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小转角双层石墨烯体系的结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学 2021-02-01
甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)的合成新工艺研究
甲基环戊二烯三羰基(简称MMT)为一种无铅汽油抗爆剂,具有改善汽油辛烷值、提高燃料燃烧效率、减少汽车尾气排放等优点。该项目采用改进高温高压两步法制备MMT。采用该生产工艺使甲基环戊二烯与有机锰的转化率均超过89%,成本的下降有利于MMT工业化的实施。其工艺和产品质量达到国内领先国际先进水平。 2006年,MMT汽油抗爆剂项目得到国家发展和改革委员会高技术产业发展项目的支持,资助经费达800万元,江西省科技厅重大专项资助100元,该项目已经累计得到各类项目资金资助达1500余万元。目前,我校昌北精细化工基地已具有较大规模,成为我省高校产学研有机结合的典型示范基地。
江西师范大学 2021-05-05
服务行政理念下的电影业监管法律制度研究
本书对电影业监管的研究也是沿着这一脉络展开的.本书由绪言,正文和结语三部分构成,其中,正文分为六章,第一章是电影业监管的必要性和正当性分析,第二章是电影业监管主体分析,第三章和第四章分别论述了电影产业和电影公共服务两大领域的监管问题,第五章是对电影业监管的法律监督机制的分析.
江苏海洋大学 2021-05-06
鲁棒人脸视觉特征的提取、建模与识别的理论和方法研究
成果介绍人脸图像分析研究不仅能丰富和发展图像处理与分析的理论和方法,而且在教育、医疗、公安等社会服务以及公共安全等行业中具有重要的应用价值。基于人脸视觉特征的表情、身份以及亲属关系识别是当前人脸图像分析研究的前沿课题,而光照和人脸姿态变化等因素对人脸视觉特征提取与建模的影响则成为当前该研究面临的主要瓶颈。开展鲁棒人脸视觉特征的提取、建模与识别研究,突破现有研究的局限性,能显著推动人脸图像分析的研究进展,进一步满足国家在社会服务与公共安全等领域中的需求。技术创新点及参数1、 突破局部二值模式编码的视觉特征描述算子的局限性,提出局部三值模式编码的视觉特征描述算子,提出解决场景光照变化干扰以及高斯噪声干扰的图像处理一般性方法。2、 率先提出基于区域协方差矩阵的非正面表情特征描述方法,提出基于高斯混合模型和最小贝叶斯错误率估计的异方差鉴别分析方法,建立基于高斯混合模型的多视角表情识别理论。3、 率先提出基于人类学和遗传学的“父母—子女”亲属关系鉴别方法,提出以父母年轻时面部图像为桥梁的“父母—子女”亲属关系鉴别的子空间迁移学习理论和方法。4、 提出人脸视觉特征提取和识别的多流形鉴别分析理论,提出双子空间鉴别分析的增量式算法,突破双子空间鉴别分析方法的计算瓶颈。市场前景本项目围绕人脸图像中的表情、身份以及亲属关系识别等科学问题,深入开展鲁棒人脸视觉特征的提取、建模与识别的理论和方法研究,重点解决视觉场景中光照与人脸姿态变化下的鲁棒人脸视觉特征的提取与建模问题
东南大学 2021-04-11
基于新型∑-Δ调制的多频带 UWB-OFDM 系统及关键 技术研究
针对多频带 OFDM-UWB 无线通信系统中的关键技术问题,研究 一种全新的高性能量化噪声整形技术,设计完成无过采样结构的新型 Σ-△调制器,并将其用于多频带 OFDM-UWB 系统的 A/D 和 D/A 转 换;这种调制器可以满足超宽带系统通信速率不断提高的要求,同时 还可以解决 OFDM 信号峰均比较高的问题,并可以使系统的差错性 能得到明显改善,而且具有低功耗、低成本、易实现及便于集成为芯 片等特点。此外,研究适合多频带 OFDM-UWB 系统的快速同步捕获 与跟踪技术,设计帧同步、符号定时同步、载波同步、采样频率同步 及信道估计和均衡等技术方案,以减小运算量,简化软硬件实现,并 提高系统的频带利用率。该项目给出了一套完整的 UWB-OFDM 基带 系统技术方案,并进行了仿真与硬件验证。该项研究不仅可为多频带 OFDM-UWB 无线通信技术提供新的解决方案,也能为其它超宽带无线通信技术提供一种有效方法,产业化后必将产生较大的经济效益和 社会效益
