输运测量

随着新能源产业的不断发展，新型太阳能材料的研究正进入快速发展阶段，进而凸显高精度光电测量系统的重要性。Quantum Design秉承科研需求高于一切的精神，同时应广大用户的要求，于2016年的美国物理学年会APS上隆重推出了光电输运选件。日前，国内套光电输运选件在清华大学材料学院功能复合材料课题组完成安装调试并顺利验收。Quantum Design工程师讲解仪器的操作方法Quantum Design公司的综合物性测量系统PPMS可根据客户需求配置不同选件，实现磁学、电学、热学等性质的测量。光电选件是基于PPMS、Versalab平台全新推出的光照下电输运测量选件，该选件在原有的多功能样品杆选件的基础上集成了适应不同光波段的光纤，并标配了卤素灯和单色仪。用户能够根据测量的实际需求调节入射光线波段，并配合高电输运或直流电学选件实现进一步的电输运测量。 光电测量样品杆 在此次更新的光电输运测量选件中，选用100W长寿命卤素灯光源，输出的波谱范围可从350nm一直延伸到1850nm，通过光栅单色仪能够输出约为10nm线宽的单色光，并能够实现整个波谱范围的连续调控，结合系统的变温、变磁场样品腔环境，用户能够在不同温度以及不同磁场条件下，对样品进行不同波段光照下的电输运性质的全自动测量，更加便捷。 光源及连续可调光栅单色系统 不同温度下样品电阻对激发光波长的依赖关系此次更新的光电输运选件能够支持两个4线法样品同时进行测量，如此，用户在同样的物理环境下即可对多种不同组分样品的性质进行更为直观地对比，这就大大提升了实验室样品测试的效率。结合PPMS平台的电输运测量选件，该选件能够帮助用户实现光照下样品电输运性能测量，进一步拓展了PPMS综合物性测量系统在光、电、磁等方面的多场调控能力。期待该选件的顺利安装能够为老师获取更多的科研成果添砖加瓦，也期望有越来越多的用户能够充分利用PPMS系统以及新选件的多种功能，取得更的学术成果！ 相关产品链接： PPMS 综合物性测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17086.htm 完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htm多功能振动样品磁强计 VersaLab 系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C19330.htm MPMS3-新一代磁学测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17089.htm

近代量子力学和凝聚态物理学的建立，大地扩展了人类对材料的认识，将材料研究从力学性能等宏观尺度拓展到了电子行为主导的微观尺度，超导、拓扑材料等新奇物态被相继发现，催生了量子材料器件研究及应用的新领域。电输运性质是材料基本的物理属性之一，量子材料新奇宏观物理效应如Shubnikov-de Haas(SdH)量子振荡、量子霍尔效应、反常量子霍尔效应等，都需要通过电输运测量来研究。此外电输运测量也是一种广泛、有力的研究手段，通过调控外界参量（如温度、磁场、压力等）和材料属性（如掺杂浓度、薄膜厚度等），可实现材料输运性质的可控调节，从而进一步揭示宏观物性背后的微观机理。Quantum Design公司的综合物性测量系统PPMS电输运选件为用户的输运测量提供了一个高效稳定可拓展的平台，助力用户获得高质量数据。Mn掺杂Dirac半金属Cd3As2的可调SdH量子振荡研究中科院金属所张志东、刘伟研究组及其合作单位对不同Mn掺杂浓度的拓扑Dirac半金属（Cd1-xMnx)3As2的SdH量子振荡特性展开系统研究，发现SdH振荡规律随掺杂浓度显著变化，说明材料费米面位置严重依赖Mn掺杂浓度，此外Mn原子在Dirac半金属中诱发了反铁磁性，因而可通过控制反铁磁序参量来调控材料拓扑性质[1]。*数据获取：14T磁场范围的综合物性测试系统（PPMS, Quantum Design），纵向电阻通过标准四端法测量[1]。SdH量子振荡是表征拓扑材料量子输运性质的有力工具，其振荡信号与材料的费米面结构直接相关。从上图不同Mn掺杂浓度的Cd3As2合金的电磁输运测试结果中可以看出，纵向磁阻随磁场演变存在明显振荡行为，且主要振荡随温度升高迅速衰减，振荡频率随Mn掺杂浓度增加迅速降低，表明Mn掺杂浓度严重影响材料费米面位置。SdH量子振荡规律在不同温度（如2K，4K）的横向对比对系统的温度控制提出了很高要求，不仅需要温度值准确，更依赖于控温稳定，PPMS系统控温稳定性高，在20K以上温度控制精细可达±0.02%，20K以下则为±0.2%。此外，根据SdH振荡数据分析费米面面积等物理参量，需要振荡数据光滑，才能进行高品质拟合，PPMS系统超导线圈激励磁场线性平稳的演变对高度的数据获取尤为重要。电场调控大掺杂浓度铱氧化物Mott缘体的电子相图研究元素掺杂可以实现对材料输运性质的调控，但受化学互溶性限制，载流子浓度调控一般在很小范围（几个%）。相较之下，栅压电场调控载流子浓度具有更多优势，原则上它可以在不影响材料有序程度的基础上可控可逆的改变载流子浓度，且不受互溶度限制，可以较大程度影响载流子水平。清华大学物理系于浦教授课题组及合作者通过电场调控下的电输运研究，次刻画了大掺杂浓度范围内铱氧化物Mott缘体的电子态的演化情况，全面描绘材料的电子相图，对关联材料的研究具有广泛启发性意义[2]。*数据获取：全新一代综合物性测试系统（PPMS DynaCool, Quantum Design），测量结构霍尔棒利用光刻技术，尺寸为1.6 mm*0.4 mm，并溅射一层Pt膜作为栅电，整个结构浸入DEME-TFSI离子液体中，原位测量栅电压调控下的输运行为[2]。 在本文中，作者通过电场调控方法先将质子注入到 [SrIrO3/SrTiO3] 超晶格中，基于电中性原理，等量电子会被吸引并填充到靠近费米能的能带上，从而借助质子插入，实现对特定能带的电子填充。通过栅压电场调控下电输运的实时测量数据发现，随着电子掺杂浓度的增加，材料先会从一个反铁磁Mott缘体被调控到一个高温区显示金属态、低温区显示弱缘化的电子态，继而又重新回到缘态，并随着整个能带的填满而变为一个能带缘体。不同掺杂浓度的电子相图的全面刻画，源于不同电场调控下输运数据的详细测量。PPMS测量系统不仅提供高效准确的输运数据测量，而且用户可根据测量需要设计实验，增加栅压电等，从而实现定制化测量。二维磁性纳米片CrSe2的层厚依赖可调磁序研究除载流子浓度调控获得可调输运性质之外，低维量子材料物性的层厚依赖也是一个重要的研究方向。湖南大学段曦东教授及其合作单位在对二维磁性纳米片CrSe2的研究中发现，性质稳定的CrSe2纳米片可以很容易生长到无悬挂键的WSe2衬底上，其厚度可以可控地调节到单层限。性质稳定、厚度可调的CrSe2纳米片将在大程度上拓展二维磁性材料的实际应用前景，有望用于构建高自旋注入效率的自旋电子器件[3] 。*数据获取：全新一代综合物性测试系统（PPMS DynaCool, Quantum Design），配备有一个或两个锁相放大器（SR830, Stanford）[3]。 本文提出的在二维WSe2上气相外延生长的二维范德华磁性CrSe2纳米片，具有良好的范德华接触界面，厚度可调并具有良好的空气稳定性。从上图不同层厚纳米片的反常霍尔电阻的对比可以看出：随层厚增加，材料霍尔电阻幅值明显提升，表明材料由弱铁磁性变化到强铁磁性；另一方面随温度增加，反常霍尔电阻信号明显减弱，并在居里温度完全消失。纳米片在空气中放置六个月其电磁输运性质几乎没有变化，进一步验证了该材料的空气稳定性，同时也可以看出PPMS系统电输运测量的稳定性与可重复性，一个稳健的精细可控平台是输运实验研究的重要基础。电输运测量选件是Quantum Design综合物性测量系统PPMS广泛使用选件之一，因为制样简单、测试通道多以及自动化程度高而深受用户欢迎。电输运样品托享有技术，全自动测量电阻率、霍尔系数等参量，配合基系统的变温（1.8-400K）和变磁场（PPMS大磁场16T， PPMS DynaCool大磁场14T）环境，可实现材料电磁输运特性的全面刻画。PPMS的电输运测量不仅是一个高度自动化的平台，也是一个开放的平台：结合van der Pauw-Hall选件，方便快捷的采用van der Pauw法测量形状不规则但厚度均匀的样品电阻率和霍尔性质；结合转杆选件，搭配不同样品板，可以测量面内面外各向异性磁阻；结合高压腔，可以开展压力依赖的电输运研究。PPMS的电输运测量也是一个可拓展的平台，在基本配置的基础上，用户可以根据自己的需要，定制化的增加电流源、电压源以及锁相放大器等设备。为满足客户定制化需求，Quantum Design公司也推出了多种型号的多功能样品杆，允许用户将外界仪表电源引线、光纤或者波导通过定制板引入样品空间，进行栅电场调控、光电输运特性等定制化测量。为方便用户对多种样品杆的制样情况进行外部检测，Quantum Design公司新推出了一系列针对外接仪器仪表的测试台和接线盒设备，欢迎各位用户咨询采购。 参考文献：[1]. J. Guo et al., Tunable quantum Shubnikov-de Hass oscillations in antiferromagnetic topological semimetal Mn-doped Cd3As2. Journal of Materials Science & Technology 76, 247-253 (2021).[2]. M. Wang et al., Manipulate the Electronic State of Mott Iridate Superlattice through Protonation Induced Electron‐Filling. Advanced Functional Materials, 2100261 (2021).[3]. B. Li et al., Van der Waals epitaxial growth of air-stable CrSe2 nanosheets with thickness-tunable magnetic order. Nature Materials, 20, 818-825 (2021).

2016年美国物理学年会上，Quantum Design公司隆重推出一款全新的应用于PPMS和VersaLab平台的光电输运性质测量选件。该选件包含了一根集成有光纤及样品托的多功能样品杆以及光源和单色仪，结合PPMS和VersaLab平台的电输运测量功能，该光电输运选件将能够帮助用户实现光照下对样品电输运性质的研究。该选件的推出，进一步拓展了PPMS综合物性测量系统在光、电磁等多种环境下对样品物理性质的研究，也给用户提供更多的研究思路。PPMS、Versalab平台光电输运性质测量选件 在此次更新的光电输运性质测量选件中，光源为100W卤素灯光源，输出的波谱范围从350nm一直延伸到1850nm，通过单色仪，能够输出约为10nm线宽的单色光线，并能够在整个波谱范围进行变化。结合PPMS和VersaLab系统的变温或者变磁场样品腔环境，我们将能够在不同温度以及不同磁场条件下对样品进行不同波段光辐照下的电输运性质研究。PPMS平台正在用光电输运性质测量选件进行光电性质测量 该光电输运选件能够同时支持两个4线法测量的样品同时进行测量，方便用户在同样的物理环境下对多种不同组分样品进行更直观的对比，也大大提升了样品测试的效率。我们也期待有越来越多的用户利用PPMS系统以及我们新的选件做出更多更的科研成果。不同温度下的光电阻测量数据 相关产品PPMS 综合物性测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C17086.htm完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/C18553.htm多功能振动样品磁强计 VersaLab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C19330.htm关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

近日，大连化物所超快时间分辨光谱与动力学研究组（1110组）金盛烨研究员、田文明研究员等在高压环境下光生载流子输运研究中取得新进展。该团队通过时空分辨荧光扫描成像技术，实现了高压环境下载流子输运的直接观测，并发现钙钛矿在高压环境下仍然可以保持良好的载流子输运性能。压力作为重要的热力学影响因素，可以有效缩短原子间距，增强电子轨道耦合，进而改变物质的电子和晶体结构，从而揭示材料结构与性能的关系，并在发现新结构、新现象和阐释新机制方面发挥着重要作用。研究发现，压力可以有效改变钙钛矿材料的光电特性，并且在一定的压力范围内可以提升器件的光电性能。钙钛矿材料的载流子寿命，载流子迁移率和迁移距离是决定器件性能的重要参数。因此，了解这些核心参数在压力作用下如何变化，对于理解压力对钙钛矿器件光电性能的影响至关重要。高压下材料性质研究主要在金刚石对顶砧压腔内完成，受到压腔空间以及传压介质限制，采用传统方法测量高压下载流子输运性能具有巨大挑战。　　本工作中，该团队通过将金刚石对顶砧与时空分辨荧光扫描成像等技术相结合，在高压环境下直接观测到三维钙钛矿MAPbI3单晶中的载流子输运过程，并发现在0.4至5.7GPa压力范围内，三维钙钛矿MAPbI3单晶的扩散系数比常压提高30%以上，载流子依然可以保持5至8μm迁移距离。同时，团队结合高压下X射线衍射和拉曼光谱等表征技术，证明了MAPbI3单晶在0.3至0.4GPa发生了由四方相到立方相的结构转变，在大约3GPa发生了等结构相变。本工作揭示了压力对三维钙钛矿MAPbI3载流子输运的影响，并为利用压力来调节或优化钙钛矿的光电特性提供了新思路。　　相关研究成果以“Excellent Carrier Transport Property of Hybrid Perovskites Sustained under High Pressures”为题，于近日发表在《美国化学会能源快报》（ACS Energy Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所1110组联合培养博士研究生尹延峰。上述工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02359

