人工神经网络的重要出发点，因此有关神经元信息处理的模仿又是神经形态器件研究的重要内容。离子/电子耦合器件具有独特的离子驰豫行为、类生物离子驰豫效应和较低的器件操作电压等特点，因此，这类器件可以用于模仿生物突触功能进而构建仿生神经网络，为实现基于硬件的AI提供了新的思路，相关研究也受到了学术界的关注。 作者介绍 竺立强，宁波大学物理科学与技术学院教授，入选中科院青年创新促进会会员、浙江省杰出青年基金、浙江省151人才、浙江省高校领军人才、宁波市领军拔尖人才。主要从事功能材料界面物理及类脑神经形态器件方面的研究工作。在Nature Communications, Progress in Materials Science, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Applied...

​由IOP出版社和英国物理学会（Institute of Physics, IOP）主办的“2020量子在线大会”（Quantum 2020）将于2020年10月19-22日在线上举行，目前大会注册已正式拉开帷幕。本次大会还邀请了中国科学技术大学以及我们的长期合作伙伴——中国物理学会共同举办。 Quantum 2020将开展为期四天的直播，感谢我们慷慨的赞助商，所有参会者无需支付任何费用即可参会，>>点击此处链接即可注册参会。 我们邀请了全球学术界、产业界及政府部门的资深研究人员及青年学者代表一起加入，探讨量子科学和技术发展的前沿进展和方向。参会专家们将分别以讲座和座谈的形式，就量子通信、传感、计算及工业技术等方面的前沿进展和新兴研究领域展开交流与合作的探讨。会议同时设有在线海报展示环节，以便研究人员展示工作成果，与同行深入交流。 Quantum 2020的学术顾问委员会成员包括多位沃尔夫奖获得者、量子墨子奖获得者、莱布尼兹奖获得者、哈维奖获得者、中国科学院院士、美国科学院院士、英国皇家学会会士等在内的二十余位量子信息科技领域的顶尖学者出任。中国科学技术大学的潘建伟教授担任本次大会的名誉主席，陆朝阳教授担任会议主席，以及来自IOP出版社的Tim Smith博士担任会议联合主席。   学术顾问委员会名单如下： Rainer Blatt, Universität Innsbruck, Austria Immanuel Bloch, Max Planck Institute of Quantum Optics, Germany Gilles Brassard, University of Montreal, Canada Ken Brown, Duke University, USA Ignacio Cirac, Max Planck Institute of Quantum Optics, Germany Eleni Diamanti, Sorbonne University, France Luming Duan, Tsinghua...

本篇研究来自上海科技大学宁志军博士带领的课题组，主要介绍了旋涂法制备二维锡钙钛矿纳米片，以及基于这种纳米片结构实现较高效率的纯红色的电致发光器件。 文章介绍 Two-dimensional tin perovskite nanoplate for pure red light-emitting diodes Yuan Liao（廖园）, Yuequn Shang（尚跃群）, Qi Wei（王浩）, Hao Wang（魏旗） and Zhijun Ning（宁志军 ） 通讯作者：宁志军 上海科技大学   器件发光光谱以及色域坐标图 二维薄膜晶体的纳米结构图 为解决钙钛矿材料中重金属元素Pb的环境问题，上海科技大学宁志军课题组采用Sn元素代替Pb元素，制备纯二维钙钛矿薄膜晶体PEA2SnI4。通过调节前驱体组成和反溶剂，对钙钛矿晶体生长的动力学过程进行调控，制备了基于二维结构的纳米片薄膜，晶粒尺寸由5μm最多减小至150nm左右，较小的晶粒尺寸限制了载流子扩散范围，有利于提高载流子复合发光几率；同时较小的尺寸有利于提高载流子的注入效率，促进载流子在活性层中的复合。研究人员在钙钛矿前驱液中加入强还原剂盐酸苯肼抑制Sn2+的氧化，减少晶体中的缺陷，进一步提高光致发光量子产率到接近10%。 