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《2023钾离子电池研究线路图》详细总结了钾离子电池代表性正极材料（层状金属氧化物、普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物）、负极材料（石墨、硬碳、转换类化合物、合金、MXene相）、有机电极材料、电解液（盐、溶剂、离子液体）、以及电极/电解液固液界面。线路图强调了理论建模和机器学习对发现新电极材料和先进表征分析手段对研究新电极材料的重要性，同时阐明了钾离子电池在技术经济分析上的优势。该线路图不仅为能源存储技术与材料领域的研究人员提供了参考平台，还为大众、政府机构、以及企业提供了有关钾离子电池的重要信息。作者希望线路图能激发有关钾离子电池研究的新想法和新思路，为构建零排放和碳循环经济的最终目标做出贡献。 研究背景： 钾离子电池作为新型二次电池技术具有成本低廉、环境友好、高能量密度等诸多优点。近年来，钾离子电池相关研究快速发展，为其未来商业化进程提供有力论证和指导。鉴于此，《2023钾离子电池研究线路图》于近日发表在JPhys Energy期刊上。英国伦敦大学学院化学系徐杨教授作为通讯作者，联合英国帝国理工学院Magda Titirici教授、日本东京理科大学Shinichi Komaba教授、法国蒙彼利埃大学Lorenzo Stievano教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校David Mitlin教授、美国俄亥俄州立大学吴屹影教授、爱尔兰利莫瑞克大学Kevin Ryan教授、中国湖南大学鲁兵安教授等国内外22所科研院校共40位专家学者总结了钾离子电池电极材料、电池电解液、先进表征手段、技术经济分析等方面的最新进展。与通常综述文章相比，该研究线路图在总结最新科研进展和技术突破的同时注重提出未来该领域研究发展的指导意见。作者强调钾离子电池在动力电池和大规模储能方面均具有强大竞争，并指出构建合理的正负极电极材料结构和匹配、利用先进表征手段解锁材料构效关系、注重材料供应链发展和技术经济分析评估对于钾离子电池未来发展具有举足轻重的作用。 文章介绍 2023 roadmap for potassium-ion batteries Yang Xu, Magda Titirici, Jingwei Chen, Furio Cora, Patrick L Cullen, Jacqueline Sophie Edge, Kun Fan, Ling Fan, Jingyu Feng, Tomooki Hosaka, Junyang Hu, Weiwei Huang, Timothy I Hyde, Sumair Imtiaz, Feiyu Kang, Tadhg Kennedy, Eun Jeong Kim, Shinichi Komaba, Laura Lander, Phuong Nam Le Pham, Pengcheng Liu, Bingan Lu, Fanlu Meng, David Mitlin, Laure Monconduit, Robert G Palgrave, Lei Qin, Kevin M Ryan, Gopinathan Sankar, David O Scanlon, Tianyi...