期刊：ACS NanoIF：18.027文章链接: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09131 【引言】MoS2是一种典型的二维材料，也是电子器件的重要组成部分。研究者发现，当MoS2与石墨烯接触会产生van der Waals作用，使之具有良好的电学特性，可广泛应用于各类柔性电子器件、光电器件、传感器件的研究。然而，MoS2-石墨烯异质结构背后的电输运机理尚不明确。这主要是因为传统器件只有两个接触点，不能将MoS2-石墨烯异质结构产生的电学输运特性与二维材料自身的电学特性所区分。此外，电荷转移、应变、电荷在缺陷处被俘获等因素也会对器件的电输运性能产生影响，进一步提高了相关研究的难度。尽管已有很多文献报道MoS2-石墨烯异质结构的电输运性能，但这些研究主要基于理论计算，缺乏对MoS2-石墨烯异质结构的电输运性能在场效应器件中的实验研究。 【成果简介】2021年，意大利比萨大学Ciampalini教授课题组利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3 制备出基于MoS2-石墨烯异质结构的多场效应管器件，在场效应管器件中直接测量了MoS2-石墨烯异质结构的电输运特性。通过比较MoS2的跨导曲线和石墨烯的电流电压特性，发现在n通道的跨导输运被抑制，这一现象明显不同于传统对场效应的认知。借助第一性原理计算发现这一独特的输运抑制现象与硫空位相关。本文中所使用的小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3无需掩膜版，可在光刻胶上直接曝光绘出所要的图案。设备采用集成化设计，全自动控制，可靠性高，操作简便，同时其还具备结构紧凑（70cm X 70cm X 70cm）、高直写速度，高分辨率（XY：图4. MoS2的输运特性。（a）室温条件下，MoS2在0-80V的VG范围内的I-V特性曲线。（b）转移特性显示出强烈的迟滞。红色箭头表面扫频方向，红色虚线为场效应移动的预计值。其中插图为测量器件的光学照片，电极用黑色圆点表示。图5. MoS2覆盖层对石墨烯的电子输运的影响。（a，b）石墨烯上不同MoS2覆盖面积的器件光学照片。（c-g）石墨烯上不同MoS2覆盖面积的转移特性，黑色覆盖率0%，橘色48%，蓝色 55%，黄色69%，紫色79%。图6. 硫空位对场效应的影响。（a）MoS2-石墨烯界面的能带结构和态密度。（b）不同门电压条件下，场效应所导致的电子和空位的分布。蓝色表示电子，红色表示空位。（c，d）在不同门电压条件下，MoS2-石墨烯界面的侧视图以及硫空位（绿色）的位置。图7. 不同硫空位密度条件下，石墨烯导电性能计算值。 【结论】Ciampalini教授课题组首先制备了MoS2-石墨烯二维材料的异质结构，在此基础上使用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3制备了多场效应管器件。通过对多场效应管器件的直接测量，发现了MoS2覆盖层对石墨烯电输运性能的独特抑制作用。为了更好地理解这一独特电输运现象，采用第一性原理的方法，计算了硫空位对石墨烯导电性能的影响。该工作为后续的石墨烯场效应电学及光电器件的研究和应用打下良好的基础。同时，从文中也可以看出，课题组最主要的优势是能够制备出基于MoS2-石墨烯异质结构的多场效应管器件。在制备该器件过程中，需要及时修改相应的参数，得到优化的实验结果，十分依赖灵活多变的光刻手段，小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3可以任意调整光刻图形，对二维材料进行精准套刻，帮助用户快速实现器件制备，助力电输运研究。小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3

设计并驱动微纳米结构表面实现物体的定向输运在微电子、生物医药及防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域中，提高定向输运的速度能进一步提高输运效率。此外，通过对微结构和驱动方式的创新性设计，实现对多种不同形状的物体在不同环境中的定向输运也具有重要意义。 近日，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授课题组提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法。该方法能够对厘米级的固体物块进行快速定向输运，其输运速率相对于已有文献中的输运速率有大幅度的提升。微结构表面主要由磁响应微板阵列结构和纯PDMS基底组成，单个微板高度为950微米，厚度为150微米。该研究结合微尺度3D打印技术制备实验样件，所使用的3D打印设备（nanoArch S140，摩方精密）的光学精度为10μm，能实现94×52×45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了板状微结构阵列，并通过倒模制备出含有磁颗粒的PDMS微结构试样，然后通过磁场控制微结构的变形储能以及能量的快速释放，实现定向输运的功能。该成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”为题发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作由北京理工大学先进结构技术研究院李程浩博士作为第一作者完成。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c09648图1.微结构制备及实验装置示意图图2.固体物块定向输运及驱动过程分析图3.通过磁场控制微结构表面实现不同形状物体的定向输运，及不同重量物体的筛选分离（空气环境和水下） 该研究提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法，并揭示了输运机理：通过磁场控制微结构变形储存弹性能，然后通过控制微结构逐个回弹，使得储存在微结构中的弹性能依次快速释放，并驱动物体连续向前运动，以此实现固体物块的快速定向输运。此方法具有广泛的适用性，能够在空气和水环境中同时输运不同形状的物块，且能够较好控制输运速度，对于更加智能甚至编程化的定向输运技术具有重要意义。

设计并驱动微纳米结构表面实现物体的定向输运在微电子、生物医药及防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域中，提高定向输运的速度能进一步提高输运效率。此外，通过对微结构和驱动方式的创新性设计，实现对多种不同形状的物体在不同环境中的定向输运也具有重要意义。近日，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授课题组提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法。该方法能够对厘米级的固体物块进行快速定向输运，其输运速率相对于已有文献中的输运速率有大幅度的提升。微结构表面主要由磁响应微板阵列结构和纯PDMS基底组成，单个微板高度为950微米，厚度为150微米。该研究结合微尺度3D打印技术制备实验样件，所使用的3D打印设备（nanoArch S140，摩方精密）的光学精度为10μm，能实现94×52×45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了板状微结构阵列，并通过倒模制备出含有磁颗粒的PDMS微结构试样，然后通过磁场控制微结构的变形储能以及能量的快速释放，实现定向输运的功能。该成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”为题发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作由北京理工大学先进结构技术研究院李程浩博士作为第一作者完成。图1.微结构制备及实验装置示意图图2.固体物块定向输运及驱动过程分析图3.通过磁场控制微结构表面实现不同形状物体的定向输运，及不同重量物体的筛选分离（空气环境和水下） 该研究提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法，并揭示了输运机理：通过磁场控制微结构变形储存弹性能，然后通过控制微结构逐个回弹，使得储存在微结构中的弹性能依次快速释放，并驱动物体连续向前运动，以此实现固体物块的快速定向输运。此方法具有广泛的适用性，能够在空气和水环境中同时输运不同形状的物块，且能够较好控制输运速度，对于更加智能甚至编程化的定向输运技术具有重要意义。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

中国科学技术大学教授曾长淦、副研究员李林研究团队与北京大学教授冯济课题组合作，通过构筑氮化硼绝缘层间隔的多种石墨烯基电双层结构，首次揭示了在层间拖拽这一复杂的多粒子输运过程中存在显著的量子干涉效应。相关研究成果日前在线发表于《自然-通讯》。量子干涉效应是量子力学中波粒二象性的直接体现。在固体材料中，弱局域化、普适电导涨落和Aharonov-Bohm效应等独特量子输运现象，都源于载流子扩散路径之间的量子干涉。然而这些量子干涉行为均发生在单一导体内的载流子输运过程，可以在非相互作用的单粒子框架下很好地解释。与之相比，诸如层间拖拽效应这种路径更为复杂的多粒子耦合输运中是否会展现出类似的量子力学行为，是一个重要的基础科学问题。所谓拖拽效应，是指对于两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成的电双层结构，在其中一层（主动层）施加驱动电流，层间载流子之间的动量/能量转移会诱导另一层（被动层）载流子移动，从而在被动层产生一个开路电压或闭路电流。此前，拖拽效应被广泛用于研究载流子长程耦合特性，发现如间接激子波色爱因斯坦凝聚等层间关联量子态。然而，对这一独特输运过程本身的外场响应特性及可能的量子效应研究还十分缺乏。石墨烯基二维电双层结构为在二维极限下深入相关研究提供了很好的平台，作为天然且理想的二维电子气，石墨烯本身载流子类型和浓度均高度可调，且利用氮化硼作为绝缘层，两层石墨烯之间的间距可以低至数纳米，从而使得在更广阔参数空间内表征层间拖拽特性成为可能。此次研究中，研究团队构筑了双层石墨烯/氮化硼/双层石墨烯（以下称双层/双层）、单层/单层以及单层/双层等多个石墨烯基电双层结构。通过系统的外磁场下拖拽响应特性测试，研究团队发现在很大的温度/载流子浓度范围内，低磁场区间内拖拽磁电阻均会明显偏离经典库伦拖拽行为，并且这种偏离的符号直接取决于石墨烯层的能带拓扑性。如对于双层/双层和单层/单层体系，拖拽电阻在电子-电子区间的修正均表现为低场的电阻峰，而对于双层/单层体系，则为电阻谷。通过对拖拽输运过程的系统性分析，研究团队发现观察到的低场修正可以很好地归因于由时间反演和镜面对称联系起来的两个层间拖拽过程之间的量子干涉，而其干涉路径则由空间分隔的两个石墨烯层层内载流子扩散路径共同组成。这种层间量子干涉的产生依赖于两层石墨烯中空间重叠的扩散路径的形成，其中中间绝缘层的杂质势散射起到至关重要的作用。研究人员认为，这一新型量子干涉效应的发现，将固体材料中的量子干涉行为，从单一导体内单一粒子输运行为，拓展到多个导体间多粒子耦合输运过程，进一步丰富了量子干涉的物理内涵。此外，相比于传统层内量子干涉导致的磁阻修正，层间量子干涉导致的拖拽磁电阻的修正显著增大，从而有望为发展新原理存储器件提供新的思路。

当前，信息技术的高速发展对半导体器件的热管理提出了更高的要求：一方面需要使用更好的散热材料（如石墨烯、金刚石等），另一方面需要降低接触界面热阻。对于小尺寸的高功率器件而言，界面的导热能力实际上已经成为制约器件性能提升的瓶颈，因此，研究其界面导热机制尤其重要。在半导体器件中，界面热导主要是由异质结界面附近的几个原子层产生的界面声子决定的。但目前人们对于界面声子如何影响界面热导知之甚少，主要原因是缺乏有效实验测量界面声子的手段。图 (a) AlN/Si异质结界面处的原子分辨图；(b) AlN/Si异质结界面的EELS谱；(c) AlN/Si和AlN/Al异质结四种不同界面模式的声子态密度分布及对界面热导的贡献近来，北京大学物理学院量子材料科学中心、电子显微镜实验室高鹏教授课题组，发展了兼具空间分辨和动量分辨能力的四维电子能量损失谱技术（Nature Communications 2021, 12, 1179 发明专利：ZL202011448013.7），并展示了可应用于异质结界面声子色散的测量（Nature 2021, 559, 399)。最近，他们和清华大学、南方科技大学等合作，利用该谱学方法测量了第三代半导体氮化铝（AlN）与硅（Si）衬底、金属铝（Al）电极等界面的晶格动力学行为，并探索了不同界面的声子传输行为及其对界面热导的贡献。联合研究团队发现AlN/Si和AlN/Al的界面声子模式迥然不同，从而导致界面热导数倍的差异。通常，界面声子可以分为四类：扩展模式、局域模式、部分扩展模式和孤立模式。其中，扩展模式和局域模式与界面两侧的体态声子都有很强的关联，使得一侧的声子通过弹性/非弹性散射穿过界面到达另一侧，充当连接两侧体态声子的桥梁，从而有助于提升界面热导；而部分扩展模式和孤立模式对界面热导贡献很小。联合研究团队首先在AlN/Si异质结界面上观测到了界面模式具有明显的桥效应：界面存在原子尺度局域的声子模式，与界面两侧AlN和Si的不同能量的体声子都能发生非弹性散射从而交换能量；此外，也观察到了明显的界面扩展模式。这两种模式都能有效促进界面热量的传输。而在AlN/Al界面，并没有观察到明显的由局域模式或扩展模式构成的声子桥，其界面声子模式主要为部分扩展模式，对热量的传输效率较低。这些结果解释了为什么AlN/Al的界面热导要远小于AlN/Si。该工作深化了对界面声子传输和热输运的理解，尤其为基于氮化物的高电子迁移率晶体管和大功率发光二极管等高功率半导体器件的热管理提供了有价值的信息。2022年2月18日，相关成果以“原子尺度探测氮化物半导体异质结界面声子桥”（Atomic-scale probing of heterointerface phonon bridges in nitride semiconductor）为题，在线发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士研究生李跃辉为第一作者，高鹏为通讯作者，其他主要合作者包括北京大学物理学院的研究助理亓瑞时、2018级博士研究生时若晨，清华大学胡健楠博士、马旭村教授、罗毅院士，以及清华大学和南方科技大学薛其坤院士等。上述研究工作得到国家自然科学基金，以及量子物质科学协同创新中心、怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台、北京大学高性能计算平台等支持。论文原文链接：https://www.pnas.org/content/119/8/e2117027119

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch® S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/官网：https://www.bmftec.cn/links/10

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch® S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/ 官网：http://www.bmftec.cn/smart

