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关于单层FeSe/SrTiO3高温超导机理的研究系列进展
北京大学量子材料中心王健研究组与合作者在钛酸锶(SrTiO3)衬底上外延生长的单原胞层厚(0.55 nm)铁硒(FeSe)薄膜中观测到了具有磁激发迹象的玻色模式和强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。两项发现为超导机制备受争议的单原胞层铁硒薄膜提供了异号配对的重要实验证据,表明在该体系中尽管界面电–声耦合被认为可以增强超导特性,自旋涨落对于库珀对的配对有着不可忽略的作用,或对铁基高温超导机理的统一理解提供重要参考。 提升超导转变温度和理解库珀配对机制是超导领域两个最重要的研究方向。在以往的铁基超导研究中,基于电子–空穴费米口袋嵌套的s±波配对被广泛接受。然而对于AxFe2−ySe2 (A = K, Rb, Cs, Tl)、(Li1−xFex)OHFe1−ySe,尤其是单原胞层 FeSe/SrTiO3等一系列重电子掺杂铁硒化合物,重电子掺杂会导致费米能级上移,进而导致布里渊区中心Γ点的空穴费米口袋降至费米能级以下,使得电子–空穴费米口袋嵌套理论失效。因而,铁基超导中的s±配对图像受到严峻挑战。 钛酸锶衬底上外延生长的铁硒薄膜具有铁基超导家族最简单的分子结构和最高的超导转变温度(能隙闭合温度的典型值为65 K),自2012年被清华大学薛其坤团队发现以来在国际凝聚态物理领域掀起了研究热潮。前期,北京大学王健研究组与薛其坤研究组合作采用电输运和抗磁性测量首次报道了单层铁硒中高温超导的直接证据(Chin. Phys. Lett. 31, 017401 (2014),被Science编辑选择文章Science 343, 230 (2014)报道)。然而,其中的超导配对机制,一直存在争议,始终悬而未决。 为了揭示单层铁硒中的超导配对机制,王健研究组开展了一系列系统的实验。实验中的单层铁硒超薄膜采用分子束外延技术生长于钛酸锶衬底。通过原位超高真空(~10−10 mbar)原位扫描隧道谱探测,研究组发现超导能隙外存在由电子–玻色子耦合导致的鼓包(hump)结构。系统的扫描隧道谱实验揭示以该鼓包为特征的玻色模式更接近磁激发信号(图1),极有可能是充当配对媒介、且连接布里渊区近邻角落(M点)电子费米口袋的(π,π)自旋涨落。超导序参量作为复数,其在费米面上的分布存在同相位(保号:sign-preserving)与反相位(异号:sign-reversing)两种情形。杂质散射作为一种相位敏感技术,已广泛应用于以往超导配对研究。其中非磁性杂质尤为特殊,其选择性地局域破坏s±波、d波等异号配对,实验上表现为诱导超导能隙内的束缚态,而对传统保号s波配对无明显效应,因此可用于区分异号和保号配对图像。王健研究组采用沉积于单层铁硒表面的强非磁性杂质铅(Pb)吸附原子作为散射中心,实验中发现相对于正常超导谱形,铅原子在超导带隙边界附近诱导出电子型谱权重增强,同时超导能隙减弱(图2)。该特征是‘隐’束缚态的典型信号。系统的势散射强度调节(图2(d))等实验也印证了这一观点,有力地说明单层铁硒超导能隙函数存在异号。同时,基于异号配对图像,如扩展s±波(图2(e)),南京大学王强华教授与南京师范大学高绎教授理论上定性复现了非磁性杂质诱导的超导谱形重构。上述的玻色模式与非磁杂质散射两项研究成果一致支持单层铁硒中存在以自旋涨落为媒介的异号配对,为最终澄清单层铁硒的界面高温超导机制奠定了重要基础,同时也预示具有不同费米面构型的铁基高温超导体或存在统一解释。图1. 