【期刊】CPB封面文章和亮点文章 | 2020年第7期 | 自由微信

【期刊】CPB封面文章和亮点文章 | 2020年第7期

CPB 蔻享学术 2021-04-26

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封面文章

Perpendicular magnetization switching by large spin-orbit torques from sputtered Bi2Te3

Zhenyi Zheng(郑臻益), Yue Zhang(张悦), Daoqian Zhu(朱道乾), Kun Zhang(张昆), Xueqiang Feng(冯学强), Yu He(何宇), Lei Chen(陈磊), Zhizhong Zhang(张志仲), Dijun Liu(刘迪军), Youguang Zhang(张有光), Pedram Khalili Amiri, Weisheng Zhao(赵巍胜)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (7): 078505

文章亮点介绍

自旋轨道矩效应，由于其低功耗、高速度等方面优势，被普遍认为是提高自旋电子器件性能的有效方式。为进一步降低器件功耗，寻找自旋霍尔角更大的材料一直是该领域的焦点课题。近年来，研究人员证明了拓扑绝缘体因为其表面自旋动量锁定特性，在常温下可以提供超大的自旋霍尔角。因此，该材料被认为是一种理想的自旋轨道矩来源。然而，高质量拓扑绝缘体的生长目前主要依赖于低速率、高精度的分子束外延技术，与工业界的大规模生产要求尚无法兼容。

为解决上述问题，本文作者使用磁控溅射的方式替代分子束外延，制备了高质量的Bi2Te3薄膜，并证明其在室温下具备较大的自旋霍尔角（3.3±0.3）。该工作的创新性在于：（1）磁控溅射更加贴合半导体行业的大规模生产要求，解决了传统拓扑绝缘体无法批量生产的应用难题；（2）溅射所得的Bi2Te3薄膜作为自旋轨道矩材料可以翻转垂直磁各向异性CoTb亚铁磁合金的磁化方向，所需的电流密度相较于传统材料体系下降了一至两个数量级；（3）通过与多种溅射生长的重金属材料进行对比，验证了本工作中的Bi2Te3薄膜具有显著的低功耗性能。

本研究提出了一种高效制备强自旋轨道矩Bi2Te3薄膜的方式，为高性能、低功耗自旋电子器件的未来大规模生产应用提供了可行方案。

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亮点文章

Modulation of carrier lifetime in MoS2 monolayer by uniaxial strain

Hao Hong(洪浩), Yang Cheng(程阳), Chunchun Wu(吴春春), Chen Huang(黄琛), Can Liu(刘灿), Wentao Yu(于文韬), Xu Zhou(周旭), Chaojie Ma(马超杰), Jinhuan Wang(王金焕), Zhihong Zhang(张智宏), Yun Zhao(赵芸), Jie Xiong(熊杰), Kaihui Liu(刘开辉)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (7): 077201

文章亮点介绍

载流子寿命是表征材料中载流子复合时间的基本物理参数，与光电转换、载流子扩散、载流子收集等物理过程息息相关。因此，调控载流子寿命是优化器件性能的有效手段。本文报道了通过施加单轴拉伸应变可以实现对二维二硫化钼材料中光激发载流子寿命的有效调制。通过光学超快泵浦-探测和时间分辨单光子计数技术，实验发现载流子俄歇散射、载流子-声子散射以及发光辐射复合这三个载流子湮灭通道在单轴拉伸应变下没有明显变化，然而单轴拉伸应变会减弱缺陷对光激发载流子的捕获。实验结果表明每百分比应力可以将载流子缺陷捕获寿命延长440％。

在过渡金属硫化物材料中，绝大部分光生载流子会在几皮秒时间尺度内被表面缺陷态俘获，因此缺陷捕获寿命决定了器件中发光量子效率、电荷收集效率、光电导增益和响应时间等性能。本文实验结果为延长过渡金属硫化物的载流子寿命开辟了一条新途径，这将极大地促进其在高效光电和光伏等设备中的应用。

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亮点文章

Effect of weak disorder in multi-Weyl semimetals

Zhen Ning(宁震), Bo Fu(付博), Qinwei Shi(石勤伟), Xiaoping Wang(王晓平)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (7): 077202

文章亮点介绍

半金属系统的无序效应近年来受到人们的广泛关注。例如，二维狄拉克费米子与多个杂质散射所引起的量子相干，会对电导率贡献一个不同于弱局域化的紫外对数修正。另外，在三维各向同性的外尔半金属中，无序可能导致系统发生从半金属到扩散金属的量子相变，研究表明多重散射效应对系统量子临界点附近的物理性质有着重要的影响。

本文利用重整化群的方法研究了多拓扑荷外尔半金属系统的无序效应，发现描述准粒子性质的波函数重整化因子ZE在低能区有着很强的能量依赖，这表明外尔半金属准粒子性质在外尔点附近会受到很大的影响。进一步基于Kubo公式和重整化群的计算，发现准粒子线性色散关系方向上的电导率会受到实质性的修正。这里需要指出，在传统无序金属中波函数重整化因子ZE在费米面附近对能量EF的变化并不敏感，所以可以近似为一个常数；而在外尔半金属中的费米能EF通常靠近外尔点，所以重整化因子ZE对能量依赖在分析系统的物理性质时是不可忽略的。本文的研究结果对短程无序在半金属系统中的作用提供了进一步的理解，也加深了对无序多拓扑荷外尔半金属的准粒子输运性质的认识。

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亮点文章

Improvement of valley splitting and valley injection efficiency for graphene/ferromagnet heterostructure

