平面流场

磁性材料是构成现代工业的重要基础性材料，在永磁电机、磁制冷、磁传感、信息存储、热电器件等领域扮演着重要角色。在自旋电子学前沿领域，利用磁性材料中的磁矩引入额外对称性破缺效应是一个研究热点。最近，中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室的朱礼军团队在单晶CoFe (001)薄膜器件中观测到各向异性的平面能斯特效应（Planar Nernst Effect），其强度随 (001) 晶面的晶格方向强烈变化并呈现面内双轴各向异性（见图1）。当磁矩在外磁场驱动下在薄膜材料平面内旋转时，电流产生的温度梯度导致的平面能斯特电压表现为一个sin2φ依赖的二次谐波横向电压信号（φ为磁矩相对电流的夹角）。这种有趣的各向异性平面能斯特效应被认为主要起源于内禀的能带交叠效应，可能对谐波霍尔电压、自旋扭矩铁磁共振、自旋塞贝克等自旋电子学实验的分析产生重要影响（见图2），有望应用于能量收集电池和温度传感器等。然而，这种平面能斯特效应的各项异性并没有导致任何极化方向的非平衡自旋流（Spin Current）或自旋轨道矩（Spin-Orbit Torque）的产生。该工作以“Absence of Spin-Orbit Torque and Discovery of Anisotropic Planar Nernst Effect in CoFe Single Crystal”为题发表在期刊Advanced Science上 [链接:https://doi.org/10.1002/advs.202301409]。朱礼军研究员为通讯作者，博士后刘前标为第一作者，博士生林鑫作为合作者完成了有限元分析并参与了器件的加工测量。该工作的完成离不开中国科学院半导体研究所赵建华研究员（单晶CoFe样品生长）、周旭亮副研究员（光刻工艺）、北京师范大学熊昌民副教授（PPMS测试）、袁喆教授（能带理论讨论）的支持和帮助。相关工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委面上项目和中国科学院战略先导专项的资助。图1. （a）双十字霍尔器件中的平面能斯特效应；（b）CoFe (001)平面能斯特电压的各向异性。图2. 各向异性平面能斯特效应对（a）谐波霍尔电压、（b）自旋塞贝克、（c）自旋扭矩-铁磁共振等自旋电子实验的广泛影响及其在（d）热电器件方面的应用案例。

联合国秘书长古特雷斯与联大主席克勒希近日在安理会就海平面上升问题举行的公开辩论上共同指出，安理会应发挥关键作用，应对海平面上升对全球安全构成的毁灭性挑战。安理会通常审议的话题是国家间冲突、国际安全局势，“海平面”为何要在安理会层级探讨？它真已到了威胁全球安全的程度？它是“威胁倍增器”答案从古特雷斯的发言中可见一斑：海平面上升不仅本身是一种威胁，还会让各种威胁成倍增加。古特雷斯援引世界气象组织（WMO）数据称，自1900年以来，全球平均海平面的上升速度比过去3000年当中任何一个世纪都要快；最近一个世纪里，全球海洋变暖的速度则比过去1.1万年间任何时候都要快。与此同时，世界气象组织还警告说，即使全球变暖“奇迹般地”限制在1.5℃，地球海平面水位仍将大幅上升；但如果气温上升2℃，海平面的上升幅度可能会翻一番。古特雷斯警告，无论是在哪种情形下，孟加拉国、中国、印度与荷兰等国都处于风险之中，各大洲的特大城市也都将面临严重影响，包括曼谷、孟买、上海、伦敦、布宜诺斯艾利斯和纽约在内。对于生活在低海拔沿海地区的近9亿人来说，这种危险尤其严重。