单原胞层 FeSe中具有磁激发迹象的玻色模式。(a) 单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱,显示超导能隙外由电子–玻色子耦合导致的鼓包结构;(b) Ω/2Δ1与Δ1的统计负关联(Ω:玻色模式能量;Δ1:内超导能隙)。图2. 单原胞层 FeSe中强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。(a) Pb吸附原子的STM形貌图;(b) Pb吸附原子和正常单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱,显示9.5 mV处存在‘隐’束缚态;(c) 跨Pb吸附原子的扫描隧穿线谱;(d) 101组Pb吸附原子扫描隧穿谱(黑实线下方)与无吸附原子时的扫描隧穿谱(黑实线上方)对比;(c) 扩展s±波图像下非磁性杂质的模拟局域态密度谱。 两项工作分别于2019年5月22日和2019年7月15日发表于Nano Letters(Nano Lett. 19, 3464−3472 (2019))、Physical Review Letters(Phys. Rev. Lett. 123, 036801 (2019))。论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00144、https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.036801。 其中Nano Letters文章北京大学博士生刘超飞为第一作者,北京大学王健教授为通讯作者;Physical Review Letters文章,北京大学博士生刘超飞、王子乔和南京师范大学高绎教授为共同第一作者,北京大学王健教授和南京大学王强华教授为共同通讯作者。 以上工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、北京市自然科学基金、江苏省自然科学基金等经费的支持。王健特别感谢谢心澄、王垡、徐莉梅、任泽峰以及量子物质科学协同创新中心在北大超高真空分子束外延与低温扫描隧道显微镜实验室搭建过程中给予的支持。
北京大学 2021-04-11
一种高温超导磁体非线性分析的建模方法
本发明提供了一种高温超导磁体非线性分析建模方法,根据磁 体实际模型,建立电磁热耦合分析的 PDE 模型,并根据 PDE 模型求 解结果计算动态电感、电阻等效参数,并获取超导磁体临界电流、最 大温升等关键参量;根据电感、电阻参数与磁体两端压降的数学关系, 利用受控电流源来等效磁体模型,在仿真中任意时刻,磁体的等效电 感、等效电阻及关键参量均与磁体当前状态相关,充分考虑了超导磁 体的非线性 E-J 特性。本发明可以体现系统控制模块与超导磁体的相 互影响,进而分析控制算法对超导磁体响应特性的影响。与传统将
华中科技大学 2021-04-14
低温空气分离的超导磁分离器、分离装置及方法
本发明公开了一种低温空气分离的超导磁分离器、分离装置和方法,其中超导磁分离器包括外壳,以及设于外壳内的分离芯体,分离芯体包括:外磁体;至少一部分为多孔超导薄膜的分离元件,该分离元件设置在外磁体磁场内部;多孔超导薄膜一侧与自空气原料进口进入的空气原料接触,用于收集氧气,并通过氧气出口排出;超导体另一侧用于收集穿过孔结构的氮气,然后经氮气出口排出。相比于传统的磁力空气分离,本发明磁场强度、梯度更高,低温的原料空气中氧分子的磁化率成倍增大,并且可以提供磁体和薄膜维持超导状态所需的冷量,因此分离效率、产品纯度更高,在化工、冶炼、医疗等需要提供高纯度氧气的领域有着广阔的应用空间。