基于上述的二维锡钙钛矿薄膜，研究人员制备了电致发光器件，发光光谱的发光峰为630nm，半峰宽为29nm，色域坐标(0.69, 0.31)，非常接近纯红色发光色域坐标（0.708，0.292），电致发光器件发光亮度达到355Cd/m2，外量子效率超过0.5%，在纯红色发光区域是钙钛矿电致发光器件中较高的值。相对于体相结构，纳米片结构大幅提高了器件的量子效率和发光强度，这为二维材料高效光电器件的构筑提供了新的思路。 该文章最近发表在由瑞典林雪平大学高峰教授，日本冲绳科学技术大学的戚亚冰教授和香港理工大学严峰教授在Journal of Physical D: Applied Physics杂志组织的钙钛矿专刊上。 研究背景  钙钛矿由于其发光量子效率高，发光峰窄和易制备等优点在发光显示领域吸引了学界广泛的关注。基于铅钙钛矿材料的发光二极管（LED）器件外量子效率已超过20%，尽管如此，钙钛矿材料LED的发展仍然受到诸多因素的限制，如LED器件的颜色纯度和环境友好性问题。红光钙钛矿LED器件多采用混合卤素体系，颜色纯度低，光谱稳定性差。国际照明协会规定发光器件红色坐标应位于630nm（0.708，0.292）处，已报道的钙钛矿红光LED仅能实现650nm左右的红光发射。 目的：制备环境友好的钙钛矿LED器件，同时在可见光波段实现纯度较高的红光发射。 作者介绍 宁志军 助理教授、研究员 上海科技大学 2009年毕业于华东理工大学化学与分子工程学院，获得应用化学系博士学位，导师田禾院士，2009年至2011年在瑞典皇家工学院理论化学系进行博士后研究，导师Hans Ågren教授和Ying Fu教授，2011年至2014年在多伦多大学电子工程系从事博士后研究，导师Edward H. Sargent教授，2014年12月加入上海科技大学物质科学与技术学院，任助理教授。2015年入选中组部“青年千人计划”，2016年起主持国家重点研发计划青年科学家项目。课题组致力于溶液法组装光电材料和器件的研究。研究领域包括材料设计合成到器件应用，通过化学、材料、物理手段相结合来促进光电转换材料化学这一新兴交叉学科的发展。主要研究内容： 1)光电材料的设计和合成，侧重于有机无机杂化材料如胶体纳米晶和钙钛矿材料； 2)光电材料的界表面化学研究以及纳米结构精确构筑； 3)太阳能电池、光探测器以及发光二极管等光电器件的结构设计和制备。

本篇研究来自上海科技大学翟晓芳研究员和中国科学技术大学陆亚林教授带领的课题组，主要研究目的是通过构造含Sr缺陷的铁电超晶格，来实现其室温铁电性的增强。 文章介绍 The enhanced ferroelectricity in Sr1-δTiO3/BaTiO3 superlattices with Sr deficiency Zhicheng Wang（王志成）, Hui Cao（曹慧）, Qixin Liu（刘其鑫）, Zhangzhang Cui（崔璋璋）, Hui Xu（徐珲）, Hua Zhou（周华）, Xiaofang Zhai（翟晓芳） and Yalin Lu（陆亚林） 通讯作者： 翟晓芳，上海科技大学，物质科学与技术学院 陆亚林，中国科学技术大学, 微尺度物质科学国家研究中心 图1. (Sr1-δTiO3)n/(BaTiO3)8超晶格的氧八面体旋转角度比γ/α和铁电极化Pr的关联 课题组利用脉冲激光沉积系统制备了一系列(Sr1-δTiO3)n/(BaTiO3)8超晶格，其中铁电Sr1-δTiO3层数n为4，6，8，10，Sr1-δTiO3中的Sr缺陷浓度通过RBS测试确定为5%左右。通过电滞回线测试，发现在Sr1-δTiO3层数为6层时，超晶格的室温铁电性是最强的，并且剩余极化强度比BaTiO3高70%左右，变温介电常数测试结果表明6/8超晶格的铁电居里温度比BaTiO3高了40 K。XRD测试结果显示超晶格面内晶格常数在Sr1-δTiO3层数n大于等于6层时基本保持不变，说明应力并不是导致超晶格铁电增强的关键因素。同步辐射测试结果表明n=6的超晶格中不存在A位离子（Sr或Ba）位移，而另外三个超晶格中则存在A位离子位移，并且实验结果拟合得到了氧八面体面内和面外旋转角α 和 γ值以及两者的比值，发现n=6的超晶格有着最大的γ和最小的α，更重要的是四个超晶格样品的γ/α值随Sr1-δTiO3层数n的变化趋势和剩余极化值的变化趋势是近乎一致的，这一现象说明了超晶格铁电性和氧八面体旋转状态存在强烈的耦合关系。