大会主席克勒西则援引预测称，在不到80年的时间里，可能有2.5亿至4亿人需要在新地点建造新住房，这将对“世界粮仓”造成破坏性影响，尤其是尼罗河、湄公河和其他河流沿岸肥沃的三角洲。毫无疑问，海平面上升已经引发新一轮的不稳定和冲突。不久的将来，低洼地区国家可能整个消失；大规模人口迁徙；对淡水、土地和其他资源前所未有的激烈争夺；农业、渔业和旅游业相关工作岗位大幅缩减；食物和医疗保健的获取更加艰难……它对全球数十亿人构成“无法想象的”风险，对安全、国际法、人权和社会结构产生深远影响。根源问题是气候危机古特雷斯明确表示，各方必须通过采取多方面行动来应对这一与日俱增的不安全因素。“首先，我们必须解决海平面上升的根源问题，那就是气候危机。我们急需以更协调的行动来减少排放，同时确保气候公正”。此外，古特雷斯还提出要着眼于海平面上升在司法和人权层面带来的后果，尤其是陆地面积缩减可能会引发的领土完整与海洋空间争端，以及对被迫流离失所人口的影响。克勒希在随后的发言中也强调了海平面上升引发的全新法律问题。他强调，当前至关重要的是预防措施，而不是等到日后去应对粮食短缺和大规模人口移徙产生的问题。他呼吁，“在预防和保护工作的规划中，我们应该将气候分析纳入进来。我们还应该意识到，作为和平建设的一项关键工具，气候行动有着重要意义”。克勒希重申，科学和数据能够提供不偏不倚的证据来指导决策，“我们拥有数据，也制定了框架，现在我们比以往更加需要的是实施行动的政治意愿”。科研数据告诉我们的事实如克勒希所言，近期相关研究数据的确增进了人们对重要冰川当前状态的理解，并指出了未来气候领域面临的主要挑战。《自然》杂志发表的两篇论文报道称，西南极冰盖思韦茨冰川崩塌可能会让全球海平面升高超过半米。思韦茨冰川损失的冰量不容忽视，其能使海平面在下一个世纪里快速上升，而这一冰川如果完全崩塌，预计会使全球海平面升高约65厘米。崩塌同时可能还会使周围的冰川也变得不稳固，令未来海平面再升高3米。鉴于人们已认识到人类对全球变暖的影响会加速海平面上升趋势，因此在《自然通讯》发表的一项最新研究中，科学家们做了一个模拟：未来高排放场景下，至2150年，南极和格陵兰冰盖预计会使全球海平面升高约1.4米；如果全球气温上升超过工业化前水平1.8℃，预计将出现不可逆的南极海冰损失并急剧加速海平面上升。南极冰盖对全球变暖的反应，一直是估计未来海平面的最大不确定性。与此前的气候模型相比，这些研究提供了前所未有的准确度。但它也告诉人们，在本世纪末前必须将全球升温限制在哪一水平内，才能避免海平面上升带来的灾难。

去年，一则《68岁老人研制出新型色谱仪器 年内出样机》新闻在业内引起了不小轰动，不少人在呐喊助威时，也提出了疑问：冯老汉研制的是哪种色谱仪？目前研制工作进行到了哪一阶段？今天（4月16日），笔者意外接到了冯老的电话，交谈得知，冯老的平面色谱仪已推出试验样机，目前正在进行关键的最后一步研制工作，日前，冯老和周老还接受了《文汇报》记者的采访。以下为《文汇报》4月14日头版文章： 　　冯国利69岁，周海舫79岁，两个老头还在忙，使劲忙。 　　从2008年至今，他俩苦苦研制着一种新型的平面色谱分析仪，如今试验样机已初步完成，其间还申报了两项发明专利 他们想在今年年底前做出正式样机，然后试探市场。 　　“4年多了，就花自己的退休金。”冯国利说，为这台仪器，他放弃了旅游的爱好，这些年没花钱出去玩过一天。 　　没人要他们忙这个，是他们自己要忙，因为心里憋着股气——“就没有中国人做不出来的东西!” 　　被老外激起了“倔脾气” 　　冯国利和周海舫都跟科学仪器打了一辈子交道。 　　1960年起，冯国利一直在上海计量测试和科学器材部门工作 而周海舫自从1957年进了上海分析仪器厂，一直在设计研制国产科学仪器。 　　