浙江大学 2021-04-13
滩涂红树林种植-养殖耦合系统
本技术成果是在近海养殖塘以红树林构建种植-养殖耦合系统,使海水从四类优化为二类鱼贝产量分别增加79.7~152.6%、30~35%;实现湿地净化和海水养殖相结合
中山大学 2021-04-10
薄膜蒸发与精馏耦合分离技术及设备
柔性智能互动终端的关键材料与传感器件是实现物联网技术革命的重要技术,柔性透明导电薄膜为其 中不可取代的关键元件。本团队在前期工作中针对纳米银线透明导电薄膜进行了系统的研究,包含材料合 成、导电墨水配方调制、大面积卷对卷制程工艺和柔性触控样机制备,已经初步建立起一条从材料、工艺 到器件应用的产学模式;并做了一系列十余项的专利布局(发明专利12篇,授权专利6篇)。其采用的技 术方法如下: (1)低成本的表面图形化工艺。包含基于光酸显影的可图形化配方调制、基于表面能差异化驱动的 自组装电极图形化,相比较于传统的激光、黄光刻蚀,溶液态的图形化方式成本更低,同时可保证满足柔 性触控传感器的线宽/线距要求; (2)高稳定性的纳米银导电薄膜。基于单分子缓蚀剂修饰的纳米银线稳定性提升方案,相较于业界 传统的单级分子蒸馏存在分离效率不高、能耗 较大和成本较高等问题,而常规精馏方法又会使某 些活性组分发生热变质或分解能等不足。薄膜蒸发 与精馏是一种特殊的液-液分离技术,本技术成果 将薄膜蒸发的高效蒸发性与精密精馏的高分离度融 合于一台完整的设备中,既可避免热敏性物质长期 暴露于加热器内,又可使各组分通过
中山大学 2021-04-10
NSFO(无泥芬顿催化氧化耦合)技术
成果介绍针对我国生态文明建设的政策需要,针对“重化围江”和污水排放剧增、处理难度加大、处理成本激增的现状与日渐迫切的环保需求之间的矛盾。东南大学纳米低维净化材料创新团队,在传统芬顿氧化水处理技术的基础上,充分发挥其反应速度快、降解效率高的特点,解决了其产生污泥二次污染、工序复杂、成本高的缺点,首创NSFO(无泥芬顿催化氧化耦合)技术。NSFO技术是离子交换树脂、膜分离技术、厌氧-好氧生化池的互补技术,可应用于化工园区以及农药医药行业,高含盐、高毒性、高COD、低B/C比等难降解废水的处理。技术特征:进水COD范围1000-20000mg/L,原水不需稀释,非接触式全封闭深度处理。技术创新点及参数1.采用纳米低维水处理催化剂,构筑组合新工艺增强氧化效能。2.在真空紫外光以及负载的金属离子协同激发下,催化双氧水产生超氧负离子和羟基自由基,进而促进高毒性、高浓度废水的无害化处理。3.大幅提升处理效果的基础上避免了污泥二次污染的产生。4.大幅简化处理流程,原水不需稀释,不需预调酸碱;大幅度削减废水量,降低处理负荷。NSFO技术易于与自主开发的模块化工装设备相结合,充分发挥装备化优势,实现源头处理、分质分流;免除土建施工,降低成本。市场前景NSFO 技术,是普适性和平台型的核心反应技术,即能作为改善水质可生化性的预处理工艺,也可以广泛应用于水务、印染、煤化工、石油化工、垃圾渗滤液等难降解工业废水处理领域。该核心技术申请发明专利20余项,在处理高危废水方面具有普适性,可以推广到多领域的高COD、高含盐、高毒性难降解废水处理,在国内外均有广阔的军民两用市场。目前正在开拓适用于民用航天市场以及石化医药化工市场的大规模处理装置,预计军用、民用市场容量高达5000万/年。
东南大学 2021-04-13
耦合熔融结晶制备高纯联苯的方法