本篇研究来自湖南大学汪沨教授、钟理鹏副教授课题组。本文采用密度泛函理论研究了HFO-1336mzz(E)的分解过程，并讨论了微水的影响。基于平均电子极化率、偶极矩、分子体积、电离能、电子亲和能等参量建立多元线性回归方程，进而对产物的绝缘性能进行了评估。 文章介绍 Theoretical study of the decomposition mechanism of a novel eco-friendly insulation medium HFO-1336mzz(E) considering the effect of trace humidity Jie Liu（刘杰）, Feng Wang（汪沨）, Lipeng Zhong（钟理鹏）, Hui Gan（甘辉）, Bin Hai（海彬）, Nian Tang（唐念）, Li Li（李丽） and Yongyan Zhou（周永言） 通讯作者： 钟理鹏，湖南大学   研究背景： 中高压设备中广泛应用的六氟化硫（SF6）是一种强温室气体，温室效应指数（Global Warming Potential， GWP）是CO2的23500倍，大气寿命达3200年，已被1997年的《京都议定书》和2016年的《巴黎协定》列为限制排放气体。因此，研发环保型绝缘气体及其装备是构建清洁低碳现代能源体系的要求，也是“碳达峰、碳中和”目标在电力系统设备层面落地的重要举措。 近年，C4F7N、C5F10O、HFO-1336mmz(E)、HFO1234ze等多种气体受到了业界的广泛关注，其中HFO-1336mmz(E)绝缘强度约为SF6的1.59倍，具有环保性能优异（GWP≈18）、不可燃、合成技术成熟、成本低等优点，在10kV-220kV等级高压设备中具有良好的应用前景。相比SF6，环保型气体都较容易分解，因此其分解特性是工业应用前必须关注和研究的问题。   研究内容： 本文采用密度泛函理论研究了HFO-1336mzz(E)的分解过程，并讨论了微水的影响。基于平均电子极化率、偶极矩、分子体积、电离能、电子亲和能等参量建立元线性回归方程，进而对产物的绝缘性能进行了评估。研究结果表明： 1、HFO-1336mzz(E)分解后可能形成超过15种产物，其中CF3CH=C=CF2、CF2CFHC=CF2、C2F6、HF是最主要的组分。C2F4、CF2=CFH、C2H2等可用作诊断HFO-1336mmz(E)设备严重故障的特征组分。 2、微水对部分小分子产物（如CF3H、CF3OH、COF2和HF等）的形成具有一定促进作用。这些小分子产物的绝缘强度较低，且其中一些组分具有较高毒性，因此未来应用过程中有必要严格控制微水的含量。 3、由于主要的大分子分解产物依旧具有较高的绝缘强度，且HFO-1336mzz(E)应用过程中会混合高比例的缓冲气体，因此短期内混合介质的绝缘性能不会因气体分解而显著下降。 图1 HFO-1336mzz(E)分子结构图及其与SF6的性能参数对比 图2 HFO-1336mzz(E)/微水体系的分解路径框架 图 3 微水对COF2产物形成的促进作用（右图考虑了微水的影响） 作者介绍 钟理鹏 ...

本篇研究来自复旦大学包文中、孙正宗、李文武课题组。二维半导体发展至今，大面积的互补晶体管集成仍然是一个挑战。该工作成功实现了基于晶圆级p型MoTe2和n型MoS2的二维异质结光电探测器，获得优异的光伏型光电探测性能，同时还验证了两种材料制作的互补型反相器逻辑单元。该工作展示了二维半导体在未来电子和光电工程领域应用的潜力。 文章介绍 Scalable Production of p-MoTe2/n-MoS2 Heterostructure Array and Its Application for Self-powered Photodetectors and CMOS Inverters Xinyu Chen（陈新宇）, Honglei Chen（陈洪雷）, Yangye Sun, Simeng Zhang, Yin Xia, David Wei Zhang, Peng Zhou, Wenwu Li（李文武）, Zhengzong Sun（孙正宗）, Wenzhong Bao（包文中） 通讯作者： 包文中，复旦大学微电子学院专用集成电路与系统国家重点实验室 孙正宗，复旦大学微电子学院专用集成电路与系统国家重点实验室 李文武，复旦大学光电研究院上海市智能光电子与感知前沿科学研究基地   该工作还得到了科技部重点研发计划纳米前沿专项、国家自然科学基金委、上海市科委集成电路科技支撑专项、张江复旦国际创新中心集成电路创新平台的支持。   研究背景： 图像传感芯片广泛应用于军事，航空航天，消费电子，自动驾驶及民用安防等方面。目前先进图像传感器需要满足室温工作、高算力、低功耗及小体积的综合需求，这对材料提出了更高的要求。二维半导体材料则具有原子层厚度、表面无悬挂键、易于集成等特性。其高度可调的带宽也使其具有超宽光谱响应范围。例如，基于二维MoS2的光电探测器在532nm可见光下具有高响应率和探测率，而MoTe2制备的光电探测器则可以工作在1550nm红外通信波长。