物理世界

科學家證實二維冰的存在并揭示其生長機制

北京大學物理學院量子材料中心江穎、徐莉梅與美國內(nèi)布拉斯加大學林肯分校曾曉成以及北京大學/中國科學院王恩哥等合作，利用高分辨qPlus型原子力顯微鏡技術(shù)，首次在實驗上證實了冰在二維極限下可以穩(wěn)定存在，將其命名為二維冰I相，并以原子級分辨率拍到了二維冰的形成過程，揭示了其獨特的生長機制。相關(guān)論文發(fā)表于Nature。二維冰的發(fā)現(xiàn)改變了一百多年來人們對冰相的傳統(tǒng)認識，開啟了探究二維冰家族系列的大門，為冰在低維和受限條件下的形態(tài)和生長提供了全新的圖像。同時，二維冰在很多應用領(lǐng)域也有潛在意義。比如：表面上的二維冰可以促進或抑制三維冰的形成等。

在Skyrme密度泛函框架下引入張量力無效

中國科學院近代物理所科研人員證明在Skyrme密度泛函的框架下，真實的張量力并沒有貢獻，引入張量力是無效的。研究論文發(fā)表于Physical Review C。張量力是近年來核理論研究中的熱門課題，它涉及原子核結(jié)構(gòu)的很多重要問題，如殼演化研究。另外，張量力是產(chǎn)生核子間短程關(guān)聯(lián)的重要因素，而短程關(guān)聯(lián)是近年來核物理的又一個前沿熱點問題。1956年，Skyrme在Skyrme相互作用中引入張量力，目前已有大量文章采用該形式來研究核結(jié)構(gòu)問題中的張量力效應。根據(jù)變換后的張量力形式發(fā)現(xiàn)，各個分波的張量力成分在標準Skyrme力中沒有貢獻，并將其原因歸為了四類。

Hamaker常數(shù)作為連續(xù)介質(zhì)力學向介觀力學過渡的標桿作用研究

中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室趙亞溥團隊在范德華異質(zhì)結(jié)的剝離、合成等力學行為研究方面取得了重要研究進展。研究論文發(fā)表于Extreme Mechanics Letters。范德華異質(zhì)結(jié)是一種二維層狀材料，具有結(jié)構(gòu)多樣性、電子多樣性和力學多樣性，兼具高門控性、高載流子收集率及強柵極響應能力等獨特的功能性。這為功能器件的設計提供了新思路。雖然材料的非均質(zhì)性帶來了奇特的功能性，但是這種非均質(zhì)性也給材料的合成、規(guī)模化生產(chǎn)帶來極大的困難。論文從第一性原理到分子動力學，自下而上研究了范德華異質(zhì)結(jié)中晶格錯配及剝離力學過程，闡明了剝離過程的3個階段。

鋰離子電池固體-電解液界面層特性研究進展

中國科學院理論物理研究所王延颋研究員等與美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）朱梓華博士課題組合作，使用二次離子質(zhì)譜（SIMS）實驗手段結(jié)合分子動力學模擬方法對SEI層的形成與物理化學性質(zhì)進行了研究。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Nature Nanotechnology。鋰離子電池的電雙層的結(jié)構(gòu)決定了電池的相界面化學性質(zhì)。特別地，SEI內(nèi)層形成之后，會進一步形成富含有機分子、可以滲透到電解液當中的外層。研究發(fā)現(xiàn)SEI內(nèi)層的主要成分為氧化鋰，否定了相界面上含有氟化鋰的傳統(tǒng)觀點。對某些種類的電池而言，由于氟離子在相界面上起著非常重要的作用，必須引入含氟的溶劑或者添加劑。

壓電薄膜新型器件研究進展

四川大學材料科學與工程學院余萍教授團隊與美國南加州大學、香港理工大學合作，首次提出利用復雜3D結(jié)構(gòu)的超薄壓電敏感元實現(xiàn)復雜的高頻超聲場。研究論文發(fā)表于Advanced Functional Materials。通過該壓電敏感元設計超聲換能器發(fā)射出了類似漩渦的高頻聲場，該聲場不同于常規(guī)聲場，可以將微米級微粒包括懸浮微粒在內(nèi)，吸入到聚焦區(qū)域進行密堆積，并且可以對收集的微粒群進行二維操縱。不僅能夠?qū)o機的微粒進行收集及移動操作，而且可以快速集中分散在溶液中的生物細胞。該研究對發(fā)展高效的生物無損檢測技術(shù)提供了支持，并為發(fā)展新型的高頻復雜聲場提供了新的研究途徑。

鈣鈦礦量子點量子干涉效應研究進展

南開大學電子信息與光學工程學院光電子薄膜器件研究所李躍龍副教授與廈門大學洪文晶教授課題組、英國蘭卡斯特大學Colin Lambert教授團隊通過合作，在鈣鈦礦量子點量子干涉效應研究方面取得了新進展。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。研究團隊設計合成了不同尺寸和成分的鈣鈦礦量子點。對鈣鈦礦量子點進行了深入原位表征，首次獲取鈣鈦礦量子點單個晶胞單元距離僅為0.5納米的不同連接位點間的電學信號差異，同時觀察到將近一個量級的電導增加現(xiàn)象，并在雜化金屬鹵化物鈣鈦礦材料中觀測到電荷輸運的量子干涉效應。

莫特相變的經(jīng)典對應

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心EX9組的楊義峰研究員、王磊研究員等與中國工程物理研究院材料研究所黃理研究員合作，結(jié)合機器學習方法處理量子作用量，為建立量子到經(jīng)典對應提供新思路。研究論文發(fā)表于Physical Review B。莫特相變是強關(guān)聯(lián)物理中最重要的基礎(chǔ)概念之一。論文在動力學平均場理論（DMFT）的框架下，基于雜化展開的連續(xù)時間量子蒙特卡洛（CT-HYB）方法，結(jié)合機器學習將量子雜質(zhì)模型的有效作用量映射到一個經(jīng)典的雙原子分子系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)分子間的相互作用隨間距呈簡單的指數(shù)形式。在此映射下，量子模型的莫特轉(zhuǎn)變對應于經(jīng)典分子氣體的氣液轉(zhuǎn)變，并受到相互作用力程的控制。

超薄柵介質(zhì)層的二維晶體管器件被研制成功

南京大學王欣然、施毅教授團隊開展國際合作，利用了二維材料與分子之間的范德瓦爾斯作用，以0.3納米厚的單層分子晶體作為界面層，在二維材料上成功實現(xiàn)了高質(zhì)量、超薄high-κ介質(zhì)層沉積技術(shù)。研究成果發(fā)表于Nature Electronics。研究人員將二維半導體場效應晶體管的亞閾值擺幅降至60mV/dec的理論極限，工作電壓降至0.8V，并且在20nm溝道長度下未發(fā)現(xiàn)顯著的短溝道效應。進一步，實現(xiàn)了功耗小于1nW的二維CMOS邏輯反相器，并通過石墨烯射頻器件驗證了介質(zhì)層可以工作在10GHz以上。該技術(shù)適用于多種二維材料，并兼容大面積化學氣相沉積樣品。