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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
浙江博蓝特半导体科技股份有限公司研发第三代半导体材料
浙江博蓝特半导体科技股份有限公司致力于以碳化硅为主的第三代半导体材料研究项目,围绕碳化硅晶体生长技术及碳化硅衬底加工技术进行研发及产业化。公司优势:国家高新技术企业,拥有省级企业研究院、省级高新技术研发中心、省级企业技术中心、院士工作站等研发平台,并与浙江师范大学、湖南大学、中科院宁波材料所分别建立联合实验室,致力于第三代半导体材料的研发及产业化。点击上方按钮联系科转云平台进行沟通对接!
中国科学院大学 2021-04-10
微孔淀粉基止血剂
在构建一种在物理性和化学性等多重止血机制的协同作用下发挥优异的止血性能的材料, 它的止血将更为彻底有效,止血范围也将显著扩大。 该项目以具有强吸水性和体内酶促降解性的植物淀粉为原料,从成分设计和结构控制着 手,制备出具有多重功能的淀粉基微孔止血材料。一方面赋予材料多孔结构和高比表面积以快 速吸收血液中的水分,提高创面附近凝血因子的浓度而实现物理性止血;另一方面通过对微 孔淀粉改性和功能化处理,激发与血液有效成分进行反应,启动和加快内源性和外源性凝血途 径,实现化学性止血。该项目拓宽了淀粉在生物医学中的应用;同时该离子负载型淀粉基微孔 止血材料的成功研发,对有效控制动脉、静脉和实质性脏器等的大出血具有重要的临床意义和 实用性。
华东理工大学 2021-04-11
硅基GaN功率开关器件
宽禁带半导体硅基GaN器件以其高效率,高开关速度高工作温度抗辐时等特点,成为当前国际功率半导体器件与技术学科的研究前沿及热点,也是业界普遍认可的性能卓越的下代功率半导体器件。而S基GaN因其S基特性.能够突破新材料在发展初期的成本牦颈且易与S集成电路产业链匹配,因此兼具高性能与低成本的优点在消费电子(如手机快冲与天线充电).数据中心与人工智能,无人驾驶与新能源汽车、5G通信等团家战略新兴领城具有巨大的应用前景。电子科技大学功率集成技术实验室自2008年起即开展硅基GaN功率器件与集成技术研究,围绕硅基GaN两大核心器件:增强型功率晶体管、功率整流器进行基础研究与应用技术开发。解决了增强型功率晶体管阈值电压大范围调控功率二圾管导通电压调控与耐压可靠性加查等关键技术瓶颈,研究成果为硅基GaN的产业化奠定了重要基础。
电子科技大学 2021-04-10
磷酸镁基快速修补材料
本技术开发了先进的磷酸镁基快速修补材料。通过使用分子模拟技术,联合数学模型的建立,能够指导高耐水性快速修补材料的合成。
青岛理工大学 2021-04-22
醇基及水基铸造涂料
可以量产/n该成果利用我国广泛的矿产资源制造铸造行业需要的铸造涂料,产品 用于铸造行业,能替代昂贵的锆英粉涂料,产品耐火度达1800 度以上, 2h 悬浮率达 96%以上。经实验,涂料中各组分按重量百分比如下:400~600 目耐火粉料占 44~55%,钠基膨润土 1.30~1.45%,水 0.45~0.60%,聚乙烯醇缩丁 醛 0.5~0.7%,热塑性酚醛树脂 1.4~1.6%,乙醇 41~52%。制备方法: 1)按比例称取各原料;2)先将钠基膨润土和水碾压预处理成膏状物;3)将 400~600
湖北大学 2021-01-12
新型二聚酸基尼龙
二聚酸是具有三十六个碳的二元酸,具有优良的耐低温性能。本团队致力于二聚酸基尼龙产品的开发研究多年,形成了二聚酸基尼龙制备的核心技术。设计比例的二元酸与二元胺在催化剂存在下经成盐、加压及常压分阶段聚合、切粒等过程获得目标产品,工艺简单,反应平稳,根据需要可以通过改变工艺参数及操作条件,灵活控制尼龙数均相对分子质量,制备出的产品性能达到或超过现有尼龙11、尼龙10和尼龙1212等长链尼龙产品。相关技术已获国家发明专利。
南京工业大学 2021-01-12
新型硼基锂电负极材料
首先设计合成了 Fe2B 间隙化合物,其中包含一维硼链结构和高导电的 Fe 主体网络,该化合物表现出与纯硼截然不同的电化学性质, 1400 次循环后基于 B 计算的容量可达 10700 mA h/g 。高导电的 Fe 基质和高分散的一维硼链结构首先激活了部分 B 的储锂潜能,并且在循环反应过程中 Fe 基质不断将硼链分散成单原子,从而实现了更高效的储能。然而,由于间隙化合物中 B 的质量含量过低,材料整体容量不符合实际需求。研究者随后通过热力学计算发现 B2O3 与锂发生电化学反应的标准吉布斯自由能变仅为 -489 kJ/mol ,即发生该反应的逆反应发生仅需克服 489 kJ/mol ,远小于可逆负极材料 Fe2O3 和 SnO2 。
北京大学 2021-04-11
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