南开大学 2021-04-11
宽带钢热连轧自动化控制系统的研究与应用
热连轧自动化控制系统是一种大型复杂控制系统,它很大程度上决定了生产线最终的市场竞争力。目前国内在宽带钢热连轧自动化控制系统新建或改造上多采用以下两种形式:一是硬件和软件系统全部由国外供货并调试;二是采用进口硬件系统,部分软件由国内完成,但其中的核心软件如L2数学模型系统、板形系统、质量控制系统(AGC、AWC、AJC等)从国外引进并由国外人员完成现场调试。两种形式都存在着核心技术掌握在外方手中,不利于系统的后期升级和维护,不能满足钢厂再发展的需要。因此有必要开发全套具有自主知识产权的宽带钢热连轧自动化控制系统,硬件系统可以采用当前国际上流行的最新控制器,而系统集成、控制模型和软件的开发和现场调试全部由国内自主完成,并承担全部的考核指标。如此可以不受国外公司的制约,同时节约大量外汇,减少工程投资。在此背景下,本项目以山东日照钢铁有限公司新建的1580mm热连轧生产线为依托,设计并完成全部软件和调试,取得了本科技成果。本科技成果的应用领域为轧钢领域的宽带钢热连轧生产线,实现热连轧带钢的全自动化生产。自动化控制系统由三级组成,其中L0设备控制级包括交直流主辅传动系统、现场机械液压设备、控制执行机构、各种检测仪表;L1基础自动化级由HMI监控系统和多台高性能控制器构成;L2过程控制级由三台高性能PC服务器和多台工业控制计算机构成;L3生产管理级(MES)由数据库服务器、应用服务器和客户端组成。该控制系统的基本原理就是通过三级系统之间互相配合,把整个生产线的多达数千个的控制点和数百个控制对象,分别按照不同的区域划分到数百个控制功能当中在控制系统中完成,满足工艺、设备、液压及电气要求,实现全线的自动化生产,达到设计的产品精度(厚度、凸度、板形、温度等)指标,同时,整个系统具有高效性、可靠性、先进性、安全性和低维护性,以及很强的报警、诊断、故障分析能力。
北京科技大学 2021-04-11
基于无人机侦检测绘的灾害救援现场辅助指挥决策研究
依据项目研究内容及国内外技术发展的情况,项目组开展了长航时电动多旋翼无人机平台的研制,采用碳纤维复合材料,一体成型工艺研发无人机平台,通过对结构、动力系统以及控制系统的优化,实现了50分钟续航时间;采用五拼相机方案,采集目标三维图像数据,通过数据处理,生成现场三维模型;无人机侦察图像视频与现有消防救援指挥系统相对接,实现了无人机灾情侦察应用的拓展;采用微型化学传感器,泵吸式气体检测方案,实现了机载危化品泄漏实时的检测技术,并利用检测的数据,对灾害现场救援指挥提供辅助决策。公开发表学术论文三篇。
中国人民警察大学 2021-05-03
小转角双层石墨烯体系的结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学 2021-04-10
几种新型填料在低界面张力体系萃取塔中的研究和应用
本项目根据润滑油精制萃取塔改造的迫切需要,利用先进的测试手段,系统地研究了金属Intalox等国外引进的新型填料用于低界面张力体系时的两项流动,轴向返混,传质特性和设计方法:/line针对高孔隙率新型填料用于低界面张力体系的特点,提出了新的填料萃取塔液泛速度的计算方法,可用于润滑油精制生产装置的核算和设计;/line用光导纤维探针式比色计和计算机在线数据采集系统,可靠地测定单项和两项流动情况下的轴向扩散系数,并用随机模型成功地进行了关联;/line通过拟合实测的两项浓度剖面,求得了文献中罕见的“真实”体积传质系数,为在扩散模型的基础上,比较准确地模拟填料萃取塔的传质性能提供了依据;/line突破了长期沿用气-液传质设备液体分布器的设计方法的局限,研究了对工业填料萃取塔性能具有重要影响的液液分配器的性能和设计方法,编制了优化设计的计算机程序;首次建立了复合型填料萃取塔诊断专家体统,具有一定的实用价值
清华大学 2021-04-10
对于铁基超导材料Sr1-xNaxFe2As2超导机制的研究
