2024-10

通过极化的远程交互增强通用机器学习潜力

分类： 化学物理, 材料科学

作者： Rongzhi Gao, ChiYung Yam, Jianjun Mao, Shuguang Chen, GuanHua Chen, Ziyang Hu

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13820v1

摘要： 长程相互作用对于确定化学系统在各种环境中的行为至关重要。原子水平上物理和化学现象的准确预测取决于对这些相互作用的准确建模。在这里，我们提出了一个框架，通过将显式可极化长程相互作用与等变图神经网络短程势相结合，显着增强了机器学习原子间势的预测能力。预训练的通用模型适用于整个元素周期表，可以实现第一性原理的准确性。这种多功能模型已进一步应用于不同的研究领域，包括机械性能、固态电解质中的离子扩散性、铁电性和界面反应的研究，证明了其广泛的适用性和鲁棒性。

未来自动驾驶实验室的物质空间导航图

分类： 材料科学, 74E15, 51N20

作者： Daniel E Widdowson, Vitaliy A Kurlin

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13796v1

摘要： 随着自动驾驶实验室的出现，有望合成大量新材料，在材料被称为新颖材料之前，需要新的自动化工具来检查现有结构数据库中的潜在重复项。为了避免重复，我们严格地将任何周期性材料的新颖性度量定义为已知材料中与其最近邻的最小距离。使用超快的结构不变量，即使给定的晶体通过改变晶胞、扰动原子或替换化学元素来伪装，所有这些最近的邻居也可以在典型的计算机上在几秒钟内找到。这种实时新颖性检查通过在世界上最大的无机结构集合、无机晶体结构数据库和材料项目中发现伯克利 A 实验室生产的 43 种材料的几乎重复品来证明。为了帮助未来的自动驾驶实验室成功识别新型材料，我们提出了材料空间的导航地图，其中任何新结构都可以通过其类似于地球上地理位置的不变描述符快速定位。

用热力学模型预测 beta-TaON 的合成窗口

分类： 材料科学

作者： Dmitri LaBelle, Yong-Jie Hu

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13795v1

摘要： 由于金属氮氧化物对合成条件的敏感性以及对潜在热力学的了解有限，纯相合成一直是金属氮氧化物的主要挑战。 β相氮氧化钽（β-TaON）是一种在光催化和储能领域很有前景的材料，但以可重复的纯相形式合成特别困难。在这项工作中，提出了一个经过实验验证的计算热力学模型，用于评估通过氨解反应进行 β-TaON 的纯相合成条件。反应物、产物和副产物相的有限温度热化学性质通过准谐波方法 (QHA) 的第一性原理计算进行预测，并从可用的热力学数据库中实现。利用热化学性质，开发了基于相图计算（CALPAHD）方法的热力学模型来评估与合成反应相关的相平衡，并相应地预测 β-TaON 的合成窗口。三维相图被预测为气体成分和温度的函数，为最佳合成条件提供了见解。计算预测进一步与可用的实验数据进行比较，为相纯 β-TaON 合成提供系统框架。

利用图神经网络驱动的 LLM 驱动的多智能体系统进行快速、自动化的合金设计

分类： 材料科学, 无序系统和神经网络, 介观和纳米物理, 人工智能, 多代理系统

作者： Alireza Ghafarollahi, Markus J. Buehler

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13768v1

摘要： 多智能体人工智能模型用于自动发现新的金属合金，整合多模态数据和外部知识，包括通过原子模拟获得的物理学见解。我们的多智能体系统具有三个关键组件：(a) 一套负责推理和规划等任务的大语言模型，(b) 一组具有不同角色和动态协作专业知识的人工智能智能体，以及 (c) 新开发的用于快速检索关键物理特性的图神经网络（GNN）模型。一组 LLM 驱动的 AI 代理在 GNN 预测的指导下协作，自动探索 MPEA 的广阔设计空间。我们专注于 NbMoTa 系列体心立方 (bcc) 合金，使用基于 ML 的原子间势进行建模，并瞄准两个关键属性：Peierls 势垒和溶质/螺旋位错相互作用能。我们的 GNN 模型可以准确预测这些原子尺度的属性，为昂贵的强力计算提供更快的替代方案，并减轻多智能体系统物理检索的计算负担。该人工智能系统通过减少对人类专业知识的依赖并克服直接全原子模拟的局限性，彻底改变了材料发现。通过将 GNN 的预测能力与基于 LLM 的代理的动态协作相结合，该系统可以自主导航巨大的合金设计空间，识别原子尺度材料特性的趋势并预测宏观尺度机械强度，正如多项计算实验所证明的那样。这种方法加速了先进合金的发现，并有望在其他复杂系统中得到更广泛的应用，标志着自动化材料设计向前迈出了重要一步。

张力稳态的自动模型发现：生长和重塑中的本构机器学习

分类： 机器学习, 材料科学, 计算工程、金融和科学, 65, 74, I.6; J.2

作者： Hagen Holthusen, Tim Brepols, Kevin Linka, Ellen Kuhl

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13645v1

摘要： 软生物组织表现出维持最佳拉应力状态的倾向，称为张力稳态，即使在外部机械刺激后也能恢复。这种宏观行为可以使用运动增长理论来描述，其中变形梯度被乘法分解为弹性部分和与增长和重塑相关的部分。最近，引入稳态表面的概念来定义稳态状态和非弹性变形的演化方程。然而，无论具体的非弹性现象如何，确定最佳模型和材料参数以准确捕获非弹性材料的宏观行为只能通过丰富的专业知识来完成，通常非常耗时，并且容易出错。为了应对这一挑战，内置物理机器学习算法提供了巨大的潜力。在这项工作中，我们通过结合运动生长和稳态曲面来扩展非弹性本构人工神经网络 (iCANN)，以发现标量模型方程，即亥姆霍兹自由能和赝势。后者从模糊的意义上描述了体内平衡的状态。我们评估了所提出的网络在材料点水平上从实验获得的组织等效数据中学习的能力，评估其超出训练范围的预测准确性，并讨论其在结构水平上应用时的当前局限性。我们的源代码、数据、示例和相应材料子例程的实现可通过 https://doi.org/10.5281/zenodo.13946282 向公众开放。

KY(MoO4)2 中光激发红外活性剪切声子的太赫兹共振发射

分类： 材料科学, 强关联电子, 光学

作者： D. Kamenskyi, K. Vasin, L. Prodan, K. Kutko, V. Khrustalyov, S. G. Pavlov, H. -W. Hübers

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13603v1

摘要： 几十年来，产生太赫兹（THz）频率范围内的单色电磁辐射仍然是一项艰巨的任务。在这里，我们演示了介电材料 KY(MoO4)2 中相干光学声子发射单色亚太赫兹辐射。 KY(MoO4)2 的层状晶体结构导致能量低于 3.7 meV 的红外活性剪切晶格振动，这对应于低于 900 GHz 的频率，其中基于固态化合物的单色辐射源很少见。相干红外活性光学声子由持续数十皮秒的宽带太赫兹脉冲激发，并重新发射衰减时间为 33 皮秒的窄带亚太赫兹辐射脉冲，这对于频率低于 1 太赫兹的振荡器来说非常长。如此长的相干发射允许检测频率为 568 和 860 GHz 的 50 多个辐射周期。非常长的衰减时间以及所用材料的化学稳定性表明太赫兹激光技术有多种可能的应用。

石墨富勒烯：一种新型分子二维铁磁体

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Diego López-Alcalá, Ziqi Hu, José J. Baldoví

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13550v1

摘要： 在过去的几十年里，碳化学引起了化学家、物理学家和材料科学家的广泛关注。最近发现的石墨烯由于其卓越的电子特性以及在富勒烯单元内容纳分子或簇的可能性，为许多应用提供了一个有前景的平台。在这里，我们介绍了石墨富勒烯，一种新型的基于分子的二维（2D）磁性材料，由封装在石墨富勒烯上的三金属氮化物簇形成。通过第一性原理计算，我们证明了分子成功融入到由 C$_{80}$ 富勒烯形成的二维网络中，从而产生了居里温度 (Tc) 为 38 K 的鲁棒长程铁磁有序。此外，我们通过应变工程将 Tc 提高了 45%。这些发现为基于石墨富勒烯的先进技术的新型分子二维磁体系列开辟了道路。

FePS${3}$ 和 NiPS${3}$ 堆叠双层中的层间磁耦合

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Andrea León, Beatriz Costa, Thomas Heine, Thomas Brumme

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13540v1

摘要： 单层过渡金属硫代磷酸盐 (2D-TMPS${3}$) 范德华磁体是研究二维反铁磁相互作用的理想平台。然而，这些材料的两个或多个单独层之间的磁耦合机制大多仍未被探索。本研究提出了基于密度泛函的分析和分析模型来描述 FePS${3}$ 和 NiPS${3}$ 堆叠双层的磁性构型。我们探索磁性配置和堆积位移之间的相互作用，从而确定导致层之间铁磁或反铁磁耦合的机制。我们的研究结果表明，具有最低能量的堆叠取决于金属，并且层间磁性配置（铁磁或反铁磁）根据堆叠类型和所涉及的金属而变化。使用 Ising-Hamiltonian 模型和基于 Wannier 函数的紧束缚模型，我们表明必须考虑第三个最近邻的层间交换相互作用，并阐明 NiPS${3}$ 系统的超级交换机制。

桌面 GPU 上的神经进化潜力使多晶石墨烯的百万原子热传输模拟接近第一原理精度

分类： 材料科学, 统计力学

作者： Xiaoye Zhou, Yuqi Liu, Benrui Tang, Junyuan Wang, Haikuan Dong, Xiaoming Xiu, Shunda Chen, Zheyong Fan

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13535v1

摘要： 由于计算成本较高，对具有大规模结构特征的系统中的热传输进行第一原理分子动力学模拟具有挑战性。在这里，我们使用多晶石墨烯作为案例研究，展示了在包含超过 140 万个原子的系统中以接近第一原理的精度模拟热传输的可行性，甚至可以使用消费级台式 GPU 来实现。这是通过开源 GPUMD 包中实现的高效神经进化潜力 (NEP) 方法实现的。利用 NEP 模型的准确性和效率，我们量化了由于晶粒尺寸不同的晶界而导致的多晶石墨烯热导率的降低，解决了面内和面外（弯曲）声子模式的影响。此外，我们发现，即使在显着的拉伸应变下，晶界也能导致有限的导热率，这与在类似条件下在原始石墨烯中观察到的发散行为形成鲜明对比，这表明晶界可能在低维动量的热传输中发挥着至关重要的作用- 节约系统。鉴于实际材料中广泛存在的大规模晶界和外部应变，这些发现可以为解释实验观察结果提供见解。使用 NEP 方法在消费级桌面 GPU 上以接近第一原理的精度模拟数百万个原子的能力将有助于更广泛的研究界更容易地进行大规模高保真原子模拟。

Weyl 半金属 NbP 的静态和动态电子特性——单晶 $^{93}$Nb-NMR 研究

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： Tetsuro Kubo, Hiroshi Yasuoka, Deepa Kasinathan, K. M. Ranjith, Marcus Schmidt, Michael Baenitz

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13525v1

摘要： 核磁共振 (NMR) 技术已用于研究 Weyl 半金属 NbP 的静态和动态微观特性。通过对单晶 $^{93}$Nb-NMR 谱的角度依赖性的完整分析，电四极相互作用和磁超精细相互作用的参数确定为 $\nu_{\rm Q} = 0.61$,MHz, $\eta = 0.20$, $(K_{XX}, K_{YY}, K_{ZZ}) = (- 0.06, 0.11, - 0.11)$% 在 4.5,K 处。 $^{93}$Nb Knight 位移的温度和场依赖性揭示了具有几乎无质量的费米子的态密度形状的特征。我们清楚地观察到与能带结构相关的奈特位移的量子振荡，其频率与之前的体测量非常一致。自旋晶格弛豫率的温度依赖性 $1 / T_{1} T$ 在 $30 < T < 180$,K 时表现出几乎恒定的行为，而在 $\sim 30$\ 以下则观察到较弱的温度依赖性,K.这与在 TaP 和 TaAs 中观察到的行为形成对比，其中通过 $^{181}$Ta 核四极共振 (NQR) 测量的 $1 / T_{1} T$ 显示 $1 / T_{1} T \propto T^{ 2}$ 和 $T^{4}$ 大约超过 30,K。在 TaP 中，温度依赖性轨道超精细相互作用在核弛豫中发挥着重要作用，而在 TaAs 中没有观察到这种贡献。观察到二分量自旋回波振荡。较短周期振荡归因于四极耦合的起源，而较长周期振荡表明间接核自旋-自旋耦合的存在，如其他外尔半金属（如 TaP）中所讨论的那样。

非谐波过阻尼状态下的晶格热导率

分类： 材料科学

作者： Đorđe Dangić, Giovanni Caldarelli, Raffaello Bianco, Ivana Savić, Ion Errea

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13485v1

摘要： 在晶体材料中，低晶格热导率通常与强非谐性相关，这可能导致声子谱函数与预期洛伦兹线形的显着偏差。这些偏差发生在过阻尼状态下，引发了有关玻尔兹曼输运方程适用性的问题。此外，强非谐性会引发结构随温度的相变，而标准谐波近似无法充分描述这一点。为了解决这些挑战，我们提出了一种计算晶格热导率的新方法。我们的方法将 Green-Kubo 线性响应理论与随机自洽谐波近似相结合。后者使我们能够描述晶体结构随温度的演化，包括一级和二级相变，以及高度非谐材料的振动特性。 Green-Kubo 方法在计算晶格热导率时考虑了声子谱函数的整个线形，从而消除了过阻尼状态下声子寿命的可疑使用，并且自然地包括相干传输效应。此外，我们将我们的理论扩展到模拟复杂的动态晶格热导率，增强我们对随时间变化的热反射实验的理解。作为实际应用，我们采用这种方法来计算 CsPbBr$_3$ 的晶格热导率，CsPbBr$_3$ 是一种复杂晶体，以其具有复杂相图的反常热传输行为而闻名。我们的方法能够确定不同相的导热率，与实验非常吻合。

无铅金钙钛矿中的相干声子、局域化和慢极化子形成

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Sankaran Ramesh, Yonghong Wang, Pavel Chabera, Rafael Araujo, Mustafa Aboulsaad, Tomas Edvinsson, Feng Gao, Tönu Pullerits

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13401v1

摘要： 无铅金属卤化物钙钛矿正在成为铅基同类产品毒性较小的替代品。然而，它们在光电器件中的适用性有限，并且电荷传输动力学仍然知之甚少。了解光生电荷和结构动力学对于释放这些新颖系统的潜力至关重要。在这项工作中，我们采用超快光学和拉曼光谱结合能带结构计算来研究溴化铯金（一种有前途的无铅钙钛矿）的耦合电子和振动动力学。我们发现带边电荷转移态与 Au-Br 伸缩声子模式强烈耦合，导致脉冲激发相干声子吸收的频率调制。早期弛豫的特征是离域电荷转移激发的动力学和缓慢衰减的相干声子。电子和振动弛豫揭示了局部极化子态在 10-20 ps 时间尺度内的缓慢形成。使用位移谐振子模型，沿声子模式晶格弛豫后，极化子结合能估计为约 80 meV。强激子-声子耦合和通过与晶格模式耦合而形成的缓慢极化子使该材料成为利用光控制相干声子和局域极化子态的有前途的测试平台。

通过 DNA 折纸晶体上的原子层沉积制造功能性 3D 纳米结构

分类： 应用物理, 材料科学, 生物物理学

作者： Arthur Ermatov, Melisande Kost, Xin Yin, Paul Butler, Mihir Dass, Ian D. Sharp, Tim Liedl, Thomas Bein, Gregor Posnjak

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13393v1

摘要： 虽然 DNA 折纸是一种强大的自下而上的制造技术，但 DNA 纳米结构的物理和化学稳定性通常仅限于水缓冲条件。湿化学硅化可以稳定这些结构，但不会增加更多功能。在这里，我们展示了一种多功能 3D 纳米加工技术，可通过原子层沉积 (ALD) 在微米大小的 DNA 折纸晶体上保形涂覆功能性金属氧化物。除了在 SiO2 稳定晶体内沉积均匀且共形的纳米薄 ZnO、TiO2 和 IrO2（多层）外，我们还建立了一种方法，通过临界点干燥实现直接用 ALD 层涂覆裸露 DNA 晶体，同时保持晶体完整性和较低的 ALD 工艺温度。作为概念验证应用，我们展示了使用 ALD IrO2 涂层 DNA 折纸晶体进行电催化水氧化，从而相对于平面薄膜提高了性能。总体而言，我们的涂层策略建立了一套工具集，用于设计具有精确定义的拓扑和材料成分的定制 3D 纳米材料，结合了 DNA 折纸和功能性无机材料原子控制沉积的独特优势。

ID03 的 ESRF 暗视野 X 射线显微镜

分类： 应用物理, 材料科学, 仪器仪表和探测器

作者： H. Isern, T. Brochard, T. Dufrane, P. Brumund, E. Papillon, D. Scortani, R. Hino, C. Yildirim, R. Rodriguez Lamas, Y. Li, M. Sarkis, C. Detlefs

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13391v1

摘要： 暗场 X 射线显微镜 (DFXM) 是一种全视场成像技术，用于对晶体元素中的取向和应变进行非破坏性 3D 绘图。 ID03 的新 DFXM 光束线是 ESRF 第二阶段升级项目 (EBSL2) 的一部分，旨在为研究嵌入式微结构提供尖端功能。该项目将终端站从 ID06-HXM 迁移并升级到 ID03，集成了新的 X 射线光学器件、辐射室和针对该先进技术优化的源设备。显着的改进包括近场相机、新的测角仪和高分辨率远场相机。概念设计于 2019 年 9 月完成，技术设计于 2021 年 3 月完成，并于 2024 年 4 月迎来第一批用户。在原始仪器成功的基础上，ID03 光束线提供了增强的微结构多尺度和多模态测绘具有高分辨率，能够对复杂现象进行原位探索。应用范围从金属的应变和取向映射到功​​能材料、半导体、生物矿物和能源系统的研究。

超柔性原子薄方形晶格中的高温铁磁性和铁弹性

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Xinyuan Huang, Yueqiao Qu, Yu Liao, Qian Zheng, Ran Liu, Yu Chen, Liang Liu, Junzhong Wang, Gang Yao

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13372v1

摘要： 在实验可行的二维（2D）晶体中，高温本征铁磁有序性、大磁各向异性以及铁弹性和柔性等新颖的机械性能的共存对于纳米级自旋电子学非常有吸引力。然而，识别此类材料的进展有限。在这里，通过第一性原理计算，我们首次在 P4/nmm 空间群中的新型二维剥离 FeSi 纳米片中报告了上述特性的非凡组合的发现。由于强阴离子介导的超交换相互作用，单层 FeSi (ML-FeSi) 的居里温度 Tc 高达 830 K，超过了当前的实验记录（ML-Cr3Te4 为 344 K）。此外，包括 FeSi 在内，此类同构晶格都表现出卓越的柔软性，其超低面内刚度就证明了这一点。值得注意的是，过渡金属原子和方形晶体形式共同作用，赋予了该系列 ML 材料独特的性能，可以从 FeSi、MnP、MnAs、CrP、FeI 和 VAs 中的类 Ising 二维铁磁体过渡到 2D-XY 铁磁体CrAs、VP、多铁性 MnGe 和 TiTe。总的来说，我们的工作强调了这种二维晶格是新兴多功能器件应用和非平凡拓扑自旋电子学中有希望的候选者。

双氢氧化物钙钛矿 CuSn(OH)$_6$ 晶体结构中的相关质子无序

分类： 材料科学

作者： Anton A. Kulbakov, Ellen Häußler, Kaushick K. Parui, Aswathi Mannathanath Chakkingal, Nikolai S. Pavlovskii, Vladimir Yu. Pomjakushin, Laura Cañadillas-Delgado, Thomas Hansen, Darren C. Peets, Thomas Doert, Dmytro S. Inosov

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13359v1

摘要： CuSn(OH)$_6$ 是来自磁性双钙钛矿氢氧化物家族的量子自旋系统，具有受挫磁性亚晶格。它也被称为天然矿物硅灰石，其晶体结构几十年来一直难以捉摸。在这里，我们利用 X 射线和中子粉末衍射来求解 CuSn(OH)$_6$ 的晶体结构，并提出了具有相关质子无序的斜方空间群 $Pnnn$ 中的结构模型。结构中氢位点的占据受到“冰规则”的限制，类似于已知的水冰。由此产生的氢键网络挫败可能与面心磁性亚晶格中预期的强磁性挫败产生复杂而有趣的相互作用。由于 Jahn-Teller 效应，结构扭曲在 Cu$^{2+}$ 化合物中非常明显，部分缓解了这两种类型的挫败感。我们还表明，静水压力倾向于通过一系列质子有序转变来抑制质子无序，因为一些分裂氢位点已经在 1.75 GPa 下合并，而其他分裂氢位点则表现出在更高压力下可能合并的趋势。

MOCVD 生长金红石 GeO2 薄膜的 TEM 研究

分类： 材料科学

作者： Imteaz Rahaman, Botong Li, Hunter D. Ellis, Brian Roy Van Devener, Randy C Polson, Kai Fu

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13199v1

摘要： 超宽带隙 (UWBG) 半导体在下一代电力电子领域很有前景，这在很大程度上归功于其巨大的带隙和出色的击穿电场。金红石 GeO2 (r-GeO2) 成为一种有前途的替代品，特别是因为它的双极掺杂性。然而，r-GeO2的研究仍处于起步阶段，进一步研究其结构特性对于提高外延层质量至关重要。在我们之前的工作中，我们确定了不同的表面形态；使用金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 在 r-TiO2 (001) 基底上生长的外延 r-GeO2 薄膜的方形图案和光滑区域。本研究采用透射电子显微镜 (TEM) 来研究材料的结构特征。研究结果表明，方形图案区域是结晶的，而平滑区域则表现出非晶态特性。测得（110）面晶格间距为0.324 nm，略超过理论值0.312 nm。这种差异表明 r-GeO2 薄膜中存在拉伸应变，这是由于晶格失配或与基底的热膨胀差异造成的。我们还观察到螺纹位错密度为1.83*10^9 cm-2，其中螺旋型位错占11.76%，刃型位错占29.41%，混合型位错占55.89%，平面缺陷占2.94%。这些发现为 r-GeO2 的生长机制和缺陷特征提供了宝贵的见解。

六方氮化硼中相同单色量子发射体的确定性生成

分类： 材料科学, 量子物理学

作者： Muchuan Hua, Wei-Ying Chen, Hanyu Hou, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Maria K. Y. Chan, HaiHua Liu, Thomas E. Gage, Jian-Min Zuo, Benjamin T. Diroll, Jianguo Wen

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13169v1

摘要： 具有高单光子纯度和出色的不可区分性的量子发射器的确定性创建对于量子信息科学的实际应用至关重要。在六方氮化硼方面已经进行了许多成功的尝试，显示了其承载室温量子发射器的能力。然而，大多数现有方法产生的发射器具有异质光学特性和不清楚的产生机制。在这里，作者报告了在独立式六方氮化硼薄片上使用掩模碳离子注入确定性地创建了相同的室温量子发射器。通过我们的方法制造的量子发射器表现出热限制单色性，发射中心波长分布为590.7±2.7 nm，窄半峰全宽为7.1±1.7 nm，具有出色的亮度（1MHz发射率）和非凡的稳定性。我们的方法为基于六方氮化硼的量子发射器的表征和制造研究提供了可靠的平台，有助于揭示六方氮化硼单光子发射行为的起源，并有利于实际应用，特别是量子技术的工业规模生产。

非晶 Ta$2$O${5-x}$ 氧化物中的抑制顺磁性及其与超导量子位性能的联系

分类： 材料科学, 超导

作者： P. Graham Pritchard, James M. Rondinelli

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13160v1

摘要： 减少的传输量子位 $T_1$ 相干时间与处理过程中薄膜电容器形成的非晶氧化物层有关。由于 Ta 或 Ta 封端的 Nb 电容器总体上表现出优于 Nb 电容器的量子位性能，因此假设非晶非化学计量 Ta$2$O${5-x}$ 氧化物的损耗低于 Nb 电容器$2$O${5-x}$ 对应项。非晶态 Ta$2$O${5-x}$ 不易受到公认的退相干通道影响的原因尚不清楚。在这里，我们结合 \textit{ab initio} 分子动力学和密度泛函建立了非晶态 Nb$2$O${5-x}$ 和 Ta$2$O${5-x}$ 的微观特征理论计算。我们的模拟表明，对于 $0\le x \le 0.25$，非晶态 Ta$2$O${5-x}$ 中发生缺氧的可能性低于 Nb$2$O${5-x}$并且在给定的缺氧水平下，金属Ta-Ta键的形成得到增强。这些键由非晶网络中的结构缺陷所容纳，比非晶 Nb$2$O${5-x}$ 更好地捕获电子。这些热化学差异淬灭或高度抑制非晶态 Ta$2$O${5-x}$ 中的磁矩，并消除准粒子和磁通量噪声的潜在来源。我们的计算还表明，Nb 核与 Nb$2$O${5-x}$ 中局部磁矩之间的超精细耦合可以形成“两级系统”（TLS）或“两级涨落器”（TLF），其中100-1000 MHz 或更高的能量分裂。这揭示了非晶 Nb$2$O${5-x}$ 氧化物层中的新 TLS 机制，而 Ta$2$O${5-x}$ 中不太可能出现这种机制。我们的工作提供了对材料化学和超导量子位天然氧化物所施加的限制的基本了解，可用于指导材料选择和加工。

高熵 MXene 中的多重超均匀性

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 计算物理

作者： Yu Liu, Mohan Chen

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13145v1

摘要： MXene 是一大类二维过渡金属碳化物和氮化物，具有优异的导电性、高体积电容、良好的机械性能和亲水性。在这项工作中，我们将多重超均匀性 (MH) 的概念（一种存在于无序多组分系统中的奇异状态）推广到二维材料 MXene。无序超均匀系统具有各向同性的局部结构，缺乏传统的平移和取向顺序，但它们像完美晶体一样完全抑制无限波长密度涨落，从这个意义上说，具有隐藏的长程顺序。特别是，我们根据高分辨率 SEM 成像数据评估了高熵 (HE) MXene 实验样品 TiVCMoCr 中存在的各个组件的静态结构因子，这表明该 HE MXene 系统至少是有效的多超均匀的。然后，我们设计了一种打包算法来生成 HE MXene 系统的多重超均匀模型。由于隐藏的长程有序，与流行的 HE MXene（准）随机模型相比，MH HE MXene 预计在能量上更加稳定。此外，MH结构表现出明显较小的晶格畸变，这对HE MXene的电子特性（例如态密度和电荷分布）具有至关重要的影响。这项对 HE MXene 的系统研究增强了我们对这些系统的基本理解，并提出了多重超均匀性赋予的可能的奇异物理特性。

混合价系光导率的动态耦合模型

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Kin Yip Wong

发布时间： 2024-10-17

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13144v1

摘要： 使用线性响应理论，采用适当的波函数和扰动方法的能量，可以计算 Robin 和 Day 定义的所有三类混合价系系统的吸收剖面：III 类（离域）、I 类（局域）和 Class II（介于 III 和 I 之间）。基于这些吸收分布，可以计算出相应的频率相关光导分布，结果如下： 对于所有三类，光导分布在能带形状和偏振方面与其相应的吸收分布相似，除了这些吸收峰之外相对于吸收曲线，曲线倾向于向更高频率移动。电荷转移吸收（CT带）是光导率的主要贡献者。此外，CT 引起的 IR 波段也有助于光导率，因为它从 CT 波段借用其强度，并且借用量取决于其与后者的接近程度，如 II 类中那样。

探索纳米级光响应机制以增强范德华界面的光热电效应

分类： 材料科学, 光学

作者： Da Xu, Qiushi Liu, Boqun Liang, Ning Yu, Xuezhi Ma, Yaodong Xu, Takashi Taniguchi, Roger K. Lake, Ruoxue Yan, Ming Liu

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.13052v1

摘要： 集成光电探测器的高速、灵敏度和高效功耗至关重要。在这些器件中，光电流的产生主要归因于由电子空穴分离驱动的光伏（PV）效应，以及通过塞贝克效应由温度梯度产生的光热电（PTE）效应。随着器件缩小，这些机制的重叠（均取决于费米能级和能带结构）使它们在纳米尺度上的单独评估变得复杂。本研究引入了一种新颖的 3D 光电流纳米成像技术，专门设计用于清晰地绘制具有二硫化钼和金 (MoS2 Au) 界面的肖特基势垒光电二极管中的这些机制。我们发现了一个重要的 PTE 主导区域，从电极边缘延伸数百纳米，这是二维材料中典型的弱静电力促成的特征。出乎意料的是，我们发现掺入以其高导热性而闻名的六方氮化硼（hBN）可以显着增强 PTE 响应。这种违反直觉的增强源于热曲线和塞贝克曲线之间的最佳重叠，提供了提高器件性能的新途径。我们的研究结果强调了这种成像技术的能力，不仅可以推进光电应用，还可以加深我们对低维系统内光物质相互作用的理解。