此外，二维半导体制作的逻辑和模拟电路，还可以构成光电传感阵列的外围电路，实现片内感算集成。不过，尽管目前学术界使用机械剥离的微米级二维材料异质结进行了小规模器件的深入研究，但基于晶圆级材料的大规模阵列和电路的制作和性能测试仍鲜有报道。   研究内容： 在这项工作中，报道了一种基于化学气相沉积(CVD)连续生长MoTe2和MoS2薄膜的晶圆级批量制备p-MoTe2/n-MoS2异质结阵列。采用可靠的逐层真空叠加转移方法，使MoTe2/MoS2结界面不受污染，从而保证了结内的电子隧穿过程，得到了理想的栅调控整流特性，整流比超过103。 图1. MoS2-MoTe2 p-n异质结的整流效应。 由于MoTe2和MoS2的能带结构匹配实现了Ⅱ型能带对准，有效的电子-空穴分离导致了高度敏感的光响应，并显示出强烈的波长依赖性和入射光功率密度依赖性。同时由于其内置电场和Ⅱ型能带对准，制备得到的异质结还可以在零偏置电压下产生自供电的光电流，光电流开/关比显著达到~103，且具有较快的响应速度。 图2. MoS2-MoTe2 p-n异质结的光电特性。 此外，该工作还将p型MoTe2晶体管和n型MoS2晶体管通过片内集成制作了可以工作的反相器逻辑单元，初步实现互补电路工艺（CMOS），虽然器件性能还有待提升，但也提供了未来利用二维材料构建复杂逻辑电路的一种可行性。...

本篇研究来自北京科技大学理论物理研究所许军军课题组。本文通过对拓扑Haldane绝缘体断链动力学纠缠熵的研究，探讨如果对称保护物态的哈密顿量也失去了该对称性，那么系统在动力学演化的过程中是否还可以保持相应的拓扑特性这一问题，并给出积极的结论。 文章介绍 Non-adiabatic dynamics of the entanglement entropy in a symmetry-breaking Haldane insulator Junjun Xu 通讯作者： 许军军，北京科技大学理论物理研究所   研究背景： 非平衡态拓扑物态的研究是近来理论与实验关注的热点，特别是近期的研究发现对于对称保护拓扑物态即使初始态破坏了对称性，系统仍然可以很好地保持其拓扑特性[Phys. Rev. Research 3, 023137 (2021)]。一个更进一步的问题便是，如果对称保护物态的哈密顿量也失去了该对称性，那么系统在动力学演化的过程中是否还可以保持相应的拓扑特性？本文中，通过对拓扑Haldane绝缘体断链动力学纠缠熵的研究，我们将针对这一问题给出积极的结论。   研究内容： 图1. Haldane绝缘体断链后的能谱特性 文章首先研究了光晶格中的拓扑Haldane绝缘体断链后的能谱特征（图1），发现系统的最低能级在深度Haldane项区域会出现交叉，显示了系统一级相变的存在，这一相变可由不同的半链粒子数分布来表征。进一步通过对系统动力学的研究发现，正是由于这一能级交叉的存在，系统的纠缠熵在该区域会显示出极强的稳定性，趋近于经典的AKLT态的值（Log[2]）。为了定量地理解这一动力学过程，文中提出了简化的两能级模型，并给出了系统动力学纠缠熵的解析表达式。这一解析结果可以很好地对深度Haldane区域的动力学进行描述（图2）。文章揭示了对称保护拓扑系统抵御外界破坏性操控的新的机制，丰富了对这一类拓扑物态的认知。 图2. 纠缠熵动力学变化的解析解（虚线）与数值结果对比 作者介绍 许军军  副教授 北京科技大学 许军军，2015年博士毕业于北京科技大学凝聚态物理专业，随后留校任教，现为物理系副主任，副教授。研究方向为凝聚态多体理论，特别是低温量子气体中的拓扑物态及其动力学行为。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2021年影响因子：2.745  Citescore: 4.3 Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究，读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊：表面、界面和原子尺度的科学，液体、软物质和生物物理，纳米材料和纳米电子，固体结构的晶格动力，电子结构，超导体和金属、半导体，电介质和铁电，以及磁学与磁性材料。

近日，我们采访了Fundamentals of Quantum Entanglement(Second Edition)一书的作者F J Duarte。点击下方视频，让我们一起看看他在IOP出版社的出版经历吧。 作者介绍 F J Duarte is a laser and quantum physicist based in the USA since the 1980s. He has extensive experience in the academic, industrial and defense sectors. He is an editor/author of 15 laser and quantum optics books and sole author of three books (Tunable Laser Optics,...