离子输运是物理、化学和生命科学研究的一个基本过程，其性质对储能、催化和阻变存储等器件性能有重要的影响。在实验上高分辨表征离子输运过程和表界面电化学反应对揭示器件工作机理和开发新型器件具有重要的意义。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)表面物理国家重点实验室多年来致力于原位透射电镜-扫描探针联合技术的开发与纳米表征研究。利用原位透射电镜(in-situ TEM)方法可以将纳米器件置入电镜内对器件工作的动态过程进行原位高分辨观测表征，研究器件的工作机理。最近，他们通过优化扫描探针的机械和电子学设计方案，改善仪器的性能，提高了观测的稳定性和分辨率，在离子输运动力学及其相关的阻变存储器机理研究方面取得新进展。 　　阻变存储器(RRAM)因其具有低功耗、高集成度、低写入电压、可3D集成等诸多优点，有潜力成为下一代非易失性存储器。它主要是利用某些薄膜材料在电激励的作用下会出现不同电阻状态(高、低阻态)的转变现象来进行数据的存储。RRAM器件一般具有&ldquo 金属&mdash 介质&mdash 金属&rdquo 的三明治结构。这种三明治结构的绝缘介质层可以是二元或者多元的金属氧化物，或者是硫属化合物，以及有机化合物等。根据在绝缘体层传导的离子不同，又常将RRAM分成阳离子型存储器与阴离子型存储器。离子传输引起导电物质迁移从而形成导电通道，这是被广泛接受的模型，但是对于离子输运和导电通道形成的动力学过程目前仍然缺少直接的实验证据。 　　在过去的几年里，研究人员利用原位透射电镜方法研究了金属氧化物和硫化物中氧离子、金属离子的电迁移和电极界面氧化还原反应过程，以及这些过程导致的阻变效应【JACS 132, 4197 (2010) ACS Nano 4, 2515 (2010) APL 99, 113506 (2011) JAP 111, 114506 (2012), etc.】，这些工作是阻变存储器机理研究的有益探索。最近，他们开展了Ag/SiO2/p-Si体系的阻变机理研究，在透射电镜内原位观测Ag纳米颗粒的生长、迁移的动力过程及其伴随的电致阻变效应。针对一个独立的SiO2中包埋的Ag颗粒进行观察，在电场下银颗粒逐渐收缩，沿电场前方有小颗粒析出并逐渐长大，同时刚生长的颗粒前方又开始有新的小颗粒析出。该颗粒充当&ldquo 中继站&rdquo 的作用，其后方的颗粒物质传递过来，同时又输送给前方颗粒使其逐渐长大，沿着电场方向依次进行，递推前移。其物理过程是，银颗粒表面在电场下产生极化，沿电场方向的两侧表面分别呈现正和负极性，即一个金属颗粒表现为双极性，当极化强度足够大时，在正负电极处发生氧化还原反应，即正极一侧氧化生成银离子，电场驱动其迁移，负极一侧又将传输过来的银离子还原。银离子在电化学势作用下发生迁移，并和氧化还原反应同时进行，形成了边消耗边生长的逐步移动过程。从能带的角度给出了离子输运动力学过程的物理图像，还进行了有限元方法模拟计算，指出这些银颗粒作为双极性电极需要满足的临界尺寸，与实验结果一致。这项研究应用自行研制的原位透射电镜仪器表征了固体介质中金属离子输运及其伴随的电化学传质过程，对深入理解离子型阻变存储器机理具有重要意义。该工作是由博士生田学增、副研究员许智、研究员王文龙和白雪冬等完成的，相关结果发表在近期的Advanced Materials 26, 3649 (2014)上。 　　这项工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院的资助。　 图1. 实验测试示意图和Ag颗粒电迁移过程的原位TEM图像，Scale bar: 10 nm　　 图2. 包埋在SiO2中的Ag颗粒及其双极性极化示意图　　 图3. 纳米Ag颗粒电化学传质过程的高分辨成像　　 图4. Ag离子输运及其伴随的电化学传质过程的物理模型

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室研究员白雪冬课题组利用像差矫正透射电子显微镜实时原子成像技术和分子动力学模拟方法，揭示了CeO在激活条件下氧原子各向异性扩散的原子机制。该工作以Visualizing Anisotropic Oxygen Diffusion in Ceria under Activated Conditions& nbsp 为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该研究利用像差校正电镜对CeO2纳米颗粒进行表征，实现了Ce原子和O原子直接原子分辨成像，同时发现透射电镜高能电子束传递给氧化铈中氧原子足够多的能量导致氧原子析出并伴随氧化铈产生萤石相CeO2和铁锰矿相Ce2O3的相转变(图1)。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/0eb98acd-9ef6-4be9-a733-b5c8381dabca.jpg" title=" 图1：CeO2结构演变的原子分辨TEM成像。.png" alt=" 图1：CeO2结构演变的原子分辨TEM成像。.png" / /p p style=" text-align: center " strong 图1：CeO2结构演变的原子分辨TEM成像 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 利用电子束进行动态观察表征，同时作为诱导氧离子迁移的手段，捕获了反应中的氧原子和它的实时扩散路径（图2）。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/b0a3291d-134c-458c-b79f-9f8bb5785e8f.jpg" title=" 图2：O原子扩散与Ce原子重排过程的原位TEM成像以及分子动力学模拟.png" alt=" 图2：O原子扩散与Ce原子重排过程的原位TEM成像以及分子动力学模拟.png" / /p p style=" text-align: center " strong 图2：O原子扩散与Ce原子重排过程的原位TEM成像以及分子动力学模拟 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原位实时观察到氧化铈中氧原子扩散的优先路径，通过实验观测和分子动力学模拟，发现了萤石结构氧化铈中氧原子以& lt 001& gt 方向作为优先传输通道。结合第一性原理计算，揭示了其物理原因在于氧原子扩散过程中伴随的电子重新分布使局域库仑作用力发生改变，导致晶格扰动，氧原子扩散路径选择扰动能量最低的方向（图3）。 !--001-- /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/add1c0c8-118d-40ef-8cc3-3f1c93518814.jpg" title=" 图3：CeO2表面活性的原位TEM表征及氧原子输运动力学的分子动力学模拟.jpg" alt=" 图3：CeO2表面活性的原位TEM表征及氧原子输运动力学的分子动力学模拟.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图3：CeO2表面活性的原位TEM表征及氧原子输运动力学的分子动力学模拟 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这种氧原子扩散过程中伴随的配位价态的变化也得到了原位电子能量损失谱分析结果的佐证（图4）。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/013a5cd5-05ec-41c9-91c0-71f9524f160e.jpg" title=" 图4：电子能量损失谱揭示中间化学键状态的变化.png" alt=" 图4：电子能量损失谱揭示中间化学键状态的变化.png" / /p p style=" text-align: center " strong 图4：电子能量损失谱揭示中间化学键状态的变化 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 本研究揭示的萤石结构二氧化铈中氧原子各向异性传输机制对于其各向异性相关的性质和功能调控具有指导作用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上述工作得到中科院、科技部、国家自然科学基金委、北京自然科学基金委和中科院青促会的资助。表面室SF1组研究生朱亮和纳米室N04组研究生金鑫是该文章的共同第一作者。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/download/shtml/934197.shtml" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 文章链接 /span /a /p

文 章 信 息原子通道中锂的超致密输运用于无枝晶锂金属电池第一作者：周诗远，陈玮鑫，施杰通讯作者：廖洪钢 教授通讯单位：厦门大学研 究 背 景作为商用锂离子电池的替代品，以锂金属作为负极的储能体系被认为是下一代高能量密度电池的有效解决方案。尽管锂金属电池（LMBs）有着广阔的前景，但由于锂枝晶生长所带来的严重安全问题仍然阻碍了其实际应用。与电子迁移相比，高活性的锂离子在负极侧的扩散速度较慢，且主要通过表面进行。锂离子在电极/电解质界面的不均匀、不可控聚集会导致明显的枝晶生长。锂离子在负极表面的扩散速度远快于体相扩散，因此，调节锂离子在负极表面的扩散通常被认为是诱导锂金属均匀沉积的主流方法，而其在负极体相中的扩散通常被忽略。文 章 简 介有鉴于此，厦门大学廖洪钢教授（通讯作者）、孙世刚院士团队，联合北京化工大学陈建峰院士团队，采用密度泛函理论计算、第一性原理分子动力学模拟，结合原位TEM等表征手段系统地揭示了超致密锂在原子通道中的沉积/剥离行为。通过在高温下用氨处理的方法预隧穿石墨层（层间距约为~7 &angst ），同时引入孔隙和亲锂位点，构建了用于超致密锂输运的层间和层内原子通道（体扩散锂导体，BDLC）。首先，DFT计算和AIMD模拟研究了超致密锂在原子通道层间和层内的扩散行为。由于BDLC的高亲和性和较低的迁移势垒，与表面扩散相比，通过原子通道的体相扩散可能成为锂输运的一个新的主导路径，具有较高的扩散动力学优势。用原位透射电镜观察了超致密锂在BDLC中的高度可逆、无枝晶的沉积/剥离过程，并通过对散射衬度和电子衍射的分析，进一步证明了超致密锂的存在形态。当与高于20 mg cm-2的高负载LiFePO4 正极匹配时，面容量最高可以达到3.9 mA h cm-2（1.1倍锂过量），并在370次循环中实现100%的容量保持率（1.3倍锂过量）。本文展示的体相扩散策略将提供一个新视角，为抑制锂枝晶的研究提供新的思路。图1 传统石墨嵌锂行为与原子通道锂输运的对比本 文 要 点要点一：碳层间/层内锂扩散的DFT计算和AIMD模拟采用AIMD模拟以研究不同锂层的扩散性质。当三层锂嵌入时，层间距需要增加到6.79 &angst ，层间距的增大会降低Li在石墨层间的扩散能垒。对于高密度Li的跨层扩散主要通过BDLC的孔隙进行，这由沿 z 轴的均方位移随时间变化的统计定量证明。计算和模拟结果证明了超致密Li可以在BDLC的原子通道中的实现近似表面的高效扩散和增强的动力学行为，这可能会导致其不同的沉积/剥离行为。图2 Li通过BDLC原子通道扩散的DFT计算和AIMD模拟要点二：构筑具有原子通道的BDLC基于热激发的NH3分子，引入了一种分子凿孔策略基于标准石墨层构建原子通道。与 GC 明确定义的石墨层相比，BDLC呈现出扭曲的层间结构和扩大的层间距，同时不会破坏石墨层的导电结构。BDLC的三个典型层间通道可以概括为（Ⅰ）凸起通道，（Ⅱ）单层石墨烯支撑通道和（Ⅲ）多层石墨烯支撑通道。基于分子凿孔策略，构建了与计算模型一致的原子通道。图3 BDLC和GC的结构表征要点三：原位TEM观测超致密Li的沉积和剥离行为采用了原位 TEM来研究Li在 BDLC 中的沉积/剥离行为，10 个循环过程中的可逆性，以及原位选区电子衍射分析Li在原子通道中的存在形态。BDLC上沉积的锂呈现出不规则的形状并经历连续的结构变化。这与典型的锂晶体不同，由于zuidi表面能规则，锂晶体通常具有择优的晶面取向。在 BDLC 的原位 SAED 研究中观察到倒易杆的出现。样品的形状效应，特别是对于超薄二维晶体，会导致电子衍射偏离布拉格条件（2dsinθ=nλ）。当锂金属出现在BDLC的原子通道中时，会使其足够薄并诱导具有一定宽度范围内的衍射束的强度分布。因此，SAED验证了 BDLC 原子通道中存在一定层数的超薄二维金属锂。进一步通过对质厚衬度的分析估算了锂和碳原子的含量比，相应地估计体相 Li/C原子比至少为 0.67，是传统 C6LiC6 结构（0.167）的4倍。进一步表明 BDLC 原子通道内的超致密锂。相比之下，对于具有标准石墨层的 GC 纳米片，在锂沉积过程中，GC的边缘会逐渐变得粗糙，但很少能观察到 GC 上明显的衬度变化。当剥离开始时，锂会在GC的表面爆炸式的快速增长，以锂枝晶或死锂的形式残留在GC 的表面。GC呈现出多个单独的Libcc（体心立方）衍射点的叠加，这是从不可逆生长的锂枝晶中所获得。图4 锂沉积/剥离过程的原位TEM表征要点四：BDLC的电化学性能研究在酯类电解液中研究了BDLC的电化学性能，BDLC||Li在1 mA cm-2，2 mAh cm-2的CE在150次循环后为98.5%，而GC||Li的CE下降到91%，Cu||Li的CE会在 60个循环左右下降至40.9%。在2，5和8 mA cm-2更高的电流密度下（1 mAh cm-2），BDLC||Li 在100次循环后CE分别保持在 99.6%、98.6和85.9%。在高LFP面积负载、有限Li过量、长循环和高倍率等苛刻条件下，Li@BDLC||LFP展现出了更为优异的全电池性能。非原位TEM研究进一步表明 BDLC的原子通道可以促进在不同倍率下均匀的锂沉积/剥离过程，减少表面上的局部不均匀成核，进而实现无枝晶的全电池循环。图5 BDLC和GC的电化学性能图6 Li@BDLC||LFP和Li@GC||LFP放电后的非原位 TEM研究结 论本文从不同于传统集流体表面改性的角度出发，在石墨内部构建了原子通道以实现超致密锂的体相输运，从而实现无枝晶LMBs。通过DFT计算和AIMD模拟，分析了原子通道中多层致密锂的动态扩散行为。采用原位 TEM进一步可视化了超致密锂通过BDLC原子通道的沉积/剥离过程。当与高负载LFP正极匹配时，它在有限Li 过量下和高倍率条件下显示出了理想的应用潜力。这项工作验证了区别于表面扩散，即通过原子通道进行体相扩散的可能性，为无枝晶LMBs的研究提供了一条新途径。DOI: 10.1039/D1EE02205A

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch® S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from localreconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/

近日，中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室在有机分子晶体器件的载流子输运研究中取得重要进展。相比于传统基于无序半导体材料的场效应晶体管中掺杂引起的缺陷钝化(trap-healing)现象，由有序单晶电荷转移界面制备的场效应晶体管整体电导、迁移率高，并具有跨导不依赖于栅压的电学特性，这表明迁移率的提高取决于trap-healing效应，且存在其他影响电学性能的机制。中科院院士、微电子所研究员刘明团队制备了基于p型和n型有机分子构成的单晶电荷转移界面的晶体管器件，探究了电荷转移界面以及栅氧界面电场的相互作用对晶体管工作时载流子及电导分布特性的影响。相较于界面，单晶体内的缺陷态减少3个数量级以上，这意味着更小的散射概率和更高的器件迁移率。研究通过开尔文探针显微镜对表面电势的栅压依赖性表征和二维数值仿真证实，电荷转移界面的内建电场与栅氧界面电场发生有效耦合，提高了载流子体传输比例，减少了界面无序因素对载流子传输的限制作用，大幅提升了器件的跨导。相关研究成果以Surface Doping Induced Mobility Modulation Effect for Transport Enhancement in Organic Single Crystal Transistors为题，发表在Advanced Material上。研究工作得到国家重点研发计划、微电子所微电子器件与集成技术重点实验室开放课题、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技项目的支持。图1.电荷转移晶体管的迁移率调制效应的原理图图2.利用扫描开尔文探针显微镜对电荷转移界面的表面电势的表征分析