当今凝聚态物理研究中最重要的问题之一是揭示磁性材料中的高温超导机制。带有自旋的电子常被认为是局域在磁性离子实周围的,而形成电流的电子则被视为在晶格中巡游。但事实上这两者均为同一粒子。因此,这对立的两面如何共同协助超导形成,是一个非常有趣的问题。这种“非常规”的机制与铜基超导体、铁基超导体以及重费米子超导体都密切相关。 在具有多个电子轨道的体系,例如铁基超导材料中,电子自旋和轨道自由度的相互作用使得这个问题更为复杂。李源研究员与合作者之前的研究报道已经揭示了自旋-轨道耦合对材料的磁性性质有非常重要的影响。他们的实验同时还表明铁基超导材料中的磁性具有巡游与局域的双重特性。这并不是一个完全意外的结果,因为已有的一些理论研究也说明铁基超导体可以被所谓“洪德金属”的模型描述。不过自旋-轨道耦合以怎样的方式影响铁基材料中的超导机理,依然是一个未知的问题。Figure 1. (a-c) Imaginary part of dynamic spin susceptibility measured at different temperatures. (d) Imaginary part of dynamic spin susceptibility integrated over 4-8 meV based on the data in (a) and (b). 现在,李源研究组及合作者采用基于飞行时间原理的中子散射谱学技术,发现在一种铁基超导材料中,有一类特定的磁激发对超导的形成至关重要,其作用机理与材料中的自旋-轨道耦合效应密切相关。这项工作于2019年1月4日发表在《物理评论快报》上。 这项研究针对的是近年来发现的空穴掺杂的“122”体系铁基超导材料中新奇四重对称性磁相。在传统的二重对称性磁相中,电子自旋指向在晶体的ab面内,而在这种新发现的磁相中电子的自旋指向沿晶体的c方向。有这种四重对称性磁相的晶体中超导温度也被压制。该项研究旨在探索超导的压制与四方磁相中探测到的谱学特征的联系。基于这一目的,研究组瞄准了Sr1-xNaxFe2As2这一种有鲁棒性的四方磁相,且较易制备大单晶的铁基超导材料。Figure 2. (a-b) Constant-Q cuts measured at (0.5, 0.5, 1) and (0.5, 0.5, 3), with background subtracted. (c-d) Intensity difference between 6 K and 20 K at L = 1 and 3. 实验发现,在材料发生从二重对称性(图1a, T = 80 K)转化为四重对称性(图1b, T = 20 K)的相变后,低能的自旋激发发生了显著的变化。根据中子散射截面与散射几何的关系,在L = 1处测量到的信号中c方向的磁激发有更大的比重,而在L = 3处则可探测到更多的ab面内的磁激发。图1d显示,当温度从80 K降到20 K后,由于自旋的方向发生偏转到了c方向,在低能激发中将难以沿c方向时自旋的长短发生改变,因此低能磁激发中c方向的自旋激发被抑制。实验还发现了重要的一点:超导相(图1c, T = 6 K)的自旋激发相对非超导相的自旋激发有轻微的改变,这说明材料超导与的磁性质相关联。进一步的分析(图2)发现,这种改变主要发生在L = 1的位置,这说明在四重对称性磁相中,尽管c方向的磁激发被抑制,但它们仍然是与超导关系最密切的磁激发。这项结果揭示了在多轨道序洪德金属中实现高温超导的一个“兼容性”要求:局域的磁矩必须能够为巡游电子提供后者在实现超导配对过程中所需的磁激发。由于在四重对称性磁相中,该要求恰好不被满足,所以超导温度被抑制。 量子材料科学中心博士研究生郭见青和岳莉为该项工作的共同第一作者。相关的中子散射实验是由日本的MLF, J-Parc用户实验项目支持完成的。这项工作由量子材料科学中心李源研究组和张焱研究组合作完成。研究课题得到了中国自然科学基金委和科技部项目的资助。References:[1] C. Wang et al., Phys. Rev. X 3, 041036 (2013).[2] M. Ma et al., Phys. Rev. X 7, 021025 (2017).[3] Z.P. Yin et al., Nat. Mater. 10, 932 (2011).[4] J. Guo, L. Yue et al., Phys. Rev. Lett. 122, 017001 (2019).
北京大学 2021-04-11
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