科学家发现新型二维量子材料 质量增加100倍

科学家发现新型二维量子材料质量增加100倍"CeSiI中的电子比普通材料中的电子质量大100倍。这就是它们被称为重费米子的原因。"这项研究背后的乌普萨拉大学研究人员之一Chin-ShenOng说："CeSiI的特别之处在于，这种有效质量是各向异性的，它取决于电子在原子层中移动的方向。"瑞典乌普萨拉大学物理与天文学系研究员Chin-ShenOng。资料来源：乌普萨拉大学这项研究是乌普萨拉大学材料理论研究人员与美国哥伦比亚大学研究人员的合作成果。对于乌普萨拉大学的材料研究人员来说，主要问题是从理论上研究材料中电子的量子特性。重费米子的背景和意义重费米子化合物是一类电子相互作用异常强烈的材料。在此过程中，它们在所谓的量子波动中协调运动。这种相互作用使电子的质量比普通材料中的电子大100或1000倍。这些量子波动被认为在许多至今无法解释的量子现象中发挥了重要作用，如非常规超导现象（电流可以通过材料而不损失能量）和磁性。这种新型量子材料是在哥伦比亚大学实验室合成的，其独特之处在于它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈、硅和碘（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。有关重费米子材料的研究已经进行了几十年，但直到现在，研究重点仍是原子紧密排列成三维结构的材料。早在20世纪70年代，乌普萨拉大学的研究人员就开始重点研究铈基材料，并取得了巨大成功。然而，由哥伦比亚大学实验室合成的这种新材料却独一无二，因为它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈层、硅层和碘层（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。"有了这一发现，我们现在有了一个大大改进的材料平台，可以用来研究相关电子结构。二维材料就像乐高积木。我们的合作伙伴已经在着手添加其他二维材料的层，以创造出一种具有定制量子特性的新材料，"Chin-ShenOng说。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1417027.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1417027.htm

科学家研发出新型散热材料超薄金刚石膜 可将电动汽车充电速度提升五倍

科学家研发出新型散热材料超薄金刚石膜可将电动汽车充电速度提升五倍德国弗劳恩霍夫研究所的科学家们利用超薄金刚石膜成功降低了电子元件的热负荷，并有望将电动汽车的充电速度提升五倍。这项技术突破的关键在于金刚石优异的导热性和绝缘性。项目研究员表示，金刚石可以加工成导电通路，能非常高效地将热量传递给铜质散热器。同时，由于金刚石纳米膜具有柔性和独立性，可以被放置在元件或铜板上任何位置，甚至直接集成到散热回路中。研究人员估计，金刚石纳米膜可以将电子元件的热负荷降低10倍，从而显著提升其使用寿命和整体设备的能效。此外，如果将该技术应用于充电系统，还可以将电动汽车的充电速度提升五倍。更令人振奋的是，金刚石纳米膜可以直接在硅晶片上制备，易于实现大规模量产。目前，该团队已为这项技术申请了专利，并计划在今年晚些时候将其应用于电动汽车和电信领域的逆变器和变压器中进行测试。