本篇研究来自山东大学信息科学与工程学院詹学鹏和陈杰智课题组。本文通过制备器件结构TiN/HZO/TiN，TiN/HO-ZO/TiN和TiN/ZO-HO/TiN三种不同堆叠顺序的Hf0.5Zr0.5O2电容器，探究堆叠顺序对器件铁电性能的影响，揭示了Hf0.5Zr0.5O2电容器中电导调制的基本机制，并为基于铁电Hf0.5Zr0.5O2人工突触的神经形态计算的发展提供了重要的科学数据。 文章介绍 Ferroelectricity induced double-direction conductance modulation in HfxZr1-xO2 capacitors Bo Chen（陈博）, Shuhao Wu（吴书昊）, Xiaolin Yu（于晓琳）, Mingfeng Tang（唐鸣丰）, Guoqing Zhao（赵国庆）, Lu Tai（台路）, Xuepeng Zhan（詹学鹏） and Jiezhi Chen（陈杰智）  通讯作者： 詹学鹏，山东大学信息科学与工程学院 陈杰智，山东大学信息科学与工程学院   如图1所示，通过制备器件结构分别为TiN/HZO/TiN，TiN/HO-ZO/TiN和TiN/ZO-HO/TiN三种不同堆叠顺序的Hf0.5Zr0.5O2电容器，来探究堆叠顺序对器件铁电性能的影响。并揭示了Hf0.5Zr0.5O2电容器中电导调制的基本机制。通过对C-V和P-V测试的分析可知，相较与TiN/HO-ZO/TiN和TiN/ZO-HO/TiN电容器，结构为TiN/HZO/TiN的电容器展示出最高的铁电性，这是由于HfO2和ZrO2双层膜的交替的堆叠顺序以及较薄的单层膜厚可以促进铁电性的提高，使得电容器件内部的晶格畸变和极化强度增大。此外，铁电电容器在施加正负两种不同的脉冲下表现双向电导调制，这种双向电导调制可以用HZO铁电薄膜中部分畴切换过程来解释，通过极化反转可以改变铁电畴的方向，并实现双向的电导调制。为了进一步证明器件铁电性和电导调制的关系，我们还进行了对比测试，研究发现未经快速热退火处理的HZO电容器，在正负电压脉冲的作用下都仅表现出了单向电导调制，这种电阻开关行为与导电细丝模型吻合。因此我们认为无铁电性的HZO电容器电导率的下降，可能是由施加脉冲的作用下，器件内部的导电细丝逐渐溶解而造成的。说明器件表现出的双向电导调制行为与器件的铁电性高度相关。具有铁电性的HZO电容器，能够在脉冲的作用下表现出双向电导调制，这可以用来模拟生物突触功能中的刺激增强和刺激减弱过程。我们的发现为基于铁电Hf0.5Zr0.5O2人工突触的神经形态计算的发展提供了重要的科学数据。 图1(a) Hf0.5Zr0.5O2基器件的制备工艺。(b) TiN/HO-ZO/TiN电容、(c) TiN/ZO-HO/TiN电容和(d) TiN/HZO/TiN电容示意图。(e)不同尺寸电容的光学显微镜图像，比例尺为100μm。 图2. (a)初始脉冲:4V/10μs，逐步编程脉冲:-3V/1μs，逐步编程脉冲数目从1到10，读取操作为I-V扫描(记为Pattern_A)。(b)初始脉冲:- 4V/10μs，逐步编程脉冲:3V/1μs，逐步编程脉冲数目从1到10，读取操作为I-V扫描(记为Pattern_B)。(c)器件Vth和(d) 器件电流对S1电容器脉冲周期的关系；(e) 器件Vth和(f) 器件电流对S1*电容脉冲周期的关系。蓝线和黑线分别对应Pattern_A和Pattern_B。   研究背景： 随着信息时代的数据爆炸，传统的冯诺依曼(Von Neumann)计算架构已经不能满足日益增长的对高效、低能耗、高速并行计算系统的需求。新型非易失性存储器(eNVM)具有同时操作和存储信息的能力，被认为是打破瓶颈的潜在候选者。氧化铪基铁电存储器作为新兴的非易失性存储器，具有较好的铁电性和CMOS兼容性。其中Hf0.5Zr0.5O2(HZO)铁电器件具有读写速度快、使用寿命长、能耗低等优点，通过HZO电容器模拟神经突触，可实现神经形态计算。