压力对一级相变铁电畴结构形成动力学的影响

分类： 材料科学

作者： Olga Mazur, Leonid Stefanovich

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12946v1

摘要： 在朗道-金兹堡理论的框架内，研究了在静水压力的影响下经历一级相变的铁电体中域结构形成的动力学。已确定机械作用增加了非平衡系统形成稳定多域结构的趋势。数值分析表明，域排序过程可以直接进行，也可以形成短暂的亚稳态多域相。研究发现，在弛豫的初始阶段可以观察到域结构形成的潜伏期。以KNO3晶体为例，表明系统达到热力学平衡的时间与压力值成反比。已确定，在接近相变点（TC-T<10K）的 KDP 晶体中，静水压力会导致铁电有序性的破坏。结果表明，临界压力PCR值随着淬火温度的升高而增大。

BaTiO3 相变时的压力-热滞后现象

分类： 材料科学

作者： Olga Mazur, Ken-ichi Tozaki, Leonid Stefanovich

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12939v1

摘要： 钛酸钡向铁电相的相变发生在许多阶段，并出现非线性现象。转变的混合性质：位移和有序-无序类型，导致热滞后的发生，其跨度很大程度上取决于施加在样品上的压力。在朗道唯象理论框架内进行的理论计算显示了热滞后与压力的非线性动力学。预测在130-145 MPa的压力范围内存在不寻常的松弛现象。实验和理论研究表明，域结构在演化过程中存在减速期，其持续时间取决于压力和淬火温度。假设三临界点附近的弛豫过程与居里温度附近观察到的弛豫过程相似。理论上，计算了使用高压差示扫描量热法进行进一步实验的推荐参数。

压力对 BaTiO3 铁电相变动力学的影响

分类： 材料科学

作者： Olga Mazur, Ken-ichi Tozaki, Yukio Yoshimura, Leonid Stefanovich

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12929v1

摘要： 在朗道-金兹堡理论的框架内，使用差示扫描量热法研究了钛酸钡在压力下的铁电相变。展示了一种在压力下进行高灵敏度热测量的创新方法。结果表明，弛豫过程随着中间短寿命相的形成而非单调进行。已确定多域排序是优选的，但在某些条件下样品的单域化是可能的。结果表明，温度滞后随着压力的增加而变窄。钛酸钡晶体中表征相变变化的新三临界点已通过实验确定并在理论上得到证实。

Open Materials 2024 (OMat24) 无机材料数据集和模型

分类： 材料科学, 人工智能, 计算物理

作者： Luis Barroso-Luque, Muhammed Shuaibi, Xiang Fu, Brandon M. Wood, Misko Dzamba, Meng Gao, Ammar Rizvi, C. Lawrence Zitnick, Zachary W. Ulissi

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12771v1

摘要： 发现具有所需性能的新材料的能力对于从帮助缓解气候变化到下一代计算硬件的进步等众多应用至关重要。与其他计算方法相比，人工智能有潜力通过更有效地探索化学空间或通过反复试验来加速材料发现和设计。尽管人工智能在材料数据、基准和模型方面取得了实质性进展，但出现的一个障碍是缺乏公开可用的训练数据和开放的预训练模型。为了解决这个问题，我们推出了 Open Materials 2024 (OMat24) 大型开放数据集的 Meta FAIR 版本以及一组附带的预训练模型。 OMat24 包含超过 1.1 亿个密度泛函理论 (DFT) 计算，重点关注结构和成分多样性。我们的 EquiformerV2 模型在 Matbench Discovery 排行榜上实现了最先进的性能，并且能够预测基态稳定性和形成能，F1 分数分别高于 0.9 和 20 meV/原子的精度。我们探讨了模型大小、辅助去噪目标以及微调对一系列数据集（包括 OMat24、MPtraj 和 Alexandria）性能的影响。 OMat24 数据集和模型的公开发布使研究界能够以我们的努力为基础，推动人工智能辅助材料科学的进一步进步。

来自和频发生实验和基于神经网络的分子动力学模拟的水/磁铁矿界面的结构

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Salvatore Romano, Harsharan Kaur, Moritz Zelenka, Pablo Montero De Hijes, Moritz Eder, Gareth S. Parkinson, Ellen H. G. Backus, Christoph Dellago

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12717v1

摘要： 磁铁矿是一种天然丰富的矿物质，在自然环境和各种技术应用中经常与水相互作用，这使得对其表面化学的研究具有高度的相关性。在这项工作中，我们结合基于神经网络势的分子动力学模拟和和频产生振动光谱，研究了氢键动力学以及磁铁矿-水界面处羟基物质的存在。我们的模拟涉及大型水系统，使我们能够识别不同的界面物种，例如水离解形成的离解氢和氢氧根离子。值得注意的是，界面附近的水分子表现出对表面偶极子取向的偏好，类块状水行为仅在距离表面超过 60 {\AA} 时重新出现。振动光谱结果与模拟结果吻合良好，证实了表面广告层中存在氢键网络。分析表明，表面吸附的羟基将其氢原子朝向水体定向。相反，氢键水分子与指向磁铁矿表面的氢原子对齐。

高电子密度外延和氧化控制氮化钛薄膜的光学和等离子体特性

分类： 材料科学

作者： Ikenna Chris-Okoro, Sheilah Cherono, Wisdom Akande, Swapnil Nalawade, Mengxin Liu, Catalin Martin, Valentin Craciun, R. Soyoung Kim, Johannes Mahl, Tanja Cuk, Junko Yano, Ethan Crumlin, J. David Schall, Shyam Aravamudhan, Maria Diana Mihai, Jiongzhi Zheng, Lei Zhang, Geoffroy Hautier, Dhananjay Kumar

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12616v1

摘要： 这项工作报告了三组高电子密度 TiN/TiNO 薄膜的脉冲激光辅助合成、详细结构表征以及等离子体特性研究。前两组TiN薄膜是在高真空条件下在600℃和700℃下生长的。第三组 TiN 膜是在 700°C、5 mTorr 分子氧存在下生长的。结果表明，高真空沉积的TiN薄膜具有金属性、光反射率大、光电导率高。在 5 mTorr O2 中生长的 TiN 薄膜被部分氧化并具有半导体性，其室温电阻率几乎是高真空条件下生长的 TiN 薄膜的三倍。使用反射率的 Kramers-Kronig 变换和 Lorentz-Drude 模型分析了这些薄膜的光导率；这两种不同方法测定的光导率非常吻合。为了证实我们的实验光谱观察，我们使用虚拟晶体近似计算了 TiNO 的声子色散和拉曼活性模式。对金红石 TiO2 和岩盐 TiNO 之间声子色散的比较分析表明，氮原子的掺入并没有显着改变金红石 TiO2 的声子色散。然而，它导致在伽马点大约 7.128 THz 处出现新的声子模式，这对应于实验观察到的多光子相位 MPP。通过对实验结果和理论验证的并行研究，提出了一种适合 TiN/TINO 外延薄膜的多层光学模型，以提取单个复杂介电函数，从中可以计算许多其他光学参数。

Co$_2$FeZ (Z = Al, Si, Ga, Ge, Sn, Sb) 半金属铁磁赫斯勒合金电磁性能规律及特征

分类： 材料科学, 强关联电子

作者： Yu. A. Perevozchikova, V. Yu. Irkhin, A. A. Semiannikova, V. V. Marchenkov

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12611v1

摘要： 研究了 Co$_2$FeZ (Z = Al, Si, Ga, Ge, Sn, Sb) 铁磁 Heusler 合金的电阻率、磁化强度和霍尔效应。当 Z 成分的原子序数发生变化时，所研究合金的电子和磁性特性之间的许多相关性被揭示。对于Co$_2$FeAl和Co$_2$FeSi半金属铁磁体，磁化强度符合Slater-Pauling规则。对于 Co$_2$FeAl、Co$_2$FeSi 和 Co$_2$FeGe 化合物，在低于 30 K 和高于 65 K 的温度下发现电阻率呈二次温度依赖性。同时，在中间温度区域（从 40 K 到 65 K），观察到指数为 3.5 < b < 4 的幂律依赖性 $T^b$，这可能是由于两个原因：磁振子散射过程。

量子相变是增强 Kagome 超导体 CsV${3}$Sb${5}$ 临界电流的有效途径

分类： 超导, 材料科学, 强关联电子

作者： Wenyan Wang, Lingfei Wang, Xinyou Liu, Chun Wai Tsang, Zheyu Wang, Tsz Fung Poon, Shanmin Wang, Kwing To Lai, Wei Zhang, Jeffery L. Tallon, Swee K. Goh

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12587v1

摘要： 制定系统地增加临界电流（低于该阈值电流即存在超导性）的策略是材料科学的一个重要目标。这里，采用量子相变的概念来增强 Kagome 超导体 CsV$3$Sb$5$ 的临界电流，该超导体表现出受静水压力影响的电荷密度波（CDW）和超导性。由于 CDW 相在压力下被快速抑制，因此记录了自场临界电流 ($I{\rm c,sf}$) 的大幅增强。在零温度极限 ($I{\rm c,sf}(0)$) 处观察到以 $p^*\approx 20$ 为中心的 $I_{\rm c,sf}$ 的峰状增强~kbar 与 CDW 相变消失的压力相同，进一步提供了此类压力调谐超导体中零温度量子异常的有力证据。 $I_{\rm c,sf}(0)$ 中的这样一个峰值类似于其他成熟的量子临界超导体中的发现，暗示存在与 CsV$_3$Sb$ 中 CDW 相相关的增强量子涨落_5$。

明确识别原子薄六方氮化硼的间接能带性质

分类： 材料科学

作者： Lei Fu, Yuqing Hu, Ning Tang, Junxi Duan, Xionghui Jia, Huaiyuan Yang, Zhuoxian Li, Xiangyan Han, Guoping Li, Jianming Lu, Lun Dai, Weikun Ge, Bo Shen

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12545v1

摘要： 原子薄的六方氮化硼（h-BN），尤其是单层，由于其有趣的光学和光物质相互作用特性而受到越来越多的关注。然而，其固有的光学特性和电子能带结构长期以来仍然难以捉摸。在这项研究中，利用近共振激发深紫外光致发光/拉曼光谱和深紫外反射对比光谱来实验研究不同层数的原子薄 h-BN 的光学性质。结果表明，1-3 层 h-BN 中不发光表明其具有间接带隙性质，纠正了之前采用的单层 BN 中直接带隙的识别方法。值得注意的是，带边发光信号和间接带隙吸收开始出现在 4 层中，并且发光强度随着层数的增加而增加，这表明层间相互作用和沿 z 轴的周期性增强了声子辅助的间接带隙跃迁，甚至在4层情况下，进一步表明随着沿z方向的周期性增加，K谷和M谷处平带的形成过程。此外，原子厚度的 h-BN 中突出的共振拉曼信号强调了该材料中强烈的电子-声子耦合。

用于光电子学的 GaN 基光子膜的热分析

分类： 光学, 材料科学

作者： Wilken Seemann, Mahmoud Elhajhasan, Julian Themann, Katharina Dudde, Guillaume Würsch, Jana Lierath, Joachim Ciers, Åsa Haglund, Nakib H. Protik, Giuseppe Romano, Raphaël Butté, Jean-François Carlin, Nicolas Grandjean, Gordon Callsen

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12515v1

摘要： 半导体膜广泛应用于医疗、生物、环境和光学应用的各个研究领域。通常，此类膜的功能来自于固有的纳米图案，这使得确定它们的光学、电子、机械和热性能成为一项具有挑战性的任务。在这项工作中，我们展示了约 800 nm 厚、150 $\mu$m 宽的膜的非侵入式全光学热表征，该膜由纤锌矿 GaN 和 In${0.15}$Ga 堆叠组成${0.85}$N 个量子阱作为内置光源。由于它们在光子学中的应用，此类薄膜是明亮的光发射器，这对它们仅通过光学手段进行非侵入性热表征提出了挑战。作为解决方案，我们将双激光拉曼测温与（时间分辨）光致发光测量相结合，以提取面内（即 $c$-plane）热导率 $\kappa_{\text{in-plane}}$我们的膜。基于这种方法，我们可以在热分析过程中解开整个激光引起的功率平衡，这意味着反射、散射、透射和重新发射光的所有部分都被考虑在内。通过拉曼光谱进行热成像，我们得到 $\kappa_{\text{in-plane}},=,165^{+16}{-14},$Wm$^{-1 }$K$^{-1}$ 为我们最好的膜，这与我们的模拟结果 $\kappa{\text{in-plane}},=,177,$Wm$^{-1} $K$^{-1}$ 基于线性化声子玻尔兹曼输运方程的从头算解。我们的工作为低温下的热成像提供了一条有前途的途径，例如，当旨在通过记录非傅里叶温度分布来阐明实验上不同的声子传输机制时。

多晶 Fe_xAl_1-x (x>0.6) 合金的相变动力学：实验与模拟

分类： 材料科学

作者： Artem A. Nazarov, Igor Y. Pashenkin, Dmitry A. Tatarskiy, Pavel A. Yunin, Sergey A. Churin, Maksim V. Sapozhnikov, Andrey A. Fraerman, Murtaza Bohra, Nikolay I. Polushkin

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12486v1

摘要： 现实材料中不同类型缺陷的存在，例如空位、空隙、位错、晶界和表面，可以强烈改变甚至决定相变的热力学。我们的研究从理论上和实验上都表明，在经过高温处理的 Fe_xAl_1-x (x>0.6) 合金的有序化过程中，所制备的化学无序合金松弛到有序 B2 态受到另一个过程的阻碍。其表现是合金磁化强度的增加。对于我们观察到的磁化强度的非单调行为，一个合理的解释是 Al 偏析到结构缺陷（例如晶界）中，从而纯化了 Fe 主晶格。定性地讲，本文报道的实验结果得到了 Fe_xAl_1-x 相变动力学的分子动力学模拟的支持。这些研究有助于选择功能合金的制备策略。

模拟 Gd/FeCo 多层膜中激光诱导自旋动力学的多样性

分类： 材料科学

作者： Aleksandr Buzdakov, Thomas Blank, Konstantin Zvezdin, Alexey Kimel, Oksana Chubykalo-Fesenko

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12415v1

摘要： 最近的实验结果揭示了亚铁磁性 Gd/FeCo 多层膜中异常多样化的激光诱导自旋动力学，可通过磁场 ($H$) 和温度 ($T$) 进行调节，但这些过程的理论图景仍不清楚。为了弥补这一差距，我们从理论上探索了这种亚铁磁体的 $H-T$ 相图，并使用 Landau-Lifshitz-Bloch 方程对激光诱导自旋动力学进行了建模。我们的模型可以描述亚铁磁多层中的横向和纵向自旋动力学，包括实验观察到的超快螺旋性无关的全光切换。我们探索了磁 $H-T$ 相图和低激光注量下的全方位磁化强度切换。我们还研究了对于较高激光能量密度下超快切换至关重要的交换弛豫机制。我们的理论发现与实验结果非常吻合，证明了所提出模型的有效性以及它们预测亚铁磁多层的静态和动态磁特性作为磁场和温度的函数的能力。

PRefLexOR：基于偏好的递归语言模型，用于推理和代理思维的探索性优化

分类： 人工智能, 无序系统和神经网络, 介观和纳米物理, 材料科学, 计算和语言

作者： Markus J. Buehler

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12375v1

摘要： PRefLexOR（用于探索性推理优化的基于偏好的递归语言建模）将偏好优化与强化学习的概念相结合，使模型能够通过迭代推理改进进行自学。我们提出了一种递归学习方法，该方法使模型参与多步骤推理、重新审视和细化中间步骤，然后在训练和推理阶段产生最终输出。通过多个训练阶段，模型首先通过优化首选响应和非首选响应之间的对数几率，学习将其推理与准确的决策路径保持一致。在此过程中，PRefLexOR 通过从随机文本块生成问题和检索增强来构建动态知识图，以将整个训练语料库中的相关细节置于上下文中。在第二阶段，偏好优化通过使用拒绝采样来不断生成原位训练数据同时屏蔽推理步骤来微调推理质量，从而增强模型性能。思维令牌框架内的递归优化引入了迭代反馈循环，其中模型完善了推理，实现了更深层次的连贯性、一致性和适应性。在只有 30 亿个参数的小语言模型中实现，我们应该即使是微小的模型也可以迭代地自学进行具有更大深度和反射性的推理。我们的实施非常简单，可以合并到任何现有的预训练大语言模型中。我们将示例重点放在生物材料科学中的应用，并在从域内应用到跨域应用的各种案例研究中展示该方法。使用包括思维和反思模式的推理策略，我们构建了一种多智能体递归自我改进推理方法，通过在推理时间内重复采样来连续改进响应。

液体 Sn-Zn 体系中电流下的传质驱动力

分类： 材料科学

作者： Jean-Philippe Monchoux

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12339v1

摘要： 长期以来，人们一直观察到电流对液态金属中质量传输的显着影响，但相应驱动力的起源在文献中仍不清楚。如果没有电流，两种驱动力会引起液态金属中的质量传输。 (i) 化学力，来自浓度梯度。在这种情况下，质量传递通过扩散发生。 (ii) 由热和/或化学引起的密度梯度产生的物理力。在这里，质量传递通过热和/或溶液对流发生。在电流下，这些驱动力通过静电或磁力改变，相应的机制分别称为电对流和磁对流。然而，这些机制很难彼此区分，导致文献中出现混乱。这里，已经表明，在液体Sn-Zn体系中，由500-1000A/cm 2 的电流密度引起的驱动力是磁性的而不是静电的，因此其机制是磁对流。

Al${1+x}$Fe${2-y}$M$_y$B$_2$ (M=Ag、Ni、Sb、Ga 和 Ge) 金属间硼化物的结构和热电性能

分类： 材料科学

作者： D. Sivaprahasam, R. Preyadarshini, Ashutosh Kumar

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12314v1

摘要： 研究了掺杂 Ag、Ni、Sb、Ga 和 Ge 的三元过渡金属硼化物 AlFe$_2$B$2$ 的相组成、微观结构和热电性能。通过真空电弧熔炼制备的含有 20% 过量 Al (Al${1.2}$Fe$_2$B$_2$) 的母体化合物含有正交 AlFe$_2$B$_2$ 和 FeB，掺杂后形成附加相，例如Ag$_5$Al、AlNi$_3$、Al$_3$Ni$_2$、AlSb 和 AlB$_2$。 Ag、Ni、Sb 掺杂样品中 AlFe$_2$B$_2$ 相的结构参数与未掺杂样品几乎相同。 Ga 和 Ge 掺杂化合物的晶格参数和晶胞体积显着增加。 Ga 掺杂样品仅显示出 FeB 作为第二相；然而，在掺Ge的AlFe$_2$B$_2$中观察到AlB$_2$相。 FEG-SEM 和 EDS 研究的微观结构表明，除 Ga 掺杂样品外，所有样品中的 AlFe$_2$B$_2$ 基体在化学上均质，具有均匀分布的单个或多个第二相。 DSC-TG结果表明，所有掺杂剂均降低了AlFe$_2$B$_2$相包晶分解反应温度，表明结构不稳定。热电性能测量表明AlFe$_2$B$_2$是n型化合物，电导率范围为0.35-0.46$\times$10$^6$ S/m。添加 Ag、Ni、Ga 和 Ge 会略微改变塞贝克系数和电导率。塞贝克系数的显着改善和电导率的变化可以忽略不计，导致掺锑样品的最高功率因数为 0.4 mW/mK$^2$。 AlFe$_2$B$_2$ 的热导率在 300 至 773,K 之间为 6.4-9.1 W/m-K，随着 Sb 掺杂而降低至 5.2-8.5 W/m-K，导致最大 zT 为773K 时为 0.04。

具有相干层间电子传输的范德瓦尔斯半金属 Td-MoTe2 中的高度各向异性德鲁德减重和增强的线性二色性

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Bo Su, Weikang Wu, Jianzhou Zhao, Xiutong Deng, Wenhui Li, Shengyuan A. Yang, Youguo Shi, Qiang Li, Jianlin Luo, Genda Gu, Zhi-Guo Chen

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12291v1

摘要： 外尔半金属（WSM）态可以通过打破空间反演对称性或时间反演对称性来实现。然而，能量减少的各向异性导致 WSM 态的出现却很少通过实验进行研究。范德华金属 MoTe2 在低于单斜相到斜方相相变温度 Tc ~ 250 K 时表现出 II 型 WSM 相。在这里，我们报告了 MoTe2 的线偏振光学光谱和电传输相结合的研究不同的温度。 a 轴、b 轴和 c 轴光导谱中的 Drude 分量以及金属面外和面内电阻率表明了相干的层间和面内电荷传输。此外，{\sigma}1a({\omega}) 中的 Drude 权重显着下降，而不是 {\sigma}1b({\omega}) 和 {\sigma}1c({\omega}) 中的 Drude 权重低于 Tc，其德鲁德重量表现出高度各向异性的减少，因此表明 WSM 相中电子动能的强烈各向异性减少。此外，在Tc以下，由于面内各向异性谱权从Drude分量向高能区转移，面内带间吸收各向异性在770 meV附近显着增加，并具有最大值（~0.68）已报道的 II 型 WSM 中归一化的线性二色性。我们的工作揭示了寻找新的 WSM 和开发基于 WSM 的新型光子器件。

Kagome 超导 AV3Sb5 中电子订单的光电发射见解

分类： 超导, 材料科学, 强关联电子

作者： Yigui Zhong, Jia-Xin Yin, Kosuke Nakayama

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12276v1

摘要： Kagome 超导体 AV3Sb5（A = K、Rb 和 Cs）由于其独特的电子相关性和非平凡的能带拓扑的有趣组合而引起了相当大的关注。这些基本方面的相互作用产生了各种奇异的电子现象，包括超导和电荷密度波（CDW）态。在这篇综述中，我们介绍了使用角分辨光电子能谱（ARPES）研究 AV3Sb5 电子能带结构的最新进展，包括费米能级附近多个范霍夫奇点的识别及其与 CDW 跃迁的密切关系，与 CDW 引起的对称性破缺相关的光谱特征，以及通过超高分辨率 ARPES 对无节点超导间隙和适度电子声子耦合的直接观察，为 CDW 有序和电子配对对称性的起源提供了重要的见解。通过综合这些关键的 ARPES 发现，本综述旨在加深我们对戈薇相关物理学的理解。

严重偏离维加德定律的应变无铅多铁性固溶体的性能大幅提高

分类： 材料科学

作者： Tao Wang, Mingjie Zou, Dehe Zhang, Yu-Chieh Ku, Yawen Zheng, Shen Pan, Zhongqi Ren, Zedong Xu, Haoliang Huang, Wei Luo, Yunlong Tang, Lang Chen, Cheng-En Liu, Chun-Fu Chang, Sujit Das, Laurent Bellaiche, Yurong Yang, Xiuliang Ma, Chang-Yang Kuo, Xingjun Liu, Zuhuang Chen

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12252v1

摘要： 由于经典 Vegard 定律的限制，通过固溶体设计结合多个系统的优点以增强功能的努力提出了巨大的挑战。在这里，我们通过利用 BiFeO3 BaTiO3 固溶体体系中化学掺杂和应变工程的协同效应，成功地实现了这一权衡。与块体不同，在应变固溶体外延薄膜中观察到与 Vegard 定律的显着偏差，并伴随着增强的多铁性，我们实现了明显的四方性、增强的饱和磁化强度、显着的极化、高铁电居里温度，同时保持令人印象深刻的低漏电流。这些特性超越了其母体 BiFeO3 和 BaTiO3 薄膜的性能。此外，在相应的块体中从未报道过优异的铁电性。这些发现强调了应变 BiFeO3 BaTiO3 薄膜作为无铅、室温多铁性材料的潜力。

三维界面随机游走的本征晶界迁移率张量

分类： 材料科学

作者： Xinyuan Song, Chuang Deng

发布时间： 2024-10-16

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12133v1

摘要： 近年来的研究表明，晶界（GB）迁移是一个三维（3D）过程，以3D迁移率张量为特征。在本研究中，我们开发了一种 3D 界面随机游走理论，根据 GB 位置的随机游走来提取 GB 迁移率和剪切耦合张量。使用这种方法，我们在数学上证明了过阻尼GB迁移情况下GB迁移率张量的对称性。该理论及其结论与分子动力学模拟结果一致，计算出的剪切耦合与断开分析的预测密切一致。此外，我们改进了快速适应随机游走（FAIRWalk）方法，能够从更少的模拟中有效提取 GB 迁移率张量，同时保持高精度。在此进展的基础上，我们对奥姆斯特德数据库中 388 个重合位点晶格 Ni GB 迁移的迁移率、剪切耦合和活化能进行了广泛的调查。观察到了一些有趣的现象，包括温度引起的剪切耦合的突然出现、消失或反转；正常迁移率“零”但剪切迁移率高的 GB；以及活化能和迁移率之间的非线性关系。这些发现挑战了对GB迁移的传统理解，值得进一步研究。

单层过渡金属二硫属化物中电子的交换增强自旋轨道分裂及其密度依赖性

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 其他凝聚态物质

作者： Igor Rozhansky, Vladimir Fal'ko

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12125v2

摘要： 我们表明，电子-电子相互作用大大增强了半导体过渡金属二硫属化物（TMD）单层中的自旋轨道分裂（SOS）。这种效应类似于电子 g 因子的交换增强，对于导带电子（特别是在 MoS$2$ 中）最为明显，并且它对载体片密度 $n 具有非单调依赖性$。也就是说，SOS 增强在电子 $n$ 填充高能自旋分裂带开始时达到峰值，这也将慢速（$n<n_*$）和快（对于$n>n_$) 载流子的自旋和谷弛豫。此外，这种密度本身是由增强的 SOS 值决定的，这使得交换重正化的考虑对于基于二维 TMD 的场效应晶体管的自旋电子性能分析非常重要。

掺锑 Cr4PtGa17 中铁磁性和电阻率的演变

分类： 材料科学

作者： Chaoguo Wang, Gina Angelo, Jeremy G. Philbrick, Tai Kong, Xin Gui

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12078v1

摘要： 我们描述了金属呼吸烧绿石化合物 Cr4PtGa17 的掺杂效应。当掺杂 Sb，即 Cr4Pt(Ga1-xSbx)17 时，发现在七个 Ga 位点之一上发生选择性掺杂。随着掺杂剂水平的增加，母体化合物中的铁磁性逐渐受到抑制，同时拟合的居里-魏斯温度（从 61 (1) K 到 -1.8 (1) K）和有效磁矩（从 2.26 muB/f.u.）降低。至0.68 muB/f.u.）。低温热容测量证实，三个掺杂最多的样品不存在高于 0.4 K 的磁序。同时，电阻率测量显示随着Sb含量的增加，金属-半导体转变，这归因于基于电子能带结构和态密度计算的费米能量的增加。此外，根据我们的观察，我们推测 Cr4PtGa17 中的铁磁性是由流动电子控制的。这项对 Cr4PtGa17 的 Sb 掺杂效应的研究提供了对该系统磁性的更深入的了解以及未来修改的可能性。

扭曲层状材料异质结构中的新兴手性和莫尔动力学

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 化学物理

作者： Andrea Silva, Xiang Gao, Melisa M. Gianetti, Roberto Guerra, Nicola Manini, Andrea Vanossi, Michael Urbakh, Oded Hod

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12067v1

摘要： 由于奇异的量子态以及它们表现出的独特的机械和摩擦学行为，在扭曲的二维界面上出现的莫尔超结构最近引起了科学界的关注。在这里，我们预测有限尺寸的扭曲层状界面中会出现手性畸变。这种现象源于界面相互作用和接触边界约束之间复杂的相互作用。引入了一种称为分数手性面积的度量来量化莫尔上层结构的整体手性并表征其空间分布。尽管所发现的能量和结构手性效应具有平衡性质，但它们表现在层状界面的扭曲动力学中，这表明在没有外部触发的情况下从粘滑到平滑旋转的连续过渡。

通过 Sr 掺杂在 CaMn$7$O${12}$ 中通过交换限制相互作用调节电极化

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： A. Nonato, S. Y. Villar, J. Mira, María A. Señarís-Rodríguez, Manuel Sánchez andújar, J. Agostinho Moreira, A. Almeida, R. X. Silva, C. W. A. Paschoal

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12041v1

摘要： 表现出强磁致极化的磁电材料由于其在自旋电子学和各种快速电控磁性器件中的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。 CaMn$7$O${12}$ (CMO) 因其巨大的自旋诱导铁电极化而脱颖而出。然而，CMO 中感应电极化的起源仍然存在很大争议，并且仍然是一个持续争论的话题。在本文中，通过室温X射线粉末衍射（XRPD）、温度相关磁化率和热刺激去极化电流（TSDC）测量，我们为通过修改交换-来调节磁致极化的途径提供了实验证据。通过 Sr 掺杂对 CMO 进行限制。我们的研究结果表明，在第一个磁相变 ($T_N1 \sim 90$ K) 附近观察到的大而宽的电流峰值表明热刺激去极化电流 (TSDC) 和固有磁感应电极化的极化贡献。我们认为，CMO 中感应电极化的减少源于 Sr$^{2+}$ 导致 Mn$^{3+}$ -- O -- Mn$^{4+}$ 键角的增加掺杂，削弱了交换严格相互作用。同时，Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 效应决定了感应电极化的方向。我们的结果有助于理解 CMO 和具有复杂磁性结构的类似化合物中有趣的巨诱发极化。