分子半导体材料具有超长的室温自旋寿命，在实现室温高效自旋输运和调控方面具有极大潜力，其结构多样性、可设计性以及丰富的光电特性也为分子自旋电子学的发展提供了广阔空间。分子半导体材料化学结构与自旋输运性质之间的构效关系研究是开发高效自旋输运分子半导体材料以及构建高效自旋器件的重要基础，而电子顺磁共振（ESR）技术在分子材料自旋寿命探测中的应用为该研究方向的发展提供了有效的测量手段。近日，孙向南课题组利用电子顺磁共振技术，在同分结构异构体的分子构象与材料自旋寿命的构效关系研究方面取得新进展，相关成果以Structural isomeric effect on spin transport in molecular semiconductors为题在线发表于Advanced Materials上。DOI: 10.1002/adma.202402001.分子半导体通常由原子序数较低的轻元素组成，因此具有较弱的自旋轨道耦合强度和较长的自旋寿命，在室温自旋输运和应用方面具有极大的潜力。元素组成主导的自旋轨道耦合效应通常被认为是导致自旋在分子半导体中自旋弛豫的主要因素，进而影响材料自旋寿命和自旋扩散长度。同分异构是有机半导体材料的一种典型的现象，由于同分异构体的元素组成完全相同，因此通常认为同分异构体之间的自旋寿命和输运性能理应差异不大。ITIC和BDTIC是分子电子学研究中经典的商业化的互为结构异构体的小分子半导体材料，具有确定的化学结构和较高的纯度。基于对ITIC和BDTIC同分异构体的自旋输运性能的研究，孙向南课题组首次实验证明，尽管ITIC及其结构异构体BDTIC两种薄膜的电荷输运和分子堆积性质非常相似，但其自旋输运性能完全不同。通过进一步的电子顺磁共振实验和密度泛函理论计算，发现在BDTIC中形成的非共价构象锁可以增加自旋输运路径上的自旋轨道耦合作用，从而降低自旋寿命。因此，本研究表明，开发高效的自旋输运分子半导体材料必须考虑结构异构效应的影响，这也为解决未来薄膜中构象锁定量测量的巨大挑战提供了可靠的理论基础。另外，该方法也有拓展到更为广阔分子科学应用方向的巨大潜力，如分子相变、聚集态结构等研究领域。国家纳米科学中心博士生杨婷婷、特别研究助理秦阳、国家纳米科学中心与中国石油大学（北京）联合培养的硕士生吴梦为文章的共同第一作者，国家纳米科学中心郭立丹副研究员和孙向南研究员为通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金项目和中国科学院战略性先导科技专项B类等项目的资助。 图.分子半导体材料中结构异构效应对自旋寿命和自旋扩散长度的影响

说起综合物性测量系统-PPMS大家都不陌生，自从1994年台PPMS诞生以来，已经有超过1000台PPMS工作在全球各大实验室。科学领域的许多重要工作背后都有PPMS的贡献。从初的湿式系统到现在的全干式系统，从磁学、电学测量到多领域高精度测量，PPMS诞生以来从未停下过前进的脚步。无论您是我们PPMS的用户还是关注者，可能您尚未了解PPMS的全部功能。今天我们将为您列举目前PPMS所有测量功能，敬请收藏。图1 综合物性测量系统-PPMS一、 主机系统——兼容并蓄、博采众长基于有的快速扫场和连续控温技术（PPMS拥有快速、稳定的变温、扫场技术），PPMS主机已成为性能好的低温磁场平台。但是Quantum Design的追求远不止于此，PPMS的主机系统自从诞生以来不断的根据用户需求进行优化。目前，PPMS DynaCool主机已经集成了高真空和磁屏蔽，全新的CAN式模块结构设计摆脱了系统对电脑的过度依赖。针对LabVIEW预留的开放接口使得PPMS系统兼具了MultiVu的稳定性与LabVIEW的拓展性。为了满足不同需求，PPMS的系统已经包含9T、12T、14T、16T等多种场强以及湿式、Reliquefire、EverCool和DynaCool多种型号。从综合测量系统到好的通用平台，PPMS在雄厚的技术基础上兼容并蓄、博采众长，坚持以市场需求为导向，广泛采纳用户的建议，以开放的胸怀为全球客户打造好的实验平台。图2 完全无液氦综合物性测量系统PPMS® DynaCool™ 二、 磁学功能振动样品磁强计——电磁马达，智能测量PPMS的振动样品磁强计采用磁悬浮马达，完全避免了机械振动马达带来的测量噪音，同时避免了机械磨损。采用高精度的光学编码定位技术使得振幅、振动频率连续可调，并且在测量过程中自动校准中心位置。的设计、智能的软件、先进的算法使得磁矩测量精度能够真正的达到10-7量。VSM高温炉选件——炉火纯青、万分传统的磁性测量设备只能测量样品在室温附近或低温的磁学特性。少有的高温设备要么温度不能太高，要么结构复杂精度太差。Quantum Design专门为磁性测量设计的高温炉选件可以将磁性测量的温度提高到1000K，控温精度可达0.5K，可以快速升降温，轻松测量镍等高Tc材料的居里温度。磁性测量精度优于10-6emu.光诱导磁测量选件——波长可调，洞察秋毫为了研究光敏材料在光激发下磁性的变化，QuantumDesign推出了高精度的光磁测量选件。采用高色温的氙灯光源，利用波片滤波。高性能的光纤样品杆可以轻松将聚焦光引入样品腔。利用该选件可以测量变温、变场环境中，不同波长光激发下样品的磁性变化。这对于研究材料中能带分布对磁性的影响，以及磁性的机理具有重要意义。新型交流磁化率选件——超高灵敏度，频率可调全新的ACMS II采用特的探测线圈和VSM线性磁力驱动马达，一次测量就可以获得实部虚部分开的交流磁化率以及直流磁化强度的信号。采用锁相技术和五点测量模式，有效地消除了温度漂移对测量的影响，一次降温可以同时测量多个频率的磁性。10Hz-10KHz频率范围，15Oe的交流场，高达10-8emu的测量精度使得ACMS II的测量精度可以媲美SQUID。稀释制冷机交流磁化率选件——低温的磁性测量方案低至50mK的限低温、0.002 - 4Oe的交流场幅值、10Hz-10KHz可变频率、10-7emu的灵敏度使得稀释制冷机交流磁化率选件成为上低温的磁性测量方案，更是目前自旋液体等领域的有力测量手段。扭矩磁强计——磁矩与各向异性的测定对磁性材料的研究除了磁矩测量以外对磁各向异性的测量也具有重要意义，特别对于单晶或薄膜材料而言磁各向异性尤为重要。该选件由Quantum Design与IBM联合设计，采用超高灵敏度的压电传感器和平衡电桥来测量样品在磁场中受到的力矩。样品托芯片可产生标准扭矩来校准重力影响和温度漂移产生的影响。扭矩测量时可以进行温度扫描得到扭矩随温度的变化。扭矩磁强计的扭矩精度可达10-9Nm，磁矩灵敏度可达10-8emu，灵敏度可以媲美SQUID。一阶翻转曲线——测量材料磁结构、定量分析材料的组分基于智能化控制技术，Quantum Design全新推出的一阶翻转曲线功能省去了传统人工测量方案的繁琐。高精度的测量数据为后续分析提供了坚实保障。该功能可以定性/定量测量材料的磁翻转机制、计算各磁性翻转相的比例、计算矫顽场与相互作用场的强度分布。对于矿物、混合物、复合相、Vortex等材料的研究具有重要意义。磁性测量高压腔——测量材料高压磁性的利器采用等静压装置在材料上施加稳定的压力，利用PPMS测量样品的磁性。增加了用压力来调控材料特性的维度。是目前较为热门的材料高压特性研究的工具，高压腔采用螺旋式加压、液体传压媒介，可轻松实现1.3GPa或更高的压强。三、 电学功能直流电阻率——使用简单，测量快速直流电阻率是PPMS基本的测量功能之一，以其方便快捷、数据可靠、智能测试深得广大用户的喜爱。与普通的仪表相比，直流电阻率选件以其特有的智能测量方案在测量过程中避免了普通仪表不同量程临界处数据的不连贯和不准确。直流电阻率选件可在μΩ到MΩ范围内自动测量。电输运选件——功能更多，精度更高电输运测量选件（ETO），是专门为精细电学测量而开发的多功能电学测量选件，可以自动测量样品的IV特性曲线、微分电阻、霍尔效应。由于采用高精度的锁相技术，ETO可以测量从nΩ到GΩ量的电阻，电流输出nA-mA。光电测量选件——光场激发，多维调控PPMS采用全波段的氙灯作为光源，利用可调光栅滤波技术测量不同波长光激发下的样品电阻。在温度、磁场调控的基础上加入光激发调控，形成对样品特性的多维度调控和测量。电学测量高压腔——超硬材料，超导材料的研究利器目前在高压下测量材料的电学性能已经成为研究超导材料、超硬材料以及其他特殊材料的常用手段之一。PPMS的电学测量高压腔可以在变场、变温环境中测量不同压强下材料的电学性能。高压腔预留10跟电学引线，方便用户高压下的电学连接。高压腔已集成温度计，测量样品的实时温度。四、 热学测量功能比热测量选件——技术，全球材料的比热是一个重要的物理量，但是在实验上很难测到高质量的比热数据。Quantum Design采用技术的比热测量选件，从诞生起就代表了比热测量的高水准。比热选件采用双τ模型、可对驰豫曲线进行自动拟合计算、系统自动扣除背景比热，得到变温、变场条件下的高质量比热数据，并对每一个测量数据点自动计算和记录德拜温度。专用比热样品托、智能化的测量引导程序，使得初学者也能快速上手操作。完备的数据采集和分析功能使得比热研究更为简单。热输运选件——数据，功能全面热输运选件可以同时测量样品的热传导系数、Seebeck系数（热电势）和交流电阻率，并根据这三个数据计算出热点材料的品质因子。专门的样品托和四点法引线方式可以消除接触电阻和热阻的影响。软件可以的建立动态热流量模型补偿各种可能的系统误差。可在变温过程中自动进行连续测量得到高密度的数据。热输运选件使得热学测量像电学测量一样简单和。五、 低温选件He3制冷机选件——使用方便，智能控制基于PPMS主机系统的He3制冷机具有连续运转和单程两种模式，自动控制程序使得样品可在3小时之内由室温降至0.5K，单程模式可将样品的温度降至0.4K。目前已经在He3制冷机温度下能够进行的测量是电输运（ETO）和比热。He3选件是目前使用方便的He3制冷机。稀释制冷机选件——磁、电、热都能测的稀释制冷机基于PPMS主基系统的稀释制冷机选件可以将样品的温度进一步降低到50mK。该稀释制冷机与传统稀释制冷机的主要区别是具有高度自动化的控制软件和引导式的操作操作界面。即使没有低温工作经验的用户也可以轻松掌握低温物性测量，目前稀释制冷机可以实现比热、电输运、和交流磁化率测量。热去磁电测量选件——灵巧的mK低温选件为小巧的解热去磁电测量选件，不需要任何额外操作可以在3小时以内轻松将样品由室温降到150mK以下。该选件在无需购买较为昂贵的He3和稀释制冷机的情况下可以轻松实现mK量的电学测量，是性价比较高的低温选件。六、 光学测量功能拉曼与荧光光谱测量选件——低温强磁场光谱学突破Quantum Design推出的光谱学系统集拉曼和光致发光测量于一身，利用PPMS的变温和磁场环境可以测量气态、液态、薄膜和块体材料的性质。该选件多种波长光源可选、多维度位移旋转样品台、VHG全息光栅与超窄带滤波系统。高性能的拉曼光谱选件是变温、磁场光谱测量的。利用PPMS的拉曼光谱学选件和软件系统可以更加方便的研究强关联体系材料中自旋-轨道耦合随温度和磁场的变化。七、 拓展功能选件多功能样品杆——重剑无锋，大巧不工看似普通的样品杆却是PPMS拓展性能的又一典范，多功能样品杆为用户提供了集成温度计的样品台和用于立引线的样品杆。样品杆拥有非常高的加工精度，并且具有抗强磁场的能力，预留的部接口可供用户引入各种导线和光纤。用户可根据自己的需求利用多功能样品杆来搭建自己特的实验装置，实现自定义的实验方案。目前，用户已经利用多功能样品杆实现光电测量、强关联体系的光激发、铁电测量、介电测量、铁磁共振等多个领域的测量实验。高精度铁磁共振——锦上添花，如虎添翼图3 高精度铁磁共振仪（FMR）由瑞典NanOsc公司开发的高精度铁磁共振仪，能够对纳米别的磁性薄膜进行高精度的测量。该系统采用高精度波导探测芯片与全自动测量分析软件，可以直接测量得到饱和磁化强度、本征阻尼、非均匀展宽和回磁比。由Quantum Design团队设计的高质量波导样品杆和集成服务为高达40GHz的变温铁磁共振测量提供了雄厚的技术支撑。膨胀测量选件——原子，行业翘楚PPMS的膨胀率测量选件可以测量出0.1埃的尺寸变化，是目前上精密的膨胀率测量选件之一。该选件可以在全温区范围内测量热膨胀和磁致伸缩效应。特殊样品托设计可以测量样品相对磁场成不同角度情况下的磁致伸缩效应。扫描探针显微镜、共聚焦显微镜——秋毫之末，一览无余图4 PPMS- ReliquefierAttocube公司专门为PPMS生产的扫描探针显微镜和共聚焦显微镜可以很好的兼容湿式系统和Reliquefier系统。特有的音叉式AFM在Z方向上的分辨力高达7.6pm。基于低温AFM功能的MFM可以在不同温度、磁场下测量材料的磁畴结构，分辨率优于50nm。系统还可升KPFM、PFM、C-AFM等多种显微镜系统。更有扫描霍尔探针显微镜可以定量材料的测量微区磁场分布。共聚焦显微镜拥有自由光束和光纤两种模式可选择。用户可以将共聚焦显微系统搭配各种光谱仪使用来测量变温、变场环境下样品的多种光谱。开放的PPMS平台与22个测量选件以及时刻不停的研发，Quantum Design始终以开放进取的态度努力打造更好的综合测量系统与通用平台。用户的建议，市场的需求更是我们努力的方向。Quantum Design 希望能够与您携手共创科研辉煌。相关产品及链接：1、 PPMS 综合物性测量系统：https://www.instrument.com.cn/netshow/C17086.htm 2、 完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：https://www.instrument.com.cn/netshow/C18553.htm 3、 高精度铁磁共振仪（FMR）：https://www.instrument.com.cn/netshow/C221410.htm 4、 attocube无液氦低温强磁场扫描探针显微镜attoDRY Lab：https://www.instrument.com.cn/netshow/C273802.htm 5、 无液氦低温强磁场共聚焦显微镜attoCFM：https://www.instrument.com.cn/netshow/C159541.htm