Longxiang Xu(徐龙翔), Wengang Lu(吕文刚), Chen Hu(胡晨), Qixun Guo(郭奇勋), Shuai Shang(尚帅), Xiulan Xu(徐秀兰), Guanghua Yu(于广华), Yu Yan(岩雨), Lihua Wang(王立华), Jiao Teng(滕蛟)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (7): 077304

文章亮点介绍

谷电子学是一门研究和利用谷自由度的新兴学科。就像传统微电子学中的电荷自由度和自旋电子学中的自旋自由度一样，谷自由度也能传输信息。有效形成并调控谷极化是利用谷电子学的先决条件。由于石墨烯的一系列奇特性质，如何有效地在石墨烯体系中调控谷极化是该领域的研究热点。本文研究了石墨烯铁磁异质结构中的谷极化现象，通过插入Au层引入强自旋轨道耦合作用，使谷劈裂能级达到50 meV。通过控制铁磁层的磁化方向，能够实现谷简并态到谷劈裂状态的转变。文章从理论上设计了一种谷电子学器件，能够产生谷极化电流，谷极化率达到10%。并且可以通过控制铁磁层磁矩的方式，非常方便地调控谷极化电流。该工作所提出的基于石墨烯的谷电子学器件，极大地提高了石墨烯体系的谷劈裂，并有望应用于其他二维材料体系，为谷电子器件的构建设计提供了帮助。

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亮点文章

Dependence of mechanical properties on the site occupancy of ternary alloying elements in γ'-Ni3Al: Ab initio description for shear and tensile deformation

Minru Wen(文敏儒), Xing Xie(谢兴), Huafeng Dong(董华锋), Fugen Wu(吴福根), Chong-Yu Wang(王崇愚)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (7): 078103

文章亮点介绍

作为先进战斗机和燃气机轮的涡轮叶片材料，镍基高温合金中含有十多种过渡族金属元素，这些元素对决定合金的力学性能有着极其重要的作用。合金化元素在γ′-Ni3Al（镍基单晶高温合金的关键强化相）中的占位行为会由于熵的作用而随温度和合金成分的改变而变化。本文采用基于密度泛函理论的第一原理方法，系统研究了Fe，Co，Cu，Zn，Ru，Rh，Ag，Cd和Ir在γ′-Ni3Al中不同占位时对γ′剪切和单轴拉伸行为的影响。研究结果显示，γ′-Ni3Al拉伸和剪切行为对合金化元素占位偏好的依赖性与合金化元素的d电子数密切相关。占Al位时，d轨道部分填充的元素（Fe，Co，Ru，Rh和Ir）可提高γ′相的理想拉伸强度和剪切强度，其中Ru强化效果最好；而d轨道满占据的元素（即Cu，Zn，Ag和Cd）则会降低理想拉伸强度和剪切强度。对于γ′-Ni3Al中的两种不等价Ni位（Ni1位和Ni2位），计算发现没有一种合金化元素可以在占Ni1和Ni2时同时提高γ′相的理想强度。此外，本文分析了拉伸和剪切过程中合金化元素与基体原子的电荷再分布情况与键长变化，以揭示合金化元素占位对γ′相力学行为影响的电子机制。本研究可为镍基高温合金的实验设计提供重要的理论参考。

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亮点文章

Irradiation study of liquid crystal variable retarder for Full-disk Magneto-Graph payload onboard ASO-S mission

Jun-Feng Hou(侯俊峰), Hai-Feng Wang(王海峰), Gang Wang(王刚), Yong-Quan Luo(骆永全), Hong-Wei Li(李宏伟), Zhen-Long Zhang(张振龙), Dong-Guang Wang(王东光), Yuan-Yong Deng(邓元勇)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (7): 074208

文章亮点介绍

“先进天基太阳天文台（ASO-S）”是由中国太阳物理学家提出、中国科学院空间先导专项支持的中国第一颗太阳科学实验卫星，预计2022年发射。其中，“全日面矢量磁像仪（FMG）” 是ASO-S的三个主载荷之一，以高时间分辨率、高空间分辨率和高灵敏度开展全日面太阳矢量磁场测量是其最重要的科学目标。向列可变液晶延迟器（LCVR）是FMG载荷能否实现高灵敏度磁场测量的最核心部件。然而，目前世界上尚未有LCVR在空间使用的成熟经验。因此，LCVR作为ASO-S卫星FMG载荷的首飞器件，其空间环境适应性是FMG载荷需要首要解决的关键问题。本工作对LCVR进行了系统的辐照试验和分析。试验发现，辐照期间其化学性能没有变化，光电调制性能在辐照结束后逐渐恢复至辐照前状态，该现象在质子辐照和紫外辐照中尤其显著。这一新的发现表明 LCVR满足ASO-S卫星任务需求，并且有望通过新的技术手段进一步提高其空间适应性。该项研究不仅对ASO-S卫星能否成功实现既定科学目标意义重大；而且对液晶器件在偏振成像、液晶显示、空间光调制、光谱成像等其它天基领域中的应用具有引领作用，前瞻性强。

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Chinese Physics B (CPB)是由中国科学院物理研究所和中国物理学会主办，由合作出版商IOP Publishing海外宣传发行，目前国内载文量最大、影响力最大的物理类综合性英文学术期刊，报道和刊登国内外物理学科各领域（粒子物理与核物理类除外）创新性成果的“研究论文”、“研究快讯”及“前沿研究综述”。发文领域包括condensed matter and materials physics; atomic, molecular, and optical physics; statistical, nonlinear, and soft matter physics; plasma physics; interdisciplinary physics. 从投稿到录用平均审稿周期：2个月；文章录用后2天内网上预出版（with DOI）；每期评选封面文章、亮点文章并多渠道宣传推送；组织出版物理学热点研究领域和基础研究领域专题。