本发明涉及一种从煤焦油回收洗油减压精馏后的富集联苯馏分制备高纯度联苯的方法。包括以下步骤:1)将液态联苯馏分加入悬浮熔融结晶器内,按照(0.5~6)℃/h降温,终温为(20-40)℃。2)过滤:液相进入减压精馏塔进行分离,固相作为3)步骤原料。3)将2)步骤得到的固相熔化后,加入层式熔融结晶器内,按照(1-4)℃/h降温,降温至(60-64)℃,恒温0.5h,母液返回步骤1)作为原料;对晶体进行发汗,升温速率为(2-6)℃/h,升温至(68-69)℃,恒温0.5h,排出母液返回步骤3)作原料;对晶体全部熔化后作为产品。本发明的方法具有产品纯度高、成本低、收率高、环境友好等优点。
天津科技大学 2021-04-13
一种通用的耦合矩阵综合方法
随着卫星通讯系统的发展,利用单端口天线系统划分或合并不同频率信号的技术得到了极大的发展,通信系统中多工器的作用主要是划分宽带信号为若干窄带信号。在卫星有效载荷系统中,输入输出多工器决定了射频信道的性能,对整个系统有着重大影响。
南方科技大学 2021-04-14
含烃石化尾气梯级耦合膜分离技术
一种综合回收含烃石化尾气中氢气、轻烃以及其他高附加值物质的集中回收方法。该方法充分考虑物料压力和组成的特点,将变压吸附、气体膜分离等新型分离技术与精馏、吸收和压缩冷凝等传统分离技术有机结合,按照分离要求将各分离工艺梯级布局。通过各分离技术的相互促进作用,改善了各分离工艺的操作条件,从而提高了能源的利用效率和物质的回收率;具有多目标同时回收、目标回收率高、能源利用率高,能从低目标浓度的炼厂气中回收目标产品的优点;适用于石油炼制与加工领域。
大连理工大学 2021-04-14
耦合储氢单元的燃料电池电源
1 成果简介作为一种清洁、高效的能量转换装置, 燃料电池是各种电化学电池体系中的理论比能量“ 绝对冠军”, 而且功率密度高、电流密度大, 是最先进的能量转换技术之一。燃料电池在发电过程中,除了提供电能以外,还会产生废热。所以传统燃料电池电堆中,单片燃料电池之间通常设有冷却板,需要采用大流量的空气或者冷却水来为燃料电池散热。而燃料电池工作时需要氢气作为燃料,如果以储氢合金作为氢源,则储氢合金在释放氢气时会吸收热量。 本成果将燃料电池与储氢单元进行结构的耦合,可利用储氢合金来部分吸收燃料电池发电时产生的废热,既解决了燃料电池水管理和热管理的难题,又能解决储氢单元放氢稳定性的问题,还能降低燃料电池系统寄生功率,提高系统的功率密度和能量密度。表 1 中列出了耦合型燃料电池的性能参数。本成果耦合型质子交换膜燃料电池解决了质子交换膜燃料电池的水热管理问题,能够使燃料电池系统结构更加紧凑,能量密度和功率密度更高。 上图 耦合燃料电池的内部结构及外部结构图2 应用说明经过近十年来的电动汽车、分布式电站、电源等领域的广泛示范应用(燃料电池已经在航天、军事上得到应用,燃料电池家用电源已经在日本产业化),质子交换膜燃料电池技术的成熟度已经逐渐被用户所接受。目前,其商业化主要问题是价格较高(采用进口材料成本昂贵),而本项目利用国产原材料制备燃料电池电源,燃料电池材料供应不仅有安全保障,而且还有低成本优势,可望克服燃料电池高成本的商业化障碍。3 效益分析由于目前国内外尚无同类产品,而且各行各业对新型电源的需求比较迫切,因此本成果具有较大的推广空间。 如批量生产, 本电源价格每台约 1500 元/千瓦。 来自政府的资金补助以及军事、工业、新能源等应用领域的直接采购是使燃料电池电源商业化逐渐兴盛的主因。据美国市场研究机构 Pike Research 估计, 2016 年市场上的主力燃料电池产品功率将在 100W~2kW 之间,用于替代部分铅酸电池和柴汽油发电机,主要应用于船舶、 专用车、无人载具、 战场支持系统、 备用电源、 应急电源等。
清华大学 2021-04-13
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