2019年10月10日，三届磁性相关测量讲习班暨Quantum Design中国子公司2019年华北区用户会在北京中科院物理所举办，由中国电子学会应用磁学分会主办，Quantum Design中国子公司承办，安特百科（北京）技术发展有限公司协办，本次会议邀请磁学测量方面专家，对目前材料研究的前沿话题进行探讨，旨在促进磁性相关测量技术的发展。QD中国区销售总监苗雁鸣宣布会议开始。 Quantum Design 全球销售总监 Dan Polancic 致欢迎词 Dan Polancic谈到Quantum Design是先进的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为先进测量平台，广泛分布于材料、物理、化学、纳米等诸多研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。基于国内科研水平的不断提升，中国地区是Quantum Design公司非常活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。 Quantum Design席应用科学家 Randy Dumas博士Quantum Design席应用科学家Randy Dumas博士先介绍了Quantum Design的数字化图书馆PHAROS、应用支持及QD Education，随后带来题为 “PPMS综合物性测量系统结构，测量原理及各选件功能应用介绍”、 “PPMS系列产品电学输运测量原理及应用”及MPMS3（SQUID）磁学测量系统 “MPMS3系统结构，测量原理及各选件功能应用介绍”等三个专题报告。个专题报告中，Randy Dumas博士向大家介绍了PPMS综合物性测量系统结构，阐述了测量原理，谈及PPMS、VersaLab及DynaCool的主要特点和不同之处，包括对液态制冷剂的需求及控温范围等，基于铁磁共振的共面波导，RF Diode（射频二管）在Helmholtz Coils的简明示意图，后是对于DilatoMeter的介绍和应用。二个专题报告中，Randy Dumas博士谈到实现欧姆接触的关键步骤，PPMS系列产品电学输运（ETO）测量原理及应用。三个专题报告中，Randy Dumas博士展示了MPMS的更新换代，从1984年的“Mark I”，1995年的MPMS-XL，2003年的PPMS VSM，2006年的Squid VSM到2013年的MPMS3，随后Randy Dumas博士介绍了MPMS3的重要特点及创新之处，其控温范围为1.8K-400K，具备广泛的应用领域。 中科院物理所 苏少奎高工程师中科院物理所苏少奎高工程师带来题为“一个公共技术服务人员的体会和经验分享” 的精彩报告。苏少奎老师谈到了我国低温物理开创者洪朝生院士的贡献，10月10日恰逢洪朝生院士百年诞辰，让我们共同缅怀和学习。 随后苏少奎老师向大家介绍了其专著《低温物性及测量——一个实验技术人员的理解和经验总结》和对青年研究人员的鼓舞。 中科院物理所 袁洁主任工程师中科院物理所袁洁主任工程师带来题为“基于PPMS系统的一些扩展及应用”的经验分享。袁洁老师介绍了PPMS的广泛应用，基于PPMS系统的一些扩展应用案例，诸如：免电电输运测量从3通道到手动多通道扩展和多通道自动切换，高通量薄膜生长，点接触隧道谱测量，多轴旋转测量及低温材料应力形变的性能测试。 Quantum Design China 产品经理 魏文刚博士Quantum Design魏文刚博士带来QD产品拓展应用报告“AFM/MFM, OptiCool, ATL, CryoRaman ”。魏文刚博士毕业于复旦大学物理系, 博士期间从事强关联体系物性调控以及表面磁学研究，成功运用低温磁力显微镜在复杂锰氧化物中观测到电流对磁畴分布的影响。博士期间参与的多项研究工作发表在Nat. Commun.、PNAS、Phys. Rev. B等知名SCI期刊上。现就职于著名的低温测量仪器制造商Quantum Design公司，负责低温测量设备的销售与表面磁学的应用工作。魏文刚博士先谈及attocube低温显微镜系列attoAFM/MFM宏观与微观的结合，及其主要特点包括高度集成化的扫描系统、同时获得形貌与磁畴图像、高灵敏度探测系统、超高分辨成像等，然后提及智能液氦回收系统ATL160的智能化设计和多种可供选择的回收方案，随后介绍了OptiCool超全开放强磁场低温光学研究平台的优势和核心技术（创新型磁体设计、震动隔离技术及的控制技术），超精细低温显微拉曼及低温光谱测量及高质量单晶制备系统——光学浮区法（垂直区熔法）单晶炉。 Quantum Design China售服总监 陆伟博士Quantum Design 陆伟博士带来QD产品常见问题报告“常见PPMS、MPMS系统故障排查以及测量技巧介绍”，包括更换氦气钢瓶、干泵密封件、循环气路及样品腔气路的漏气检查、O圈丢失的端后果等，随后介绍了在电学选件（直流电阻、高电输运）、磁学选件（VSM、VSM高温炉、交流磁化率）、热学选件（比热、热输运）及超低温选件等的应用实例经验。现场剪影： 参会合影：--文章转自分析测试百科网

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室SF1组研制出新的原位透射电镜测量装置，实现了纳米管/纳米线场效应晶体管器件单元在透射电镜中的原位表征。在确定器件材料结构的同时，原位测量电输运性质。他们将这种方法运用到双壁碳纳米管研究上，在实验上直接获得了双壁碳纳米管电输运性质与手性指数的对应关系，相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 131, 62 (2009) 上，这项研究对双壁纳米管基本物性的理解和未来应用均具有重要意义。 　　双壁碳纳米管由两个单壁碳纳米管套构而成，为纳米光电功能复合材料提供了理想的结构组元，也是研究纳米管层间原子相互作用的最简单材料体系。纳米管的电子结构唯一地决定于表征其原子结构的手性指数(n, m)，在实验上测量纳米管物理性质与手性指数的一对一关系，从本征结构出发理解碳纳米管的特殊性质是一个基本的科学问题。该研究小组的博士生刘开辉、副研究员王文龙、工程师许智、研究员白雪冬和王恩哥等人用微加工工艺制作特殊衬底并构造双壁纳米管场效应晶体管，做到器件电输运测量与透射电镜表征相兼容，成功测得了手性依赖的纳米管电输运性质。双壁碳纳米管每一层可能是金属性的（M），也可能是半导体性的（S），根据两者的组合方式有四种类型的双壁碳纳米管，即M/M, M/S, S/S和S/M。他们系统研究了四种组合情况下的双壁纳米管，实现纳米管输运性质与手性指数的直接对应。并且，通过对同一种类型纳米管（S/M）做大量器件样品的研究，证明了层间距是影响双壁纳米管输运性质的主要因素。他们还采用较大电流脉冲烧蚀纳米管的外壁，将探测深入到纳米管内壁，实现了双壁纳米管的逐层测量。实现单个纳米结构单元/材料微区的结构分析与原位性质测量，建立性质与结构的一对一关系，是纳米科学和低维材料物理研究的重要课题。 　　自2002年以来， SF1组与Q01组和美国佐治亚理工学院王中林教授合作，将扫描探针技术与透射电镜技术结合，研发原位透射电镜实验仪器，开展纳米操纵和纳米测量研究，在单根纳米管/纳米线的操纵和测量方面已经取得了系列进展（申请仪器和方法的发明专利5项，发表多篇论文如APL 87, 163106 (2005) APL 88, 133107 (2006) APL 89, 221908 (2006) APL 92, 213105 (2008) 等）。 　　该工作得到国家自然科学基金委、国家科技部和中科院的资助。