Ti掺杂对钌酸锂二聚体转变的影响

分类： 材料科学

作者： Sheetal Jain, Zhengbang Zhou, Ezekiel Horsley, Christopher J. S. Heath, Mohsen Shakouri, Qunfeng Xiao, Ning Chen, Weifeng Chen, Graham King, Young-June Kim

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12022v1

摘要： 我们对钛掺杂钌酸锂（Li$_2$Ti$x$Ru${1-x}$O$_3$）进行了全面的晶体结构表征，以研究钛掺杂对结构相的影响过渡。使用对平均结构（X 射线衍射）敏感的实验工具以及对局部结构（扩展 X 射线吸收精细结构，EXAFS；对分布函数，PDF）敏感的实验工具。我们观察到结构转变温度对钛掺杂水平的非单调依赖性。在低掺杂时，转变温度随掺杂而轻微升高，而在高掺杂时，转变温度随掺杂而显着降低。我们注意到我们研究中的两个重要观察结果。首先，Ti K 边缘 EXAFS 数据显示，即使大量 Ti 掺杂，Ti-Ru 二聚化仍持续存在。其次，我们能够使用 PDF 数据来估计转变温度以上的二聚体相关长度，这将对应于由 Ru-Ru 和 Ti-Ru 邻居形成的拟议局部“二聚体簇”的大小。发现二聚体相关长度约为 10~\AA，无论掺杂如何，它都保持稳健。因此，我们的研究表明，具有 $d^0$ 电子构型的 Ti$^{4+}$ 在取代 Ru 时是一种特殊类型的掺杂剂。

使用 2D SEM 数据随机 3D 重建破裂的多晶 NMC 颗粒

分类： 材料科学, 应用领域, 计算

作者： Philipp Rieder, Orkun Furat, Francois L. E. Usseglio-Viretta, Jeffery Allen, Peter J. Weddle, Donal P. Finegan, Kandler Smith, Volker Schmidt

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.12020v1

摘要： 锂离子电池的性能很大程度上受到其阴极特性的影响，因此也受到构成阴极的颗粒的 3D 微观结构的影响。在压延和循环过程中，阴极颗粒内会产生裂纹，这可能会以多种方式影响性能。一方面，裂纹降低了内部连通性，从而阻碍了阴极颗粒内的电子传输。另一方面，颗粒内裂纹可以增加阴极反应表面。由于这些相互矛盾的影响，有必要定量研究电池循环如何影响裂纹以及裂纹又如何影响电池性能。因此，有必要用结构描述符来表征 3D 颗粒形态，并将它们与有效的电池特性定量关联。通常，3D 结构表征是使用图像数据进行的。然而，信息丰富的 3D 成像技术耗时、昂贵且很少可用，因此分析通常必须依赖于 2D 图像数据。本文提出了一种新颖的体视学方法，用于生成虚拟 3D 阴极粒子，该粒子表现出的裂纹网络在统计上与在实验测量粒子的 2D 部分中观察到的裂纹网络相当。因此，更容易获得的 2D 图像数据足以获得裂纹阴极颗粒的完整 3D 表征。在未来的研究中，虚拟生成的 3D 粒子将用作空间分辨电化学机械模拟的几何输入，以增强我们对锂离子电池阴极结构-性能关系的理解。

伪势炼金术的诞生和短暂的生命

分类： 材料科学, 物理学史与哲学

作者： Stefano Baroni

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11809v1

摘要： 半导体界面的能带偏移理论一直是阿方索·巴尔德雷斯基 (Alfonso Baldereschi) 最珍视的主题之一，他为此做出了重大贡献，无论是直接贡献还是通过吸引同行和弟子（包括我自己）深入研究它。在这篇致敬文章中，我讲述了他对一类半导体异质结中的能带偏移进行建模的绝妙想法如何催生了我们引用次数最多的作品之一，并带来了赝势炼金术的诞生。该模型提供了一个强大的工具来计算和理解复合半导体（例如异质结和合金）的电子和结构特性，方法是将它们视为虚拟晶体的小扰动，虚拟晶体是一种不同化学元素占据晶体学等效晶格的系统位点由平均赝势表示。写这封信的目的是为了纪念我与阿方索共度的美好时光以及从阿方索那里学到的科学知识。我们不会尝试在赝势炼金术这一小众领域实现文献的完整性，更不用说更广泛的半导体异质结领域了。

稀土正铁氧体 TbFeO$_{3}$ 中极性声子的晶格动力学和混合

分类： 材料科学

作者： R. M. Dubrovin, E. M. Roginskii, V. A. Chernyshev, N. N. Novikova, M. A. Elistratova, I. A. Eliseyev, A. N. Smirnov, A. I. Brulev, K. N. Boldyrev, V. Yu. Davydov, R. V. Mikhaylovskiy, A. M. Kalashnikova, R. V. Pisarev

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11780v1

摘要： 稀土正铁氧体是反铁磁自旋电子学的一个有前途的平台，具有丰富的太赫兹自旋和晶格动力学现象。例如，实验证明光驱动的光学声子可以通过非线性磁声效应相干地操纵宏观磁态。这里以 TbFeO${3}$ 为例，揭示了 LO 和 TO 声子之间模式混合的起源，这对于理解非线性声子学非常重要。我们利用偏振红外和拉曼散射光谱技术对TbFeO${3}$单晶的晶格动力学进行了全面的研究，通过实验获得并仔细分析了远红外光谱范围内各向异性复杂介电函数的光谱。这使我们能够可靠地识别大多数红外和拉曼活性声子的对称性和参数。接下来，实验研究得到了晶格动力学计算的补充，这使我们能够提出正常模式分配。我们发现，由于强模式混合，LO 和 TO 极性声子之间的关系很复杂，并且不严格遵循“LO-TO 规则”。我们进一步分析了不同离子的位移如何影响声子模式，并揭示磁性 Fe 离子不参与拉曼活性声子，从而揭示了此类声子缺乏自旋声子耦合。所得结果为进一步深入稀土正铁氧体非线性声子学和磁声子学领域的实验研究奠定了坚实的基础。

固态集成混合超导电子器件的超电流多路复用

分类： 超导, 介观和纳米物理, 材料科学, 量子物理学

作者： Alessandro Paghi, Laura Borgongino, Simone Tortorella, Giorgio De Simoni, Elia Strambini, Lucia Sorba, Francesco Giazotto

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11721v1

摘要： 低温信号线的时分复用 (TDM) 是一种很有前途的技术，它可以显着减少所需的空间，最大限度地缩短冷却时间，并增加每次冷却时可测量的量子设备的数量。在这里，我们首次报道了具有 1 输入 8 输出电压驱动混合超导解复用器的超电流 TDM。该器件包含 14 个基于 InAsOI 的开/关超导约瑟夫森场效应晶体管 (JoFET)，并采用 Al 走线布线。每个 JoFET 采用 Al 作为超导体，HfO2 作为栅极绝缘体，在 -4.5 V 的栅极电压下，它可以完全抑制开关电流并将常态电阻增加 20 倍。超导解复用器的工作频率高达 100 MHz。 50 mK，超导状态下的插入损耗约为 0 dB，在 50 欧姆匹配的低温测量设置中，关/开比约为 17.5 dB。通过设计具有适当微波信号传输布局的解复用器，可以扩展频率工作范围，同时最大限度地减少寄生电气元件的影响。这些成就开启了超导 TDM 的实际应用，成为大幅减少低温恒温器中 I/O 线路、成本和空间占用的关键，从而实现超导电子器件的可扩展性。

具有刚性夹杂物的多孔粘弹性材料的多尺度均质化：在锂离子电池电极中的应用

分类： 计算物理, 材料科学, 化学物理

作者： J. M. Foster, A. F. Galvis, B. Protas, S. J. Chapman

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11699v1

摘要： 本文探讨了现代锂离子电池电极所用复合材料的机械行为。它们在液体电解质的双组分基质内含有相对高模量的活性颗粒内含物，其渗透粘弹性聚合物粘合剂内的孔隙空间。变形是由以下因素共同驱动的：(i) 电极颗粒响应锂插入/脱出而膨胀/收缩，(ii) 粘合剂吸收电解质时的膨胀，(iii) 外部负载和 (iv) 电解质的流动毛孔内。我们通过利用与电极颗粒和电极整体尺寸相关的长度尺度的差异，使用系统的多尺度均质化得出复合材料的宏观响应。由此产生的有效模型准确地复制了原始模型的行为（正如一系列相关案例研究所证明的那样），但最重要的是，它明显{更简单，因此}解决起来更便宜。这具有重要的实用价值，因为它有助于对电池电极的机械状态进行低成本、真实的计算，从而允许模型辅助开发电池设计，使其能够更好地承受实践中遇到的机械滥用，并最终为更长时间的电池设计铺平道路。 -持久的电池。

揭示具有绝缘电荷转移带结构的 Pb1-δCrO3 中结构、电子和磁性的模糊性

分类： 材料科学

作者： Jian Chen, Guozhu Song, Han Ge, Antonio M. Dos Santos, Liusuo Wu, Yusheng Zhao, Shanmin Wang

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11649v1

摘要： 作为最近发现的莫特体系，PbCrO3 在很大程度上仍未被探索，特别是其能带结构，导致其结构、电子和磁性能方面存在许多有争议的问题。在这里，我们对压力下制备的两种不同的涉及原子缺陷的 Pb1-{\delta}CrO3 ({\delta} = 0 和 0.15) 样品进行了全面研究。通过最先进的衍射技术，PbCrO3 的晶体结构被明确确定为采用原始的 Pm-3m 对称性，而不是以前错误分配的 M2-Pm-3m 和 Pmnm 结构。这两种材料表现出类似的电荷转移型绝缘带结构，并且电荷转移效应分裂了 Cr2p 和 Pb4f 轨道，使相关谱线的双峰分裂合理化。对于该氧化物系统，Cr4+ 和 Pb2+ 的标称阳离子价态几乎相同，因此对最近提出的电荷歧化机制的有效性提出了质疑。此外，Pb0.85CrO3 表现出比 PbCrO3（即 ~200 K）异常高的 N'eel 温度，约为 240 K，这可能是由于 Cr: 3d-O:2p 轨道重叠和磁性的缺陷引起的增强。交换。这些发现为研究这一重要材料系统的基本特性提供了许多坚实的证据。

声驱动晶体波荡器产生窄带伽马射线辐射

分类： 加速器物理, 材料科学

作者： Konstantinos Kaleris, Evaggelos Kaselouris, Vasilios Dimitriou, Emmanouil Kaniolakis-Kaloudis, Makis Bakarezos, Michael Tatarakis, Nektarios A. Papadogiannis, Gennady B. Sushko, Andrei V. Korol, Andrey V. Solov'yov

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11621v1

摘要： 在本文中，我们提出了一种新颖的方案，通过声学驱动的周期性弯曲晶体内的超相对论正电子束来控制产生可调谐窄带伽马射线辐射。提出了一种新颖的声晶体波荡器，其中压电换能器沿（100）平面方向激励硅单晶，从而周期性地调制[100]轴向上的晶格。超相对论正电子束斜射进入晶体并沿 (110) 平面传播。晶格调制迫使正电子遵循周期性轨迹，从而发射 MeV 范围内的波荡器辐射。提出了用于设计和开发此类基于声学的光源的计算方法以及模拟结果，证明了所提出技术的有利特性。通过有限元模拟计算高频压电元件在晶体中引起的纵向声应变。由此产生的变形晶面的弯曲轮廓被用作相对论分子动力学模拟中的几何条件，计算正电子轨迹和发射辐射的光谱分布。结果表明，在弯曲周期定义的窄光谱带内发射的辐射得到了强烈增强，证明了所提出技术的可行性和潜力。

使用偏振成像和 X 射线计算机断层扫描对碳纤维片状模塑料进行定量纤维取向分析

分类： 仪器仪表和探测器, 材料科学

作者： Miro Duhovic, Alex Keilmann, Dominic Schommer, Claudia Redenbach, Katja Schladitz

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11597v1

摘要： 对于碳纤维片状模塑料的质量检测，偏振成像是计算机断层扫描等更成熟的方法的一种有前途的替代方法，因为它更便宜、更快，并且提供更大的视野。对于单向和双向碳纤维增强复合材料，带有片上偏振图像传感器的机器视觉相机已成功验证用于可视化纤维取向。尽管这种成像技术已经应用于多向材料，但据我们所知，它尚未针对此类材料进行验证。在本文中，将通过市售压制碳纤维片状模塑料材料的线性偏振图像角度（AOLP）获得的纤维取向与通过计算机断层扫描估计的取向进行比较。使用各向异性高斯滤波器的最大响应来估计计算机断层扫描图像中的纤维方向，并计算从偏振和计算机断层扫描图像估计的方向之间的偏差。两种成像方法都显示出令人鼓舞的视觉相似性，但也存在显着的数值差异，对此进行了深入讨论。此外，结果表明，表面层纤维取向代表了整个样品的纤维取向。

用于高性能时间分辨光电发射实验的腔增强高次谐波产生

分类： 光学, 材料科学, 原子物理学, 化学物理

作者： Thomas K. Allison, Alice Kunin, Gerd Schönhense

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11589v1

摘要： 最近在高重复率极紫外 (XUV) 光源和光电子分析仪方面取得的突破使得时间分辨光发射实验的性能取得了巨大进步。在这篇透视文章中，我们讨论了重复率超过 10 MHz 的腔增强高次谐波发生 (CE-HHG) 在使用结合了飞行时间光电子分析仪的先进终端站进行光发射实验中的应用。我们讨论了最近的结果、对未来进一步技术改进领域的展望，以及超快 XUV 光电子发射实验所实现的广泛科学，现在处于一个全新的状态。

准二维共轭配位聚合物中的耐缺陷电子和缺陷敏感声子传输

分类： 材料科学

作者： Hio-Ieng Un, Kamil Iwanowski, Jordi Ferrer Orri, Ian E. Jacobs, Naoya Fukui, David Cornil, David Beljonne, Michele Simoncelli, Hiroshi Nishihara, Henning Sirringhaus

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11555v1

摘要： 热电材料能够将废热直接转化为电能，需要具有高导电性，同时又具有隔热性。这从根本上来说是具有挑战性的，因为电传导和热传导通常是耦合的。在这里，我们发现准二维共轭配位聚合物薄膜由于容错电荷传输和缺陷敏感热传播的共存而表现出这种对立特性的理想组合。前者的特点是最高电导率 > 2000 S cm-1，在准晶度 > 10% 的无序薄膜中观察到金属温度依赖性，而后者则表现为较低的温度激活晶格热导率 (< 0.38 W m-1 K- 1) 源自小振幅、准调和晶格动力学，具有无序限制的寿命和原子间距数量级的振动散射长度。基于温度依赖性热电和磁输运实验，我们确定了双载流子（空穴电子）双极金属输运机制是这些材料中相对较小塞贝克系数的起源。我们的研究结果表明，共轭配位聚合物是热电能量收集、（生物）电子和能量存储应用中有吸引力的材料。

使用反气泡的空间选择性声压报告

分类： 软凝聚态物质, 材料科学, 生物物理学

作者： Nicolas Moreno Gomez, Athanasios G. Athanassiadis, Fabian Reuter, Hendrik Reese, Helen M. Jade, Albert Poortinga, Claus-Dieter Ohl, Peer Fischer

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11477v1

摘要： 超声波在生物学和化学领域提供了有前景的应用，但由于缺乏非侵入性测量工具，量化局部超声波条件仍然具有挑战性。我们引入反气泡作为局部超声压力的新型光学报告器。这些液核、空气壳结构封装了荧光有效载荷，在暴露于低强度超声波时释放它们。我们通过制造具有亲水性和疏水性有效负载的抗气泡来展示它们的多功能性，揭示有效负载依赖性的封装效率和释放动力学。使用声全息图，我们展示了有效载荷释放的精确空间控制，从而实现了复杂超声场的可视化。高速荧光成像揭示了 20-50 个超声周期内发生的温和、单次释放机制。因此可以通过光学荧光标记确定所施加的超声压力是多少。因此，这项工作引入了一种在复杂环境中绘制超声场的非侵入性方法，有可能加速基于超声的治疗和过程的研究。这些反气泡报告剂的长期稳定性和多功能性表明其在研究和优化各种生物和化学系统的超声效应方面具有广泛的适用性。

电离辐照$a$-SiO$_2$缺陷产生的空穴捕获-结构弛豫机制

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Yu Song, Chen Qiu, Su-Huai Wei

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11475v1

摘要： 恶劣辐射环境下半导体器件的永久电离损伤源于$a$-SiO$2$电介质或隔离层中$E'\gamma$缺陷中心的产生，但长期存在的“空穴传输捕获”的产生机制在解释最近的实验时遇到了困境。在这项工作中，我们提出了一种新的“空穴捕获结构弛豫”（HCSR）机制，基于$a$-SiO中氧空位（$V_{\rm O}$'s）的自旋极化第一原理计算$2$。研究发现，由于缺陷电子态局域化引起的电子亚稳态，先前提出的褶皱前驱体$V{O\gamma}$不能存在于$a$-SiO$_2$中，并且$E' \gamma$ 中心可以由二聚体 $V{O\delta}$ 在非辐射捕获辐照诱导的价带空穴后的结构松弛而产生。我们证明，这种 HCSR 机制可以一致地解释最近实验中基本但令人费解的温度和电场依赖性。此外，通过使用反应速率理论，我们推导了一个解析公式来统一描述宽剂量和温度范围内的亚线性实验数据。这项工作不仅为电离辐射 $a$-SiO$_2$ 中的缺陷产生提供了理论依据，而且还提供了理解替代电介质和具有内在电子亚稳态的宽带隙半导体中的辐射物理的通用方法。

座谈会：磁性斯格明子的量子特性和功能

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 量子物理学

作者： Alexander P. Petrović, Christina Psaroudaki, Peter Fischer, Markus Garst, Christos Panagopoulos

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11427v1

摘要： 竞争的磁相互作用可以稳定平滑的磁化纹理，其可以通过拓扑绕数来表征。这种在空间上定位在二维平面内的纹理通常被称为斯格明子。在经典层面上，它们对基础科学的重要性及其从自旋电子器件到非常规计算平台的应用潜力近年来得到了深入研究。本次研讨会讨论了与斯格明子纹理相关的量子效应：它们的理论起源、与其检测相关的实验和材料挑战，以及利用它们进行量子操作的前景。从经典斯格明子开始，我们讨论它们的磁振子和电子激发，并展示混合架构如何为工程量子级（包括拓扑超导性）提供新平台。然后，我们专注于斯格明子纹理本身的量化，并根据集体坐标制定长期斯格明子动力学。接下来，我们讨论螺旋性的量子化和宏观量子隧道现象：从根本上区分量子斯格明子与其经典对应物的关键概念。展望未来，我们提出了适合在量子自旋系统中实现斯格明子的材料类别，并确定有望实现量子操作的器件架构。最后，我们将讨论实验方法的进展，这将是解决拓扑自旋模式的量子方面、感知其局部动态响应以及在磁系统中实现其预测功能的先决条件。

Li3BN2-BN 体系中六方氮化硼晶体的生长

分类： 材料科学

作者： Camille Maestre, Philippe Steyer, Bérangère Toury, Catherine Journet, Vincent Garnier

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11334v1

摘要： 六方氮化硼 (hBN) 具有宝贵的固有特性，并引起了新型二维 (2D) 材料技术开发的广泛关注。尽管人们在改进集成和高质量六方氮化硼的自下而上合成方面付出了巨大的努力，但表现出最佳性能的器件仍然是使用从块状晶体剥离的六方氮化硼制成的。在此背景下，我们探索了聚合物衍生陶瓷（PDC）路线与高温工艺相结合，生产毫米级和高质量的六方氮化硼晶体。通过研究几个样品的（微观）结构，我们证明晶体生长是通过冷却时从 Li3BN2-BN 溶液和六方氮化硼晶种中分离而发生的。特别是，我们表明结晶可以在低至 1400{\text°}C 的温度下发生。总体而言，这些结果表明 Li3BN2-BN 系统中的六方氮化硼晶体生长与传统助熔剂方法兼容，这可能是连续晶种六方氮化硼晶体生长最有前途的平台。

压力下$Cs_2TeBr_6$的发射增强和带隙变窄

分类： 材料科学

作者： Debabrata Samanta, Suvashree Mukherjee, Asish Kumar Mishra, Bhagyashri Giri, Sonu Pratap Chaudhary, Konstantin Glazyrin, Sayan Bhattacharyya, Goutam Dev Mukherjee

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11308v1

摘要： 通过光致发光和吸收实验广泛研究了空位有序卤化物双钙钛矿 $Cs_2TeBr_6$ 中压力诱导的发射增强和带隙变窄。下面的带隙宽发射归因于自俘获激子复合。 $Cs_2TeBr_6$晶体由不扭曲的八面体组成，由于$^3P_1$和自陷激子态之间的能垒降低，以及随着压力增加而抑制非辐射能量损失，因此表现出显着的发射增强。在拉曼测量中，观察到的所有拉曼模式的半峰全宽行为意味着电子-声子相互作用占主导地位，而不是声子之间的非谐波相互作用。压力相关的 X 射线衍射测量揭示了归一化压力作为欧拉应变函数的异常行为。

寻找二维晶体的各种熔化场景

分类： 材料科学

作者： Peng Hua, Yilong Han

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11286v1

摘要： 与通过一级转变熔化的三维 (3D) 晶体相比，二维 (2D) 晶体可以在不同的温度、压力和颗粒相互作用下表现出各种熔化场景，特别是当它们可以形成部分有序的中间相时介于晶体和液体之间。现有的二维熔化理论预测了一些情况，但不排除其他可能性。最近的一次模拟通过调整多边形颗粒的形状观察到了五种熔化场景，其中包括两种新类型。

Sm$2$Co${17}$型二元和三元Sm-Co-Zr磁体中蜂窝/层状纳米结构的形成

分类： 材料科学

作者： Nikita Polin, Konstantin P. Skokov, Alex Aubert, Hongguo Zhang, Burçak Ekitli, Esmaeil Adabifiroozjaei, Leopoldo Molina-Luna, Oliver Gutfleisch, Baptiste Gault

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11274v1

摘要： 2:17 钐钴磁体的五元成分为 Sm(Co,Cu,Fe,Zr)${7+{\delta}}$ 是工业相关的硬磁体，用于高温和腐蚀环境。它们复杂的细胞/层状纳米结构由有序的 2:17 相细胞、1:5 相细胞边界和 Z 相（富含 Zr）片层组成，对于其高矫顽力至关重要。然而，系统的复杂性使得确定每个元素或微观结构特征对矫顽力的贡献具有挑战性。为了理清微观结构-性能关系，我们将系统简化为二元和三元 SmCo${7.7-x}$Zr$x$（其中 $x = 0$ 和 0.1）磁体，并进行了详细的微观到原子尺度分析。只有含 Zr 磁体在 Zr 含量至少为 1 at.% 的富 Zr 区域中形成类似于工业磁体的细胞/层状纳米结构，但由于细胞边界上不存在 Cu 的情况下元素梯度较低，因此无法实现高矫顽力。来自 SmCo${7.6}$Zr$_{0.1}$ 贫 Zr 区域的数据表明，2:17 相孪晶界通过提供异质成核的不均匀性来促进细胞纳米结构的形成。

分子插层引起的 NiPS3 单晶磁序变化

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Nirman Chakraborty, Adi Harchol, Azhar Abu-Hariri, Rajesh Kumar Yadav, Muhamed Dawod, Diksha Prabhu Gaonkar, Kusha Sharma, Anna Eyal, Yaron Amouyal, Doron Naveh, Efrat Lifshitz

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11264v1

摘要： 插层是一种用于调节大量范德华 (vdW) 材料物理性能的可靠方法。然而，利用插层来改变 vdWs 系统中的磁性的前景和相关机制尚未得到充分研究。在这项工作中，我们通过在不同的热条件下将吡啶分子引入到 vdWs 间隙中来调节 XY 反铁磁体 NiPS3 单晶中的磁序。 X射线衍射测量表明晶格参数β发生了显着变化，而面内和面外结构的磁化强度测量则揭示了晶体尼尔温度通过嵌入-脱嵌过程的反转趋势。三维热扩散率实验也支持了磁序的变化。通过偏振拉曼光谱破译了 vdW 间隙内吡啶偶极子的择优取向。结果强调了嵌入剂的优先排列、热传输和晶体无序与磁序各向异性调制之间的关系。 NiPS3 中双交换相互作用的理论概念被用来解释插层诱导的磁有序。该研究揭示了插层作为先进量子器件中自旋开关和自旋晶体管基础的优点。

交换耦合参数的非微扰计算

分类： 材料科学

作者： Tomonori Tanaka, Yoshihiro Gohda

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11256v1

摘要： 海森堡模型及其扩展中的交换耦合参数 $J_{ij}$ 对于理解原子水平的磁行为至关重要。为了根据第一原理计算 $J_{ij}$，基于磁力定理 (MFT) 的微扰方法（通常称为列支敦士登方法）已被广泛采用。然而，通过这种微扰技术获得的 $J_{ij}$ 的定量准确性仍然值得怀疑。在本文中，我们非扰动计算了几个具有基础和应用意义的体系的$J_{ij}$，包括钙钛矿SrMnO$_3$、钕磁体化合物和元素3$d$过渡金属，并将这些结果与那些结果进行比较使用传统的基于 MFT 的方法获得。非微扰方法始终能产生可靠的结果，而基于 MFT 的方法在定量和有时定性准确性方面都存在问题。正如本文后面所讨论的，这些差异是由于基于 MFT 的方法中被忽视的贡献造成的。我们的非微扰方案具有高度的通用性，并为分析和设计自旋电子材料的新平台提供了广阔的前景，其中开发精确的磁模型至关重要。

通过有效的密度泛函实现化学和物理吸附的化学准确性

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Manish Kothakonda, Ruiqi Zhang, Jinliang Ning, James Furness, Abhirup Patra, Qing Zhao, Jianwei Sun

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11248v1

摘要： 了解表面上的分子吸附是化学和材料科学中许多问题的基础。准确有效地描述吸附对于第一原理方法来说是一项具有挑战性的任务，因为该过程可能涉及短程化学键形成和长程物理相互作用，例如范德华（vdW）相互作用。密度泛函理论为吸附反应建模提供了一个有吸引力的选择，尽管使用许多交换关联密度泛函近似的计算很难准确描述化学和物理分子吸附。在这里，我们提出了一种有效的密度泛函近似，通过同时优化其半局域分量和针对原型吸附 CO/Pt(111) 和 Ar$_2$ 结合能曲线的长程 vdW 校正，该近似对化学和物理吸附都是准确的。由此产生的函数为一般分子吸附的准确和高效建模打开了大门。

将强化学习与图卷积神经网络相结合，有效设计 TiAl/TiAlN 原子级界面

分类： 材料科学

作者： Xinyu Jiang, Haofan Sun, Qiong Nian, Houlong Zhuang

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11178v1

摘要： Ti/TiN 涂层由于其高硬度和韧性等优异性能而被广泛应用于各种工程应用。将 Al 掺杂到 Ti/TiN 中也可以增强性能并带来更高的性能。因此，研究TiAl/TiAlN界面的原子级行为具有重要意义。然而，由于 50 mol% Al 掺杂的 Ti/TiN 体系存在大量可能的组合，因此使用基于 DFT 的蒙特卡罗方法寻找具有高功的最佳 TiAl/TiAlN 体系非常耗时。附着力。在本研究中，我们使用图卷积神经网络作为原子间势，结合强化学习，以提高寻找具有高粘附功的最佳结构的效率。通过检查神经网络结构的特征，我们发现最佳结构遵循界面附近掺杂 Al 的特定模式。电子结构和键合分析表明，最优的TiAl/TiAlN结构具有较高的键合强度。我们希望我们的方法能够显着加速先进陶瓷涂层的设计，从而为工程应用带来更耐用、更高效的材料。

手性和极性 NiCo2TeO6 中的铁轴声子

分类： 材料科学, 其他凝聚态物质

作者： V. A. Martinez, Y. Gao, J. Yang, F. Lyzwa, Z. Liu, C. J. Won, K. Du, V. Kiryukhin, S-W. Cheong, A. A. Sirenko

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11173v1

摘要： 在单手性域 NiCo2TeO6 晶体中光学声​​子的拉曼散射中观察到完美的圆二色性。光学声子的选择规则由手性结构C和沿c轴的电极化P的组合决定。这两个对称操作相当于铁轴级（C点P）=A，因此观测到的光学声子被称为“铁轴”。对于给定的拉曼散射几何结构，观察到的效应也可以描述为光学声子的完全非互易传播，其优选矢量方向由 C 点 P 的符号确定。拉曼散射和偏振平面旋转的组合透射白光可以识别单域手性晶体中的电极化方向 P。