2001年，有法国人把他们新研制成功的平面色谱分析仪介绍给冯国利，新仪器把高效液相和薄层色谱这两种分析方法集于一体，堪称“构思绝佳”。 　　当年它在上海一个仪器展览会上展出，许多国内高校和科研院所都极感兴趣，然而法国人开价25万元人民币，另加近40万元提供配套器材，让人望而却步。 　　冯国利也很为这台仪器倾心，用起来的确简单、高效。以前做中药成分分析需要10个步骤，在这台仪器上“一推一送”就能做完，而且它能同时分析多个样品，这在当时独树一帜。 　　冯国利想跟法国人搞技术合作，但对方开出50万欧元“图纸费”，一下让他打消了念头，同时激起了他的“倔脾气”。 　　“难道就不能自己做?”念头一生，冯国利便着手筹备。先要组建队伍，可惜这时他最想拉来“入伙”的周海舫生了场大病 直到一年后，老周身体稍好些，工作才渐渐开展起来。 　　每一个零件都颇费心思 　　周海舫的儿子给他们提供了12平方米的空间，充当实验室、办公室和组装车间。面积虽小，但安排得井然有序：房间一角放着台钻床，墙壁上挂满了钳子、榔头、锉刀之类大大小小的工具，柜子里摆了不少计量器具。做精密零件需要洁净室，但条件有限，他们就在一张桌子上面遮块塑料板，用来挡灰尘。 　　万事开头难，而他们开头时，手边就只有那台洋仪器的一张图片 虽然有过近距离接触，但冯国利并不知道它的内部构造。查阅了国内外的有关资料，他们决定用现有的成熟技术来尝试研制。 　　他们先做了一个实验装置，试验原理 然后试制出实验样机，去年从亲戚朋友那里筹集来50万元，开始研发正式样机。 　　事非亲历不知难。每一个零件都颇费心思。小到一颗螺丝钉的长度、一个小弹簧的圈数，大到加压泵的吨位，都得来不易。 　　新仪器的核心部件——展开室，是老工程师的创新设计，花费了无数心血。它的底板上有一道0.2毫米深、5厘米宽、20厘米长的凹槽，难倒了两家工厂的精密加工机床。怎么办?手艺活出色的周海舫决定亲手加工，为了保证凹槽平整光滑，光刻刀的切削角度和刃口，他试验了好几十次，这才攻克难关。 　　又一个难关出现在面前：就凭孤零零一张图纸，找不到工厂愿意承接加工，两位老人不知道跑了多少地方，软磨硬泡，终于有人被他们的精神打动。经过6个月不断完善，国产的平面色谱分析仪终于渐渐从图纸里“走”了出来。　　“感觉在登山，每天总有进步。”这是冯国利对他们这一段经历的总结。 　　国产科学器材可有可无? 　　有人不解：“这两个老头想钱想疯啦?这么大年纪了还在瞎折腾。” 　　误会不曾伤了冯国利和周海舫的心，但当听到国内一些实验室的人开口便说“我们这里200多台色谱仪，都是进口的”，两个老头感觉无比悲凉。冯国利不明白：为什么对“进口的”那么骄傲，国产科学器材难道真就可有可无了? 　　提起自己曾经的工作单位——上海分析仪器厂，周海舫语气里充满自豪，但这种自豪好像只属于过去。冯国利总在收集跟科学仪器有关的资料包括新闻报道，不少“坏消息”令他气结，“眼睛都能看出血来”：这些年国内单位总在进口仪器，国产科学仪器的生存空间被一再压缩，整个行业一再萎缩 而国内诸多仪器制造专业人才，被外资仪器厂商网罗去做了销售员。 　　冯国利说，好多诺贝尔奖获得者用自己设计的工具才发现了别人没能发现的东西，用进口的成型仪器搞研究，我们恐怕只能重复看到那些已被发现的东西。 　　他们很清楚，凭借自己微薄的力量改变不了现状，但仍然强烈地盼望着自己辛辛苦苦研发出来，价格大约只是洋仪器1/3的平面色谱分析仪能被国内的实验室认可和接受，给自己的付出一个交待，给中国人争一口气。 　　两位老工程师说，现在他们还有最后一里路要走，这是最艰难的一里路 至于下一步能不能生产和推向市场，这将要面世的第一台样机会不会也是最后一台，眼下还顾不上想，他们只希望，不要总身处无奈和无助的窘境。