探索材料角度相关的磁输运性质是凝聚态物理学中应用广泛和重要的课题研究方向。该研究通常需要很宽的样品温度范围，比如从室温到几开尔文或更低，还需要强大的矢量磁场。控制矢量磁场对此类研究尤为重要。然而，传统的超导矢量磁体不仅价格昂贵，而且场强也有限：三个方向上至少两个方向的磁场强度通常不能超过2T。 德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。近期，该公司推出的atto3DR低温双轴旋转台，将施加在样品上固定方向的单一磁场（垂直或水平方向）的改变为三维矢量磁场。通过这种方式，在任何其他方向上也可立即获得非常高的磁场（例如9 T或12 T）。因此，它相当于提供了9T-9T-9T矢量磁铁的等效系统，这是目前尚无法实现的。此外，与常规矢量磁铁（如5T-2T-2T）只能在旋转中提供大2T的磁场相比，此解决方案的成本也非常低。 另外，双旋转轴的应用保证了样品在任意磁场方向上的变化和灵活性，通过水平固定轴的旋转，可控制样品表面与外界磁场的倾角（+/- 90°）；而沿面内固定轴的旋转提供了另外+/- 90°的运动，从而实现样品与磁场形成任意相对方向。同时还兼容2英寸样品空间和He气氛，配备Chip carrier，提供多达20个电信号接口。 1. 为什么要旋转你的样品？ 物理学家、化学家和材料科学家正在不懈地寻找具有理想性能的新材料。新材料几乎每天都会被合成出来，并经历各种各样的测量和表征。费米面的表征在材料表征中起着核心作用，因为将电子结构与材料的性质相关联，可以设计出具有所需性质的材料，并针对特定的应用进行调整。若能够地控制磁输运测量中的场方向有助于提取样品各向异性的信息。能够旋转样品在面内和面外场之间切换，或沿所需方向（例如，沿准一维样品，如纳米管或纳米线）对准就显的尤为重要。 Attocube公司研发的压电驱动的纳米旋转台有效地取代了价格昂贵的矢量磁铁，甚至提高了它们的性能，不仅扩大了其任意方向上的大可用磁场，而且也能很好的实现自动化的测量。更为重要的一点是：它们优于传统无法避免的机械滞后性的机械转子。此外，当需要超高压条件时，例如在ARPES中，与机械旋转器相比，压电陶瓷旋转台提供了额外的优势-压电陶瓷旋转台不会导致超高压室泄压或者漏气。2. Attocube提供的解决方案2.1 attocube 的纳米精度旋转台 attocube提供了多种可以组合的压电驱动纳米定位器，其中包括水平旋转台和竖直旋转台（attocube纳米旋转器-ANR/ANRv）。旋转台组合包括一系列不同尺寸和方向，以及适用于低温环境、超高真空和/或高磁场的不同环境下的需求。由于其体积非常紧凑，attocube的旋转台能够适配于大多数的超导磁体样品腔。图1: ANR portfolio [4]2.2 atto3DR：在3D中模拟强矢量磁场 atto3DR双旋转器具有两个立的旋转台，它们组合在一起，从而提供相对于样品表面的所有方向上的全磁场（例如14 T），如引言中所述。atto3DR如图2所示。atto3DR可以提供普通低温版本，同时也可根据具体需求提供用于低温真空（如稀释制冷机）的定制版本；有关mK温度下的应用案例，请参阅应用部分。图2: atto3DR：（a）带有无铅陶瓷芯片载体的样品架，配备20个触点；（b） 面内ANR；（c） 另外一个面内的ANR[4]。 3. 应用案例 在概述了ANRs、atto3DR的主要特点和优点之后，本文后一章将重点介绍通过使用基于我们的旋转器获得的传输测量的研究结果。3.1 基于ANR旋转台的应用案例3.1.1 在强磁场和200 mK条件下考察的g因子的各向异性 在Zumbühl集团（瑞士巴塞尔）与RIKEN（日本Saitama）、SAS（斯洛伐克布拉迪斯拉发）和UCSB（美国圣巴巴拉）课题组的合作进行了以显示GaAs量子点中各向同性和各向异性g因子校正的分离实验。这项研究是在两个立的横向砷化镓单电子量子点上进行的。为了在实验上确定g因子修正，通过测量具有不同强度和方向的平面内磁场的隧穿速率来得到自旋分裂。自旋分裂定义了自旋量子位的能量，是磁场中自旋的基本性质之一。在这里，他们测量并分离了两个GaAs器件中对g因子的各向同性和各向异性修正，发现与近的理论计算有很好的一致性。除了公认的Rashba和Dresselhaus项，作者还确定了动量平方依赖的塞曼项g43和穿透AlGaAs势垒gP项[5]。 此项工作是在attocube纳米精度旋转台ANRv51的帮助下完成的：样品安装在压电驱动旋转器上，并在磁场平面内旋转。由于旋转台有电阻编码器，因为能够读出旋转器的状态角度。此外，ANRv51可在高达35 T的磁场环境下使用，并可在低至mK的低温范围内使用-该实验在稀释制冷机中进行，电子温度为200 mK，磁场高达14 T。该磁场强度在任意面内方向上施加，只能通过旋转器实现不同角度下的测量。图3: sample in chip carrier mounted on ANRv513.1.2 mK位移台在材料输运性质随磁场角度的变化研究中的应用 北京大学量子材料科学中心林熙课题组成功研制出基于attocube低温mK位移台研制的低温强磁场下的样品旋转台，用于测量材料的输运性质随磁场角度的变化研究。 该系统是基于Leiden CF-CS81-600稀释制冷机系统的一个插杆，插杆的直径为81 mm，attocube的mK位移台通过一个自制的转接片连接到插杆上，如图4所示，位于磁场中心的样品台的尺寸为5 mm*5 mm，系统磁场强度为10T。系统的制冷功率为340 μW@120mK，得益于attocube低温位移台低的发热功率及工作时非常小的漏电流，使得旋转台能够很好的在＜200mK的温度下工作（工作参数：60V，4Hz, 300nF）。 图4. 实现的旋转示意图和ANR101装配好的实物图 图5. 侧视图，电学测量的12对双绞线从旋转台的中心孔穿过 图6中是GaAs/AlGaAs样品在不同角度下测试结果，每一个出现小电导率的点，代表着不同的填充因子。很好的验证了其实验方案的可行性和稳定性。图6. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK3.1.3 25 mK和强磁场下的自旋弛豫测量 基于量子点的自旋量子位是未来量子计算机的一个有希望的核心元件。2018年，一项国际合作（(Basel, Saitama, Tokyo, Bratislava and Santa Barbara）在理论预测电子自旋弛豫现象15年后，次通过实验成功证明了一种新的电子自旋弛豫机[8]。图7: Measurement setup with sample on an ANRv51 for rotating around the angle ϕ in the plane of the magnetic field. 在25 mK 的稀释制冷机和高达14 T的磁场条件下，半导体纳米结构（GaAs）中的电子自旋寿命在0.6 T左右达到了一分钟以上的新记录。有关此记录的更多信息，请参见[9]。对于该实验设置，使用了attocube的ANRv51，只有它完全符合mK温度和高磁场系统的要求。此外，在GaAs二维电子气体中形成的单电子量子点样品可以与平面内磁场相对于晶体轴作任意角度的旋转。3.1.4 从缓慢的Abrikosov到快速移动的Josephson涡旋的转变 来自瑞士苏黎世ETH的Philip Moll及其研究组使用attocube的ANR31研究了层状超导体SmFeAs（O，F）中磁旋涡的迁移率，发现旋涡迁移率的大增强与旋涡性质本身的转变有关，从Abrikosov转变为Josephson[12]。该实验中如果磁场倾斜出FeAs平面，即使小的未对准（图8: Flux -flow dissipation as a function of the angle between the magnetic field (H = 12 T) and the FeAs layers (= 0°) for several temperatures.图9: Rotator setup showing the ANR31/LT rotator carrying the sample and two Hall sensors.3.1.5 用于量子输运分析的超低热耗散旋转系统 在2010新南威尔士大学（澳大利亚悉尼）的La AYOH ET.A.课题组分析了半导体纳米器件中的量子输运。他们的主要目标是获得一个合适的旋转系统来研究各向异性塞曼自旋分裂。为了充分观察测量这种效应，需要在保持温度低于100mK的情况下，在磁场（高达10T）方向旋转样品。该样品安装在陶瓷LCC20器件封装中的AlGaAs/Ga/As异质结构。两条铜线连接到载体上。使用带RES传感器的ANRv51进行位置读出，该小组设计了一个具有两个可选安装方向的样品架（见图10）：一个具有芯片载体的平面内旋转，另一个具有芯片载体的平面外旋转（见图）。ANRv51非常适合此应用：先其由非磁性材料制成，完全兼容mK，并具有一个小孔，可将20根铜线送至转子背面。在他们的论文中，研究小组仔细描述了不同驱动电压和频率下，旋转器的散热作为转速的函数[13]。在缓慢的旋转速度下，散热可以保持在低限度，即使连续旋转，仍然能让系统温度低于100 mK。当关闭旋转器时回到25 mK基准温度的时间仅仅为20 min。此外，由于滑移原理，旋转台可在到达终目标位置时接地，从而确保位置稳定性和零散热。图10: Rotation system assembly for rotating the sample in two separate configurations with respect to the applied magnetic field B.3.2. atto3DR 应用案例3.2.1 范德华异质结器件在低温40mK中旋转 理解高温超导物理机制是凝聚态物理学的核心问题。范德华异质结构为量子现象的模型系统提供了新的材料。近日，国际合作团队（团队成员来自美国伯克利大学，斯坦福大学，中国上海南京以及日本韩国等课题组）研究石墨烯/氮化硼范德华异质结具有可调控超导性质的工作发表在《Nature》杂志上。在温度低于1K的时候，该异质结的超导的特特性开始出现，电阻出现一个明显的降低，出现一个I-V电学曲线的平台[14]。图11: 图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质结器件，图右上，电输运测试结果，样品通过旋转后的方向与与磁场方向平行。 电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，在本底温度为40mK的稀释制冷剂内进行的。样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，因而使用了德国attocube公司的atto3DR低温双轴旋转台。该atto3DR低温双轴旋转台可以使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在的超导与Mott缘体与金属态的转变，证明了三层石墨烯/氮化硼的超晶格为超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质与新奇电子态的研究提供了模型系统。3.2.2 30mk下的扭曲双层石墨烯的轨道铁磁性 范德华异质结构，特别是魔角双层石墨烯（tBLG），是当今固态物理研究的热点之一。尽管之前对tBLG的测量已经表明，铁磁性是从大滞后反常霍尔效应中推断出来的，随后又指向了Chern缘体，但A.L.Sharpe及其同事通过输运测量实验表明，tBLG中的铁磁性是高度各向异性的，这表明它是纯轨道起源的——这是以前从未观察到的[15]。 为了进行测量，该小组将封装在氮化硼薄片中的tBLG样品安装在attocube atto3DR双旋转器上，通过巧妙设计，使其在电子温度低于30 mK的条件下正常工作，在高达14 T的磁场中，使用霍尔电阻对倾斜角度进行专门的现场校准，以便在实验过程中控制准确的面内和面外方向。图12: Angular dependence of hysteresis loops in twisted bilayer graphene, measured with atto3DR at 磁性输运测量通常涉及可变温度和强磁场。能够旋转样品是提取有用信息的关键先决条件，如三维费米表面、电荷载流子的有效质量和密度，亦或块体材料、薄膜或介观结构的各向异性相关的许多其他参数。使用基于压电陶瓷的旋转器有助于获得比矢量磁场更高的矢量场，而且能够大大降低成本。因此，attocube ANR及其成套解决方案——atto3DR——对于每一位在具有磁场依赖和低温下进行电气和磁性输运测量的研究人员来说，都是佳和的解决方案。5. 参考文献[1]L.W. Shubnikov, W.J. de Haas, Proc. Netherlands Roy. Acad. Sci. 33, 130 (1930)[2]Fermi Schematics, Sabrina Teuber, attocube systems AG[3]http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/[4]attocube systems AG[5]L.C. Camenzind et al., Phys. Rev. Lett. 127, 057701 (2021)[6]U. Zeitler et al., attocube Application Note CI04 (2014)[7]P. Wanget al., Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019)[8]L.C. Camenzind et al. Nat Commun 9, 3454 (2018)[9]https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/New-mechanism-of-electron-spin-relaxation-observed.html[10]Y. Pan et al., Sci. Rep. 6, 28632 (2016)[11]A.M. Nikitin et al., Phys. Rev. B 95, 115151 (2017)[12]P.J.W. Moll et al., Nature Mater. 12, 134 (2013)[13]L. A. Yeoh et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 113905 (2010)[14]G. Chen et al., Nature 572, 215 (2019)[15]A.L. Sharpe et al., Nano Lett 2021, 21, 10, 4299 – 4304 (2021)

Quantum Design公司的MPMS磁学测量系统一直以超高灵敏度的磁性测量能力著称，在磁的测量和表征领域领风骚。然而许多情况下仅有磁性测量的数据并不充分，往往还需要同时对样品电输运性能进行测量。例如对于超导材料来说，抗磁性和零电阻效应是基本的两个效应，这时用户通常需要用到公司的另一款产品 PPMS，对于只有一套MPMS3系统的客户来说，要么筹集经费再购买一套PPMS，要么付费到公共PPMS测量平台上测量，或者自己编程序，制作用户样品杆，用三方仪表测量，如此一来有着诸多不便。为了方便MPMS3客户的电学测量，近Quantum Design公司全新推出了一款MPMS上安装使用的高电输运选件ETO。 MPMS3高电输运选件有两个通道，和传统PPMS系统上高电输运选件一样能够进行常规的电学测量，例如电阻随磁场、温度的变化曲线，伏安特性曲线、以及霍尔和微分特性等测量。此外运用MPMS3高灵敏磁测量线圈的优势，此高电输运选件可以实现有的测量模式-电场调制下的磁场测量。这同时也归功于MPMS 高电输运样品杆的特设计，如图所示。 MPMS 高电输运的测量杆有两种，一种样品垂直磁场，一种样品平行于磁场，它们和磁性测量杆合二为一，一根样品杆既可以用于电学测量也可以用于磁测量。相对于PPMS上的高电输运选件，两次测量只需要安装一次样品，不需要从一种样品托移动到另一种样品托，这样更有助于排除装样过程中对样品测量产生的人为影响。样品安装和传统的MPMS并无太大差异，传统MPMS3使用G.Varnish 粘样品，而新选件则需使用银胶安装。 在MPMS3设备上安装全新的ETO选件之后，会大大简化某些实验的过程。比如在研究典型的反常霍尔效应时，通常需要测量hall和磁性。Satoru Nakatsuji等在研究过程中，使用MPMS测量磁性，并使用PPMS的四点发测量hall，而如果有MPMS上的ETO选件，单使用MPMS就可以完成相似测量。相关论文：Large anomalous Hall effect in a non-collinear antiferromagnet at room temperature. Satoru nakatsuji 1,2 , naoki Kiyohara 1 & tomoya higo. DOI：10.1038/nature15723 同样，Y. Okamura等人在测量交流磁化率时，使用的是MPMS和自制的样品托加电场。如果有MPMS ETO 选件，就可以使用标准的MPMS ETO来完成，这样整个工作也会方便很多。相关论文：Transition to and from the skyrmion lattice phaseby electric fields in a magnetoelectric co-mpound. Y. Okamura 1, F. Kagawa 2, S. Seki 2, 3 & Y. Tokura 1, 2. DOI: 10.1038/ncomms12669 J. Shiogai在利用PPMS研究电场诱导的超导电性时，主要研究的是零电阻效应。如果有MPMS ETO 选件，可以获得一些电场诱导下样品的磁性数据，数据可以更加丰富和充分，来支持相关的结论。 相关论文：Electric-field-induced superconductivity in electrochemically etched ultrathin FeSe films on SrTiO 3 and MgO. J. Shiogai 1 * , Y. Ito 1 , T. Mitsuhashi 1 , T. Nojima 1 and A. Tsukazaki 1,2. DOI: 10.1038/NPHYS3530 MPMS3上的Multivu 软件也即将针对该选件进行改进，使其可以同时测量样品的电学和磁学性能，这样一次扫温可以同时测量R-T和M-T，一次扫场可以测量R-H和M-H，对于有温度或者磁场回滞的样品，可以实现时域上同步测试，从而能够将样品的电输运和磁性响应更加准确地结合起来进行分析。 当然，MPMS上的ETO并不能完全替代PPMS上的ETO。 与其相比，PPMS样品腔更大，ETO可以和旋转杆，He3 或者稀释制冷机结合使用。但是，对于研究磁学和电学的科研工作者来说，ETO新选件的推出，将大地方便他们的科研工作。相关产品链接：磁学测量系统-MPMS3 http://www.instrument.com.cn/netshow/C17089.htmPPMS 综合物性测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/C17086.htm完全无液氦综合物性测量系统 PPMS DynaCool http://www.instrument.com.cn/netshow/C18553.htm关于Quantum DesignQuantum Design是全球的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

只争朝夕,不负韶华，翻开2020年新的篇章，为满足国内日益增长的测试需求，更好的为广大科研工作者服务，Quantum Design中国子公司北京总部的样机实验室迎来了一个崭新而又熟悉的伙伴—PPMS DynaCool无液氦综合物性测量系统。 此次引进的DynaCool样机拥有9T的强磁场和1.9K-400K的变温环境，同时配备了常用的电学、磁学、热学测量功能，并会在未来继续增加更丰富的测量选件。为方便大家了解PPMS DynaCool系统的功能以及之后的测试申请，我们将对此套PPMS DynaCool系统目前配备的选件及应用进行介绍： PPMS 直流电输运测量选件(DCR)直流电输运测量选件采用样品托设计，用标准4引线法测量样品的直流电阻，每次可同时测量三个样品，并能够针对每个通道的样品分别设定激励电流或大功率。能够在全温区全磁场范围内测量?10 μΩ - 5 MΩ的材料电阻。 直流电输运选件测量的NbTi合金在不同磁场下的Tc相变点变化 振动样品磁强计选件（VSM） 与传统的电磁铁VSM相比，PPMS系统上的VSM在很多方面都更具优越性。先，PPMS系统选取了磁场方向与样品振动方向平行的VSM，与传统电磁铁中磁场方向垂直于样品振动方向的VSM相比，其测量精度大幅度提升。其次， PPMS系统的VSM采用线性电磁驱动马达，测量速率快、精度高且振动频率幅度连续可调，能在1秒内采集到灵敏度 热输运测量选件(TTO)可同时连续地测量热传导系数、Seebeck系数(热电势)和交流电阻率，并由此得出热电性能指数(ZT)的指标。在高真空环境下，选件通过给样品施加方波脉冲加热功率，并记录其温度和电压响应来实现对样品热输运性能的连续测量。 进一步基于热电路模型的拟合算法从测量曲线中计算出样品的热导率和热功率，同时进行电阻测量。该选件可以在 PPMS提供的整个温度和磁场范围内自动计算样品ZT值。典型的热输运测量曲线图，包含热导率、Seebeck系数、电阻率以及通过计算得到的ZT值 比热测量选件(HC) 比热选件是一个基于样品托设计的微量热计，结合主机自带的高真空和磁场低温环境实现在全温度和磁场范围的样品比热容测量。通过脉冲热功率和温度迟豫响应建立的双τ模型能够准确拟合出被测样品的热容。该选件凭借简易而精致的实验设计方案获得了R&D100设计大奖。 NbTi合金在9K附近超导相变的比热测量曲线