理想一维外尔相中巨能斯特平台的观测

分类： 材料科学

作者： Yong Zhang, Qi Li, Penglu Zhao, Yingcai Qian, Yangyang Lv, Yanbin Chen, Qian Niu, Haizhou Lu, Jinglei Zhang, Mingliang Tian

发布时间： 2024-10-15

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11154v1

摘要： 寻找超越传统机制的巨大能斯特效应为开发先进热电器件和理解电荷-熵转换提供了优势。在这里，我们研究了 HfTe5 在广泛磁场范围内的塞贝克效应和能斯特效应。通过跟踪不寻常的磁热电响应，我们揭示了弱拓扑绝缘体的两种磁场驱动相变：第零朗道带的间隙闭合相变和拓扑利夫什茨相变。当磁场超过量子极限大约十倍后，我们观察到能斯特信号不再随磁场变化，形成一个非常大的平台，在 2 K 时达到 50 {\mu}V/K。从理论上解释巨大的能斯特高原是在如此高的磁场中形成的理想一维外尔相的独特特征。我们的发现拓展了对理想外尔物理的理解，并为在没有基本限制的情况下实现新颖的热电效应开辟了新途径。

各向异性非谐性决定氧化镓 ($β-Ga_2O_3$) 的热导率

分类： 材料科学, 其他凝聚态物质

作者： Abdulaziz Alkandari, Zherui Han, Ziqi Guo, Thomas Beechem, Xiulin Ruan

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11106v1

摘要： $\beta-Ga_2O_3$ 是下一代高功率器件的有前途的候选材料，尽管其低导热率 ($\kappa$) 由于无法充分散热而限制了其利用率。尽管它很重要，但关于 $\beta-Ga_2O_3$ 各向异性热导率的实验结果和计算模型之间仍然存在显着差异。具体来说，计算结果在 $\kappa_{100}$ 和 $\kappa_{001}$ 的实验误差范围内，同时低估了 $\kappa_{010}$，这表明文献中使用的裸声子模型缺少与各向异性热传输。作为回应，我们使用第一原理和不同近似下的 Pierels-Boltzmann 输运方程 (PBTE) 计算各向异性 $\kappa$。对于最简单的模型，我们将热载体视为谐波声子，其散射率是通过微扰获得的。然后将这些结果与通过声子重整化和四声子散射获得的结果进行比较。我们的结果表明，考虑声子重正化可以解决实验与理论之间的差异。这是因为声子重正化导致各向异性 $\kappa$ 增强，这是由声子群速度的方向相关变化引起的，伴随着声子寿命的普遍增加。由于这些非和谐相互作用在准确描述各向异性热传输中的关键作用，我们还探索了单个原子的非和谐性，并表明八面体配位的镓原子是最非和谐的，因此最有可能导致谐波声子模型的失败描述该材料中的热传输。最后，我们证明原子非谐性可以用作指导振动特性定制的有用度量。

核-壳吸引粒子的稠密悬浮液中的延迟恢复

分类： 软凝聚态物质, 材料科学

作者： Justine Henry, Ludovic Feige, Clara Paillard, Thibaut Divoux

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.11102v1

摘要： 软颗粒玻璃是堵塞颗粒的致密悬浮液，在外部剪切力下像液体一样流动，并在流动停止后几乎立即恢复其类似固体的特性。在这里，我们考虑了核壳吸引粒子的致密悬浮液，其聚合物刷允许延迟恢复，我们通过时间分辨机械光谱进行监测。流动停止时记录的粘弹性光谱显示出惊人的幂律行为，并且可以重新调整到暗示时间连通性叠加原理的主曲线上。此外，在不同老化时间测量的这种软玻璃的非线性响应显示出延性到脆性的转变，这表明颗粒之间的相互作用显示出渐进的排斥到吸引的转变。这些结果描绘了延迟恢复的原始情况，涉及时间依赖性相互作用势，其中疏水性吸引力仅在相邻颗粒变形其聚合物壳并紧密接触时才被激活。

由于量子涨落，电荷密度波跃迁中不存在声子软化

分类： 材料科学

作者： Yubi Chen, Terawit Kongruengkit, Andrea Capa Salinas, Runqing Yang, Yujie Quan, Fanghao Zhang, Ganesh Pokharel, Linus Kautzsch, Sai Mu, Stephen D. Wilson, John W. Harter, Bolin Liao

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10992v1

摘要： 由于具有承载奇异量子态的潜力，戈薇金属已成为凝聚态物理学的前沿。其中，CsV3Sb5 因其电荷密度波（CDW）有序性和超导性的异常共存而引起了人们的广泛关注，为探索新颖的电子和声子现象提供了理想的系统。 CsV3Sb5 中 CDW 形成的性质引发了相当大的争论。先前的研究表明，驱动 CsV3Sb5 中 CDW 跃迁的潜在机制与传统机制不同，例如电子-声子耦合和费米表面嵌套。在这项研究中，我们通过对 CsV3Sb5 中 CDW 结构相关的晶格动力学从头开始有限温度模拟来研究 CDW 态的起源。通过对 CsV3Sb5 和 2H-NbSe2 的比较研究，我们证明 CsV3Sb5 中实验上不存在声子软化以及弱一阶跃迁的存在可归因于晶格的量子零点运动，这导致了即使在 CDW 转变温度以下，CDW 景观也能有效稳定原始结构。我们认为，这种令人惊讶的行为可能会导致原始结构和 CDW 结构在整个转变过程中共存，并导致弱的一阶转变。我们进一步讨论实验意义并使用模拟来解释单晶 CsV3Sb5 的相干声子光谱结果。这些发现不仅完善了我们对 CDW 跃迁的基本理解，而且还强调了量子效应在影响 CsV3Sb5 等相对重元素材料的宏观性能方面的惊人作用。我们的研究结果为 CDW 材料（包括铜酸盐）的形成机制提供了重要的见解，这些材料几乎没有或没有声子软化，有助于理解量子材料中的 CDW 相。

使用极化中子观察交变磁力

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： P. A. McClarty, A. Gukasov, J. G. Rau

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10771v1

摘要： 交变磁体是共线补偿磁体，其在零自旋轨道耦合下的磁对称性打破了自旋简并，导致自旋分裂的电子和磁能带，反映了潜在的多极秩序。当存在近似 $U(1)$ 对称性时，交替磁体中的磁振子被分成相等且相反的手性对。我们表明，在交变磁体中，极化中子提供了一种检测时间反转域群体的方法，并允许直接测量动量空间中的磁振子手性各向异性——交变磁相的中心特征。我们在两种候选材料 MnF$_2$ 和 MnTe 中证明了对极化中子的这种响应，并表明这些手性的存在对于破坏自旋旋转对称性的小扰动是稳定的。这提供了自旋极化 ARPES 的磁角类似物，已用于识别各种候选材料的电子能带结构中的交变磁性。

有机晶体中的高灵敏度压力和温度量子传感

分类： 量子物理学, 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Harpreet Singh, Noella DSouza, Joseph Garrett, Angad Singh, Brian Blankenship, Emanuel Druga, Riccardo Montis, Liang Tan, Ashok Ajoy

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10705v1

摘要： 量子传感器对其物理环境固有的敏感性可以使其成为温度、压力、应变和电场等参数的良好记录器。在这里，我们提出了一个使用掺杂并五苯的对三联苯晶体进行压力（P）和温度（T）传感的分子平台。我们利用并五苯分子中光激发三重态电子的光学检测磁共振（ODMR），作为敏感探针，检测由于压力或温度变化而引起的主体对三联苯的晶格变化。我们观察到最大 ODMR 频率变化为 df/dP=1.8 MHz/bar 和 df/dT=247 kHz/K，分别是金刚石氮空位中心的 1,200 倍和三倍以上。这使得压力灵敏度比之前报道的最佳值提高了 85 倍以上。较大的变化反映了对三联苯晶格较弱的性质，第一原理 DFT 计算表明，即使由于 P、T 变化而导致的分子轨道皮米级的变化也是可以测量的。该平台还具有其他优势，包括高水平的传感器掺杂、窄 ODMR 线宽和高对比度，以及易于部署、以低成本利用大型单晶的能力。总体而言，这项工作为低成本、光学询问压力和温度传感器铺平了道路，并为通过设计分子系统中的合成可调性实现的更通用的传感器奠定了基础。

通过与磁子杂化自发出现声子角动量

分类： 材料科学, 光学

作者： Honglie Ning, Tianchuang Luo, Batyr Ilyas, Emil Viñas Boström, Jaena Park, Junghyun Kim, Je-Geun Park, Dominik M. Juraschek, Angel Rubio, Nuh Gedik

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10693v1

摘要： 手性，即不正确旋转对称性的破缺，是跨越不同科学领域的基本概念。在凝聚态物理学中，源自带有角动量的圆形原子运动的手性声子由于与磁自由度的耦合而引起了人们的强烈兴趣，从而实现了潜在的声子控制自旋电子学。然而，模态及其反向旋转对应物通常在布里渊区中心退化。单手循环声子的选择性激发需要打破简并性的外部刺激。能量上非简并的圆偏振声子是否可以在没有结构或外部对称性破缺的情况下自发出现仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们证明非简并椭圆偏振声子对可以通过耦合到范德华反铁磁体 $\mathrm{FePSe_3}$ 中具有相同螺旋性的磁振子来感应。我们证实了磁振子-声子混合体的存在，也称为磁振子极化子，它表现出具有相反螺旋性和不同能量的固有椭圆极化。这种非简并性使得它们能够通过线性偏振太赫兹脉冲进行相干激发，这也赋予这些旋转模式手性。通过调整太赫兹驱动器的偏振并测量相干振荡的相位分辨偏振，我们确定了椭圆率并绘制了这些混合准粒子的轨迹。我们的研究结果建立了一种在布里渊区中心寻找具有角动量的本质上非简并声子的通用方法，并引入了一种表征其椭圆率的新方法，概述了手性声子控制的自旋电子功能的路线图。

通过扫描 3D X 射线衍射显微镜跟踪退火过程中固体氧化物电池电极微观结构的演变

分类： 材料科学, 应用物理

作者： A. Shukla, S. De Angelis, J. Wright, Y. Zhang, J. Oddershede, H. F. Poulsen, J. W. Andreasen

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10671v1

摘要： Ni 颗粒粗化是 Ni/YSZ 固体氧化物电池的主要降解机制，限制了这些设备的使用寿命。在这项研究中，我们展示了使用具有前所未有的 100 nm 空间分辨率的扫描 3D X 射线衍射 (S3DXRD) 来监测经过异位热处理的固体氧化物电池的 3D 体积内的微观结构演变。与传统的断层扫描不同，S3DXRD 将晶体学信息与空间图相结合，能够精确识别晶界并确定 Ni 微观结构中的局部曲率变化。我们的研究表明，在晶粒生长的驱动下，镍相在退火过程中经历了显着的结构变化。这种转变的特点是局部曲率减小，特别是在晶粒消失的区域。我们观察到消失的颗粒是尺寸分布中最小的颗粒，并且通常位于孔隙附近。因此，局部曲率最显着的减小发生在镍孔界面处。 Ni/YSZ 系统中多晶微观结构演化的定量表征为 SOC 器件中 Ni 颗粒粗化的机制提供了新的见解，可能为增强 SOC 器件的长期稳定性提供指导策略。

压力下 Pr$_4$Ni$3$O${10}$ 单晶的非体超导性

分类： 超导, 材料科学

作者： Xinglong Chen, E. H. T. Poldi, Shuyuan Huyan, R. Chapai, H. Zheng, S. L. Budko, U. Welp, P. C. Canfield, Russell J. Hemley, J. F. Mitchell, D. Phelan

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10666v1

摘要： 在金刚石砧座中以 KBr 或 Nujol 油作为压力介质，在高达 73 GPa 的外部施加压力下对 Pr$_4$Ni$3$O${10}$ 单晶进行磁输运测量，产生超导特征最大起始温度约为 31 K。未观察到真正的零电阻，这与非渗透超导体积分数一致。磁化测量提供了超导性的确凿证据，在起始温度以下会出现与压力相关的抗磁信号，并且磁化率绝对值的估计表明超导体积分数约为 10%。我们观察了样品间 Tc 大小和压力依赖性的变化，以及对给定样品上电接触配置的依赖性。这种行为的可能原因可能是压力的显着不均匀性和/或由压力介质引起的样品损坏以及晶体本身的不均匀性。结果表明，我们生长的 Pr$_4$Ni$3$O${10}$ 单晶不是体超导体，但晶体内存在确实具有超导性的少数结构。

石墨烯狄拉克等离子体中的极端电子空穴阻力和负迁移率

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 其他凝聚态物质

作者： L. A. Ponomarenko, Alessandro Principi, A. D. Niblett, Wendong Wang, R. V. Gorbachev, Piranavan Kumaravadive, A. I. Berdyugin, A. V. Ermakov, Sergey Slizovskiy, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Qi Ge, V. I. Fal'ko, Laurence Eaves, M. T. Greenaway, A. K. Geim

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10640v1

摘要： 相邻电子和空穴气体之间的库仑阻力引起了相当大的关注，正在各种二维系统（包括半导体和石墨烯异质结构）中进行研究。在这里，我们报告了普朗克等离子体中电子空穴阻力的测量结果，该等离子体是在液氮温度之上的狄拉克点附近的单层石墨烯中形成的。由于多数载流子引起的阻力，频繁的电子空穴散射迫使少数载流子逆着所施加的电场移动。电子和空穴的这种单向传输导致少数载流子名义上为负迁移率。研究发现，尽管电子-空穴阻力明显受到声子散射的影响，但在室温附近最强。我们的研究结果有助于更好地理解电荷中性石墨烯的输运特性，揭示其流体动力学描述的局限性，并提供对一般量子临界系统的洞察。

硫空位限制Sb2S3太阳能电池的开路电压

分类： 材料科学

作者： Xinwei Wang, Seán R. Kavanagh, Aron Walsh

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10560v1

摘要： 硫化锑 (Sb2S3) 是一种很有前景的候选材料，可用作单结太阳能电池和串联太阳能电池顶部子电池的吸收层。然而，Sb2S3基太阳能电池的功率转换效率在过去十年中一直停滞不前，这主要是由于陷阱辅助的非辐射复合。在这里，我们通过使用第一原理计算和 Sah-Shockley 统计研究本征点缺陷的非辐射载流子捕获率来评估 Sb2S3 的陷阱限制转换效率。我们的结果表明，硫空位充当有效的复合中心，将 Sb2S3 的最大光转换效率限制为 16%。无论生长条件如何，硫空位的平衡浓度都保持相对较高，表明这些空位对 Sb2S3 性能造成的内在限制。

不对称抗体：静力学和动力学

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Pavel A. Vorobyev, Daichi Kurebayashi, Oleg A. Tretiakov

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10557v1

摘要： 重要的拓扑自旋纹理，例如磁性斯格明子，由于它们在自旋电子存储器和逻辑中作为信息载体的潜在用途而引起了人们的极大兴趣。在这里，我们从理论上预测了不对称反双分子（AAB）——具有 $D_{2d}$ 对称性的面内磁化手性铁磁体中的拓扑结构，尚未通过实验观察到。我们证明，它可以通过在具有 $D_{2d}$ 对称性的材料中发现的各向异性界面 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用来稳定。考虑到能量，我们解释了其由反涡旋和相反核心极化的新月形涡旋形成的不对称形状。此外，我们证明，与面外磁化薄膜中的斯格明子不同，具有相反拓扑电荷的 AAB 可以在同一铁磁薄膜内稳定。采用微磁模拟和分析蒂勒方程方法，我们还研究了 AAB 的电流驱动动力学，特别表明系统的拓扑电荷可以在 AAB 碰撞中可控地改变。我们的结果揭示了对不对称拓扑磁孤子的基本理解，并为其在面内磁化铁磁体中的实验观察提供了指导。

二维无定形二氧化硅中的玻璃态动力学和结晶局域有序

分类： 统计力学, 材料科学

作者： Marco Dirindin, Daniele Coslovich

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10500v1

摘要： 我们重新评估了无定形二氧化硅双层的建模，将其作为二维经典系统，其粒子与有效的成对势相互作用。我们证明，可以重新参数化 Roy、Heyde 和 Heuer 开发的潜力，以定量匹配实验样本的结构细节。然后我们研究了低温下重新参数化模型的玻璃动力学。使用适当的笼相关相关函数来抑制 Mermin-Wagner 波动的影响，我们强调了两个明确定义的阿伦尼乌斯状态的存在，它们被狭窄的交叉区域分开，我们将其与热力学异常和局​​部结构的变化联系起来。我们发现键取向顺序在交叉温度以下稳定增长，并且与纳米尺寸的瞬态晶域相关。这些发现提出了有关二维玻璃结构性质的基本问题，并为解释实验数据提供了指导。

所有二维脆弱拓扑带的设计和表征

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Samuel Bird, Chiara Devescovi, Pascal Engeler, Agnes Valenti, Doruk Efe Gökmen, Robin Worreby, Valerio Peri, Sebastian D. Huber

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10484v1

摘要： 设计具有特定拓扑指数的拓扑材料是一个复杂的逆问题，传统上通过手动、直觉驱动的方法来解决，这些方法既不可扩展，也无法有效地探索可能的材料配置的广阔空间。在这项工作中，我们开发了一种算法，利用协方差矩阵适应进化策略来优化塑造设计材料特性的周期函数的傅里叶表示。这分别包括声子和光子晶体的质量分布或介电张量，以及适用于电子和超冷原子系统的合成势。我们通过对一类被称为“脆弱拓扑”的拓扑带的详细表征来展示我们的方法，展示了该算法解决拓扑特征和光谱质量的能力。这种自动化不仅简化了设计过程，而且显着扩展了在各种平台上识别和构建高质量设计拓扑材料的潜力，并且可以轻松扩展到其他设置，包括高维和非线性系统。

受蜂鸟启发的凹槽片中的弹性毛细管顺序流体捕获

分类： 流体动力学, 材料科学, 软凝聚态物质

作者： Emmanuel Siéfert, Benoit Scheid, Fabian Brau, Jean Cappello

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10461v1

摘要： 小规模被动有效的流体捕获和传输对于工业和医疗应用至关重要，特别是对于实现即时测试。执行这些测试涉及几个步骤，包括生物流体捕获、等分、在流体设备接口处与试剂反应以及读取结果。理想情况下，这些测试必须快速并提供较大的表面积与体积比，以便用更少的液体量实现快速、精确的诊断。这种约束通常是矛盾的，因为高的表面与体积比意味着高的液压阻力并因此导致流速的降低。受蜂鸟进食机制的启发，我们提出了一种节俭的流体捕获装置，该装置利用弹性毛细管变形来实现快速液体传输、等分和变形状态下的高度限制。该设备的分层设计（由堆叠在弹性片上的垂直凹槽组成）可实现两步顺序流体捕获。每个单元凹槽模仿蜂鸟的舌头，并在润湿液体渗透时由于毛细管力而闭合，从而使整个装置封闭为管状形状，在其中捕获额外的液体。结合弹性、毛细管作用和粘性流，我们合理化了液体稀缺（末端浸渍和毛细管上升）和液体丰富（完全浸渍）时所起作用的流固相互作用。通过对凹槽表面进行功能化，这种无源装置可以同时实现即时测试的所有步骤，为设计微流体中流体捕获和传输的最佳装置开辟了道路。

间隙阴离子电子涉及电子化合物 La3In 的超导性和 T 线性电阻率行为

分类： 超导, 材料科学

作者： Zhijun Tu, Peihan Sun, Pengcheng Ma, Hongrun Zhen, Shangjie Tian, Shouguo Wang, Tian Cui, Zhonghao Liu, Kai Liu, Hechang Lei

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10443v1

摘要： 由于间隙阴离子电子（IAE）的存在，电子化合物是独特的材料。由于这些松散结合的 IAE 及其与阳离子框架的强烈相互作用，电子化合物可以具有相当高的 Tc 超导性，特别是在高压下，正如理论上所预测的那样。然而，对电子化合物超导性的实验观测非常罕见，更不用说对单晶本征特性的详细研究了。在这里，我们报道了电子化合物 La3In 单晶的超导和常态性质。 La3In表现出II型超导性，Tc~9.4 K，并在较宽的温度范围内呈现T-线性电阻率。实验测量和理论计算表明，相对较高的Tc可归因于沿R-M方向的短平带和强电子声子耦合引起的费米能级周围的高态密度，部分源自IAE。同时，T-线性电阻率可以反映该材料中显着的电子相关效应。这些发现将有助于理解 IAE 在超导中的作用，并为探索电子化合物中的高温超导体开辟一条有希望的途径。

多铁性 SrTiO3 薄膜的结构和电子性能的艺术功能化

分类： 材料科学

作者： Zdeněk Jansa, Lucie Prušáková, Štěpánka Jansová, Pavel Calta, Pavol Šutta, Ján Minár

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10422v1

摘要： 本研究探讨了过渡金属掺杂 SrTiO3 在光伏技术（例如光催化）中的应用。核心目标是评估不同的掺杂剂如何影响著名的钙钛矿 SrTiO3 (STO) 的结构和电子特性。通过掺入掺杂剂，特别是过渡金属，可以通过解决诸如价带中的大间隙等限制来增强材料的物理性能。本研究旨在确定这些金属对微晶尺寸、内应力水平、价带中电子-空穴对分布以及电磁波谱向可见光范围的偏移等因素的影响。主要重点是评估镍 (Ni) 对这些性能的影响，同时还研究了钇 (Y) 和铁 (Fe) 的影响。采用多种实验方法来分析SrTiO3的结构和电子性质。相同的程序一致地应用于所有样品，唯一的例外是高温 XRD 实验，如文本中所述。使用的技术包括用于样品制备的磁控脉冲沉积，然后是 X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM) 和 X 射线光电子能谱 (XPS)。进行实验后，对收集的数据进行评估并用于指导后续步骤。最后对所有数据进行了整合和综合分析。

装饰方形戈薇反铁磁体钠铁矿 KCu$_7$TeO$_4$(SO$_4$)$_5$Cl 中场致自旋液体

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： Matías G. Gonzalez, Yasir Iqbal, Johannes Reuther, Harald O. Jeschke

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10385v2

摘要： 事实证明，实现方形戈薇晶格的量子反铁磁体是研究受挫磁性中非平凡现象的一个有前途的平台。我们基于密度泛函理论能量映射对最近合成的化合物 nabokoite {\nab} 进行了理论分析，该映射建立了一个不寻常的海森堡哈密顿量，具有耦合层次结构，这建议用有效的自旋液体模型进行描述。由于方戈薇晶格具有第七个 Cu 位点的装饰，纳博科石的特点是高度受抑的方锥体，这些方锥体以手性排列反铁磁耦合。采用经典的蒙特卡罗模拟，我们能够解释实验测量中在低温磁化曲线中观察到的两个转变。值得注意的是，我们表明只有当包括层间耦合时才能实现低场相位。另一方面，中间场相也存在于纯二维模型中，并由具有亚铁磁成分的次广简并性的自旋液体来描述。我们证明这个阶段可以用磁场中的棋盘格来近似。最后，我们使用伪马约拉纳函数重正化群方法评估了零场中量子涨落的影响，并预测了自旋结构因子，以便与未来的中子散射测量进行比较。

根据 DFT 计算得出固态双阱势的非简谐振动状态

分类： 材料科学, 其他凝聚态物质, 化学物理

作者： Davide Mitoli, Maria Petrov, Jefferson Maul, William B. Stoll, Michael T. Ruggiero, Alessandro Erba

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10379v1

摘要： 我们介绍了一种模拟分子和材料中（对称和不对称）双阱势量子振动态的通用方法，用于热力学和光谱应用。该方法涉及求解与 $V (Q) = aQ^2 + bQ^3 + cQ^4$ 类型的单模势相关的核 Schr"odinger 方程（其中 $a < 0$ 且 $c > 0$），因此明确包括核量子效应 $V (Q)$，是通过沿选定的正常模式 $Q$ 的位移核配置进行的密度泛函理论 (DFT) 计算获得的。已实施到 CRYSTAL 电子结构包中，并允许 i) 使用多种密度泛函近似，包括混合近似，以及 ii) 与准谐波模块集成。该方法应用于两种软晶格模式的光谱表征。硫脲分子晶体的相：在电磁波谱的太赫兹区域中发现了与两相之间的结构变化相关的特征峰，其表现出强烈的非谐波特征。热演化，通过温度相关的太赫兹时域光谱测量。

Tb$_3$Fe$5$O${12}$ 中晶体场激发引起的自旋塞贝克效应理论

分类： 材料科学, 强关联电子

作者： Michiyasu Mori, Bruno Tomasello, Timothy Ziman

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10362v1

摘要： 自旋塞贝克效应 (SSE) 是一种热电产生现象，发生在由金属双层和铁磁体组成的器件内。当 Tb$_3$Fe$5$O${12}$ (TbIG) 替代铁磁体时，该效应在低温下为零，但在施加磁场时该效应会增加到正值。这与由于磁振子间隙的增加而导致 SSE 应受到磁场抑制的预期相反。在本文中，TbIG 中的晶体场激发（CFE）是在平均场理论中计算的，利用来自中子的铽镓石榴石 Tb$_3$Ga$5$O${12}$ (TGG) 的参数散射实验文献。与 TGG 一样，TbIG 的原始细胞拥有 12 个 Tb 位点和 6 个不等价的磁性亚晶格，但由于来自四面体和八面体 Fe 离子的净 $[111]$-分子场，这些可以分为两个不同的组，即 $ \mathbf{C}$ 和 $\mathbf{C'}$ 位点，它们解释了“双伞”磁结构。我们发现，当沿着晶体的[111]方向施加外部磁场时，$\mathbf{C}$子晶格的最低CFE降低。由于最低 CFE 对磁场的依赖性，我们发现在低温下 TbIG 中的 SSE 可以通过施加磁场来增强。

二维反铁磁绝缘体中的磁振子非线性霍尔效应

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 强关联电子

作者： Jinyang Ni, Yuanjun Jin, Guoqing Chang

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10355v1

摘要： 由于反铁磁 (AFM) 绝缘体的零自发磁化强度和稳定的绝缘状态，探索反铁磁 (AFM) 绝缘体长期以来一直具有挑战性，这一挑战在二维极限下更加明显。在这封信中，我们提出磁振子非线性霍尔效应，这是有序磁体中集体自旋激励的二阶热霍尔响应，作为研究二维 AFM 绝缘体的新方法。我们证明，在层状蜂窝状反铁磁体中，与费米子或声子相反，磁振子的非线性热霍尔效应本质上与磁序耦合，可以通过轻微的外场扰动来感应和操纵。这种耦合还产生了磁振子非线性霍尔响应的有趣的磁层依赖性，这在线性区域中是不存在的。例如，在 G 型 AFM 多层膜中，这种效应在奇数层中是允许的，但在偶数层中是禁止的。此外，在奇数层中，磁振子非线性霍尔响应受到AFM层间耦合的抑制，其强度随着层数的增加而降低。卓越的可调性和磁相关特性解决了 AFM 绝缘体弱响应的局限性，为二维 AFM 自旋电子学带来了光明

准二维/一维铁电体中的负压电性

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Ning Ding, Shuai Dong

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10305v1

摘要： 近年来，低维铁电体的研究因其在纳米器件中的良好应用而受到广泛关注。压电性是铁电材料最核心的特性之一，在微机电系统中发挥着至关重要的作用。最近，在许多准二维层状铁电材料中预测/发现了反常负压电性。在这篇专题综述中，我们将简要介绍准二维/一维铁电体中的负压电性，包括其基本概念、典型材料、理论预测以及实验现象。负压电的基本物理机制因情况而异，可分为四种类型。首先，软范德华层导致体积在压力下收缩，而电偶极子来自非范德华层。其次，局部偶极子的非共线产生亚铁电性，从而导致正交的铁电轴和反铁电轴。第三，电偶极子来自层间/链间耦合，在体积缩小过程中可以增强。第四，特殊的屈曲结构有助于产生局部偶极子，在压力下可以增强局部偶极子。在真实材料中，不止一种机制可以协同工作。最后对负压电技术的未来发展方向及其潜在应用进行了展望。

用于神经形态应用的具有相变的功能材料的插层

分类： 应用物理, 材料科学

作者： Xin He, Hua Wang, Jian Sun, Xixiang Zhang, Kai Chang, Fei Xue

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10301v1

摘要： 将外来离子、原子或分子引入新兴功能材料对于操纵材料物理性能和创新设备应用至关重要。新兴新材料的嵌入可以引发多种内在变化，例如电荷掺杂、化学键合和晶格膨胀，这有助于结构相变的探索、对称性破缺相关物理的调整以及脑启发的创造先进的设备。此外，结合各种主体和插层剂可以形成一系列具有丰富特征的晶体结构，极大地扩展了现有材料的范围和基本理解。在这里，我们总结了通常用于功能材料插层的方法。我们重点介绍基于插层的相变及其新兴物理学的最新进展，即铁电相变、磁相变、绝缘体-金属相变、超导相变和电荷密度波相变。我们讨论基于嵌入的相变的预期设备应用，即神经形态设备。最后，我们提供了未来潜在的研究方向以促进其进一步发展。

