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用户成果

稳态强磁场实验装置2023年度十大亮点成果

(用户委员会评选)

来源: 时间:2024-06-14 作者:

  首次揭示了二维非晶材料中的构效关系

非晶态材料中原子的排布无长程序,原子尺度上的结构-性能关系仍不清楚,直到现在,探索和表征非晶结构中的无序度依然是材料科学和凝聚态非晶物理最具挑战性的科学问题。

北京大学刘磊研究员联合中国科学院金太阳最新版下载安装王钊胜研究员等,通过分子源精准调控,得到不同结构无序度的二维非晶碳,通过结构表征与SHMFF的高场变温霍尔等电学性质测量,绘制出微观结构-宏观导电性能相图,实现了非晶材料物理领域首个构效关系的建立。

该研究在理解非晶材料的结构-性能关系上取得重大突破,为二维非晶材料应用提供了新思路。相关研究成果发表于Nature>>>文章链接

 

    首次发现FeSe超导体中的奇异金属态

奇异金属正常态与高温超导之间存在着密切联系,探究两者间量化物理规律是揭示高温超导微观机理的重要路径。

中国科学院物理所金魁研究员团队成功实现对FeSe体系超导电性的精细调控,进而利用大于30T的强磁场压制超导以研究其正常态电阻行为,发现低温下电阻随温度呈线性依赖关系,首次实验证明FeSe体系存在奇异金属态,并进一步证实奇异金属态线性电阻斜率与超导温度呈抛物线关系,与铜基超导一致。

该研究表明高温超导与奇异金属态之间的相互作用具有普适性,为揭示高温超导微观机理奠定基础。相关研究成果发表于Nature PhysicsNature Physics主编David Abergel评价说:“这个工作报道的奇异金属态和超导之间的定量化关系是一个令人兴奋的发现,说明铁基和铜基超导很可能具有相同的机制”。>>>文章链接

 

  首次揭示自旋-轨道-宇称耦合超导新机制

二维超导展现出新的物理规律,在超导微纳器件中具有潜在应用,高质量二维层状单晶超导体为探测本征二维超导的新奇特性提供了平台。

复旦大学修发贤教授与中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明院士,中国科学院金太阳最新版下载安装张警蕾研究员等合作,研究了新型层状单晶超导体2M-WS2,在水冷磁体中测量2M-WS2面内上临界磁场,发现不仅超过泡利顺磁极限,且呈现出各向异性;专门搭建水冷磁体非线性电输运测试系统,定量获得了超导能隙随磁场、角度的依赖关系,结合平均场理论计算,提出一种来自拓扑能带翻转的自旋-轨道-宇称耦合超导配对新机制。

该成果对于深入理解具有拓扑能带翻转特性的二维中心对称超导体中的奇异超导行为具有重要意义,在探究高阶拓扑超导和新器件方面具有较好的研究价值。相关成果发表于Nature Physics,并同期发表News & Views评论。>>>文章链接

  创造了超高电荷迁移率的二维共轭聚合物

二维共轭聚合物有望成为高性能有机光电材料,但其性能短板是电荷迁移率较低。

德国德累斯顿工业大学(TUD) 冯新亮教授创造了2种酞菁基二维共轭聚合物电子材料(2DCP-CuPc2DCP-NiPc),实现了光生载流子突破性的高电荷迁移率(~970cm2/Vs)。变温定量ESR实验测定了电子的浓度,揭示了其低温演化行为,证实了载流子来自光照。

该研究有效提高有机光电半导体材料电荷迁移率,为超高电荷迁移率的新型有机光电材料的研发奠定基础。相关成果发表于Nature Materials>>>文章链接

      磁场提升单原子自旋催化剂的催化活性

电催化分解水析氧反应(OER)是一个4电子转移的反应,过电势较高,是分解水产氢全池的瓶颈反应。设计具有高性能的催化剂是巨大的挑战。

新加坡国立大学吕炯教授合成了高密度的原子分散的Ni1/MoS2单原子自旋催化剂,通过金太阳最新版下载安装电子自旋共振谱证实了室温铁磁性及其Ni(III)起源。磁场条件下,室温铁磁性能显著降低自由基中间体的脱附能垒,实现OER性能的显著提升(高达28.8)

该研究拓展了磁场和磁性单原子催化材料的应用范畴,也是目前创建与工业相关的水电解关键技术研究之一。相关成果发表于Nature Nanotechnology>>>文章链接