氧化铪基铁电存储器可通过局部畴切换，模拟生物突触的增强和抑制过程，但其器件电导增加和减少的潜在机制尚不清楚，氧化铪基铁电电容器的可控性能的关键物理机理还需要进一步探索。 作者介绍 詹学鹏  副教授 山东大学 邮箱：zhanxuepeng@sdu.edu.cn 网页：https://faculty.sdu.edu.cn/zhanxuepeng1/zh_CN/index/987757/list/index.htm 詹学鹏，副教授，硕士生导师。长期从事新型半导体存储芯片的材料/器件/设计/应用等相关研究，旨在基于新型非易失性存储单元构建三维高容量存储器/类脑神经形态计算系统。2012年、2017年获吉林大学电子科学与技术专业学士、博士学位。2018年，赴英国利物浦约翰摩尔斯大学电子电力与工程学院从事访问学者相关研究。2019年至今，入职山东大学信息科学与工程学院工作，并于2021年获得山东大学青年学者未来计划资助。目前，累计发表或合作发表SCI/EI科研论文50余篇，其中以第一/通讯作者论文24篇，包含AM/JMST/EDL/SCIS/AMI/OL/JLT等3篇1区7篇2区论文，申请/获得中国发明专利12项，获得中国计算机软件著作权1项。主持并参与山东省自然科学基金联合基金重点资助项目、山东省自然科学基金重点资助项目、中国国家博士后科学基金一等面上资助项目、中国国家自然科学基金青年科学基金项目、国家基金重大研究计划培育项目等多项省部级以上科研项目。IEEE/CCIA/中国电子学会会员，受邀参与存储行业标准制定/发展研究报告编写，担任学术桥评审专家，作为Crystals杂志(SCI影响因子2.670)客座编辑等，获山东大学青年教师比赛二、三等奖/青年教学能手荣誉称号。 期刊介绍 Nanotechnology 2021年影响因子：3.953  Citescore：6.2 Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。

本篇研究来自浙江大学电气工程学院陈向荣课题组。本文首次通过有限元仿真研究了非线性电导材料对封装结构中暂态电应力的作用规律，首次通过界面势垒模型揭示了纳米掺杂对非线性电导特性和陷阱特性的影响机理。 文章介绍 Enhanced field-dependent conductivity and material properties of nano-AlN/micro-SiC/silicone elastomer hybrid composites for electric stress mitigation in high-voltage power modules（纳米AlN/微米SiC/有机硅弹性体复合材料增强的非线性电导特性和材料性能，缓解高压电力电子模块中的高电应力） Qilong Wang（王启隆）, Xiangrong Chen（陈向荣）, Xiaofan Huang（黄小凡）, Awais Muhammad, Ashish Paramane and Na Ren（任娜） 通讯作者： 陈向荣，浙江大学电气工程学院   本文基于实验和有限元仿真，研究了纳米掺杂对有机硅弹体/微米碳化硅/纳米氮化铝复合材料的非线性电导特性、热学性能和机械性能的提升机制，发现纳米氮化铝掺杂增强了非线性电导特性，降低了暂态介电常数和暂态弛豫时间，从而削弱了封装结构在直流电压和方波电压下的电应力，如图1所示。 图1. (a) 外施方波电压波形，(b) 三结合点附近的最大电场强度 此外，相比于有机硅弹体微米复合材料，纳米氮化铝掺杂提高了有机硅弹体微纳米共混复合材料的热分解温度、导热系数、拉伸强度、杨氏模量、交联度，降低了其热膨胀系数和断裂伸长率。 本文首次通过有限元仿真研究了非线性电导材料对封装结构中暂态电应力的作用规律，首次通过界面势垒模型揭示了纳米掺杂对非线性电导特性和陷阱特性的影响机理：纳米氮化铝分布在微米碳化硅中起到桥接作用，构建了更多更短的导电路径，从而降低了有机硅弹体微纳米复合材料的深陷阱密度，增强了其非线性电导系数和电子隧穿效应；此外纳米氮化铝/微米碳化硅异质势垒高度高于微米碳化硅之间的同质势垒高度，从而使有机硅弹体微纳米复合材料的陷阱能级和开关场强增大、低场电导率和电荷跳跃距离降低，如图2所示。 