单点辐射计多放大器实验数据拟合方法

分类： 仪器仪表和探测器, 材料科学

作者： Kwang Rim Choe, Myong Chol Pak

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10916v1

摘要： 单点辐射计广泛用于估算高温物体的温度，特别是高炉、玻璃熔体、发电厂锅炉等。在之前关于单点辐射计的论文中，根据加热体温度和先前测量的光电流之间的插值函数推导出加热体。然而，电流电压转换器、同相放大器和对数放大器所需的拟合功能从未有报道。因此，本文提出了拟合函数，可以得到物体的辐射温度与单点辐射计放大器输出之间的关系。

气态剪刀介导的卤化 MXene 电化学剥离及其在耐磨摩擦伏打器件中的增强

分类： 应用物理, 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Qi Fan, Minghua Chen, Longyi Li, Minghui Li, Chuanxiao Xiao, Tianci Zhao, Long Pan, Ningning Liang, Qing Huang, Laipan Zhu, Michael Naguib, Kun Liang

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10214v1

摘要： 二维过渡金属碳化物（MXene），特别是其少层纳米片，由于其卓越的导电性、可接近的活性表面和可调节的加工性能等优点，引起了新兴的研究关注。熔盐蚀刻路线进一步实现了其可控的表面化学。然而，由于更复杂的分层行为，该方法在实现少层结构方面遇到了挑战。在此，我们提出了一种有效的策略来制造具有几层的 Cl 或 Br 封端 MXene 纳米薄片，这是通过在电解质溶液中电化学插入锂离子和伴随的溶剂分子来实现的，并用气体剪刀（丙烯分子）来打破层间力。通过控制截止电压，最佳方案可产生具有超高产率 (~93%) 并保留表面化学性质的纳米片。所得的 MXenes 分散体用作润滑剂以增强摩擦伏打纳米发电机，其中 Ti3C2Br2 显示出优异的电输出。这些发现有助于理解 MXene 的内在物理特性，并使先进电子设备的纳米工程成为可能。

Eu(Al,Ga)$_4$拓扑反铁磁体的实验进展

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： Tian Shang, Yang Xu, Shang Gao, Run Yang, Toni Shiroka, Ming Shi

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10201v1

摘要： 拓扑磁体中出现的重要磁相和电子相通常是纠缠的，从而导致各种奇异的物理特性。最近，BaAl$_4$ 型化合物得到了广泛的研究，以阐明其实数空间和动量空间中出现的拓扑特征。特别是中心对称Eu(Al,Ga)$_4$族典型的拓扑霍尔效应和自旋织构，激发了广泛的实验和理论研究。在本专题综述中，我们讨论了通过大量实验技术得出的有关 Eu(Al,Ga)$_4$ 拓扑反铁磁体和相关材料的最新发现。我们证明 Eu(Al,Ga)$_4$ 代表了一个合适的平台来探索晶格自由度、电荷自由度和自旋自由度之间的相互作用以及相关的涌现现象。最后，我们解决了一些有待未来研究的关键问题。

张量涉及的近场动力学：各向同性和各向异性材料的统一框架

分类： 材料科学, 计算物理

作者： Hao Tian

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10175v1

摘要： 在本文中，我们介绍了涉及近场动力学的张量，这是一个用于模拟各向同性和各向异性材料的统一框架。虽然传统的近场动力学模型可以有效地模拟各向同性材料，但它们面临着各向异性材料的挑战，并且容易出现零能量模式引起的不稳定。我们的新颖模型通过将弹性张量纳入微模函数来扩展基于线性键的近场动力学框架，从而确保各向异性材料的稳定性，而无需额外的校正。对于各向同性材料。该模型保持与传统的基于键的近场动力学的兼容性，假设 3D 中的 Possion 比率为 1/4，2D 中的 Possion 比率为 1/3。数值实验证实了该模型在各种情况下的稳定性和准确性。此外，我们还引入了各向同性材料的损伤模型。验证其在预测二维板裂纹扩展路径方面的性能。与传统模型相比，结果显示与实验数据具有更好的一致性。

二氧化硅和石英的分子结构和强度-韧性

分类： 材料科学

作者： Xiaozhi Hu

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10142v1

摘要： 无定形二氧化硅和结晶石英的分子结构与二氧化硅的理论强度一起用于预测它们的固有强度和断裂韧性。在原子尺度上，无定形二氧化硅的特征是二氧化硅分子或晶体直径约为 0.31 nm。因此，二氧化硅和石英都可以建模为晶体材料。理论预测已被文献中的实验数据所证实。

各向同性破碎材料中的双轴高斯光束、厄米高斯光束和拉盖尔高斯涡旋光束

分类： 光学, 材料科学

作者： Maxim Durach

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10106v1

摘要： 我们根据射线波倾斜和材料菲涅尔波表面的曲率，开发了任意各向同性破坏介质中电磁场的近轴近似。我们以双轴高斯光束的形式获得了近轴方程的解，这是通用各向同性破坏材料中的一类新型电磁场分布。这种光束之前已经在双曲超材料中通过实验和数值观察到，但迄今为止在文献中回避了理论分析。双轴高斯光束有两个轴：一个轴沿亚伯拉罕动量方向，对应于射线传播，另一个轴沿明可夫斯基动量方向，对应于波传播，这与最近的折射理论、射线波倾斜理论一致，以及隐藏的动量 [Durach，2024，参考文献。 1]。我们证明双轴高斯光束中波前的曲率对应于光束中心波矢量处的菲涅尔波面的曲率。我们获得了双轴光束的高阶模式，包括双轴埃尔米特-高斯和拉盖尔-高斯涡旋光束，这为研究各向同性破坏介质（包括通用各向异性和双各向异性材料）中的光学角动量（OAM）开辟了道路。

KPROJ：展开电子和声子频带的程序

分类： 材料科学, 计算物理

作者： Jiaxin Chen, Mingxing Chen

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10910v1

摘要： 我们推出了一个名为 KPROJ 的程序，该程序展示了由超级晶胞建模的材料的电子和声子能带结构。该程序基于 $\textit{k}$ 投影方法，该方法将超晶胞的波函数投影到人工原始晶胞布里渊区的 ${\textbf{k}}$ 点上。它允许通过对波函数进行部分积分来获得有效的“局部”能带结构，例如，界面的层投影的展开能带结构和真空中板片的加权能带结构。层投影通过结合快速傅里叶变换 (FFT) 和逆 FFT 算法的方案来加速。它现在与一些基于平面波的第一原理代码（例如 VASP、Quantum Espresso 和 ABINIT）接口。此外，它还具有与ABACUS（基于数值原子基组的第一原理模拟包）和PHONOPY（声子计算程序）的接口。

潮湿时更坚固：通过与金属离子的零废物配合形成防水的几丁质物体

分类： 材料科学, 软凝聚态物质, 生物物理学

作者： Akshayakumar Kompa, Javier G Fernandez

发布时间： 2024-10-14

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10909v1

摘要： 塑料因其耐用性和水稳定性而成为我们社会不可或缺的一部分，而这是通过强大的分子间相互作用实现的。然而，这些特性也使它们成为生态循环的持久破坏者，与生物结构相比，生物结构与环境一起实现优异的机械性能和生态整合。这项研究从节肢动物角质层中汲取灵感，将地球上第二丰富的有机分子用于水中。该过程涉及将含有少量镍的壳聚糖玻璃化，利用环境水创建分子间键的动态网络，从而产生一种材料，其强度在潮湿时的强度远高于商品塑料。该方法保留了分子的原始化学性质，因此可以无缝融入地球的新陈代谢，同时避免使用通常与生物分子相关的强有机溶剂。该方法展示了制造业范式转变的潜力，消耗品和大型物体的零废物生产可以满足全球对塑料的需求。

基于 AFM 的功能断层扫描——铣还是不铣，这就是问题！

分类： 材料科学

作者： Niyorjyoti Sharma, Kristina M. Holsgrove, James Dalzell, Conor J. McCluskey, Jilai He, Dennis Meier, Dharmalingam Prabhakaran, Brian J. Rodriguez, Raymond G. P. McQuaid, J. Marty Gregg, Amit Kumar

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10043v1

摘要： 铁电畴壁的电响应通常受到样品表面下方的几何形状的影响。因此，这些材料系统中的断层扫描成像因其将表面水平功能响应与次表面域微观结构相关联的能力而变得越来越重要。在这种背景下，基于 AFM 的断层扫描因其简单性、高分辨率和强大的对比度机制而成为一个引人注目的选择。然而，迄今为止，该技术已在有限数量的铁电材料中实现，通常深度为几百纳米或相对较软的材料，导致对其功能和局限性的了解尚不清楚。在这项工作中，在 YbMnO3 中进行 AFM 断层扫描，绘制其复杂域微观结构及其当前路径，深度可达 1.8 微米左右。提出了一个模型，描述网络内互连畴壁的影响，其充当电流分配器并共同确定电流如何分布。最后，通过 TEM 研究确定了尖端钝化和次表面非晶化等挑战，并提出了解决这些问题的策略。这项研究凸显了 AFM 断层扫描的潜力，并可能激发铁合金界对其在类似材料系统研究中的应用的兴趣。

不适当的铁电体中的可逆长程畴壁运动

分类： 材料科学

作者： M. Zahn, A. M. Müller, K. P. Kelley, S. M. Neumayer, S. V. Kalinin, I. Kézsmarki, M. Fiebig, Th. Lottermoser, N. Domingo, D. Meier, J. Schultheiß

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09970v1

摘要： 与瑞利行为相关的超过 10 nm 范围的可逆铁电畴壁移动通常仅限于特定的缺陷工程系统。在这里，我们证明了这种长距离运动在电场循环过程中自然发生在不适当的铁电 ErMnO3 中。我们研究了电场驱动的畴壁运动，结果表明它们在移动超过 250 nm 的距离后很容易返回到初始位置。通过应用开关光谱带激发压响应力显微镜，我们以纳米空间精度跟踪磁畴壁运动并分析局部开关行为。相场模拟表明，可逆的长程运动是六方锰氧化物所固有的，将其与它们不适当的铁电性和拓扑保护的结构涡线联系起来，涡线作为铁电畴壁的锚点。我们的研究结果为不适当的铁电体中畴壁的局部动力学提供了新的见解，并证明了在比原始状态下铁电系统通常预期的距离大得多的距离上可逆地位移畴壁的可能性，确保了诸如可调谐电容器等应用的可预测的器件行为。传感器

Co/Al异质结构中的大手性轨道织构和轨道Edelstein效应

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Sergey A. Nikolaev, Mairbek Chshiev, Fatima Ibrahim, Sachin Krishnia, Nicolas Sebe, Jean-Marie George, Vincent Cros, Henri Jaffrès, Albert Fert

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09957v1

摘要： S. Krishnia 等人最近的实验，Nano Lett。 23, 6785 (2023) 报道了在 Co/Pt 异质结构中插入薄 Al 层时扭矩出现了前所未有的大幅增强，这表明在金属 Co/Al 界面处存在类似 Rashba 的相互作用。基于第一性原理计算，我们揭示了界面Co层在倒易空间中出现了大的螺旋轨道织构，其起源归因于Co/Al界面表面态形成的轨道Rashba效应，并且其中发现自旋轨道耦合随着轨道动量的高阶缠绕而产生较小的贡献。我们的研究结果揭示了轨道结构引起了非平衡轨道积累，产生了大电流感应扭矩，从而为实验数据提供了重要的理论背景，并推进了轨道输运现象在轻元素全金属磁系统中的应用。

通过拉曼散射揭示狄拉克材料 ZrTe5 中的法诺共振

分类： 材料科学

作者： Di Cheng, Tao Jiang, Feng Zhang, Liang Luo, Chuankun Huang, Boqun Song, Martin Mootz, Avinash Khatri, Joong-Mok Park, Yongxin Yao, Jigang Wang

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09920v1

摘要： 我们使用拉曼散射测量来探索 ZrTe5 中的法诺共振。我们确定了两个间隔很近的 B2g 声子模式，B2g I 和 B2g II，分别约为 9 meV 和 10 meV。有趣的是，只有 B2g I 表现出法诺共振，这是离散声子模式和连续电子激发之间量子干涉的结果。这与第一性原理计算所证明的 B2g I 模式更强的电子声子耦合一致。此外，与温度相关的测量突显了高温下法诺不对称性的增强，这种不对称性源于对电子-空穴联合态密度的热效应。这项研究深入了解了 ZrTe5 中电子-声子耦合、热效应和法诺共振的复杂相互关系。

商用REBCO胶带中Cu稳定剂的残余电阻率

分类： 超导, 材料科学

作者： Jun Lu, Yan Xin, Vince Toplosky, Jeremy Levitan, Ke Han, Jane Wadhams, Munir Humayun, Dmytro Abraimov, Hongyu Bai

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09919v1

摘要： REBCO 涂层导体中铜稳定剂的残余电阻比 (RRR) 是 REBCO 磁体的重要设计参数。在这项工作中，我们测量了商用 REBCO 胶带中电镀铜稳定剂的 RRR。美国国家强磁场实验室 (NHMFL) 的 REBCO 磁体项目质量保证计划对 130 多个样品进行了测量。平均RRR值在50以上。为了研究影响RRR的因素，使用扫描电子显微镜、二次离子质谱和电感耦合等离子体质谱对多个样品进行了分析。我们发现，在我们的样本中，RRR 与晶粒尺寸密切相关。我们证明了 RRR 主要由晶界电阻率决定。较低的 RRR 也与较高浓度的氯杂质密切相关。这是因为较高的氯杂质阻碍了室温自退火过程中的晶粒生长，导致晶粒变小。较小的颗粒导致较低的存款准备金率。此外，热退火显着提高了 RRR。从退火实验中获得0.4 eV的活化能，这对应于Cu晶粒生长的活化。

使用绝热锥形光纤从腔耦合量子点收集单光子

分类： 光学, 材料科学

作者： Anatole Bach, Antoine Chapuis, Corentin Morin, Richard Hostein, Savvas Germanis, Benoit Eble, Mathieu Bernard, Florent Margaillan, Paola Atkinson, Valia Voliotis, Remy Braive, Kimon Moratis

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09832v1

摘要： 我们展示了嵌入光子晶体腔中的量子点的单光子发射的有效面内光纤收集。这是通过锥形光纤和耦合到光子晶体腔的锥形片上光子波导之间的绝热耦合来实现的。通过锥形光纤测量，光子晶体腔中点的收集效率是通过腔上方显微镜物镜收集的效率的 5 倍。单光子源还通过二阶光子相关测量来表征，在非共振激发下给出 g(2)(0)=0.17。数值计算表明，通过改善点腔耦合以及增加锥形光纤与片上波导的重叠长度可以进一步提高收集效率。预计重叠长度为 5 微米时会出现接近一致的绝热耦合。

具有保持对称形状的动力学捕获纳米晶体

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 应用物理, 化学物理, 计算物理

作者： Carlos L. Bassani, Michael Engel

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09787v1

摘要： 纳米晶体的形状对于确定其表面积、反应性、光学性质、机械强度和自组装行为至关重要。传统上，形状控制是通过经验方法实现的，这凸显了对更完善的理论框架的需要。综合模型应考虑形状形成过程不同阶段的动力学因素，以确定纳米晶体形态的关键决定因素。通过调节平台、壁架和扭结处的动力学，我们揭示了主要因素是吸附原子成核能和生长岛的几何形状。瞬态位点主导生长过程，导致动力学捕获的亚稳态形状。我们用面心立方纳米晶体来说明这些概念，展示了不同的形状演变，包括表面粗糙化和立方体、八面体、菱形十二面体及其截断变体中晶体对称性的保留。这项研究揭示了驱动立方纳米晶体形状形成的机制，并为其精确合成提供了指导。

使用随机结构采样根据第一原理对眼镜进行建模

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Laszlo Wolf, Andrew Novick, Vladan Stevanović

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09726v1

摘要： 我们提出了一种无需基于第一原理随机结构采样的实验输入即可对眼镜静态特性进行建模的方法。在我们的方法中，玻璃系统由势能表面上的周期性小细胞（几十个原子）局部最小值的集合来表示。这些是通过生成一组具有随机晶格参数和随机原子位置的周期结构获得的，然后使用第一原理方法将其松弛到势能表面上最接近的局部最小值。以玻璃态 SiO$_2$ 为例，我们展示了计算为此类局部最小值集合的平均值的各种属性如何很好地再现实验结果，包括质量密度、不同的倒易空间和实空间结构函数以及电子态密度和体积模量。我们方法的实际好处在于，它将计算负担转移到线性缩放上，并且易于收敛在小单元结构上计算的属性平均值，而不是具有数百个（如果不是数千个）原子的模拟单元。因此，它使得未来能够使用高成本/高精度的电子结构方法，从而使玻璃建模更接近晶相建模的状态。

$SrSn_{4}$超导体拓扑电子态和大线性磁阻的实验检测

分类： 材料科学

作者： Arnab Kumar Pariari, Rajesh O Sharma, Mohammad Balal, Markus Hücker, Tanmoy Das, Sudipta Roy Barman

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09717v1

摘要： 虽然最近的实验证实了数百种拓扑电子材料的存在，但只有少数表现出超导性和拓扑电子态的共存。由于拓扑超导性的存在潜力，这些化合物在前沿研究中引起了极大的关注，为未来的技术进步铺平了道路。 $SrSn_{4}$ 因在 4.8 K 转变温度 ($T_{C}$) 以下表现出不寻常的超导性而闻名。最近的理论预测该化合物中存在拓扑电子态，但尚未得到实验证实。对$SrSn_{4}$的磁输运特性及其费米表面表征也缺乏系统和详细的研究。量子振荡研究首次揭示了 $SrSn_{4}$ 中非平凡的 $\pi$ 浆果相、非常轻的有效质量以及载流子的高量子迁移率。磁输运实验揭示了在 5 K 和 14 T 下超过 1200% 的大线性横向磁阻 (TMR)。角度相关输运实验检测到各向异性和四倍对称 TMR，最大值 ($\sim$ 2000%) 出现在磁场与晶体b轴之间的角度为45度。我们的结果表明，$SrSn_{4}$ 是第一种在氦沸点以上具有超导性并表现出如此高磁阻的拓扑材料。

溴化铯铅的超带隙电致发光

分类： 应用物理, 材料科学

作者： Justin Sculley, Jeremy Kowkabany, Diana K. LaFollette, Carlo Perini, Yan Xin, Juan-Pablo Correa-Baena, Hanwei Gao

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09702v1

摘要： 卤化物钙钛矿是一种具有卓越光电特性的新型半导体。卤化物钙钛矿具有众多优点，其中之一是带隙能量可以在比传统半导体更宽的范围内调节。在之前的研究中，这通常是通过将不同种类的卤化物混合到固溶体中来实现的。然而，使用这种方法调整的带隙经常在光或电刺激下由于卤化物偏析而经历能量转移。在这项工作中，我们发现了一种利用 CsPbBr3 实现超带隙电致发光的替代方法。光发射的峰值能量可以比报道的带隙能量高0.7 eV。有证据表明，钙钛矿-PEDOT:PSS 界面处的辐射复合是造成电致发光意外蓝移的原因。我们推测其中形成了钙钛矿纳米晶体，并由于量子限制而产生了更高能量的光子。结果提出了一种替代策略来操纵和稳定电致发光的颜色，并在基于钙钛矿的 LED 中实现特别是蓝色的发射。

核磁共振线形分析揭示微观结构几何形状

分类： 材料科学, 化学物理, 计算物理

作者： Mohamad Niknam, Louis-S. Bouchard

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09700v1

摘要： 我们介绍了一种利用弱磁场梯度，以埃级分辨率从多孔材料的 NMR 线形分析中提取微观结构几何形状的技术。与人们普遍持有的 FID 信号经历简单指数衰减的观点不同，我们表明，对线形状的详细分析可以在比之前想象的小得多的尺度上揭示结构几何形状。虽然原始的 q 空间 PFG NMR 依赖于强磁场梯度来实现高空间分辨率，但我们当前的方法使用更弱的梯度即可达到相当或更高分辨率。作为模型系统，我们模拟了在一定温度和纳米管直径范围内限制在碳纳米管内的氙的气体扩散，以揭示扩散行为中的限制表现。我们报告了一种多尺度方案，将上述 MD 模拟与广义 Langevin 方程结合起来，以估计该问题感兴趣的传输特性，例如扩散系数和 NMR 线形，使用 Green-Kubo 相关函数来正确评估与时间相关的扩散。我们的结果强调了在处理复杂几何形状时如何将核磁共振方法作为有效手段进行极小尺度的结构研究。该方法有望在材料科学、催化、生物医学等领域得到应用。

声子介导的非线性光学响应和量子几何

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 强关联电子

作者： Jiaming Hu, Wenbin Li, Hua Wang, Kai Chang

发布时间： 2024-10-13

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09677v1

摘要： 揭示非线性光学（NLO）响应的复杂性，特别是光子、电子和声子之间复杂的多体相互作用，仍然是凝聚态物理中的一个重大挑战。在这里，我们提出了一种利用电子声子耦合（EPC）探索 NLO 响应的图解方法，重点关注光子扰动中高达二阶的声子介导的非线性光学（Ph-NLO）响应。我们系统地分析了声子介导的电子-光子相互作用的位移和弹道机制。通过结合 EPC 效应，我们在综合 Ph-NLO 框架中阐明了声子介导的移流 (Ph-SC) 和二次谐波产生 (Ph-SHG) 等现象。这种方法能够在太赫兹光子频率下实现间隙谐振响应，为太赫兹光学应用提供一种有前途的机制，超越传统的纯电子非线性光学理论的限制。此外，我们通过引入 EPC 贝里曲率、EPC 量子度量和 EPC 位移向量来探索 Ph-NLO 响应的几何和拓扑结果。这些概念揭示了希尔伯特空间内独特的量子几何结构，由电子波矢和声子位移参数化，从而扩展了已建立的纯电子量子几何结构。使用通用的 Rice-Mele 模型，我们展示了 Ph-NLO 响应与 EPC 几何结构之间的联系，讨论了其含义并预测了未来实验验证的可观察效果。该框架还为推进旨在发现和设计非线性光学材料的第一原理计算奠定了基础。从这项研究中获得的见解有助于更深刻地理解 NLO 响应和 EPC 量子几何。

基于多体展开的八面体过渡金属配合物机器学习模型

分类： 化学物理, 材料科学, 机器学习

作者： Ralf Meyer, Daniel Benjamin Kasman Chu, Heather J. Kulik

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09659v1

摘要： 基于图形的材料特性机器学习模型显示出加速大型化学空间虚拟高通量筛选的巨大潜力。然而，在最简单的形式中，基于图的模型不包含任何 3D 信息，并且无法区分立体异构体，例如由配位络合物中金属中心周围配体的不同顺序产生的立体异构体。在这项工作中，我们提出了对修订后的自相关描述符的修改，我们的分子图特征化方法用于机器学习八面体过渡金属配合物（TMC）的各种自旋状态相关特性。受 TMC 分析半经验模型的启发，新的建模策略基于多体展开 (MBE)，允许通过改变 MBE 的截断顺序来调整捕获的立体异构体信息。我们提出了必要的修改，以将该方法包含在两种常用的机器学习方法中：核岭回归和前馈神经网络。在由二元过渡金属配合物的所有可能异构体组成的测试集上，最好的 MBE 模型在自旋分裂能上实现了 2.75 kcal/mol 的平均绝对误差，在前沿轨道能隙上实现了 0.26 eV 的平均绝对误差，误差减少了 30-40%与基于我们之前方法的模型相比。我们还观察到对以前未见过的配体的泛化能力有所提高，其中表现最好的模型在自旋分裂能上表现出平均绝对误差为 4.00 kcal/mol（即减少 0.73 kcal/mol）和 0.53 eV（即减少 0.10 eV） ）关于前沿轨道能隙。由于新方法结合了电子结构理论的见解，例如配体加和关系，因此这些模型表现出从同配体到杂配体的系统概括，从而可以有效筛选 TMC 搜索空间。

评估冲击拉伸载荷下线材机械性能的光学方法

分类： 信号处理, 材料科学, 应用物理, 光学

作者： Phichai Youplao, Hadi Nasbey, Akihiro Takita, Prin Nachaisit, Yusaku Fujii

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09618v1

摘要： 建筑或工程应用中使用的材料的动态特性会显着影响其在动态或冲击载荷条件下的性能。为了评估这种行为，测试中通常采用力传感器。然而，力传感器的校准通常仅限于静态条件，并且仅依赖于施加在标准质量上的重力。因此，在动态载荷条件下使用力传感器评估力测量的不确定性仍然是一项具有挑战性的任务，为准确表征材料的动态行为带来了重大障碍。在这项工作中，提出了一种评估承受冲击拉伸载荷的线材机械性能的光学技术。通过施加刚性质量的惯性力，使被测线材承受冲击拉伸载荷，该刚性质量由摩擦力足够小的空气静压直线轴承支撑。施加到线上的惯性力可以通过将刚性质量的质量乘以其加速度来确定，其中可以使用迈克尔逊型光学干涉仪来测量加速度。通过对钨丝在冲击拉伸载荷条件下的动态特性进行实验和分析，证明了该方法的性能。

探索最近合成的氮掺杂单层非晶碳的电子和机械性能

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 00-XX, J.2; I.6

作者： E. J. A. dos Santos, M. L. Pereira Junior, R. M. Tromer, D. S. Galvão, L. A. Ribeiro Junior

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09603v1

摘要： 最近合成的氮掺杂单层非晶碳（MAC@N）为多功能材料开辟了新的可能性。在这项研究中，我们使用基于密度泛函的紧束缚模拟研究了氮掺杂限制及其对 MAC@N 结构和电子性能的影响。我们的结果表明，MAC@N 在氮掺杂高达 35% 的情况下仍保持稳定，超过该值晶格就会变得不稳定。在我们研究的所有情况下，MAC@N 的形成能都高于氮掺杂石墨烯的形成能。未掺杂的 MAC 和 MAC@N 都表现出金属行为，尽管只有 MAC 具有类狄拉克锥体。 MAC 的杨氏模量估计值约为 410 GPa，而 MAC@N 的模量根据氮含量变化约为 416 GPa。 MAC 在紫外范围内表现出光学活性，而 MAC@N 在红外和可见光范围内具有光吸收特性，这表明其具有独特的光电应用潜力。通过分子动力学模拟解决了它们的结构热稳定性问题。 MAC 的熔化温度约为 4900K，而 MAC@N 在 300K 至 3300K 的温度范围内会失去结构完整性，该温度低于石墨烯。这些结果表明 MAC@N 在柔性电子和光电子领域的潜在应用。

平带多项式指标

分类： 材料科学, 数学物理, 数学物理, 82-XX

作者： Ivan Damnjanović, Milan Damnjanović, Ivanka Milošević, Dragan Stevanović

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09587v1

摘要： 我们提出了一种通用且简单的平带构造代数过程，即多项式指示符方法。仅使用布洛赫哈密顿本征行列式泛函来识别保证非色散特征值存在的条件，多项式指示符方法适用于所有晶格类型，从而能够预测电子能带结构（跨材料）中的（拓扑）平带，以及所有可能的新型人造平带晶格的设计。该方法通过几个示例进行了详细说明 - 包括 kagome 和骰子格子。

PyLRO：用于分析长范围结构顺序的 Python 计算器

分类： 材料科学

作者： Kevin Parrish, Qingyang Hu, Qiang Zhu

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09586v1

摘要： 我们推出 PyLRO，一个开源 Python 计算器，旨在检测、量化和显示周期性结构中的长程顺序。使用简单的玩具模型描述和演示了该程序的设计方法、工作流程和订单量化方法。此外，我们将 PyLRO 应用于先前高压研究中的一系列亚稳态 AlPO4 结构中间体，演示了如何计算和可视化米勒球上所有方向的结构顺序。我们通过对 AlPO4 压力诱导非晶化的结构模式进行高通量分析，进一步强调了该程序的功能，揭示了大规模非晶结构特定能量区域内的原子学见解。这些结果表明 PyLRO 可以成为研究材料研究中晶体-非晶转变的有价值的工具。

磁场诱导块状 (Zn, Mn)Se 中 Mn$^{2+}$ 自旋的光学取向

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： N. V. Kozyrev, K. A. Baryshnikov, B. R. Namozov, I. I. Kozlov, M. E. Boiko, N. S. Averkiev, Yu. G. Kusrayev