2016年初，Quantum Design公司针对广大用户对低温科学研究的强烈需求，隆重推出两款全新的低温测量选件：MPMS3平台He3超低温iHelium3选件和PPMS平台热去磁测量选件。 低温条件下，热等因素的干扰小，更多本征的物理现象能够被观测到，这对于基础研究以及新材料的本征特性研究都十分重要。然而，长期以来由于低温制冷技术的限制，低温温度条件很难到达，所以低温条件下的物性测量变得为困难。 为了帮用户切实的解决低温测量难题，Quantum Design公司以多年低温物理领域的深厚技术积累、经过潜心研制于2016年初正式推出MPMS3平台He3超低温iHelium3选件和PPMS平台热去磁测量选件。1、MPMS3平台He3超低温iHelium3选件该选件能够将MPMS3系统的限低温拓展到0.5K以下。通过该选件用户能够更好的对单分子磁体、有机磁性材料、重费米子材料以及受挫材料等材料在低温温度段的磁性质进行研究。 2、PPMS平台热去磁测量选件在PPMS平台，Quantum Design推出了低成本实现低温电输运测量的热去磁测量选件，该选件通过对样品台顺磁盐进行充磁后的自由退磁吸热，能够将PPMS上进行直流电输运测量的低温度拓展到100mK以内。相关产品MPMS3平台He3超低温iHelium3选件：http://www.qd-china.com/productsColor.aspx?id=343&s=mpms3MPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=37PPMS综合物性测量系统：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=44完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=45关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

近期，QD中国样机实验室全新引进Lake Shore公司推出的M91快速霍尔测试仪，该快速霍尔测量系统可以与完全无液氦综合物性测量系统-PPMS® DynaCool&trade 无缝连接。全新的M91快速霍尔测量方案采用革新的一体式设计，相比传统的霍尔效应测量解决方案，显著提高了测量的灵敏度、测量速度以及使用便利性。M91将所有必要的测量信号源和锁相等信号处理功能集于一体，在测量低载流子迁移率样品时相比其他测量手段有显著优势。左）：完全无液氦综合物性测量系统-PPMS® DynaCool&trade ，右）：M91快速霍尔测试仪QD中国样机实验室M91快速霍尔测试仪集成于完全无液氦综合物性测量系统 M91快速霍尔测试仪能够检测样品电极接触状况并确保测量始终处于最佳样品条件下进行。尤其在测量低载流子迁移率材料时，M91可以更快、更准确地完成相关测量。得益于仪器特有的FastHall技术，消除了在测量过程中翻转磁场的必要性，测量速度可达传统方法的100倍，几秒钟内即可精确测量流动性极低的材料，使得该选件在PPMS上的测量效率大幅提升, 即便是在范德堡测量法(vdP)几何接线的测量过程中，也可以更快地分析低载流子迁移率材料样品。M91快速霍尔测试仪可以直观判定样品接触电极质量FastHall可以覆盖更低的载流子迁移率测量范围 产品特点：✔ 采用FastHall技术，在测量过程中无需进行磁场翻转✔ 全自动检查样品引线接触质量，提供完整的霍尔分析✔ 计算范德堡接线样品以及Hall Bar样品相关参数✔ FastHall测量技术在采用范德堡接线时可将载流子迁移率测量极限缩小到0.001 cm2/(Vs)✔ 可在显示屏直观显示检测过程，并具有触摸操作功能实时执行相关测量指令标准电阻套件——M91可以通过DynaCool杜瓦LEMO接口连接进行测量PPMS与M91的集成示例 标准测量模式下 PPMS DynaCool 采用自带样品托进行测量PPMS样品托电极接线方案该联用方案支持范德堡vdPauw 4引线连接以及Hall Bar 6引线连接模式，样品引线通过样品托底部针脚与PPMS样品腔连接并通过杜瓦侧面Lemo接口连接到M91测量单元上。该方案可以快速适配PPMS DynaCool系统并具有标准电阻测量范围（最大10 MΩ），使用常见的PPMS电学测量样品托即可完成相关测试。左）：M91通过多功能杆顶部的接口直接连接；右）：M91高阻模式PPMS多功能样品杆左) 高精度电学输运样品杆样品台 右) 样品杆顶部接口左）：样品板；右）：样品板插座此外，针对有高阻小信号测量需求的客户，QD中国样机实验室也匹配了LakeShore提供的高阻测量方案。该方案通过专用的多功能样品杆将样品板电极引线通过同轴电缆从样品腔顶部引出，从而获得更好的信噪比和更大的电阻测量范围（最大200 GΩ）。M91组件自带的MeasureLINK软件与PPMS MultiVu深度集成，可以与MultiVu工作在同一台主机上亦或是同一局域网下的任意一台主机上对系统进行控制。2K温度下使用PPMS 0-9T扫场的砷化镓二维电子气薄膜，采用范德堡测量法横向及纵向电输运测量结果准确反应了材料的整数量子霍尔效应 传统的直流场霍尔效应测量适用于具有较高迁移率的简单材料，但伴随着载流子迁移率的降低，测量难度增加，精度降低。在光伏、热电和有机物等前景广阔的新型半导体材料中，测量难度就增加了不少。 交流锁相技术结合先进锁相放大器和更长测量窗口，可以提取更小的霍尔电压信号，目前常用于探索低迁移率材料。然而，延长测量间隔会增加热漂移效应带来的误差，并且需要更长的时间来获得结果，有时甚至需要数小时。FastHall 技术有效解决了这些问题，甚至可以在几秒钟内精确测量极低迁移率的材料，极大的拓宽了材料研究测试的范围。为了便于广大客户全面了解和亲身体验M91快速霍尔测试仪，QD中国样机实验室引进了该设备样机，现已安装于公司样机实验室并调试完毕。即日起，我们欢迎对该设备感兴趣的老师和同学来访，我们在QD中国样机实验室恭候大家的到来。相关产品1、M91快速霍尔测试仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C554347.htm2、完全无液氦综合物性测量系统-DynaCoolhttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htm

2016年12月11日，国家重点研发计划“纳米科技”重点专项项目“纳米尺度多场物性与输运性质测量及调控”启动实施工作会议在深圳召开。南京大学祝世宁院士、中国科学技术大学杜江峰院士、上海纳米技术及应用国家工程研究中心何丹农教授等10余位项目咨询专家、科技部高技术研究发展中心代表、以及项目和课题承担单位的负责人和研究骨干参加了会议。　　该项目由中国科学院先进技术研究院联合华南师范大学、南京大学和清华大学共同承担。项目旨在揭示光电、热电、磁电材料和器件的微观结构、局域响应和宏观性能的关联，分析铁电极化对光电转换的调控作用，界面和缺陷对热电输运的影响，以及微纳结构和磁电耦合的相互作用，发展基于多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，在纳米尺度综合定量测量调控材料电学、光学、磁学、力学和热学多场物理及输运性质，并以此解决先进功能材料与器件的一系列关键科学问题，进而形成一系列原创、具有自主知识产权的新思想(如宏观微观协同调控测试)、新技术(如多功能扫描探针激励和多场原子力显微样品加载)、新方法(如跨尺度实验测试、数据采集、和计算模拟)和新发现(如光电、热电、磁电多场物性和耦合新机制)，推动纳米技术、高速低能耗信息处理与存储、微电子器件、高效清洁能源以及精密仪器等产业和领域的发展。　　科技部高技术研究发展中心代表对项目的执行和管理提出要求，强调了纳米科技重点专项项目“重立项、重过程、重验收”的基本原则，要求项目承担单位和研究人员增强责任感和使命感，强化项目组织实施，加强课题间的交流，立足学科领域发展前沿，力争在重大科学问题与关键技术问题上取得原创性突破。　　项目负责人李江宇教授介绍了项目的整体情况，各课题负责人就课题的具体研究目标、实施方案、研究难点以及如何突破、下一步工作计划等进行了详细介绍。项目咨询专家就项目的研究目标、研究内容和技术方案等给予指导，对项目的执行和管理提出了指导性意见和建议，希望通过研发具有自主知识产权的多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，为先进功能材料与器件方面的研究提供强有力的工具。

传统的电学输运测量和表征应用通常需要结合专用的直流和交流源表并匹配对应的电压或电流测量表，这种不同仪表和线缆的搭配中往往涉及到各类仪器复杂的设置方案。通常在仪表和被测样品之间测量线缆较长，随着测量通道数的增加，如何将系统噪声降至最低并确保各个通道之间的频率同步的挑战也随之而来。而M81同步信号源测量系统的出现提供了一种采用高度同步的交直流信号源和测量模块，并利用远程模块来实现超高灵敏度和噪声抑制的方案，能够让客户更轻松、方便的对样品的特性进行准确表征。 M81同步信号源测量系统 MeasureReady&trade M81-SSM系统采用模块化设计，并利用MeasureSync&trade 特殊的信号同步技术实现信号源模块和测量模块的所有通道高达100kHz的信号实时同步。利用MeasureSync&trade 技术M81系统可以在同一时间对所有通道进行采样，确保在相同条件下对被测器件或样本进行测试，获得一致性的数据。 MeasureSync&trade 特殊的信号同步技术 M81主机是M81 SSM系统的核心。根据订购的型号，仪器支持 2、4 或 6 个通道，分别包括 1、2 或 3 个信号源和 1、2 或 3 个测量单元。每台 M81 仪器可管理 1 至 3 个信号源通道和 1 至 3 个测量通道，以便在单个测试序列中测试多个被测器件或样品，而不会因线路复杂化和信号切换造成信号劣化。此外还可以将多台仪器组合起来，进一步提高信号源和测量通道的能力，而不会降低模拟性能，同时利用 MeasureSync&trade 对系统内所有信号通道进行定时同步。 M81采用主机与模块的搭配方案 该主机以 MeasureReady&trade 仪器平台为基础，采用图形化触摸屏界面进行编程控制和监测。其符合人体工程学设计的前面板具有 TiltView&trade 显示屏，无论是在工作台上还是安装在机架上，都能获得更佳的可视性。它还支持标准 LAN、USB 和 GPIB 通信。M81主机 M81-SSM采用主机和模块搭配使用的方案，一个主机可以同时扩展至多3个源表模块以及至多3个测量模块，每个模块均可以适配直流以及最高100kHz的测量范围。具体有以下模块可供选择：1. VM-10 电压测量模块 该模块提供分辨率从低纳伏到 10 V 的直流至 100 kHz 电压测量，包括振幅、相位和谐波检测功能。专有的无缝量程技术允许在增减量程时进行连续测量。 VM-10 电压测量模块2. CM-10电流测量模块 该模块可在直流至 100 kHz 范围内，以接近零的输入偏移电压测量 fA 至 100 mA 的电流，包括幅值、相位和谐波检测功能。该模块还具有可配置的硬件和软件滤波功能。 CM-10电流测量模块3. BCS-10电流源模块 该模块提供 1 pA 至 100 mA 的可编程电流，最大符合 ±10 V 的直流输出至 100 kHz 正弦输出。BCS-10 源自 Lake Shore 业界领先的 372 型交流电阻电桥，采用差分或平衡设计，有助于减少或消除低温恒温器和其他研究设备中经常遇到的接地回路。它扩展了 372 型平衡源的功能，增加了可变频率和振幅编程能力，在保持出色噪声性能的同时，提高了灵活性。 BCS-10电流源模块4. VS-10电压源模块 该模块可提供 ±1 nV 至 ±10 V 的可编程电压，最大符合 100 mA 的直流至 100 kHz 正弦输出。VS-10 适用于栅极偏置、电压扫描 I-V 曲线剖析，以及需要高稳定电压并结合电流、电阻/电感和其他材料或电子器件测量的应用。 VS-10电压源模块不同的模块搭配也为不同应用场景提供了不同的解决方案，常见的测量搭配有： 综合以上这些测量方案， M81-SSM 的强大功能不言而喻，能够为广大科研工作者提供表征多种测试结构（包括纳米结构、单层和多层原子结构、MEM、量子结构、有机半导体和超导材料）的超卓解决方案。