图2. S20和S20N3中的非线性电导机制示意图 研究背景： 碳化硅宽禁带功率模块逐渐向更高电压（>10 kV）和更高温度（>200 °C）方向发展，以实现更高的功率密度。因为有机硅弹体具有耐高温特性、低储能模量等特性，当其作为封装材料时，可以有效限制封装结构在高温下的机械应力，所以它是高温封装的首选。封装结构中陶瓷基板/封装材料/金属层三结合点处产生的高电应力容易导致局部放电甚至是绝缘失效。通过掺杂半导电填料，可以将有机硅弹体封装材料实现非线性电导功能化，以削弱三结合点处的高电场，此外，掺杂纳米陶瓷填料可以进一步提高非线性电导复合材料的介电强度和热学性能。然而，纳米掺杂对非线性电导特性的影响机理，以及在方波电压下非线性电导材料对三结合点的暂态电应力削弱作用鲜有研究。 期刊介绍 Nanotechnology 2021年影响因子：3.953  Citescore：6.2 Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。

本篇研究来自浙江大学海宁国际校区刁瑞盛课题组。本文首先对强化学习（RL）进行了全面的、系统化的概述，包括RL的基本概念和最新的RL算法，以及RL的新发展在新型电力系统领域的潜在应用场景。其次，介绍了RL在电力系统规划和运行中的三种典型应用场景，包括设备级控制、系统级控制和需求侧管理，分析了RL在各个场景中应用的基本思路、优势和主要难点。 文章介绍 Application of Reinforcement Learning in Planning and Operation of New Power System Towards Carbon Peaking and Neutrality Fangyuan Sun, Zhiwei Wang, Junhui Huang, Ruisheng Diao(刁瑞盛), Yingru Zhao and Tu Lan 通讯作者： 刁瑞盛，浙江大学海宁国际校区   本文首先对基于高精度仿真的强化学习算法进行了全面概述，以训练高效精准的决策智能体，实现无模型决策；具体包括马尔可夫决策过程、强化学习基本概念、以及与电力系统规划控制特性强相关的强化学习算法新发展，即安全强化学习（safe RL）与多智能体强化学习。其次，分析强化学习在电力系统领域的三个重要应用场景，包括设备级控制、系统级优化控制和需求侧管理，研究趋势如下所示： 图1 电力系统领域5个高影响因子期刊发表强化学习应用相关的论文数量统计(2022年仅统计了前9个月) 本文详细阐述了不同应用场景下智能体建模和训练详细步骤；进一步、论述了强化学习的无模型、数据驱动和高适应性特征，在处理新型电力系统规划和运行中高复杂性问题的优势，比如在储能控制和智能负荷管理等场景中，设备模型具有很强的非线性和时变特性，这对传统的优化方法是一个挑战；通过设计基于强化学习的智能体训练过程，可以达到超过传统方法的性能。最后，探讨了实现可再生能源充分消纳、大规模资源优化配置、电力可靠供应、电网安全经济运行等目标的未来研究方向，以及强化学习在新型电力系统应用过程中存在的样本需求量大、鲁棒性及可解释性缺陷等问题。 作者介绍 刁瑞盛 副教授 浙江大学海宁国际校区 刁瑞盛博士，现任浙江大学海宁国际校区长聘副教授、研究员、博士生导师、新能源电力系统仿真与智能控制研发中心主任，长期从事电力系统高精度建模、稳定性仿真计算、可再生能源接入、高性能计算、人工智能应用等研究工作。牵头并参与美国能源部、国家电网公司科技项目30多个（总经费约$3000万美元），共发表论文107篇，申请发明专利23项。 期刊介绍 Progress in Energy Progress in Energy（PRGE，能源进展）是一本全新的多学科期刊，发表能源研究领域中高质量的权威综述和观点。PRGE发表的内容包括：能源材料；储能；能源科学与工程；节能；能效；能源系统；能源与运输；能源基础设施；能源电网和网络；能源接入和安全；可持续和可再生能源；环境和资源；能源政策；能源经济学等。