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09581v1

摘要： Mn$^{2+}$ 自旋在第一激发态 $^4$T$1$ 的光学取向是在块状 (Zn, Mn)Se ($x\mathrm{Mn}=0.01$) 中实验观察到的法拉第几何中高达 $6,$T 的外部磁场。这发生在中心内 d-d 跃迁的准谐振连续波圆偏振光激发期间。观察到中心内光致发光的热圆偏振对磁场的非单调依赖性。提出了一种理论模型来描述 ZnSe 立方晶体中孤立 Mn$^{2+}$ 离子的共振光学 d-d 跃迁的选择规则。这些规则基于对 Mn$^{2+}$ 的基态 ($^6$A$_1$) 和第一激发态 ($^4$T$_1$) 的总角动量对称性的分析离子。该讨论忽略了光激发期间离子 d 壳层中自旋翻转过程的具体机制。该分析基于每个状态整体的有效总角动量和宇称的旋转对称性。此外，还考虑了激发态轨道部分与晶格的四方（$e$型）局部畸变的 Jahn-Teller 耦合。由于激发态下的自旋轨道和自旋-自旋耦合较弱，这种耦合导致立方轴和这些轴上的自旋投影的分离。这导致自旋态的能量分裂，其在每个轴上的投影 $\pm 1/2$ 和 $\pm 3/2$ 通过相应原子势最小值中的特定 Jahn-Teller 畸变来区分。通过引入两个不同的弛豫时间以达到每个 Jahn-Teller 配置中 $\pm 1/2$ 和 $\pm 3/2$ 状态的热力学平衡，在存在光致发光偏振的情况下，会出现与角度相关的光学取向贡献。磁场。

EPi-cKAN：使用切比雪夫多项式的弹塑性信息 Kolmogorov-Arnold 网络

分类： 材料科学, 机器学习, 计算物理

作者： Farinaz Mostajeran, Salah A Faroughi

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.10897v1

摘要： 多层感知器 (MLP) 网络主要用于开发颗粒材料的数据驱动本构模型。它们为传统基于物理的本构模型提供了一种引人注目的替代方案，可以预测这些材料在各种负载条件下的非线性响应，例如弹塑性。为了获得必要的精度，由于这些问题固有的维数灾难，MLP 通常需要足够深或足够宽。为了克服这一限制，我们在本研究中提出了一种基于切比雪夫的弹塑性柯尔莫哥洛夫-阿诺德网络（EPi-cKAN）。该架构利用了 KAN 和增强切比雪夫多项式的优点，并将物理原理集成到网络结构和损失函数中。 EPi-cKAN 的主要目标是使用比标准 MLP 更少的参数，为非线性应力-应变关系提供准确且可泛化的函数近似。为了评估 EPi-cKAN 在建模复杂弹塑性行为方面的效率、准确性和泛化能力，我们首先将其性能与其他基于 cKAN 的模型（包括纯数据驱动的并行和串行架构）进行比较。此外，为了区分 EPi-cKAN 的独特性能，我们还将其与纯粹数据驱动和基于物理的 MLP 方法进行比较。最后，我们测试 EPi-cKAN 预测超出训练数据分布的盲应变控制路径的能力，以衡量其泛化和预测能力。我们的研究结果表明，即使与其他方法相比，数据有限且参数较少，EPi-cKAN 在预测应力分量方面也能提供卓越的准确性，并且在用于预测盲三轴轴对称应变控制加载路径下的砂弹塑性行为时表现出更好的泛化能力。

Fe-Ni合金室温和高温电子结构的热力学约束

分类： 材料科学

作者： Jonathan Paras, Antoine Allanore

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09545v1

摘要： 传统量子振荡测量不适用于高温和合金散射，阻碍了金属合金电子结构的测量。电子对熵的贡献研究的最新进展提出了合金平衡热力学中地面输运特性的一条途径。 Fe-Ni 是一个有趣的测试用例，因为它表现出复杂的电子结构、有序-无序变换以及可以获得平衡数据的大固溶体区域。使用簇建模，可以从高温热力学数据推断出电子对熵的贡献。电子传输特性测量可用于独立评估电子对熵的贡献。在高温下协调这两种方法证实了研究金属合金电子结构的新途径。

Ti 中 N 原子嵌入形成 Ti2N 的热力学和动力学

分类： 材料科学

作者： J. Varalakshmi, Satyesh Kumar Yadav

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09544v1

摘要： 尽管Ti2N和Ti属于不同的晶系和布拉维晶格，但我们发现，六方密排（HCP）Ti中的N插层可以通过Ti原子的无扩散位移形成Ti2N，这是一种无核生长过程。这是由于Ti和Ti2N中Ti原子的结构相似。对于Ti中的N插层，第一个N2分子应该吸附在Ti{0001}的表面上并解离成N原子，然后足够的吸附的N原子应该扩散到Ti中形成Ti2N。我们使用密度泛函理论 (DFT) 计算了 N 插层过程中每个步骤的生成焓。我们发现，在氮化的每个步骤中，N 的嵌入在热力学上是有利的，直到形成 Ti2N。我们确定了每个扩散路径的过渡网络，并计算了 N 从表面到次表面再到本体的扩散系数。

$f$电子金属零温度状态方程的自洽压力相关现场库仑校正

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： Bei-Lei Liu, Yue-Chao Wang, Xing-Yu Gao, Hai-Feng Liu, Hai-Feng Song

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09498v1

摘要： $f$电子材料在压力下具有许多独特的性能，因此在高压物理和相关工业领域引起了极大的兴趣。然而，由于电子相关效应，$f$电子对模拟提出了巨大的挑战。在这项工作中，我们提出了$f$-电子材料的状态方程（EoS）的第一性原理计算方案。自洽压力相关现场库仑校正是基于我们最近开发的双筛选库仑校正方法进行的。我们研究了多种压力范围内的零温 EoS 以及四种典型的镧系和锕系金属 Pr、Eu、Th 和 U 的相稳定性。与传统方法获得的结果相比，模拟的压缩特性与实验数据更加一致。密度泛函理论 (DFT) 和固定参数 DFT+$U$ 方法。压力引起的相变也可以得到很好的描述。

玻色子量子气体中的杂质和极化子：最新进展综述

分类： 量子气体, 材料科学, 原子物理学, 量子物理学

作者： F. Grusdt, N. Mostaan, E. Demler, Luis A. Peña Ardila

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09413v1

摘要： 这篇综述描述了玻色极化子领域，当移动杂质浸入玻色子量子气体中时就会产生玻色极化子领域。后者可以通过超冷原子的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）或半导体中的激子极化子来实现，这导致了我们对靠近物种间费什巴赫共振的玻色极化子进行了一系列实验观察。在介绍该主题后，参考其历史根源和玻色极化子哈密顿量的介绍，我们总结了最先进的实验。接下来，我们从适用于弱耦合的普遍存在的 Fr"ohlich Hamiltonian 开始，对极化子模型进行详细讨论。我们对用于解决强相互作用玻色极化子问题的并行理论方法进行了概述。随后的部分将致力于研究强耦合玻色极化子的大量工作，包括与超冷原子实验中获得的射频 (RF) 光谱的详细比较；研究与原子混合物中的费什巴赫共振相关的通用少体和 Efimov 态；动力学和极化子失衡；低维中的玻色极化子；极化子和双极化子形成之间的诱导相互作用；以及非零温度下的玻色极化子，我们通过对密切相关的实验装置和系统（包括离子杂质）的详细讨论来结束我们的回顾。 、具有强光与物质相互作用的系统，以及 Bose 极化子概念的变化和扩展，例如具有拓扑顺序或与相关电子相关的强相互作用的浴。最后，提出了展望，强调了整个领域未来可能的研究方向和悬而未决的问题。

玻璃局部可塑性的可测量几何指标

分类： 软凝聚态物质, 材料科学

作者： Amelia C. Y. Liu, Huyen Pham, Arabinda Bera, Timothy C. Petersen, Timothy W. Sirk, Stephen T. Mudie, Rico F. Tabor, Juan Nunez-Iglesias, Alessio Zaccone, Matteo Baggioli

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09391v1

摘要： 物质晶相缺陷的概念对于理解晶体生长、变形和熔化非常有用。晶体周期顺序中的这些不连续性通过从粒子位移导出的伯格斯矢量在数学上进行描述，该矢量封装了相对于未变形状态的滑移方向和大小。由于晶体的参考结构是先验已知的，因此可以使用成像和衍射方法通过实验确定伯格斯矢量，以测量晶格畸变，从而推断粒子位移。玻璃的结构缺乏晶体的周期性，因此缺乏明确的参考态。然而，仍然可以通过玻璃的衍射获得可测量的结构参数。在这里，我们检查这些参数对于探测玻璃变形的有用性。我们发现局部粒子排列的中心对称性的协调变换是塑性事件的有力标志。此外，我们研究了可以从局部衍射图案的变形中导出的两个几何指标，即连续伯格斯矢量和四极应变。我们发现伯格斯向量再次成为一种稳健且敏感的度量，用于理解由于机械变形而引起的局部结构变换，即使在结构玻璃中也是如此。

超声技术研究脉冲磁体用Cu-6wt%Ag合金丝的弹性性能

分类： 材料科学, 强关联电子, 超导

作者： Ziyu Li, Tianyi Gu, Wenqi Wei, Yang Yuan, Zhuo Wang, Kangjian Luo, Yupeng Pan, Jianfeng Xie, Shaozhe Zhang, Tao Peng, Lin Liu, Qi Chen, Xiaotao Han, Yongkang Luo, Liang Li

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09376v1

摘要： 具有良好机械性能以及高导电性和导热性的导体材料对于突破当前脉冲磁体的瓶颈限制（$\sim 100$T）尤为重要。在这里，我们通过采用两种独立的超声技术——共振超声光谱（RUS）和超声脉冲回波实验，对 Cu-6wt%Ag 合金线的弹性性能进行系统研究，Cu-6wt%Ag 合金线是新一代脉冲磁体的有前途的候选材料。 。我们的 RUS 测量表明，与传统冷拔相比，通过电塑拉拔工艺可以改善 Cu-6wt%Ag 合金线的弹性性能。我们还借此机会测试了我们在武汉国家强磁场中心（WHMFC，中国）新建的超声脉冲回波设备的可用性，结果表明电塑拉制 Cu-6wt%Ag 的弹性性能合金丝在极端条件下（例如高达 50 T 的超高磁场、氮/氦低温液体）仍保持优异状态，不会出现异常软化。

局部激光诱导加热对 4H-SiC 中硅空位色心光致发光的影响

分类： 材料科学, 光学

作者： Adolfo Misiara, Stephen Revesz, Ibrahim Boulares, Hebin Li

发布时间： 2024-10-12

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09333v1

摘要： 4H-SiC 中的硅空位 ($\mathrm{V_{Si}}$) 色心可通过其零声子线 (ZPL) 光致发光 (PL) 进行光学访问，该光致发光对样品温度敏感。我们通过测量 $\mathrm{V_{Si}}$ 色心的 PL 光谱来报告 4H-SiC 中局部激光诱导加热的影响。激光诱导加热的影响表现为 PL 光谱中 ZPL 的峰高降低、红移和展宽。样品中的局部温度可以通过使用 Varshni 方程从 ZPL 的中心能量确定。样品温度可以建模为与储热器接触同时被激光束加热的系统。这项工作强调了考虑激光诱导加热对 4H-SiC 色心光学特性及其潜在应用的重要性。结果还表明，清晰明亮的色心 ZPL 可以用作 4H-SiC 器件中的局部温度探针。

扫描电子显微镜中二维材料的电子能量损失光谱

分类： 仪器仪表和探测器, 材料科学

作者： John W. Simonaitis, Joseph A. Alongi, Benjamin Slayton, William P. Putnam, Karl K. Berggren, Phillip D. Keathley

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09291v1

摘要： 这项工作展示了 1-30 keV 电子显微镜中 2D 材料的电子能量损失光谱，观察到相对于 125 keV 显微镜强 100 倍的电子与物质耦合。我们观察到，尽管存在比例因子，但将光束能量与散射联系起来的通用曲线适用于从块状石墨到石墨烯的转变。我们计算出大多数二维材料和光学纳米结构的最佳耦合都在这个范围内，得出的结论是，此类系统的光谱学将极大地受益于这种先前未探索的能量状态的使用。

二维半导体中电子跃迁与铁电有序的耦合

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Chun-Ying Huang, Daniel G. Chica, Zhi-Hao Cui, Taketo Handa, Morgan Thinel, Nicholas Olsen, Yufeng Liu, Michael E. Ziebel, Guiying He, Yinming Shao, Connor A. Occhialini, Jonathan Pelliciari, Dmitri N. Basov, Matthew Sfeir, Abhay Pasupathy, Valentina Bisogni, David R. Reichman, Xavier Roy, Xiaoyang Zhu

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09238v1

摘要： 铁电材料通常表现出控制其相变的软横向光学 (TO) 声子模式。与这种铁电软模式的电荷耦合可以进一步调节新兴的物理特性，包括超导性和缺陷容限。然而，这种耦合的直接实验证据很少。在这里，我们展示了光发射相干声子与范德华 (vdW) 二维 (2D) 铁电半导体 NbOI2 中带隙上的电子跃迁强烈耦合。利用太赫兹时域光谱和第一原理计算，我们将这种模式识别为负责铁电有序的 TO 声子。这种排他性耦合仅发生在能隙之上的电子跃迁中，并且在价带中不存在，正如共振非弹性 X 射线散射所揭示的那样。我们的研究结果表明软 TO 声子模式在铁电半导体的电子和光学特性中发挥着新的作用。

润滑滑动摩擦过程中润湿性、粘附性和不稳定性在过渡过程中的作用

分类： 软凝聚态物质, 材料科学

作者： Hao Dong, Reshma Siddiquie, Xuemei Xiao, Michael Andrews, Brian Bergman, Chung-Yuen Hui, Anand Jagota

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09202v1

摘要： 软材料的润滑接触在各种工程系统和自然环境中非常重要。三种主要的润滑方式是边界（BL）、混合（ML）和弹流体动力（EHL）润滑，其中接触区域分别是干燥、部分润湿或完全润湿。这些状态之间的转变尚不清楚，特别是对于软接触，这阻碍了润滑滑动摩擦的所需控制。在这里，我们报告了固体润湿性和粘附力在这些转变中的作用。甘油在聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 表面上的润湿性以及玻璃压头和 PDMS 之间的粘附力会因将 PDMS 暴露于紫外线臭氧 (UV-Ozone) 清洁剂而发生变化。通过结合摩擦测试和可视化，我们证明了从 ML 到 BL 状态的转变是由润滑剂的润湿性决定的；甘油润湿性的增加使得从接触区域去除液体变得更加困难。从 EHL 到 ML 的转变与法向载荷增加的一系列事件有关，这些事件包括润滑剂层变薄、玻璃压头和固体基底之间突然跳跃到跨越数十到数百纳米间隙的接触，以及随之而来的弹性不稳定性，例如起皱和粘滑。这些结果使人们能够更深入地了解软材料润滑摩擦行为的转变，这些行为控制着可实现的最大和最小摩擦。

使用自洽磁单位的表达式，用于使用 Bean 模型计算临界电流密度

分类： 超导, 材料科学

作者： M. Polichetti, A. Galluzzi, R. Kumar, A. Goyal

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09197v1

摘要： 我们讨论了与 Goyal 等人 [1] 报道的临界电流密度 Jc,mag 的计算相关的问题，使用 Bean 模型 [2,3] 通过 Gyorgy 等人开发的表达式进行计算。 [4] 用于计算 Jc,mag。当使用关于磁性单位的正确形式时，该表达式会导致报告的 Jc,mag（A/cm2）值出现错误。作者强调在采用 Gyorgy 等人的公式时需要自洽的磁性单元应用，提出了一种消除歧义并与正确的尺寸分析保持一致的表达式。本说明强调了使用适当磁性单位的重要性，并敦促研究人员重新考虑文献中已建立的方法，以提高基于 (RE)BCO 的涂层导体的未来研究的准确性。

24,000 个电子动力学模拟：使用实空间多重网格 (RMG) 的实时瞬态密度泛函理论 (TDDFT)

分类： 计算物理, 材料科学

作者： Jacek Jakowski, Wenchang Lu, Emil Briggs, David Lingerfelt, Bobby G. Sumpter, Panchapakesan Ganesh, Jerzy Bernholc

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09189v1

摘要： 我们介绍了 RMG 代码中实时依赖于时间的密度泛函理论 (RT-TDDFT) 模块的理论、实现和基准测试，旨在模拟分子系统对外部扰动的电子响应。我们的方法提供了对从小有机分子到大金属纳米粒子等各种系统的非平衡动力学和激发态的见解。基准测试结果表明与已建立的 TDDFT 实现非常一致，并展示了我们的时间积分算法的卓越稳定性，从而能够以最小的能量漂移进行长期模拟。 RMG 在大规模并行架构上的可扩展性和效率允许模拟复杂的系统，例如具有数千个原子的等离子体纳米颗粒。未来的扩展，包括核动力学和自旋动力学，将扩大这种 RT-TDDFT 实现的适用性，为研究光活性材料、纳米级器件和其他实时电子动力学至关重要的系统提供强大的工具集。

候选稀土Kitaev材料的选择性合成和晶体化学：蜂窝和超蜂窝Na$_2$PrO$_3$

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： Ryutaro Okuma, Kylie MacFarquharson, Radu Coldea

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09171v1

摘要： 稀土氧化物作为研究由键相关的各向异性相互作用产生的受挫磁性的平台引起了人们的兴趣。有序岩盐化合物 Na$_2$PrO$_3$ 以两种多晶型物（$\alpha$ 和 $\beta$）结晶，包含八面体配位的 Pr$^{4+}$ (4$f^1$) 的蜂窝状和超蜂窝状晶格）。尽管基于从头计算模型预计这些相可能实现反铁磁基塔耶夫相互作用，但两种多晶型物的空气敏感性阻碍了可靠的晶体生长和物理性质测量。在这里，我们使用改进的合成程序成功制备了 $\alpha$- 和 $\beta$-Na$_2$PrO$_3$ 的粉末和单晶。两种多晶型物的修正晶体结构是通过对非孪晶单晶 X 射线衍射数据的细化而获得的。

晶格匹配多通道 AlScN/GaN 异质结构

分类： 材料科学

作者： Thai-Son Nguyen, Naomi Pieczulewsi, Chandrashekhar Savant, Joshua J. P. Cooper, Joseph Casamento, Rachel S. Goldman, David A. Muller, Huili G. Xing, Debdeep Jena

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09153v1

摘要： AlScN 是一种新型宽带隙、高 k 铁电材料，适用于射频、存储器和电源应用。高质量 AlScN 与 GaN 在外延层堆叠中的成功集成在很大程度上取决于通过生长控制晶格参数和表面或界面的能力。本研究研究了 AlScN/GaN 多层异质结构的分子束外延生长和传输特性。单层 Al$_{1-x}$Sc$_x$N/GaN 异质结构在 $x$ = 0.09 - 0.11 范围内表现出晶格匹配的成分，使用 330 $ ^\circ$C 和 630 $C 之间的衬底（热电偶）生长温度$ ^\约$C。通过以晶格匹配的 Sc 成分为目标，获得了具有 10 个和 20 个周期的赝晶 AlScN/GaN 多层结构，并通过 X 射线衍射 (XRD) 和扫描透射电子显微镜 (STEM) 证实，表现出优异的结构和界面特性。这些多层异质结构在二十个通道中表现出高达 8.24 $\times$ 10$^{14}$/cm$^2$ 的大量极化引起的净移动电荷密度。片层密度随 AlScN/GaN 周期数的变化而变化。通过识别晶格匹配的生长条件并使用它来生成多个导电通道，这项工作增强了我们对 AlScN/GaN 材料平台的理解。

适用于深低温运行的铁电电容器通用模型

分类： 材料科学

作者： Ella Paasio, Rikhard Ranta, Sayani Majumdar

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.09131v1

摘要： 二元氧化物铁电体（如掺杂 HfO2）与互补金属氧化物半导体 (CMOS) 平台兼容，已引起人们对节能、可扩展、高性能非易失性存储器和神经形态技术的极大兴趣。然而，掺杂二氧化铪系统的模型在解释物理特性、同时兼容电路仿真和计算效率方面存在差距。我们提出了一个基于 Jiles-Atherton 方程的通用模型，用于重现不同电场和温度条件下铁电薄膜电容器中实验测量的极化切换。此外，还提出了器件间变化对模型参数的影响，这将使有限元组件能够大规模集成到复杂的功能电路中。由于人们对量子计算和空间技术中的低温电子学的兴趣日益浓厚，研究了温度对极化切换的影响，温度低至 4 K。我们表明，我们的模型可以重现铪锆氧化物 (HZO) 电容器的实验极化电压关系，具有近 100 % 精度，适用于不同电场和低至 4 K 的温度，包括模拟开关。我们发现将器件冷却到 100 K 以下可以显着提高偏振更新线性度和对称性。我们的结果代表了铁电 HZO 电容器在低至深低温运行的大规模存储器和神经形态电路应用方面的重要进步。

用于加速自旋晶格弛豫模拟的机器学习框架

分类： 材料科学, 化学物理, 计算物理

作者： Valerio Briganti, Alessandro Lunghi

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08912v1

摘要： 分子和晶格振动能够与电子自旋耦合并导致电子弛豫和退相干。从头开始模拟在塑造我们对这一过程的理解方面发挥了基础作用，但其高计算成本阻碍了进一步的进展。在这里，我们提出了一个基于机器学习模型的加速计算框架，用于预测分子振动和自旋声子耦合系数。我们将该方法应用于三种具有长弛豫时间的开壳配位化合物，并表明该方法与从头计算方法实现了半到完全的定量一致性，从而将计算成本降低了约 80%。此外，我们表明该框架自然延伸到分子动力学模拟，为超越简单平衡谐波热浴的凝聚态物质中的自旋弛豫研究铺平了道路。

半局部密度泛函近似的半局部性如何？ -解决单电子系统中的自相互作用误差

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Akilan Ramasamy, Lin Hou, Jorge Vega Bazantes, Tom J. P. Irons, Andrew M. Wibowo-Teale, Jianwei Sun

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08887v1

摘要： 自相互作用误差（SIE）是由于电子与其自身之间的虚假经典库仑相互作用的不完美抵消而引起的，是现代密度泛函近似中的一个持续挑战。使用原型单电子系统 $H_2^+$ 来说明这个问题。虽然通过开发计算成本昂贵的非局部密度泛函已经做出了巨大努力来消除 SIE，但同样重要的是探索是否可以在更有效的半局部密度泛函的框架内减轻 SIE。在这项研究中，我们提出了一种非经验元广义梯度近似（meta-GGA），它结合了电子密度的拉普拉斯算子。我们的结果表明，meta-GGA 显着降低了 SIE，产生 $H_2^+$ 的结合能曲线，该曲线与平衡时的精确解相匹配，并且在广泛的键长范围内比 Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) 的键长有所改进）和强约束且适当规范（SCAN）的半局域密度泛函。这一进步为半局部近似领域的进一步发展铺平了道路。

电子和离子的统一量子框架：神经网络曲流形上的自洽谐波近似

分类： 材料科学, 强关联电子

作者： Lorenzo Monacelli, Antonio Siciliano, Nicola Marzari

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08882v1

摘要： 超越绝热近似的电子和离子相互作用的多体问题的数值求解是凝聚态物理、化学和材料科学中的一个关键挑战。求解多分量量子哈密顿量的传统方法往往是专门的电子或离子，并且当同时应用于电子和离子时可能会遇到方法论差距。此外，离子技术通常限制为 $T\to$ 0K，而电子方法是为 0K 设计的。因此，缺乏有效的策略来同时解决环境温度下离子的热波动，而不费力地从第一原理描述电子量子态。这项工作将离子的自洽谐波近似扩展到也包括电子。该方法通过优化 \emph{ansatz} 密度矩阵，求解弯曲流形上的费米子自洽谐波哈密顿量（通过神经网络进行参数化）来最小化总自由能。我们证明，这种方法最初是为平坦的笛卡尔空间设计的，用于在有限温度下处理量子核，可以有效地处理电子系统的基态和激发态特性，从而为电子和原子核的统一量子描述铺平道路。重要的是，这种方法保留了熵的解析表达式，使得能够直接计算材料的自由能和相图。我们在几个典型案例中对数值实现进行了基准测试，证明它捕获了 H$_2$ 解离中的量子隧道、电子-离子尖点和静态电子相关性，而其他平均场方法则失败了。

利用蒙特卡罗树搜索对称约束生成多种低带隙分子

分类： 化学物理, 材料科学, 人工智能

作者： Akshay Subramanian, James Damewood, Juno Nam, Kevin P. Greenman, Avni P. Singhal, Rafael Gómez-Bombarelli

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08833v1

摘要： 有机光电材料由于其溶液可加工性、机械灵活性和可调谐电子性能而成为下一代电子器件的有前途的途径。特别是近红外（NIR）敏感分子在夜视设备和生物医学成像方面具有独特的应用。分子工程在开发 Y 系列分子等非富勒烯受体 (NFA) 方面发挥了至关重要的作用，这些受体显着提高了太阳能电池的功率转换效率 (PCE) 并增强了近红外区域的光谱覆盖范围。然而，系统地设计具有目标光电特性的分子，同时确保合成可及性仍然是一个挑战。为了解决这个问题，我们利用对称感知片段分解算法和片段约束蒙特卡罗树搜索（MCTS）生成器，利用来自以领域为中心、专利挖掘的有机电子分子数据集的结构先验。我们的方法生成的候选者保留了专利数据集的对称性约束，同时还表现出红移吸收，正如 TD-DFT 计算所验证的那样。

具有高折射率和透明度的各向异性范德华晶体，适用于紫外-可见光范围应用

分类： 光学, 材料科学

作者： Aleksandr Slavich, Georgy Ermolaev, Ilya Zavidovskiy, Dmitriy Grudinin, Konstantin Kravtsov, Mikhail Tatmyshevskiy, Mikhail Mironov, Adilet Toksumakov, Gleb Tselikov, Ilia Fradkin, Kirill Voronin, Maksim Povolotskiy, Olga Matveeva, Alexander Syuy, Dmitry Yakubovsky, Dmitry Tsymbarenko, Ivan Kruglov, Davit Ghazaryan, Sergey Novikov, Andrey Vyshnevyy, Aleksey Arsenin, Valentyn Volkov, Kostya Novoselov

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08771v1

摘要： 由于其创纪录的高折射率和巨大的光学各向异性，范德华（vdW）材料加速了纳米光子学的发展。然而，传统的高折射率材料，例如二氧化钛（TiO2），仍然在最重要的可见光范围内占据主导地位。这是由于目前缺乏跨整个可见光谱的透明 vdW 材料。在这种背景下，我们认为二硫化锗（GeS2）可以提供重大突破。凭借其高折射率、可忽略的损耗以及整个可见光范围内的双轴光学各向异性，GeS2 有潜力补充 TiO2，并缩小 vdW 材料在可见光谱中的应用差距。 GeS2的添加可能对从紫外到红外的任何工作波长的范德华纳米光子电路的设计产生深远的影响，强调了GeS2对纳米光子学领域潜在影响的重要性。

BaTiO3 基铁电体中的氧空位：电子掺杂、Tc 的历史依赖性和畴壁钉扎

分类： 材料科学

作者： Francesco Cordero, Floriana Craciun, Paulo Sergio da Silva Jr., Michel Venet Zambrano, Elisa Mercadelli, Pietro Galizia

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08767v1

摘要： 我们测量了 BaTiO3-d、BaxSr1-xTi3-d (BST) 和 Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-d (BCTZ) 在各种缺氧和老化时间下的加热和冷却运行过程中的复数杨氏模量。由于孤立 O 空位 (VO) 的跳跃和顺电相中 VO 对的重新取向，弹性能量损失出现峰值，从中测量各自的速率和活化能。这些速率控制域钳位、钉扎、疲劳以及与 VO 迁移率相关的任何机制。在铁电 (FE) 相中，引入 VO 后由于磁畴壁运动导致的损耗下降可监测钉扎程度。此外，在相同的 d 值下，随着 FE 状态的持续时间变化，在 BST 中观察到 Tc 的较大变化，直到 DTc = 21K，而在 BCTZ 中没有发现老化效应。这一现象的解释是考虑到 Tc 主要是由 VO 掺杂的移动电子降低的。每个孤立的 VO 掺杂两个电子作为流动的 Ti^3+ 离子，但是，当它形成稳定的线性 VO-Ti^2+-VO 对时，Ti^2+ 的两个电子会从移动电子中减去，从而使掺杂减半。然后根据 VO 的逐渐聚集来解释初始老化期间 Tc 的上升。延长老化数年会导致 Tc 降低，假设 VO 最稳定的位置位于 90^o 畴壁处，其几何形状与配对不相容。然后，经过足够的时间后，域内最初聚集的 VO 解离以装饰 90^o 壁，增加掺杂并降低 Tc。 BCTZ 中不存在这种效应是由于对重新定向的活化能和对结合能较大。然后，在室温下，几乎所有 VO 在数百年的时间范围内都是配对且静态的，这解释了 BCTZ 的卓越抗疲劳性。

三元氢化镧中的超导记忆和俘获磁通量

分类： 超导, 材料科学

作者： Dmitrii V. Semenok, Andrei V. Sadakov, Di Zhou, Oleg A. Sobolevskiy, Toni Helm, Sven Luther, Vladimir M. Pudalov, Ivan A. Troyan, Viktor V. Struzhkin