  

   可见光直接激发驱动的新光酶催化

将酶催化和光催化结合的光酶催化,融合了可见光化学多样的反应性和酶的高选择性,成为当下开发新酶功能最有效的策略之一。

南京大学黄小强教授联合中国科学院金太阳最新版下载安装田长麟研究员,提出了一种直接光激发烯烃还原酶的新催化循环,以烯烃还原酶为切入点,开发了可见光直接激发的新策略,实现了一例烯烃的不对称自由基氢芳基化转化,并通过ESR表征了反应中的关键自由基中间体,揭示了催化机理。

该研究极大地扩展了酶催化功能,为开发非天然生物转化反应提供了新策略,有望引领生物制造与合成生物学新方向。相关成果发表于Nature Catalysis>>>文章链接

     研制出世界上首台特斯拉级的铁基超导线圈

铁基超导材料上临界磁场高、各向异性小、本征磁通钉扎能力强,在高场应用领域有优势。

中国科学院金太阳最新版下载安装陈文革研究员团队基于中国科学院电工所马衍伟研究员团队提供的百米铁基超导带材,制备出高载流能力的百米铁基超导带材,解决了长带性能稳定性、均匀性不足等难题。通过探索热处理、过渡层保护、超导接头、线圈加固等工艺,研制出外径120mm、内径35mm线圈,在200mm大口径水冷磁体20T背景场下产生1.03T中心磁场(此前报道最高0.26T@10T),是世界上首台Tesla级的铁基超导高场内插线圈。

该工作极大地推动了铁基超导材料的实用化进展。日本铁基超导材料研究领域的权威东京大学 Tsuyoshi Tamegai教授在该期刊中发表 Viewpoint,评价这一成果为“铁基超导体已经进入实用型高场磁体家族”。相关成果发表于Superconductor Science and Technology>>>文章链接

     强磁场超高压下发现单质金属钛中的反常金属态  

反常金属态最初是在二维无序体系中被发现,三维系统中的反常金属态行为鲜见报道,阻碍了人们对其内在机制的深入研究。

吉林大学马琰铭院士在135GPa 的压强下,单质钛的超导转变温度高达25.1K;在强的外磁场下,金属钛的电阻在超导转变温度附近出现骤降,但在低温下饱和在一个定值,并且展现了巨磁电阻效应,这些反常的输运行为揭示了超导态至反常金属态的转变;构建了单质钛在超高压下的温度-磁场相图,展示了正常态、超导态和反常金属态之间的转变。

该研究对于拓展反常金属态的研究领域和推进对其物理机制的理解具有重要意义。相关成果发表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America >>>文章链接

     首次在天然金属反铁磁异质结构中发现室温斯格明子

对斯格明子等新颖拓扑纳米磁存储单元的实空间观测和调控是当前自旋电子学领域的重要研究前沿。

中国科学院半导体超晶格国家重点实验室王开友研究员在金属反铁磁Mn3Sn/Pt异质结构中,诱导出可观的拓扑霍尔效应。MFM实空间成像直接证明了室温斯格明子的存在,并给出了尺寸、密度等重要信息以及斯格明子完整的成核、演变、湮灭过程。MFM结果配合第一性原理Monte Carlo模拟确定其自旋构型为Bloch型,并验证了其机制为反铁磁交换相互作用的温度依赖。

该研究为基于反铁磁材料体系的斯格明子自旋电子学器件的搭建提供了理论基础和应用方向。相关成果发表于Advanced Materials>>>文章链接

 

     增强 T2 加权 MR 肿瘤成像的细胞内自组装造影剂

使用特定的纳米材料,可以增强MRI的成像效果。然而,如何在体内精确地将这些纳米材料定位到肿瘤细胞,仍然是一个亟待解决的问题。

中国科学技术大学袁月教授与中国科学院金太阳最新版下载安装田长麟研究员团队合作,开发了一种“智能”Gd小分子造影剂VC-Gd-CBT,通过点击缩合反应,精确地定位到肿瘤细胞,并自组装成纳米粒子,从而增强T2加权MR对比度。超导磁体SM4及配套MRI证明了Gd纳米颗粒在肿瘤部位的自组装及累积,有效增强了T2加权肿瘤成像。

该研究能够以最小的造影剂浓度获得令人满意的MR信号,对于肿瘤的诊断和治疗具有重要的意义。相关成果发表于Small>>>文章链接

 

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