因此，该结果说明利用含Sr缺陷的Sr1-δTiO3制备的Sr1-δTiO3/BaTiO3超晶格在特定周期（6/8）结构中，可以非常强的铁电性，不仅超过含大量缺陷的Sr1-δTiO3，也超过了BaTiO3，为缺陷铁电体Sr1-δTiO3的室温应用提供了一种可行的思路。 研究背景 钛酸锶(SrTiO3)是一种非常重要的钙钛矿材料，拥有着丰富的物理性质，在氧化物器件领域得到广泛的应用。纯的SrTiO3在室温没有铁电性，近几年人们发现Sr缺陷是实现Sr1-δTiO3室温铁电的关键，然而由此得到的室温铁电极化非常弱, 且只有厚度在若干nm之内才具有铁电性。因此，室温Sr1-δTiO3铁电性的应用存在很大瓶颈。 超晶格中成分不连续和界面耦合可以改变氧八面体旋转模式以及电学边界条件，从而对铁电性进行有效调控。在之前的铁电超晶格研究中，SrTiO3仅仅被用做衬底或者一种顺电的介电层，对于含Sr缺陷的铁电Sr1-δTiO3, 缺陷附近的原子位置发生了变化，其超晶格的铁电性也会有显著不同。本研究目的是通过构造含Sr缺陷的铁电超晶格，来实现其室温铁电性的增强。 作者介绍 翟晓芳，上海科技大学物质学院常任教授/研究员、课题组长。主要从事钙钛矿氧化物薄膜的结构和性能研究，研究手段为脉冲激光分子束外延生长和多种同步辐射表征。 陆亚林，中国科学技术大学杰出讲席教授，国家首批特聘专家，中国科学技术大学校长特别助理，先进光子科学技术安徽省实验室主任。主要从事氧化物量子功能材料、先进太赫兹光子技术、能源材料方面的研究。

任何电动汽车的发展都必须与清洁能源网的发展相符，从而减缓气候变化和空气污染带来的危害。这个重要发现来自美国加州劳伦斯伯克利国家实验室和加州斯坦福大学研究人员的一项新研究。   这项研究发表在IOP出版社旗下期刊Environmental Research Letters（ERL）上，文章研究了美国最有利于交通运输的汽车燃料技术，以及脱碳（气候）与减轻空气污染（健康）之间的利益权衡。   文章合著者之一，来自斯坦福大学的Inès M.L. Azevedo教授说：“在美国，交通运输所产生的二氧化碳排放的比例最大，同时还对健康和环境产生巨大的影响。温室气体和大气污染物以不同的方式影响不同的地区。温室气体在全球范围内扩散，在大气中能够停留数十年甚至数百年之久，并在全球范围内产生不同的影响，但这种影响并不取决于排放物的来源。大气污染物的寿命则要短得多，它们的影响取决于排放发生的地点。”   这项研究评估了温室气体排放以及美国私家车与公交客车产生的大气污染物排放对生命周期的货币化损害。它研究了由四种不同燃料驱动的汽车——汽油、柴油、天然气和电网电——与三种汽车技术相结合：内燃机汽车（ICEV）、混合动力汽车（HEV）和电池电动汽车（BEV）。   研究使用边际损害方法来估算温室气体（CO2、CH4、N2O）对相关气候变化造成的货币化损害，以及大气污染物（SO2、NOx、CO、PM2.5和VOCs）对环境和健康造成的货币化损害。   文章合著者之一，来自劳伦斯伯克利国家实验室的Fan Tong博士说：“我们发现汽车电气化有很大的潜力帮助减少气候变化和空气污染带来的危害。与美国西海岸和新英格兰地区的传统汽油车辆相比，在2014年车辆电气化已经减少了气候变化带来的危害。”   “然而在一些地方，电动汽车却比传统的汽油或柴油汽车带来更严重的空气污染。这种情况主要发生在煤炭盛行的地区，例如美国的中西部和东南部地区。”   “在美国，即使是较多使用清洁能源的地区（如西海岸和新英格兰地区），电动汽车也只能减少部分的空气污染。我们的研究结果强调了持续清洁和脱碳电网的重要性，例如增加可再生能源技术与核能，以及提高车辆效率。一个几乎为零排放的清洁电网不仅有利于电力部门和建筑等传统电力消耗的行业，而且在未来对可持续的交通运输也会变得越来越重要。”   Fan Tong博士是劳伦斯伯克利实验室项目的科学家，大部分工作是在他加入实验室之前进行的。 期刊介绍 Environmental Research Letters 2019年影响因子：6.096   Environmental Research Letters（ERL，《环境研究快报》）以金色开放获取模式出版，作者可选择将原始数据作为补充资料与文章一起发表。所有研究人员可以免费获取这些研究成果。ERL汇聚了关注环境变化及其应对的研究团体和政策制定团体的意见，涵盖了环境科学的所有方面，出版研究快报、综述文章、观点和社论。ERL顺应了环境科学的跨学科发表的趋势，反映了该领域相关的方法、工具和评估战略得到了来自不同领域的广泛贡献。