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08730v1

摘要： 超导存储器因其速度快、能效高、非易失性以及与量子计算设备的兼容性而成为一种有前途的数据存储技术。然而，对低温的需求使得超导存储器成为极其昂贵且专用的设备。三元氢化镧具有 240-250 K 的高临界温度，为研究无序颗粒系统中超导性相关效应提供了一个方便的平台。在这项工作中，我们研究了最近发现的镧-钕 (La,Nd)H${10}$ 和镧-钪 (La,Sc)H${12}$ 超氢化物中的俘获磁通量和记忆效应压力为175-196 GPa。我们使用几特斯拉 (T) 的稳定磁场和高达 68 T 的强脉冲场来在压缩的超氢化物中创建俘获通量状态。对具有冻结磁通量的样品的电流-电压特性和电压-温度曲线的研究表明，La-Sc 聚氢化物在 225-230 K 时已经具有显着的记忆效应。

多铁性六方锰矿稀土磁性与磁热效应的关系

分类： 材料科学

作者： R. Dragland, C. Salazar Mejía, I. Hansen, Y. Hamasaki, E. C. Panduro, Y. Ehara, T. Gottschall, D. Meier, J. Schultheiß

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08693v1

摘要： 磁热效应可以实现磁制冷，并在低温冷却中发挥重要作用，这对于氢液化和量子计算等新兴技术至关重要。在这里，我们通过在超过 20 T 的脉冲磁场中进行直接绝热温度测量来研究多铁六方锰矿的磁热效应。在多晶 HoMnO3、ErMnO3、TmMnO3 和 YMnO3 上获得的数据表明，磁 4f 矩与测量值之间存在直接相关性。绝热温度变化。在 HoMnO3（即具有最大磁 4f 矩的系统）中，观察到高达 20.1 K 的显着温度变化 {\Delta}Tad，而在 YMnO3 中，这种效应很大程度上受到抑制。我们的系统研究表明，稀土磁性对于低温下多铁性六方锰酸盐磁热效应的重要性，达到室温下钆绝热温度变化的 64% 左右。

高压下 Fm-3m 和 I43d NbH3 振动和超导性能的非简谐和量子效应

分类： 材料科学, 超导

作者： Pugeng Hou, Yao Ma, Hui Xie, Mingqi Li, Yongmao Cai, Yuhua Shen, Xuewu Wang, Mi Pang

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08606v1

摘要： 采用第一性原理计算，探讨了Fm-3m-NbH3压力为100~300 GPa、Fm-3m-NbH3压力为187 GPa时，量子离子涨落和晶格非谐性对Fm-3m和I43d NbH3晶体结构和超导性的影响。 I43d-NbH3，采用随机自洽谐波近似。该研究预测了高压下晶格参数、声子光谱、超导性和相变顺序的修正。我们的计算基于自洽谐波近似方法，该方法超越了微扰理论，涵盖了非谐性，表明 Fm-3m 相在高达至少 145 GPa 的压力下仍保持动态稳定，这比预测的压力低约 145 GPa。谐波近似。此外，通过我们的非谐处理，发现具有 I43d 空间群的结构是动态不稳定的。 Fm3 m NbH3 的电子声子耦合常数 ({\lambda}) 被压力从 167 GPa 时的 2.14 抑制到 227 GPa 时的 1.65。值得注意的是，{\lambda}的减少不会导致临界温度（Tc）的快速下降。从 Fm-3m NbH3 的 McMillan 方程获得的非简谐 Tc 值与实验结果非常吻合。这些结果强调了量子非谐效应在稳定 Fm-3m 相和确定 NbH3 相变顺序方面的关键作用。

高达 500$^\circ$C 的 3C-、6H- 和 4H-SiC 多型体的热致变色特性

分类： 材料科学

作者： Gabriel Ferro, Davy Carole, Didier Chaussende

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08566v1

摘要： 不同多型（3C、4H 和 6H）的 n 型掺杂 SiC 晶片的热致变色特性（颜色随温度变化）已在空气中高达 500$^\circ$C 的温度下进行了研究。研究发现，3C-SiC 的颜色从室温下的亮黄色转变为 500$^\circ$C 下的深橙色，导致颜色对比度 ($\Delta$E) 高达 64。六方多型体也会发生颜色变化加热时，但不太明显，$\Delta$E 值 <20。所有这些半导体在加热时都会经历带隙收缩，这在很大程度上影响了观察到的颜色变化。这种效应对于 3C 多型体非常敏感，因为其带隙在室温下已经处于可见能量范围内。由于其热稳定性和抗氧化性，3C-SiC 的热致变色性被发现是可逆的。

用于同时优化具有多个目标特性的晶体结构的自适应约束集成

分类： 材料科学, 机器学习

作者： Akihiro Fujii, Yoshitaka Ushiku, Koji Shimizu, Anh Khoa Augustin Lu, Satoshi Watanabe

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08562v1

摘要： 在材料科学中，寻找具有目标特性的晶体结构至关重要。虽然贝叶斯优化和深度生成模型等最新方法在这个问题上取得了一些进展，但这些方法在自适应地结合各种约束（例如电中性和目标性能优化）同时保持所需的特定晶体结构时常常面临困难。为了应对这些挑战，我们开发了使用自适应晶体合成器的同时多属性优化（SMOACS），它利用最先进的属性预测模型及其梯度来同时直接优化输入晶体结构以获得目标属性。 SMOACS 能够将自适应约束集成到优化过程中，而无需重新训练模型。得益于这一功能，SMOACS 成功地同时优化了目标特性，同时保持了钙钛矿结构，即使模型训练有多种晶体类型。我们展示了带隙优化，同时满足了一个具有挑战性的约束，即在多达 135 个原子位点的大型原子构型中保持电中性，其中电中性的验证具有挑战性。最有前途的材料的特性已通过密度泛函理论计算得到证实。

弹跳：弹性贝壳如何弹出

分类： 软凝聚态物质, 材料科学, 统计力学

作者： Takara Abe, Isamu Hashiguchi, Yukitake Nakahara, Shunsuke Kobayashi, Ryuichi Tarumi, Hidetoshi Takahashi, Genya Ishigami, Tomohiko G. Sano

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08525v1

摘要： 抓握、行走、爬行和跳跃。软机器人是由柔顺机构组成的集成功能结构，其活动涵盖各种工业应用，例如手术、医疗保健、监视，甚至行星探索。他们最有前途的移动机制之一是卡扣屈曲。柔性结构从一种平衡状态过渡到另一种平衡状态的不稳定模式可以瞬间产生巨大的运动动力。即使用简单的几何形状来预测它们的性能也需要解开材料、几何非线性和接触，因此迄今为止仍然是一个具有挑战性的问题。在这里，我们结合实验、模拟和分析理论，研究由卡扣屈曲驱动的半球形弹性壳的跳跃动力学，作为软跳跃机构的模型系统。我们发现，通过构建与实验和模拟都非常吻合的壳弹性分析预测，接触过渡动力学会触发卡扣屈曲时的跳跃现象。尽管壳体的几何形状简单，但其动态性能主要依赖于弹性、几何形状和接触摩擦之间复杂的相互作用。通过阐明经历大变形的软机器人构件的动力学，我们可以建立它们的预测实验和数值框架。我们的研究为设计适合所需负载条件或结构要求的软机器人铺平了道路，无需经验方法。

过渡金属氧化物单层中 Kagome 材料的高通量发现

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Renhong Wang, Cong Wang, Deping Guo, Jiaqi Dai, Canbo Zong, Weihan Zhang, Wei Ji

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08501v1

摘要： 人们发现 Kagome 材料表现出奇异的物理特性，例如自旋挫败、电荷密度波和非常规超导性。然而，迄今为止发现的具有戈薇晶格相关特性的材料数量相对较少，限制了对戈薇材料相关物理现象的探索。由于二维kagome材料的层间耦合较弱，它们更有可能表现出与kagome晶格相关的物理性质。因此，寻找潜在的二维戈薇材料对于理解戈薇晶格的基础物理至关重要。在这项工作中，我们进行了高通量工作流程，以基于“1+3”策略发现热力学稳定的kagome过渡金属氧化物单层。从 349 种候选材料开始，我们确定了 12 种全局稳定的 kagome 单层，包括磁性和非磁性结构。这些单层根据其电子结构、晶格类型、对称性、带隙和磁性分为四类。对在费米能级附近表现出能带特征的戈薇结构进行了详细分析。该研究论证了“1+3”策略构建kagome晶格的可行性，为进一步理论和实验探索kagome材料及其潜在量子现象提供了途径。

钙钛矿红荧烯界面的电子结构：表面终止的影响

分类： 材料科学

作者： Nicholas P. Sloane, Christopher G. Bailey, Jared H. Cole, Timothy W. Schmidt, Dane R. McCamey, Mykhailo V. Klymenko

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08495v1

摘要： 钙钛矿薄膜由于其强光吸收、高载流子迁移率和易于制造而迅速成为光电器件中的领先活性材料。虽然钙钛矿被证明是用于太阳能电池和发光二极管的有前途的材料，但有效利用其独特性质的钙钛矿的另一个应用是光子上转换的敏化。该上转换系统由块状钙钛矿敏化剂和相邻的有机半导体薄膜组成，可以吸收多个低能光子以发射高能光子。在这项工作中，利用密度泛函理论与引力波理论相结合，研究了 MAPbI$_3$ 不同表面终端的 MAPbI$_3$/红荧烯界面处的电子结构。通过这项研究，我们发现钙钛矿层的表面终止极大地影响了界面处和红荧烯层内由界面偶极层形成驱动的电荷密度。碘化铅封端的钙钛矿形成强界面偶极子，改变了异质结的能带排列，有望促进更有效的空穴传输。对于以甲基碘化铵层封端的钙钛矿表面，相邻红荧烯层的最高占据分子轨道位于钙钛矿带隙深处。这种终止类型的进一步特征在于带边缘附近的态密度较低，从而充当间隔物，预计会降低电荷穿过界面转移的概率。因此，根据我们的结果，预计 PbI$_2$ 端接的钙钛矿表面有利于空穴转移到红荧烯层的理想应用，这突显了表面端接对于界面电子环境至关重要的所有系统的重要性。表现。

Te 掺杂 Cu$_2$OSeO$_3$ 中螺旋磁序的普遍性类转变

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： A. J. Ferguson, M. Vás, E. J. Vella, Md. F. Pervez, E. P. Gilbert, C. Ulrich, S. Yick, T. Söhnel

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08489v1

摘要： Cu$_2$OSeO$_3$ 是一种多铁性绝缘手性磁体，在不同条件下表现出各种磁序。已知这些磁性相变的位置对化学取代敏感。在这里，我们提出了 Cu$2$OSe${1-x}$Te$_x$O$_3$ 与 $(0\leq x \leq 0.1)$ 的普遍性类分析。碲是一种非磁性离子，在取代到结构的硒位置后，会施加正化学压力并使晶格膨胀。我们的 SANS 和磁力测量数据表明，Te 夹杂物降低了顺磁性到螺旋有序的温度以及圆锥形到场极化相变所需的临界场。通过使用热图改进迭代方法评估转变两侧的关键行为，我们表明初始排序的海森堡到伊辛普适性类转变对于内部化学压力是稳健的。此外，我们将临界温度和临界场中掺杂的降低归因于 Dzyaloshinskii-Moriya 和对称交换相互作用强度的降低。

扭曲双层 Kagome 晶格中的高阶能带拓扑

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Xiaolin Wan, Junjie Zeng, Ruixiang Zhu, Dong-Hui Xu, Baobing Zheng, Rui Wang

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08487v1

摘要： 拓扑保护角态是二维高阶拓扑绝缘体的关键指标，但尚未在现实​​材料中通过实验识别出来。在这里，通过利用有效的紧束缚模型和对称性论证，我们在高阶拓扑绝缘体和扭曲双层戈薇晶格之间建立了联系。我们发现，由于扭曲引起的层间散射，扭曲双层 Kagome 晶格系统中出现了拓扑非平凡的体带隙，从而导致了具有一系列相称扭曲角的高阶拓扑绝缘体的出现，以及高阶能带拓扑由第二个 Stiefel-Whitney 数和分数量化角电荷验证。此外，我们研究了无序和电荷密度波序对高阶拓扑绝缘体相稳定性的影响。结果表明，扭曲双层 Kagome 晶格系统的角态对于无序和电荷密度波具有鲁棒性。我们的工作不仅提供了一种通过采用简单的扭转技术实现易于控制的高阶拓扑绝缘体相的可行方法，而且还证明了扭转双层 Kagome 晶格系统表现出高阶能带拓扑的鲁棒性，使得在实验中检查上述预测。

揭示热反射实验中的复杂关系

分类： 应用物理, 材料科学

作者： Tao Chen, Puqing Jiang

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08480v1

摘要： 热反射技术，例如时域热反射 (TDTR)、频域热反射 (FDTR) 和方波脉冲源 (SPS) 方法，对于表征块体和薄膜材料的热性能至关重要。然而，由于实验变量错综复杂的相互依赖性，解释这些技术的信号通常很复杂。在这项研究中，我们引入了一种基于奇异值分解（SVD）的新颖框架来系统地阐明这些复杂的关系。通过将 SVD 应用于灵敏度矩阵，我们确定了定义热反射实验中可靠可提取变量的最大数量的关键组合参数。我们通过对 GaN/Si 异质结构进行测量，比较 TDTR、FDTR 和 SPS 在提取关键热性能方面的性能来验证我们的方法。我们的结果表明，SPS 方法提供了卓越的参数解耦能力，可以更准确地同时确定导热系数、热容量和界面导热系数。这项工作使人们对多层系统中的传热有了更深入的了解，并提供了一种可靠的方法来提高各种材料的热性能测量的精度，为基础研究和工业应用的进步铺平了道路。

纳米机电压力传感器中基于悬浮石墨烯异质结构的二维传感器建模与仿真

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 其他凝聚态物质, 应用物理

作者： Quan Liu, Chang He, Jie Ding, Wendong Zhang, Xuge Fan

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08472v1

摘要： 基于石墨烯的二维异质结构表现出优异的机械和电学性能，有望在纳米机电压力传感器方面表现出比石墨烯更好的性能。在这里，我们利用 COMSOL Multiphysics 有限元软件构建了基于石墨烯/h-BN、石墨烯/MoS2 和石墨烯/MoSe2 悬浮异质结构的压力传感器模型。我们发现，与矩形和方形膜相比，悬浮圆形二维膜对压力具有最佳敏感性。我们模拟了在不同的施加压力和几何尺寸、内置张力以及二维膜原子层数的条件下悬浮石墨烯基异质结构的偏转、应变、谐振频率和杨氏模量。石墨烯、石墨烯/h-BN、石墨烯/MoS2和石墨烯/MoSe2的二维异质结构的杨氏模量估计分别为1.001TPa、921.08 GPa、551.11 GPa和475.68 GPa。我们还讨论了高度不对称腔对器件性能的影响。这些结果将有助于理解石墨烯基异质结构的机械性能，并有助于高性能 NEMS 压力传感器的设计和制造。

N-Ga-Al半导体异质界面的传热增强

分类： 材料科学, 应用物理, J.2.7

作者： Wenzhu Luo, Ershuai Yin, Lei Wang, Wenlei Lian, Neng Wang, Qiang Li

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08468v1

摘要： N-Ga-Al半导体异质结构界面的传​​热强化对于GaN基电子器件的散热至关重要，而AlxGa(1-x)N过渡层组分浓度和厚度对GaN基电子器件传热机制的影响GaN-AlN界面尚不清楚。本文利用基于机器学习势的分子动力学模拟，研究了GaN-AlxGa(1-x)N、AlN-AlxGa(1-x)N和GaN-AlxGa(1-x)之间的界面热导（ITC）计算了不同过渡层厚度和不同Al含量浓度下的N-AlN异质结构界面，并通过声子态密度和光谱热流解释了ITC变化的原因及其传热机制。计算得出GaN-AlN异质结构在300 K下的ITC为557 MW/(m2K)，GaN-Al0.5Ga0.5N和AlN-Al0.5Ga0.5N的ITC比GaN-Al0.5Ga0.5N分别提高了128%和229%。 AlN，而含有 0.5 nm 过渡层的 GaN-Al0.7Ga0.3N-AlN 的 ITC 提高了 27.6%。这是因为元素掺杂增强了界面附近的声子散射，从而促进声子能量重新分布，但AlxGa(1-x)N层的体热阻也随着掺杂比例的增加而迅速增加，ITC受到这两者的综合影响因素。本工作旨在了解过渡层组分浓度和厚度对 GaN-AlN 接触界面传热的影响机制，为更好的 GaN-AlN 异质结构界面热设计提供有用的指导。

用于高熵合金设计的 Kolmogorov-Arnold 神经网络

分类： 材料科学, 机器学习

作者： Yagnik Bandyopadhyay, Harshil Avlani, Houlong L. Zhuang

发布时间： 2024-10-11

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08452v1

摘要： 各种基于深度学习的机器学习技术被广泛应用于高熵合金（HEA）的设计，产生了许多有价值的见解。柯尔莫哥洛夫-阿诺德网络（KAN）是最近开发的一种架构，旨在提高输入特征的准确性和可解释性。在这项工作中，我们探索了用于 HEA 设计的三个不同数据集，并演示了 KAN 在分类和回归模型中的应用。在第一个示例中，我们使用 KAN 分类模型根据混合焓和价电子浓度等各种属性来预测高熵碳化物陶瓷中单相形成的概率。在第二个示例中，我们采用 KAN 回归模型根据 HEA 的化学成分和工艺条件（包括退火时间、冷轧百分比和均质化温度）来预测 HEA 的屈服强度和极限拉伸强度。第三个示例涉及 KAN 分类模型来确定某种成分是 HEA 还是非 HEA，然后使用 KAN 回归模型来预测所识别的 HEA 的体积模量，旨在识别具有高体积模量的 HEA。在所有三个示例中，KAN 在准确性方面表现优于或匹配，例如分类的 F1 分数和均方误差 (MSE)，以及多层感知器 (MLP) 回归的决定系数 (R2)，通过展示功效KAN 在处理分类和回归任务中的应用。我们为未来研究探索先进的机器学习技术提供了一个有前途的方向，从而对复杂材料进行更准确的预测和更好的解释，最终加速具有所需性能的 HEA 的发现和优化。

通过纳米压痕形成微米尺寸的织构六方硅晶体

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Mouad Bikerouin, Anna Marzegalli, Davide Spirito, Gerald J. K. Schaffar, Corrado Bongiorno, Fabrizio Rovaris, Mohamed Zaghloul, Agnieszka Anna Corley-Wiciak, Antonio M. Mio, Leo Miglio, Verena Maier-Kiener, Giovanni Capellini, Emilio Scalise

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08372v1

摘要： 我们对通过纳米压痕和退火形成微米尺寸、有纹理的六方金刚石硅 (hd-Si) 晶体进行了全面的研究。利用偏振拉曼光谱、高分辨率透射电子显微镜和电子能量损失光谱等先进表征技术，我们展示了硅成功转变为高质量高密度硅。第一性原理计算和分子动力学模拟进一步支持了实验结果。值得注意的是，高密度硅相由具有轻微取向错误的纳米尺寸晶粒组成，组织成大微米级纹理域。这些发现强调了纳米压痕作为诱导压力驱动相变的精确和多功能工具的潜力，特别是对于六方硅的稳定化。高密度硅的纹理特性还提供了定制其光学特性的独特机会，为其在半导体和光电器件中的应用开辟了新途径。

通过过渡金属掺杂定制 TiO$_2$ 单层的电子特性用于太阳能驱动催化

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Kati Asikainen, Matti Alatalo, Marko Huttula, S. Assa Aravindh

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08358v1

摘要： 使用密度泛函理论 (DFT) 方法，在纤铁矿相（TiO$_2$ 的稳定单层几何形状）中进行过渡金属的替代掺杂。掺杂是在不同配位的 O 原子位置进行的，产生 Janus 单层几何形状。我们的结果表明光催化的关键基本特性可以通过掺杂来调节。从声子能带结构计算可以看出，在所有考虑的掺杂可能性中，掺杂 Ag、Au、Pd 和 Pt 的单层是热力学稳定的。与原始 TiO$_2$ 相比，由于中带隙态的出现，Janus 单层的电子结构发生了显着变化。价带向上移动导致带隙减小，表明可见光响应增强。掺杂原子还会在 TiO$_2$ 单层中引入多余的电子，这些电子被发现集中在单个 Ti 位点上。这会在掺杂单层中引起铁磁性。此外，观察到 TiO$_2$ 和贵金属掺杂剂之间的电荷分离，这是影响光催化材料的选择性和活性的关键参数。与原始的TiO$_2$单层相比，Janus结构可以促进水的吸附，并且Janus单层在析氢反应中表现出显着提高的活性。这些发现表明，设计一种新型 Janus TiO$_2$ 基单层，在另一个表面上具有贵金属层，可以提供一种潜在的方法来提高原始 TiO$_2$ 的光催化性能。

锂金属间界面形态发生的连续计算研究

分类： 材料科学

作者： Mostafa Faghih Shojaei, Rahul Gulati, Krishna Garikipati

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08357v1

摘要： 具有锂阳极的固态电池的设计因其高容量和比液体电解质系统更高的安全性的前景而引起人们的关注。以锂作为载流子的传输性质导致阳极在每次充电-放电循环中吸积或剥离。虽然这带来了从突起（枝晶）生长到失去接触的挑战，但也潜藏着一个机会：可以研究阳极-电解质界面层的形态发生，并最终可以作为固态电池设计的一个因素进行控制。如果在阳极中引入锂合金，可访问的界面形态、它们的动态路径以及控制它们的机制都会大大扩展。锂金属间化合物的热力学和动力学提出了形态发生界面设计的原则方法。在这次交流中，我们采用计算方法来进行这样的探索。通过结合第一原理原子计算和实验参数化的相场模型，我们提出了两种锂金属间化合物：Li-Mg 和 Li-Zn 的唯象研究。对动力学、充放电速率、循环、传输机制和晶粒结构的影响进行了一系列参数研究。这些计算的重点是金属间界面的动态形态发生。具体来说，研究了Li、Mg和Zn的镀覆、偏析和平滑分布、空隙的生长和消失、固体电解质-阳极接触面积的演变以及晶界结构。该计算平台是未来研究形态发生电解质-阳极界面的框架，具有来自第一原理原子学和实验的更广泛的输入。

通过控制部花青薄膜的分子相互作用影响光学和电荷传输特性

分类： 材料科学

作者： Lukas Böhner, Philipp Weitkamp, Thorsten Limböck, Nora Gildemeister, Daniele Fazzi, Manuela Schiek, Ruth Bruker, Dirk Hertel, Roland Schäfer, Klas Lindfors, Klaus Meerholz

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08333v1

摘要： 在有机半导体中，电荷传输通常通过缓慢的跳跃过程发生。分子聚集可以通过过渡偶极矩的耦合增强激子和电荷传输。在这项工作中，我们研究了部花青染料薄膜的光学、形态和电子特性，该染料由于其高基态偶极矩而聚集。旋涂薄膜的聚集程度可以通过热退火轻松调节。我们证明了载流子迁移率和聚集程度之间的关系。由于聚集，移动性增加了大约三个数量级。我们将可变角度椭圆偏振光谱和偏振分辨吸收光谱与密度泛函理论相结合，证明聚集的分子相对于基底表面以直立、站立的构型取向。这种排列涉及分子π系统的共面取向，这有利于横向电荷传输。通过利用高度取向的热解石墨作为有序基底，我们能够在气相沉积中模板化部花青层的生长，并显着改善面内形态有序性。通过关联原子力显微镜和光致发光显微光谱，我们观察到尺寸为 100 个 {\mu}m^2 的定向域，发射线性偏振光，从而保持边缘上的分子排列。这有望进一步显着增强横向电荷载流子迁移率。

任意形状的多个样品的中子吸收校正和平均路径长度计算——在 NIST 多轴晶体光谱仪上高吸收样品的应用

分类： 材料科学

作者： Jose A. Rodriguez-Rivera, Chris Stock

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08313v1

摘要： 对 Wunch 和 Prewitt 开发的吸收校正有限体积算法进行了检验。该算法基于传输函数的数值积分，其中三维二次曲面定义了样本边界。该算法还可以计算第二次灭绝计算所需的平均路径长度。我们使用 NIST 的多轴晶体光谱仪 (MACS) 将此方法应用于 CeRhIn$_{5}$ 的中子非弹性散射测量。该算法已得到扩展，可以校正多个并列样品的吸收。我们证明该过程可以解释角度相关的吸收，并且该技术可用于校正数据和计划实验。

中熵合金和高熵合金跨成分空间的电子结构预测

分类： 材料科学, 无序系统和神经网络, 计算物理, 量子物理学

作者： Shashank Pathrudkar, Stephanie Taylor, Abhishek Keripale, Abhijeet Sadashiv Gangan, Ponkrshnan Thiagarajan, Shivang Agarwal, Jaime Marian, Susanta Ghosh, Amartya S. Banerjee

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08294v1

摘要： 我们提出机器学习 (ML) 模型来预测浓合金成分空间中的电子密度（材料基态的基本未知数）。由此可以推断出其他物理特性，从而加速探索。一个重大的挑战是，准确预测电子密度等场所需的采样成分和描述符的数量随着物种的增加而迅速增加。为了解决这个问题，我们采用贝叶斯主动学习 (AL)，它通过利用贝叶斯神经网络的不确定性量化功能来最大限度地减少训练数据需求。与成分空间的策略镶嵌相比，贝叶斯-AL 将三元 (SiGeSn) 系统的训练数据点数量减少了 2.5 倍，将四元 (CrFeCoNi) 系统的训练数据点数量减少了 1.7 倍。我们还引入了易于优化的附着框架描述符，它尊重物理对称性，并随着合金元素的增加保持大致相同的描述符向量大小。我们的机器学习模型在预测跨成分空间的电子密度和能量方面表现出高精度和通用性。

第一性原理相场建模

分类： 材料科学, 软凝聚态物质, 统计力学, 化学物理

作者： Jaehyeok Jin, David R. Reichman

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08180v1

摘要： 相场方法为模拟大规模微观结构演化提供了通用的计算框架。然而，相场模型的适用性和可预测性本质上受到其特殊性质的限制，并且目前还没有可用的自下而上的理论能够真正实现大规模非平衡过程的第一原理预测建模。在这里，我们提出了一个自下而上的框架，为完全基于原子信息构建介观相场模型提供了途径。通过引入分子粗粒系统作为中间步骤，我们以冰成核动力学为例演示了该方法，与微观模型相比，时空放大了近 10^8$ 倍。我们的框架提供了一种独特的方法，将原子细节纳入介观模型中，系统地弥合了基于微观粒子的模拟和场论模型之间的差距。

解构分子系统中的等变表示

分类： 材料科学, 机器学习, 化学物理

作者： Kin Long Kelvin Lee, Mikhail Galkin, Santiago Miret

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08131v1

摘要： 最近的等变模型不仅在化学性质预测方面取得了重大进展，而且在作为分子和材料动力学模拟的替代品方面也取得了重大进展。此类别中的许多性能最佳的模型都是在张量积的框架内构建的，该框架通过将交互和变换限制在对称选择规则允许的范围内来保持等变性。尽管是建模过程的核心部分，但尚未引起太多关注来理解这些等变表示中持续存在哪些信息，以及它们在基准指标之外的一般行为。在这项工作中，我们报告了在 QM9 数据集上使用简单的等变图卷积模型进行的一组实验，重点是将定量性能与所得的分子图嵌入相关联。我们的主要发现是，对于标量预测任务，许多不可约表示在训练期间被简单地忽略 - 特别是那些与向量 ($l=1$) 和张量量 ($l=2$) 有关的表示 - 这是一个问题这并不一定会在测试指标中表现出来。我们凭经验表明，删除一些未使用的球谐函数阶数可以提高模型性能，这与改进的潜在空间结构相关。我们为未来的实验提供了一些建议，以尝试提高基于这些观察结果的等变特征的效率和利用率。

雪崩分布中界面脱钉的关键性和“凸块”的起源

分类： 统计力学, 无序系统和神经网络, 材料科学

作者： Lasse Laurson

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08112v1

摘要： 脱钉转变临界点表现为幂律分布雪崩，由淬火随机介质中缓慢驱动的弹性界面表现出来。在这里，我们表明，由于相对于平均界面高度不同起始高度或不同初始局部界面曲率的雪崩由于弹性而经历不同的超额驱动力，因此接近非平均场系统“全局”临界点的雪崩可以分为亚临界、临界和超临界种群。不对称的界面高度分布导致过量的超临界雪崩，表现为雪崩尺寸分布截止中的“凸块”。

等离激元纳米粒子的光谱学和电子断层扫描定量关联的电磁模拟的考虑因素

分类： 光学, 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Mees Dieperink, Alexander Skorikov, Nathalie Claes, Sara Bals, Wiebke Albrecht