OP出版社每月从年度重点期刊中精选一系列文章供大家阅读，这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 精选文章 Journal of Physics D: Applied Physics Dislocations in 4H silicon carbide Jiajun Li, Guang Yang, Xiaoshuang Liu, Hao Luo, Lingbo Xu, Yiqiang Zhang, Can Cui, Xiaodong Pi, Deren Yang and Rong Wang   Flexible and Printed Electronics A high-reliability scan driver integrated circuit by MO TFTs for a foldable display Chun Liu, Lei...

本篇研究来自南京航空航天大学/机械结构力学及控制国家重点实验室黄佩珍课题组。论文基于相场法研究了电迁移诱发表面扩散下内连导线中孔洞失稳与分裂过程，对于改善集成电路全寿命周期的可靠性有着积极的作用。 文章介绍 Phase field simulation of the void destabilization and splitting processes in interconnects under electromigration induced surface diffusion Jiaming Zhang（张嘉明）and Peizhen Huang（黄佩珍） 通讯作者： 黄佩珍，南京航空航天大学/机械结构力学及控制国家重点实验室   论文基于相场法研究了电迁移诱发表面扩散下内连导线中孔洞失稳与分裂过程。采用四次双阱势函数描述了体自由能密度与退化型迁移率，使自由能与迁移率满足在全计算域内连续且在界面层中骤升。基于保守序参数，在Cahn-Hilliard方程中引入了与电势相关的能量项，推导了考虑电迁移效应的相场方程。通过耦合求解相场方程和电场控制方程，便可模拟电迁移诱导表面扩散机制下微损伤形貌演化（图1）。通过对控制方程组的渐进分析，证明了本文构建的相场模型能够退化为晶内孔洞形貌演化的尖锐界面模型。基于MOOSE框架开发了考虑自适应欧拉网格（图2）的有限元算法，通过孔洞圆柱化、电迁移速度（图3）等典型问题验证了该算法的可靠性。对电场诱发表面扩散下晶内孔洞的形貌演化规律进行了系统分析，详细讨论了相对电场强度X、导线线宽h~和初始形态比β对孔洞形貌演化的影响。通过数值分析得知，在漂移过程中，表面能和电势能之间的竞争导致孔洞表面的形貌演化存在着多种趋势，且存在失稳临界值电场Xcr（图4）。当表面能占主导时，满足X＜Xcr，孔洞形貌倾向于保持稳定；当电势能占主导时，满足X≥Xcr，孔洞形貌将会迅速失稳乃至发生分裂（图5）。孔洞失稳漂移的原因归结于局部电流密度的增大，导致孔洞表面的质流通量分布不均。减小h~与增大β都会导致Xcr的降低，从而加剧内连导线的失效问题。一方面，随着h~的增大Xcr存在上限（图6），当h~/R~≥20时，孔洞可近似视为在无限大介质当中；另一方面，随着β的增大Xcr存在下限（图7），当β足够大时，孔洞将在表面能作用下自发分裂。本文的研究对特征尺寸进一步缩小的集成电路可靠性提高具有积极的指导意义，构建的相场模型能够高效引入其它微损伤、物理场及质流输运机制，有助于推动多工况下内连导线中微损伤演化数值模拟的发展。   图1 内连导线中孔洞微损伤的相场模型（孔洞区域R–中ϕ=-1，导体区域R+中ϕ=+1，界面层RI内ϕ由-1到+1连续变化）。 