中国科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备

中国科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备二维过渡金属碲化物材料是一类新兴的二维材料，由碲原子（Te）和过渡金属原子（如钼、钨、铌等）组成，其微观结构类似于“三明治”，过渡金属原子被上下两层的碲原子“夹”住，形成层状二维材料。因具有奇特的超导、磁性、催化活性等物理和化学性质，二维过渡金属碲化物材料在量子通讯、催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力，受到了国际学术界的广泛关注。科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备（中国科学院大连化学物理研究所供图）“比如，二维过渡金属碲化物具有高导电性和大比表面积，可作为高性能超级电容器和电池的电极材料；同时二维过渡金属碲化物纳米片表面具有丰富可调的活性位点，可用作制备绿氢和双氧水的电催化剂，提高催化剂的选择性、效率和性能；此外，该材料还展现出特有的量子现象，如超导和巨磁电阻等，可作为下一代低功耗器件和高密度磁性存储器件的材料。”论文共同通讯作者、中国科学院大连化物所研究员吴忠帅解释。然而，目前该材料还无法实现高质量的批量制备，阻碍了其实际应用。二维过渡金属碲化物材料一般采用“自上而下”的制备方法，如同拆解积木，通过机械力或化学作用方式将其一层一层剥离下来，从而制备出单层的二维纳米片。常用的“自上而下”方法有化学插层剥离法、球磨法、胶带剥离法、液相超声法等，其中化学插层剥离法的剥离效率虽然最高，但剥离仍需要数小时。批量化可控制备二维过渡金属碲化物纳米片（中国科学院大连化学物理研究所供图）科学家们大多采用有机锂试剂作为插层剂，即将含有锂离子的插层剂插入块体层状结构材料的片层中，并利用锂和水的反应使插层剂“膨胀”，在每一层间形成一个“气压柱”，将叠在一起的纳米片层层“撑开”，就如同使用了一把“化学刮刀”一层一层地将纳米片“刮”下来，这种层间的气体膨胀作用力远大于机械剥离力，可以提高剥离效率。“但是，有机锂是一种易燃易爆的液体试剂，具有很大的安全隐患。因此，实现安全、高效的化学剥离成为科学家努力的目标。”吴忠帅说。此次，科研人员创新性地采用固相化学插层剥离方法，筛选出了一种固相插层试剂——硼氢化锂。硼氢化锂具有强还原性质，在干燥空气中稳定，可用于高温固相插锂反应，解决了插层反应速度慢的问题，从而实现了安全、高效、快速的插层剥离。整个插层剥离过程只需10分钟，可批量制备出百克级（108克）碲化铌纳米片，与液相化学插层剥离法制备量均小于1克相比，此方法的产量提升了两个数量级。值得关注的是，科研人员还利用此方法制备出了五种不同过渡金属的二维过渡金属碲化物纳米片和十二种合金化合物纳米片，证明这种方法具有普适性。“该方法简单、快速、高效，对二维材料的宏量制备具有普适意义。”《自然》审稿人对该方法给予了高度评价。吴忠帅表示，利用该方法制备出的二维过渡金属碲化物纳米片的溶液和粉体具有良好的加工性能，可以作为各种功能性浆料，实现薄膜、丝网印刷器件、3D打印器件、光刻器件的高效和定制化加工等，有望在高性能量子器件、柔性电子、微型超级电容器、电池、催化、电磁屏蔽、复合材料等方向发挥重要作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426195.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426195.htm

科学家开发出一种新型材料 兼顾高强度、轻质与吸震能力

科学家开发出一种新型材料兼顾高强度、轻质与吸震能力材料需要善于消散振动，同时保持足够的刚度以防止在巨大压力下坍塌。UvA物理研究所的一组研究人员现在已经找到了一种设计材料的方法，可以同时做到这两点。通常，材料的两种特性是相互排斥的：某种材料要么坚硬，要么可以很好地吸收振动——但很少两者兼而有之。然而，如果我们能够制造出既坚硬又善于吸收振动的材料，那么就会有很多潜在的应用，从纳米尺度的设计到航空航天工程。阿姆斯特丹大学的一组研究人员现已找到一种方法来制造坚硬但仍能很好吸收振动的材料——同样重要的是，这种材料可以保持非常轻的重量。该出版物的主要作者DavidDykstra解释说：“我们发现诀窍是使用会弯曲的材料，例如薄金属板。当以一种巧妙的方式组合在一起时，由这种弯曲的板材制成的结构会成为很好的振动吸收器——但与此同时，它们还保留了它们所用材料的很多刚度。此外，板材不需要很厚，因此材料可以保持相对轻便。”该材料使用这种金属板的屈曲来组合所有这些所需的特性。研究人员彻底研究了这些弯曲材料的特性，发现它们都显示出刚度和消振能力的神奇组合。由于已知材料不具有这种所需的特性组合，因此新的实验室制造材料（或超材料）具有非常广泛的潜在应用，并且具有非常广泛的规模。这种材料可能的用途范围从米级（航空航天、汽车应用和许多其他民用设计）到微型（显微镜或纳米光刻等应用）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363565.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363565.htm