p 　　锂离子电池电极过程一般经历复杂的多步骤电化学反应，并伴随化学反应，电极是非均相多孔粉末电极。为了获得可重现的、能反映材料与电池热力学及动力学特征的信息，需要对锂离子电池电极过程本身有清楚的认识。 /p p 　　电池中电极过程一般包括溶液相中离子的传输，电极中离子的传输，电极中电子的传导，电荷转移，双电层或空间电荷层充放电，溶剂、电解质中阴阳离子，气相反应物或产物的吸附脱附，新相成核长大，与电化学反应耦合的化学反应，体积变化，吸放热等过程。这些过程有些同时进行，有些先后发生。 /p p 　　电极过程的驱动力包括电化学势、化学势、浓度梯度、电场梯度、温度梯度。影响电极过程热力学的因素包括理想电极材料的电化学势，受电极材料形貌、结晶度、结晶取向、表面官能团影响的缺陷能，温度等因素。影响电极过程动力学的因素包括电化学与化学反应活化能，极化电流与电势，电极与电解质相电位匹配性，电极材料离子、电子输运特性，参与电化学反应的活性位密度、真实面积，离子扩散距离，电极与电解质浸润程度与接触面积，界面结构与界面副反应，温度等。 /p p 　　为了理解复杂的电极过程，一般电化学测量要结合稳态和暂态方法，通常包括3个基本步骤，如图1所示。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/a9afc2e6-64ea-4948-82ad-3215bccf8bd5.jpg" title=" 001.jpg.png" alt=" 001.jpg.png" / /p p 　　 strong 1 电化学测量概述 /strong /p p 　　1.1测量的基本内容 /p p 　　电化学测量主要研究电池或电极的电流、电势在稳态和暂态的激励信号下随外界条件变化的规律，测量反映动力学特性的参数。 /p p 　　1.2测量电池的分类及特点电化学测量一般采用两电极电池或三电极电池，较少使用四电极电池。 /p p 　　1.2.1两电极电池如图2所示，蓝色虚线框所示是一个典型的两电极电池的测量示意图，其中W表示研究电极，亦称之为工作电极(workingelectrode)，C是辅助电极(auxiliaryelectrode)，亦称之为对电极(counterelectrode)。锂电池的研究中多数为两电极电池，两电极电池测量的电压(voltage)是正极电势(potential)与负极电势之差，无法单独获得其中正极或负极的电势及其电极过程动力学信息。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/42e77e09-6d49-4696-a71d-981ad1f27239.jpg" title=" 002.jpg.png" alt=" 002.jpg.png" / /p p 　　1.2.2三电极电池与电极电势以及极化电流的测量图2是一个三电极电池示意图，W和C分别是工作电极和对电极(同上)，R是参比电极(referenceelectrode)。W和C之间通过极化电流，实现电极的极化。W和R之间通过极小的电流，用于测量工作电极的电势。通过三电极电池，可以专门研究工作电极的电极过程动力学。 /p p 　　由于在锂离子电池中，正极和负极的电化学响应存在较大差异，近年来通过测量两电极电池电压电流曲线，对曲线进行dQ/dV处理，结合熵的原位测量，也能大致判断电池的电流或电压响应主要是与负极还是与正极反应有关。 /p p 　　1.3参比电极的特性及门类参比电极的性能直接影响电极电势的准确测量，通常参比电极应具备以下基本特征：①参比电极应为可逆电极 ②不易被极化，以保证电极电势比较标准和恒定 ③具有较好的恢复特性，不发生严重的滞后现象 ④具有较好的稳定性和重现性 ⑤快速暂态测量时，要求参比电极具有较低的电阻，以减少干扰，提高测量系统的稳定性 ⑥不同的溶液体系，采用相同的参比电极的，其测量结果可能存在差异，误差主要来源于溶液体系间的相互污染和液接界电势的差异。 /p p 　　常用的水溶液体系参比电极有可逆氢电极、甘汞电极、汞-氧化汞电极、汞-硫酸亚汞电极等 常用的非水溶液体系参比电极有银-氯化银电极、Pt电极以及金属锂、钠等电极。此外，也可以用银丝、铂丝做准参比电极，或者采用电化学反应电位稳定的溶解于电解液的二茂铁氧化还原电对。关于准参比电极细节可参考A.J.Bard编著的《ElectrochemicalMethods》。 /p p 　　1.4研究电极的门类及特性电化学测量中常用的研究电极主要有固体电极、超微电极和单晶电极。一般电化学研究所指的的固体电极主要有Pt电极和碳电极。其中碳电极包括热解石墨、高定向热解石墨(HOPG)、多晶石墨、玻璃化碳、碳纤维等。固体电极在使用时需要对其表面进行特殊处理，以期达到较好的重复性。常规的处理步骤为：①浸泡有机溶剂，除去表面吸附有机物 ②机械抛光，初步获取较高的表面光洁度 ③电化学抛光，除去电极表面氧化层及残留吸附物质 ④溶液净化，保证溶液的纯度，消除溶液中的杂质对测量结果的影响。 /p p 　　此外，超微电极和单晶电极以其独特的性质，近些年来也得到了较广泛的应用。前者可以快速获得动力学参数，且对待测材料的量要求很低，可以避免黏结剂、导电添加剂的干扰。后者可以精确获得溶剂吸脱附、表面结构、结晶取向等对电极过程动力学的影响。 /p p 　　在锂离子电池的研究中，固体电极包括含有活性物质的多孔粉末电极、多晶薄膜电极、外延膜薄膜电极、单颗粒微电极以及单晶电极等，多数测量时采用多孔粉末电极。 /p p 　　1.5电极过程电极过程一般情况下包括下列基本过程或步骤：①电化学反应过程:在电极/溶液界面上得到或失去电子生成反应产物的过程，即电荷转移过程 ②传质过程:反应物向电极表面或内部传递或反应产物自电极内部或表面向溶液中或向电极内部的传递过程(扩散和迁移) ③电极界面处靠近电解液一侧的双电层以及靠近电极内一侧的空间电荷层的充放电过程 ④溶液中离子的电迁移或电子导体、电极内电子的导电过程。 /p p 　　此外，伴随电化学反应，还有溶剂、阴阳离子、电化学反应产物的吸附/脱附过程，新相生长过程以及其它化学反应等。 /p p 　　锂离子电池作为一种复杂的电化学体系，其电极过程同样具备上述几个基本步骤。其工作原理如图3所示。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/93c5e038-8fe5-45b8-95cf-7a848c79c7c2.jpg" title=" 003.jpg.png" alt=" 003.jpg.png" / /p p 　　针对不同的电极材料及电极体系，上述基本过程可简化为锂离子电池中离子和电子的传输及存储过程。所涉及的电化学过程有电子、离子在材料的体相、两相界面和(solidelectrolyteinterphase，SEI)的形成等过程。典型的电极过程及动力学参数有：①离子在电解质中的迁移电阻(Rsol) ②离子在电极表面的吸附电阻和电容(Rad，Cad) ③电化学双电层电容(Cdl) ④空间电荷层电容(Csc) ⑤离子在电极电解质界面的传输电阻(Rincorporation) ⑥离子在表面膜中的输运电阻和电容(Rfilm，Cfilm) ⑦电荷转移(Rct) ⑧电解质中离子的扩散电阻(Zdiffusion) ⑨电极中离子的扩散(Zdiffusion)——体相扩散(Rb)和晶粒晶界中的扩散(Rgb) ⑩宿主晶格中外来原子/离子的存储电容(Cchem) 相转变反应电容(Cchem) 电子的输运(Re)。 /p p 　　上述基本动力学参数涉及不同的电极基本过程，因而具有不同的时间常数。典型的电池中的电极过程及时间常数如图4所示。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/15e1c68c-99dc-4dd3-baf5-27e2c29a2754.jpg" title=" 004.jpg.png" alt=" 004.jpg.png" / /p p 　　1.6电化学极化的类型及其特征1.6.1极化的类型及其特征在施加了外来电场后，电池或电极逐渐偏离平衡电势的状态，称之为极化。在不具有流动相的电池中，存在着3种类型的极化：①电化学极化——与电荷转移过程有关的极化，极化的驱动力是电场梯度 ②浓差极化——与参与电化学反应的反应物和产物的扩散过程有关的极化，极化的驱动力为浓度梯度 ③欧姆极化——与载流子在电池中各相输运有关的极化，驱动力是电场梯度。 /p p 　　若还存在其它基本电极过程，如匀相或多相化学反应过程，则可能存在化学反应极化。 /p p 　　极化电势与平衡电势的差值的大小被称之为过电势。 /p p 　　1.6.2极化的影响因素各类极化的影响因素如下。(1)电化学极化的大小是由电化学反应速率决定的，电化学极化电阻(Rct)的大小与交换电流密度(io)直接相关。受多种因素影响，包括电极电位、电极电位与电解质电化学势差、反应物与产物的活度、参与电化学反应的电极的真实表面积、结晶取向、有序度、表面电导、反应温度、催化剂催化特性、电化学反应的可逆性等。 /p p 　　电化学极化的电流与电势在一定的电流电压范围内一般符合Tafel关系，log(i)与过电势成正比。 /p p 　　(2)浓差极化与传质粒子的扩散系数有关。电池中的扩散过程可以发生在电极材料内部，多孔电极的孔隙中，以及电解质相中，参与扩散的可以是多种带电或中性粒子。涉及扩散的粒子流的流量一般符合菲克扩散定律，与扩散系数及浓度梯度有关。由于电池是非均相体系，扩散系数与浓度梯度是空间位置的函数，在电化学反应的过程中，会随时间变化。传质的快慢与传质距离的平方成正比。 /p p 　　浓差极化过电势hcon与电流i，极限电流il的关系符合对数关系，hcon=RT/nF´ ln[(il-i)/il]。在过电势较小时，hcon=-RTi/nFil。 /p p 　　(3)欧姆极化的大小是由电池内部涉及到电迁移的各类电阻之和，即欧姆电阻决定的。欧姆极化过电势与极化电流密度成正比。 /p p 　　 strong 2 小结与展望 /strong /p p 　　电化学表征技术在锂离子电池中有着非常广泛的应用，而电化学表征方法也非常之丰富，除了文中介绍的几种方法外，还有诸如 PSCA、CPR、CITT、RPG 等。随着实际应用的需要，新的电化学表征方法，特别是与其它表征技术结合形成的各类原位测量技术，正在迅速发展。 /p p 　　电极过程动力学研究的目的是获得能反映电极材料本征动力学特性的参数值，例如电荷转移电阻、扩散系数、交换电流密度，膜电阻等，并掌握该参数值随不同充放电深度(嵌脱锂量)以及温度的变化，从而能够理解、模拟、预测各类工况下及充电过程中电池极化电阻、电容的变化规律。而实验室在基础研究时往往采用粉末电极，导致在不同材料之间可靠的比较动力学参数基本不可能非常精确，除非材料的尺寸、粒度分布、表面官能团、导电添加剂、粘接剂、分散度、电极厚度、压实密度、体积容量得到了精确的控制和能实现高度的一致性。 /p p 　　相对于手工制作的电极，自动化设备制作的电极往往具有较好的一致性，更适合用来研究电极过程动力学。在基础研究时最好采用薄膜电极、微电极或单晶电极。 /p p 　　对于批量生产的电池，通过比较充放电曲线，分析直流极化电阻、固定频率的交流阻抗，开路电压等，可以获得表观的动力学参数，采用这些参数通过电化学模拟软件，可以将为准确的预测电池各类工况下的荷电态、极化电阻、输出功率，成为电源管理系统软件的核心内容 。 /p p 　　事实上，锂离子电池涉及的电化学为嵌入电极电化学，有别于传统的电极不发生结构演化，电化学反应主要发生在电极表面的溶液电化学。电化学双电层(EDL)与空间电荷层(SCL)共存，在充放电过程中，离子将穿过 EDL 与 SCL，电荷转移往往发生在电极内部而非表面，电极为混合离子导体，电化学反应伴随着相变和内部传质，这与一般教科书上描述的的电化学反应体系、研究方法、数学模型存在显著差异，需要发展新的理论与实验方法。 /p p 　　 span style=" color: rgb(127, 127, 127) " i 文章摘自Energy Storage Science and Technology（储能科学与技术），2015,4（1），（凌仕刚，吴娇杨，张舒，高健，王少飞，李泓，中国科学院物理研究所） /i /span /p

2024年4月22日，中国科学院主管业务局组织专家组对物理所承担的国家重大科研装备研制项目“超高时空分辨原位多尺度量子测量系统的研制”进行了验收。专家组听取了项目负责人白雪冬研究员整体工作汇报、许智高级工程师原位电镜低温扫描探针装置和刘开辉教授原位电镜超快光学装置两个子系统的研制报告，以及用户报告、技术验收报告、档案验收报告和财务验收报告，现场核查了仪器设备运行情况和项目文档。专家组认为，项目组研制的超高时空分辨原位多尺度量子测量系统为国际首台，全部技术指标达到考核要求，圆满完成了总体目标，同意通过验收。该系统基于数字信息光学原理，发明了适用原位电镜的超快光谱测量技术，实现了超快脉冲光的光纤聚焦和扫描，解决了原位光谱测量实验中保持样品稳定和光纤信号保真采集的技术难题，使得原位电镜超快光学研究达到了原子分辨水平，技术专家现场测试时间分辨率为317飞秒。该系统还实现了原位电镜液氦杜瓦低温和变温条件下的电输运性质测量。项目组利用自主研制的装置，做出了原创性科研工作，成果发表在Nature等杂志上。原位电镜超快光学测量装置验收会现场

温度是自然科学领域中非常重要的一个物理量，在现代物理实验尤其是凝聚态物理实验中，通过改变温度研究材料的物理相变特性已经成为了一种非常常规和必要的手段。随着测量技术的不断发展，越来越多的低温测量设备和测量手段变得触手可及。通常，在温度低于1K以下并不断接近于零度的过程中，电子-声子散射作用逐渐被抑制，从而能够观察到更多被掩盖的量子态，这对于探索材料的本征物理特性具有重大意义，同时也拓展了材料研究新的领域，例如非常规超导体重费米子材料、自旋液体材料等引发的对BCS超导理论、强关联电子复杂行为、量子阻挫行为的深入探讨。然而目前传统的mK温度下的测量手段仍然非常有限，mK温度的测量对系统的稳定性要求较高，微弱的扰动都可能导致温度的剧烈波动，使得电学输运的研究手段成为了长久以来“仅有”的选择。人们也似乎很难将常规需要在探测线圈中移动样品才能进行的磁学测量手段与mK限低温联系起来。近年来Quantum Design公司在低温测量领域的开发仍在不断延伸，成功推出了基于MPMS3磁学测量系统的低温氦三直流磁学测量组件iHelium3和基于PPMS综合物性测量系统稀释制冷机的ACDR交流磁化率组件，成功实现了mK温度区间的直流磁学和交流磁学的测量功能，是继mK电学、热学测量功能后补全的又一块拼图。在此限低温下对磁性的研究将有助于科研工作者对超导材料的抗磁特性、临界电流、中间态能隙以及自旋玻璃材料量子阻挫特性等进行深入的研究。精彩案例 1. 低温下重费米子材料NdV2Al20的超导特性研究 2016年日本富山大学並木孝洋教授课题组在0.5-2.5K范围对重费米子材料NdV2Al20在低温的超导特性进行了细致研究，除了采用常规的电学测量外，也使用MPMS系统的iHelium3选件对NdV2Al20材料在[001][101][111]三个方向的0.01T和0.1T背景场下的MT曲线进行了测试，并通过该数据对材料的Tc相变点进行了判定。MPMS3 iHelium3选件测量NdV2Al20材料在[001][101][111]三个方向的MT直流磁化率曲线@0.01T&0.1TJ. Phys. Soc. Jpn. 85, 073706 (2016) 2. 低温下Al6Re铝铼合金超导体相关性质研究 2019年复旦大学封东来、李世燕教授课题组对Al6Re铝铼合金一类超导体在超导转变温度附近的交直流磁化率分别通过MPMS3的iHelium3组件和DynaCool的ACDR稀释制冷机交流磁化率组件进行了测量。对该材料在不同稳态背景磁场下的抗磁特性进行了分析，并通过M-H曲线通过磁场抑制超过临界值Hc瞬间失超的特性进一步确认了其一类超导材料的身份。随后又结合BCS理论对50mK-1K的交流磁化率数据的磁滞特性进行了细致分析。MPMS3 iHelium3测量到的Al6Re在mK温区的直流磁化率曲线MT、MH(@0.4K) DynaCool系统ACDR选件测量的Al6Re在mK温区的交流磁化率曲线PHYSICAL REVIEW B 99, 144519 (2019)