图2 有限元模型中的自适应欧拉网格随着孔洞的圆柱化而不断更新。(a) 对应t~=0时刻，(b)对应t~=28.1345时刻。 图3 R~=1.0的孔洞在X=2.5的电场作用下，保持圆形形貌并不断迁移。 图4 对比R~=1.0的孔洞在不同X下的形貌演化，可知17.3＜Xcr≤17.4。(a)X=17.3时，孔洞稳定漂移; (b)X=17.4时，孔洞失稳漂移。 图5 R~=1.0的孔洞在X=23的电场作用下，迅速失稳并发生多次分裂，被“电子风”吹散的小孔洞相对独立进行迁移。 图6 随着h~的减小，Xcr迅速降低，反之存在上限（h~/R~≥20时）。 图7 随着h~的增大，Xcr不断降低，但存在下限（β足够大时，Xcr=0）。 研究背景： 集成电路的内连导线在全寿命周期的各个阶段都会发生性能下降甚至失效，而微电子器件的不断小型化和高度集成化进一步加剧了这一可靠性问题。芯片生产并投入使用的过程中，其内连导线将不可避免地产生孔洞、夹杂或裂纹等微损伤。这类微损伤在电、热、力等多物理场作用下会呈现复杂的形貌演化，严重时会导致内连导线的失效。例如，内连导线在承受高电流密度时，剧烈的“电子风”会与金属粒子发生动量传递，形成局部区域的质量堆积（小丘）或质量亏损（孔洞），这一质流输运现象被称为电迁移效应。自20世纪60年代人们发现电迁移以来，至今已经形成了较为完善的理论体系、实验、建模与仿真方法。相场法的核心为偏微分方程在固定计算域的求解，为多场耦合下微损伤演化的模拟提供了强力的解决方案。由于相场法无需追踪微损伤的移动边界，因此非常适合二维及三维复杂形貌的演化问题，已被广泛应用于凝固、相变、原子扩散、裂纹扩展等领域的研究当中。综上，采用相场法研究微损伤形貌演化的过程、失稳条件及影响因素，对于改善集成电路全寿命周期的可靠性有着积极的作用。 期刊介绍 Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 2021年影响因子：2.421  Citescore：3.9 Modelling...

High electrical conductivity is desired in MXene films for applications such as electromagnetic interference shielding, antennas, and electrodes for electrochemical energy storage and conversion applications. Due to the acid etching-based synthesis method, it is challenging to deconvolute the relative importance that factors such as chemical composition and flake size contribute to resistivity. To understand the...

近日，我们采访了Great Mysteries in Astrophysics一书的作者Nicole M Lloyd-Ronning。点击下方视频，让我们一起看看她在IOP出版社的出版经历吧。 作者介绍 Nicole Lloyd-Ronning is an astrophysicist in Northern New Mexico who studies all aspects of the physics behind the deaths of massive stars, the black hole–accretion disk systems they leave behind, the relativistic jets they launch, and the role these events play in global star formation throughout the history...