嫦娥四号最新成果：月壤可作月球基地隔热材料

嫦娥四号最新成果：月壤可作月球基地隔热材料月壤是冷是热？导热性好吗？我国航天人把温度计“贴”在月球表面进行了实地测量。记者7日获悉，基于嫦娥四号探测器对月球背面表层月壤温度的就位测量结果，中国地质大学（武汉）行星科学研究所、澳门科技大学和中国空间技术研究院的研究人员发现，月壤具有非常好的隔热性，可作为月球基地表面隔热材料。论文通讯作者、我国嫦娥四号月球探测任务核心科学家团队成员、中国地质大学（武汉）副教授黄俊告诉科技日报记者，这是人类首次利用就位探测数据揭示月球背面月壤的热物理性质，对于认识月球地质历史和探月航天器设计具有重要意义。相关成果近日发表于国际学术期刊《国家科学评论》。“就位探测保持了月壤的原始堆积方式，这对准确分析月壤的热导率十分关键。”黄俊解释，热导率是物体传导热量的能力，月壤的热导率与固体颗粒的堆积方式和大小有关，自阿波罗计划实施以来就引起人们的广泛关注。记者了解到，嫦娥四号着陆器两根导轨的底端，安装了4个与月壤直接接触的温度计，每900秒测量一次月壤的温度。该研究采用了嫦娥四号着陆后第三个月的月壤温度数据。测量结果显示，月壤温度具有白天高、晚上低的特点。日出后月壤温度快速上升，正午附近时温度达到最大值20多℃，正午之后温度开始下降，傍晚附近温度急剧下降至约-170℃，夜间温度缓慢下降。论文第一作者、中国地质大学（武汉）博士生肖潇表示，白天月壤的温度主要受太阳辐射和周围环境热辐射的影响，夜间月表温度的变化主要受月壤的热物理性质影响。数值模拟研究表明，嫦娥四号着陆点月壤颗粒的平均粒径约为15微米，大概是一根头发粗细的五分之一；月表和月壤内1米深处的月壤热导率分别为1.53×10-3W/(m·K)和8.48×10-3W/(m·K)，“月壤导热的能力仅是空气的十分之一，水的百分之一，铁的万分之一。”肖潇表示。“这说明在月球表面的真空条件下，月壤的热导率极低，是非常好的隔热层。未来在月球极区建立月球基地，可在基地表面覆盖一层月壤，以防止有害的宇宙辐射，并避免白天温度过高和夜间过度冷却。”黄俊说。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313629.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313629.htm

科学家发明新型半导体激发技术

科学家发明新型半导体激发技术横滨国立大学的科学家和加州理工学院的同事利用高强度、宽频带的超快太赫兹脉冲，在一种二维半导体材料中实现了原子激发，推动了电子设备的发展。他们的论文于3月19日发表在《应用物理通讯》（AppliedPhysicsLetters）杂志上，并作为编辑推荐文章。二维（2D）材料或片状纳米材料因其独特的电子特性而成为未来半导体应用的理想平台。过渡金属二掺杂物（TMDs）是二维材料中的一个重要类别，由夹在掺杂物原子层之间的过渡金属原子层组成。这些原子以晶格结构排列，可以围绕其平衡位置振动或振荡--这种集体激发被称为相干声子，在决定和控制材料特性方面起着至关重要的作用。声波诱导技术的创新传统上，相干声子由可见光和近红外区域的超短脉冲激光器诱导。使用其他光源的方法仍然有限。横滨国立大学工程科学研究生院助理教授、该研究的第一作者SatoshiKusaba说："我们的研究解决了超快太赫兹频率激光器（或低能光子）如何在TMD材料中诱导相干声子这一基本问题。"WSe2中声子的超快宽带太赫兹激发和偏振旋转探测示意图。获得的结果（右下）包括通过和频过程激发的相干声子振荡信号（右上）。资料来源：SatoshiKusaba/横滨国立大学太赫兹辐射是指频率在太赫兹范围内的电磁波，介于微波和红外频率之间。研究小组制备了超快宽带太赫兹脉冲，以诱导一种名为WSe2的TMD薄膜中的相干声子动力学。为检测光学各向异性（换句话说，即光在穿过材料时的表现），研究人员安排了一套精确而灵敏的装置。研究人员研究了超短激光脉冲与材料相互作用时电场方向的变化；这些变化被称为偏振旋转。通过仔细观察微小的诱导光学各向异性，研究小组成功地探测到了太赫兹脉冲诱导的声子信号。"我们的研究最重要的发现是，太赫兹激发可以通过一个独特的和频激发过程在TMD中诱导相干声子，"研究时的加州理工学院博士生、本研究的共同第一作者Haw-WeiLin说。"这种机制与共振和线性吸收过程有着本质区别，它涉及两个太赫兹光子的能量总和与声子模式的能量总和相匹配"。由于通过这种和频过程可以激发的声子模式的对称性完全不同于更典型的共振线性过程，因此本研究中成功使用的激发过程对于完全控制材料中的原子运动非常重要。这项研究成果的意义超出了基础研究的范畴，有望在现实世界中得到广泛应用。"通过和频激发过程，我们可以利用太赫兹激发相干地控制二维原子位置，"Kusaba说。"这可能为控制TMD的电子状态打开大门，这对于开发谷电技术和使用TMD的电子设备，实现低功耗、高速计算和专用光源，是大有可为的"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430619.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430619.htm