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08093v1

摘要： 等离子体纳米颗粒的光学横截面与颗粒的形态密切相关。如果这种连接能够足够准确地进行，则可以仅根据测量的光学横截面来确定颗粒形状。为此，假设可以以准确的方式执行电磁模拟，则可以使用电磁模拟来桥接形态和光学特性。在本文中，我们研究了影响电磁仿真精度的关键因素。首先，我们比较了几种标准的电磁仿真方法，并详细讨论了边界元方法的网格划分精度、介电函数的选择和基底的影响。为了帮助边界元方法复杂的参数化，我们开发了一个工作流程，包括重建、网格划分和网格简化步骤，以便能够使用电子断层扫描数据作为这些模拟的输入。特别是，我们分析了重建算法的选择和图像分割的复杂性如何影响模拟的光学横截面，并将其与诱发的形状误差相关联，这些误差可以在数据处理流程中最小化。在我们的例子中，通过使用总变异最小化 (TVM) 重建方法结合 Otsu 阈值和轻微平滑可以获得最佳结果，这对于使用行进立方体算法创建可靠且无懈可击的表面网格非常重要，特别是对于更复杂的情况形状。

非特异性共溶质诱导的铁与天然鞘磷脂膜的特异性结合

分类： 软凝聚态物质, 材料科学

作者： Wenjie Wang, Honghu Zhang, Binay P. Nayak, David Vaknin

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08054v1

摘要： 假设：鞘磷脂 (SPM) 是髓鞘中的一种重要磷脂，对于绝缘神经纤维至关重要。我们假设铁离子在接近生理条件下选择性地与 SPM 膜内的磷脂酰胆碱 (PC) 模板结合，破坏膜组织。这些相互作用可能会导致髓鞘的降解，从而在神经退行性疾病的发展中发挥作用。实验：我们利用基于同步加速器的 X 射线光谱和衍射技术来研究生理条件下铁离子与牛脊髓 SPM 单层 (ML) 在液-气界面处的相互作用。 SPM ML 作为一个模型系统，代表更复杂的膜结构内的局部脂质斑块。实验评估了在盐存在的情况下铁与 SPM 膜的结合情况，并进一步评估了各种离子种类对膜行为的影响。采用掠入射 X 射线衍射来分析铁结合对 SPM 膜结构完整性的影响。研究结果：我们的结果表明，稀溶液中的铁离子仅在接近生理盐浓度（例如 NaCl、KCl、KI 或 CaCl2）时选择性地与 SPM 膜的 PC 模板结合，并且具有 pH 依赖性。在没有这些盐的情况下或在接近中性 pH 值的盐下检测到不显着的结合。铁离子的表面吸附与盐浓度相关，在生理水平上达到饱和。相反，La$^{3+}$ 和 Ca2+ 等多价离子在类似条件下不会与 SPM 结合。值得注意的是，铁与 SPM 膜的结合破坏了其平面内组织，表明这些相互作用可能会损害膜的完整性，并导致与神经系统疾病相关的髓鞘损伤。

利用自旋校正效应探测倾斜易平面反铁磁体中的非线性自旋动力学

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 应用物理

作者： A. El Kanj, S. Mantion, I. Boventer, P. Bortolotti, V. Cros, A. Anane, O. Gomonay, R. Lebrun

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.08013v1

摘要： 我们研究与交变磁材料家族密切相关的倾斜反铁磁体中的自旋校正现象。我们的结果表明，Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用显着提高了激发效率。反铁磁动力学可以通过自旋霍尔磁阻和测辐射热效应来检测，效率高达mV/W。整流电压形状受到激励扭矩的对称性、检测机制（连续自旋泵浦和自旋霍尔磁阻）以及反铁磁晶轴的影响。在高泵浦功率下，我们观察到与类苏尔自旋波不稳定性和反铁磁共振的非线性红移相关的饱和效应。这些发现为研究反铁磁和交磁自旋电子器件中的非线性动力学开辟了新的途径。

分子内单线态裂变中的高自旋态动力学和五重态介导发射

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Jeannine Grüne, Steph Montanaro, Thomas W. Bradbury, Ashish Sharma, Simon Dowland, Sebastian Gorgon, Oliver Millington, William K. Myers, Jan Behrends, Jenny Clark, Akshay Rao, Hugo Bronstein, Neil C. Greenham

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07891v1

摘要： 分子系统中的高自旋态对从光电子学到量子信息和单线态裂变 (SF) 等广泛的应用产生了极大的兴趣。五重态和三重态起着至关重要的作用，特别是在SF系统中，需要对其自旋动力学进行精确的监测和控制。分子内 SF (iSF) 中的自旋态特别令人感兴趣，但调整这些系统以控制三重态倍增途径尚未得到广泛研究。此外，虽然这方面的研究重点是导致光致发光的三重态途径的参与，但通过五重态的发射途径在很大程度上仍未被探索。在这里，我们采用一套独特的自旋敏感技术来研究包含多个二苯基六三烯（DPH）单元的二聚体和三聚体的高自旋态形成和发射。我们证明了所有这些低聚物中纯五重态的形成，通过五重态的光学发射在直至室温下主导延迟荧光。对于三联体形成，我们区分 SF 和 ISC 途径，将三聚体 Me-(DPH)$_3$ 确定为唯一表现出所需 SF 途径的寡聚物。相反，线性 (DPH)$_3$ 和 (DPH)$_2$ 显示通过 ISC 的附加或排他性三联体途径。我们的综合分析提供了对分子内单线态裂变系统中高自旋态形成、控制和发射的详细研究。

通过机器学习的相互作用势实现过冷 Al-Ni 熔体的均匀成核

分类： 材料科学

作者： Johannes Sandberg, Thomas Voigtmann, Emilie Devijver, Noel Jakse

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07886v1

摘要： 均匀成核过程对于理解凝固和由此产生的材料微观结构非常重要。模拟这个过程需要准确描述原子之间的相互作用，通过跨物种相互作用的化学顺序使这一过程变得更加复杂。观察罕见成核事件所需的大尺度远远超出了从头模拟的能力。机器学习通过为二元铝镍合金构建高维神经网络潜力来克服准确性和速度方面的这些限制，二元铝镍合金可作为与许多工业应用相关的模型系统。该电势根据实验扩散、粘度和散射数据进行了验证，并应用于等原子组成以及纯镍的均匀成核的大规模分子动力学模拟。纯镍一步成核进入面心立方晶相，这与之前通过经典经验势获得的结果形成鲜明对比。这凸显了成核途径对潜在原子相互作用的敏感性。我们的研究结果表明，AlNi 的成核途径一步步走向 B2 结构，这与纯元素对应物有关。

通过孪生修改体心立方晶格的变形行为，从弯曲到拉伸

分类： 材料科学

作者： David McArthur, Chu Lun Alex Leung, PJ Tan

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07833v1

摘要： 受大块金属强化启发，具有孪晶超晶结构的 BCC 晶格显着提高了机械性能；然而，它们的变形行为和潜在的强化机制仍不清楚。在这里，我们揭示了孪生导致 BCC 晶格从弯曲主导行为转变为拉伸主导行为，违反了 Gibson-Ashby 模型，并引起刚度 (+181%) 和强度 (+128%) 的巨大改进。受双峰调和微观结构的启发，通过控制孪生晶界的不均匀分布，我们放大了特定位置处的轴向应变能，进一步将孪生 BCC 晶格的刚度提高了 11.1%。我们的晶格设计理念释放了多孔材料在高性能工程应用中的潜力。

库比金矿床金指示脉石热液石英的物理热和地球化学行为及蚀变

分类： 地球物理学, 材料科学

作者： Gabriel K. Nzulu, Lina Rogström, Jun Lu, Hans Högberg, Per Eklund, Lars Hultman, Martin Magnuson

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07828v1

摘要： 对加纳中部地区奥芬敦夸 (Dunkwa) 库比金矿床的热液脉中的蚀变石英和脉石石英进行了研究，以寻找可能与金相关的指示矿物，并提供对石英中矿物赋存和蚀变过程的理解和增加知识。 X射线衍射、空气退火炉、差示扫描量热法、能量色散X射线光谱和透射电子显微镜已应用于库比金矿地表和基岩露头的不同石英类型，以揭示不同温度下的材料特性。从新鲜石英样品和退火石英样品的衍射结果来看，样品中含有指示剂和杂质矿物二硫化铁、黑云母、氧化钛和磁铁矿。从热液暴露的量热扫描中观察到，这些矿物在 574-1400 {\deg}C 温度之间的氧化过程中经历了赤铁矿蚀变，并从 {\alpha}-石英转变为 \b{eta}-石英，并进一步转变为方石英。材料。能量色散光谱揭示了样品中所含的Fe、S、Mg、K、Al、Ti、Na、Si、O和Ca元素成分，这些元素成分归因于衍射中观察到的杂质相矿物。研究结果还表明，在热液流动状态下，杂质矿物和金属可能被空隙和断层捕获。在有利的温度条件下，被捕获的矿物可以通过氧化和还原过程在不同的沉积阶段改变颜色，从而导致赤铁矿蚀变，这是矿物勘探中有用的指示矿物。

多孔氮化碳富勒烯：新型多孔笼分子家族

分类： 材料科学, 化学物理

作者： Zacharias G. Fthenakis, Nektarios N. Lathiotakis

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07822v1

摘要： 我们从理论上提出并研究了一种新型的笼状分子家族，即多孔氮化碳富勒烯（PCNF），它可以被认为是二维多孔石墨碳氮化物的零维对应物，与二十面体富勒烯一致，代表了零维碳氮化物。石墨烯的维度对应物。我们关注 PCNF 家族的两个代表性成员，即二十面体 C${60}$N${60}$ 和 C${120}$N${60}$，它们是这两个成员的第一个成员这些结构的主要子族分别源自 I 类和 II 类戈德堡多面体。考虑到二维石墨碳氮化物被认为是具有多种有趣应用的下一代材料，对其零维对应物的兴趣是显而易见的。在本研究中，我们利用密度泛函理论来寻找它们的结构、振动和电子特性。通过振动分析和 ReaxFF 势的分子动力学模拟证明了所提出的笼的稳定性。关于热稳定性，我们发现 C${60}$N${60}$ 可以在远高于 1000 K 的温度下稳定，而 C${120}$N${60}$ 则远高于 2000 K 的温度。最后，我们讨论了有关可用于自下而上合成的前体的几种想法。

高性能 Fe$_2$VAl 复合热电材料的电荷和热传输解耦

分类： 材料科学

作者： Fabian Garmroudi, Illia Serhiienko, Michael Parzer, Sanyukta Ghosh, Pawel Ziolkowski, Gregor Oppitz, Hieu Duy Nguyen, Cédric Bourgès, Yuya Hattori, Alexander Riss, Sebastian Steyrer, Gerda Rogl, Peter Rogl, Erhard Schafler, Naoyuki Kawamoto, Eckhard Müller, Ernst Bauer, Johannes de Boor, Takao Mori

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07785v1

摘要： 电荷和热传输的解耦对于优化热电材料至关重要。然而，抑制晶格驱动热传输的策略也会损害载流子迁移率，限制大多数热电材料的性能，包括 Fe$2$VAl Heusler 化合物。在这里，我们演示了一种绕过这种权衡的创新方法：通过液相烧结，我们在 Fe$2$V${ 之间结合了典型的拓扑绝缘体 Bi${1-x}$Sb${x}$ 0.95}$Ta${0.1}$Al$_{0.95}$颗粒。结构研究以及广泛的热电和磁输运测量揭示了微观结构的明显变化，并且同时发现了晶格热导率降低和载流子迁移率增强。这产生了巨大的性能提升$-$，远远超出了有效介质限制$-$，并导致半Heusler化合物中最高的品质因数之一，$z\约1.6\times 10^{- 3},$K$^{-1}$ ($zT\approx 0.5$) at 295 K。我们的研究结果强调了第二相在解耦电荷和热传输方面的潜力，并呼吁对多相复合材料进行更先进的理论研究。

双色激光控制石墨烯中的光电流和高次谐波

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 统计力学, 光学, 量子物理学

作者： Minoru Kanega, Masahiro Sato

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07767v1

摘要： 我们全面研究石墨烯模型中的双色激光驱动光电流和高次谐波产生（HHG）。通过数值求解量子主方程，我们统一探索了广泛的参数范围，包括弱激光（微扰）和强激光（非微扰）情况，同时考虑了耗散效应。我们证明，通过调整激光场轨迹的空间对称性可以极大地改变 HHG 光谱。这种可控性可以通过动力学对称性论证来解释。我们还表明，可以通过改变双色激光的频率、强度、椭圆率和相位来控制光电流（零阶谐波）的大小和方向。此外，根据双色激光的相位，光电流的性质被分为移动电流类型或注入电流类型。我们的研究结果表明，即使在中心对称电子系统中，如果我们使用空间或时间对称性较低的多色激光，也可以通过调整各种外部参数来定量控制光电流和 HHG。

$^{27}$Al NMR 光谱和 DFT 计算研究复杂氢化铝 CsAlH4 的两种多晶型中铝的四极耦合

分类： 材料科学

作者： Bodo Zibrowius, Michael Fischer

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07731v1

摘要： 复合氢化铝 CsAlH4 的两种多晶型物中铝核的四极耦合常数 $C_{\text{Q}}$ 和不对称参数 $\eta$ 由 $^{27}$Al MAS NMR 谱和使用所罗门回波序列记录静止样品的 $^{27}$Al NMR 谱。从静态光谱中确定这些参数的精度 (CsAlH4(o): $C_{\text{Q}}=(1.42\pm0.01)$ MHz, $\eta=(0.62\pm0.01) $ 和 CsAlH4(t): $C_{\text{Q}}=(1.43\pm0.02)$ MHz, $\eta<0.03$) 似乎比通过 MAS 方法略高。将实验确定的参数（$\delta_{\text{iso}}$、$C_{\text{Q}}$ 和 $\eta$）与从 DFT-GIPAW（密度泛函理论 - 规范包含）获得的参数进行比较投影增强波）计算。当使用 DFT 优化结构时，两种多晶型物的四极耦合常数的大小被高估了约 45%。 AlH4 四面体几何形状发生变化的进一步计算表明，$C_{\text{Q}}$ 对 H--Al--H 角具有很高的灵敏度。角度一到三度的适度变化足以实现 GIPAW 计算和实验之间近乎完美的一致性。 DFT 优化结构中发现的偏差是通过忽略热运动来解释的，这通常会导致 AlH4 四面体的变形减少。从更广泛的角度来看，氢原子位置的不确定性使得氢化铝四极耦合常数的准确再现或预测具有挑战性。

通过一锅 K 区氧化和 Scholl 环化从四氢芘基聚亚苯基中衍生出弯曲石墨烯纳米带

分类： 应用物理, 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Sebastian Obermann, Wenhao Zheng, Jason Melidonie, Steffen Böckmann, Silvio Osella, Lenin Andrés Guerrero León, Felix Hennersdorf, David Beljonne, Jan J. Weigand, Mischa Bonn, Michael Ryan Hansen, Hai I. Wang, Ji Ma, Xinliang Feng

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07726v1

摘要： 石墨烯纳米带（GNR）的精确合成因其独特的光电特性以及在碳基纳米电子学和自旋电子学中的潜在应用而引起了化学家和材料科学家的极大兴趣。除了可调节的边缘结构和宽度之外，在 GNR 中引入曲率是其化学物理性质改性的强大结构特征。在这里，我们报告了第一个基于芘的 GNR (PyGNR) 的有效溶液合成，该 GNR 具有弯曲的几何形状，通过一锅 K 区氧化和其相应的易溶性四氢芘基聚亚苯基前体的 Scholl 环化。高效的 A2B2 型 Suzuki 聚合和随后的 Scholl 反应可提供长达 35 nm 的弯曲 GNR，具有凹形边缘和扶手椅边缘。由基于四氢芘的低聚亚苯基前驱体构建的模型化合物（作为 PyGNR 的剪裁）证明了一锅 K 区氧化和 Scholl 环化的概念和效率，单晶 X 射线衍射分析清楚地揭示了这一点。在 DFT 计算的支持下，通过拉曼、FT-IR、固态 NMR 和 UV-Vis 分析研究了 PyGNR 的结构和光学性质。 PyGNR 在 680 nm 处显示最大吸收，表现出 1.4 eV 的窄光学带隙，符合低带隙 GNR。此外，PyGNR 上的太赫兹光谱估计其宏观电荷迁移率为 3.6 cm2/Vs，优于通过传统 Scholl 反应报道的其他弯曲 GNR。

石榴石中的氢扩散：原子模拟的见解

分类： 材料科学, 软凝聚态物质, 地球物理学

作者： Xin Zhong, Felix Höfling, Timm John

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07724v1

摘要： 石榴石已被广泛用于破译岩石的压力-温度-时间历史，但其弹性和扩散等物理性质受到微量氢的强烈影响。石榴石中 H 扩散的实验测量仅限于室内压力。我们使用原子模拟来研究完美和有缺陷的石榴石晶格中的 H 扩散，重点关注 Si 和 Mg 位点的质子化缺陷，这些缺陷被证明在能量上是有利的。由于 H 的瞬态捕获，H 扩散的从头算模拟在计算上具有挑战性，通过训练编码原子间势的深度神经网络，机器学习技术可以克服这一问题。我们的结果表明，在无缺陷的石榴石晶格中，氢的迁移率很高，而在有缺陷的晶格中，氢的扩散率显着降低。仅针对 H 的示踪模拟强调了 Mg 等较重原子的原子振动在释放 H 原子中的重要作用。确定了两种 H 扩散模式：由于氢的空位饱和，在高氢含量和低活化能下以扩散器为主；以及在低氢含量和高活化能下由于 H 的捕获而以空位为主。空位处的原子。这些机制解释了实验观察结果，例如 H 浓度依赖性扩散率以及去质子化和 D-H 交换实验之间活化能的差异。这项研究证实了空位在氢扩散中的关键作用，并证明了机器学习的原子间势在研究地球内部动力学过程中的效用。

CVD 法在 4H-SiC 上异质外延生长 BxC 的极性效应

分类： 材料科学

作者： François Cauwet, Yamina Benamra, Laurent Auvray, Jérôme Andrieux, Gabriel Ferro

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07684v1

摘要： 研究了碳化硼 (B x C) 层在 4{\text Degree} 离衬底上的 4H-SiC 上的化学气相沉积 (CVD) 生长。根据基材的极性，获得不同的结果。在Si面上，无论气相中的C/B比如何，在BCl 3 +C 3 H 8 混合物下在1600{\text°}C下直接CVD生长系统地产生了多晶B x C薄膜。在 C 面上，C/B 比 = 12 或更高时获得异质外延生长，并具有阶梯状束状形态。如果在 CVD 生长之前使用硼化步骤（BCl 3 流下 1200{\text°}C 10 分钟），则异质外延在两种基板极性上均成功。为了解释这些结果，提出了一种涉及成核早期阶段化学键性质的机制。建议SiC表面的B完全覆盖应有利于B x C的富B（0001）面的成核，从而促进沿该方向的异质外延生长。

使用 SiC/Si/SiC 三明治方法对图案化 4H-SiC 表面进行表面结构化

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Yann Jousseaume, Piyush Kumar, Marianne Etzelmüller Bathen, François Cauwet, Ulrike Grossner, Gabriel Ferro

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07680v1

摘要： 4H-SiC(0001) 4{\text Degree}off 晶圆的台面和沟槽图案表面通过 SiC-Si-SiC 夹层结构中的 Si 熔化以宏观步骤进行结构化。在沟槽图案样品的情况下观察到硅扩散困难，而对台面图案样品的尝试则更为成功。在后一种情况下，在干蚀刻和未蚀刻区域上都形成了平行的宏台阶，尽管这些宏台阶很少跨越图案边缘。所提出的机制涉及 Si-C 双层阶梯边缘的优先蚀刻和沿 [1120] 方向的快速横向传播。

Heusler 合金 IrMnAl 的相变和磁抑制

分类： 材料科学

作者： Himanshu Joshi, Amel Laref, A. Yvaz, Dibya. P. Rai

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07668v1

摘要： 本研究对 IrMnAl Heusler 合金进行了全面的第一性原理研究，突出了其磁性并评估了压力引起的相移的影响。通过采用 GGA+U 方法解决了广义梯度近似在准确表示化合物磁性行为方面的局限性，该方法可以更有效地捕获电子特征。在 5.6 GPa 压力下，我们观察到从立方 F4-3m 到 P4-3m 空间群的新型结构相变。计算出的居里温度，结合 Mn-Mn 交换相互作用的分析，揭示了在化合物新相中观察到的弱铁磁性。

二维材料中可调谐二次谐波的产生：不同策略的比较

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 光学

作者： Simone Grillo, Elena Cannuccia, Maurizia Palummo, Olivia Pulci, Claudio Attaccalite

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07661v1

摘要： 非线性光学频率转换是现代光子系统中的一个关键现象，其中光场与非线性介质相互作用产生新的频率。然而，这些技术的主要挑战在于难以调节在给定材料中驱动此类效应的非线性电敏感性。因此，光学非线性的动态控制仍然主要局限于研究实验室，限制了其作为光谱工具的实际应用。在这项工作中，我们的目标是通过探索二维材料中电操纵二阶光学非线性的两种潜在机制来推进具有可调谐非线性响应的器件的开发。具体来说，我们考虑两种配置：第一种配置，材料本身并不表现出二次谐波产生（SHG），但这种响应是由外部场引起的；在第二种情况下，外部场会在已经表现出二次谐波的材料中产生掺杂，从而改变非线性信号的强度。对这两种方法进行了研究并与现有的实验结果进行了比较。

螺旋超导体中库珀对动量的热力学关系

分类： 超导, 材料科学

作者： Koki Shinada, Robert Peters

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07660v1

摘要： 提出了两种热力学关系来精确测量螺旋超导体中库珀对的质心（COM）动量。第一个关系涉及 COM 动量随磁场变化而变化的约束，这与超导埃德尔斯坦效应有关。第二个关系与一阶相变有关，表明可以通过相图上相变线的斜率来测量 COM 动量的跳跃，其中超电流用作控制参数。这些关系解决了检测动量的困难，从而能够更广泛、更精确地探索非中心对称超导体。

多铁性六方稀土铁氧体(h-RFeO3, R = Y,Dy-Lu)的最新进展

分类： 材料科学

作者： Xin Li, Yu Yun, Xiaoshan Xu

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07541v1

摘要： 多铁性六方稀土铁氧体（h-RFeO3、R=Sc、Y和稀土）具有不适当的铁电性和倾斜的反铁磁性并存，由于其强自旋，被认为是追求室温多铁性的有希望的候选材料。 -旋转互动。铁序和结构扭曲之间的强烈相互作用对于高密度、节能的电子设备很有吸引力。在过去的十年中，原子级合成、表征和材料建模方面的显着进步使得 h-RFeO3 薄膜中铁序及其耦合的理解和操纵取得了重大进展。这些结果揭示了通过一组结构畸变和自旋晶格耦合相互关联的丰富铁电和磁性现象的物理图像，这为控制纳米尺度的铁序和发现新颖的物理现象提供了指导。本综述主要基于最近的实验工作，重点关注与铁电性和磁性以及多铁性 h-RFeO3 中的磁电耦合相关的复杂现象的最新研究，旨在激发该领域的新想法。

利用双尺度等变流匹配高效生成分子簇

分类： 材料科学, 人工智能

作者： Akshay Subramanian, Shuhui Qu, Cheol Woo Park, Sulin Liu, Janghwan Lee, Rafael Gómez-Bombarelli

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07539v1

摘要： 无定形分子固体由于其机械灵活性和溶液加工性而成为无机半导体的有前途的替代品。这些材料的堆积结构在决定其电子和传输特性方面起着至关重要的作用，而这些特性是提高有机太阳能电池（OSC）等器件效率的关键。然而，通过计算获得这些光电特性需要分子动力学（MD）模拟来生成构象系综，由于涉及的系统尺寸较大，这一过程的计算成本可能很高。最近的进展集中在使用生成模型，特别是基于流的模型（如玻尔兹曼生成器）来提高 MD 采样的效率。在这项工作中，我们开发了一种双尺度流匹配方法，将训练和推理分为粗粒度和全原子阶段，并提高了标准流匹配采样器的准确性和效率。我们在通过 MD 模拟获得的 Y6 分子簇数据集上证明了该方法的有效性，并根据单尺度流匹配方法对其效率和准确性进行了基准测试。

蜂窝状和 Kagome 晶格组合的 Pt 基 jacutingaites 紧束缚模型

分类： 材料科学, 其他凝聚态物质

作者： G. Santos-Castro, L. K. Teles, I. Guilhon Mitoso, J. M. Pereira Jr

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07522v1

摘要： 我们引入了一种针对 Pt 基尖晶石材料 Pt${2}N$X${3}$ 的精炼紧束缚 (TB) 模型，($N$ = Zn, Cd, Hg; X = S, Se, Te），提供了其单层低能物理的详细表示。该模型包含了具有显着自旋轨道耦合贡献的所有元素，这对于理解这些材料中的拓扑能隙至关重要。通过与第一性原理计算的对比，我们精心拟合了TB参数，保证了费米能级附近能带的准确刻画。我们的模型揭示了 Pt $3e$ 和 $N$ 金属轨道之间复杂的相互作用，形成独特的 kagome 和蜂窝​​晶格结构。应用该模型，我们探索了 Pt 基尖晶石单层纳米带的边缘态，突出了拓扑边缘态色散带对纳米结构几何构型的敏感性。这些见解不仅加深了我们对尖晶石材料的理解，而且有助于调整其电子特性以适应未来的应用。

使用运动衍射理论通过暗场 X 射线显微镜对相干和非相干声子动力学进行形式化成像

分类： 材料科学, 光学

作者： Darshan Chalise, Yifan Wang, Mariano Trigo, Leora E. Dresselhaus-Marais

发布时间： 2024-10-10

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07509v1

摘要： 暗场 X 射线显微镜 (DFXM) 是一种在同步加速器上开发的新型 X 射线成像技术，可沿衍射光束成像，实空间分辨率约为 100 nm，倒易空间分辨率为 10^{-4}$。 DFXM 最近在 X 射线自由电子激光器 (XFEL) 上的实施证明了 DFXM 能够可视化金属换能器超快激光激励产生的相干 GHz 声子的实时演化。将此功能与 DFXM 可视化位错应变场的能力相结合，可以研究 GHz 相干声子与位错应变场的相互作用，以及研究由于与热声子相互作用而产生的相干声子的阻尼。为了定量分析声子-位错相互作用和声子阻尼，需要一种形式将声子动力学与 DFXM 测量的应变联系起来。在这项工作中，我们使用运动衍射理论来模拟金刚石中特定相干声子的 DFXM 图像，这些声子是由金属传感器的超快激光激发产生的。我们将这种形式扩展到描述足够高频率的非相干声子的成像，这与热传输相关，为 DFXM 对热漫散射产生的信号进行成像提供了未来的机会。对于相干和非相干声子，我们讨论了实空间、倒易空间和时间的最佳采样，以及 DFXM 光学的进步所提供的机会。

具有负压缩性的超材料凸显了不断变化的解释和机遇

分类： 应用物理, 材料科学, 软凝聚态物质

作者： Zachary G. Nicolaou, Feng Jiang, Adilson E. Motter

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07489v1

摘要： 材料可以表现出负压缩性的想法对于研究和应用非常重要。随着这种效应的新形式被发现，研究可能的机制范围以及将它们设计成机械超材料的方法非常重要。

Fe(III) 自旋交叉配位盐金属中心的手性效应

分类： 材料科学

作者： M Zaid Zaz, Wai Kiat Chin, Gauthami Viswan, Arjun Subedi, Esha Mishra, Kayleigh A McElveen, Binny Tamang, David Shapiro, Alpha T NDiaye, Rebecca Y Lai, Peter A Dowben

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07479v1

摘要： 通过 X 射线吸收，在 Fe(III) 自旋交叉配位盐 [Fe(qsal)2][ Ni(dmit)2] 和 Fe(qsal)22 的 Fe 金属中心观察到手性证据Fe 2p3/2 核心阈值处的光谱。这表明影响铁核上八面体配位的手性域的形成。

了解和预测单层过渡金属二硫属化物的吸附能量

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Brian Lee, Jameela Fatheema, Deji Akinwande, Wennie Wang

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07469v1

摘要： 二维 (2D) 过渡金属二硫属化物 (TMD) 最近已被证明具有非易失性电阻开关 (NVRS)，由于其原子级厚度而具有高密度集成和低能耗等显着优势。在这项研究中，我们重点研究金属吸附原子的吸附和解吸，它可以将电阻率调节几个数量级。我们通过研究各种过渡金属吸附物对 TMD 表面的影响，开发了吸附能与电子和原子结构描述符的基于材料的关系。我们的结果表明，过渡金属的吸附能在不同的 TMD（MoS$_2$、MoSe$_2$、WS$_2$、WSe$_2$）中表现出一致的趋势，并且可以使用原子和电子结构的简单描述符来解释。我们提出了几种模型来描述这种吸附过程，从而更深入地理解基于点缺陷形成和溶解的电阻切换机制中的关键步骤。最后，我们将计算的吸附能与转换能联系起来。这些发现将有助于指导使用 2D TMD 开发 NVRS 设备的合理材料选择。

AlScN 实现更高的电光响应

分类： 材料科学

作者： Haochen Wang, Sai Mu, Chris G. Van de Walle

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07444v1

摘要： 具有大电光（EO）系数的新型材料对于开发超紧凑宽带调制器和实现有效的量子转导至关重要。与应用最广泛的非线性光学材料铌酸锂相比，纤锌矿AlScN由于其与集成电路的兼容性而在纳米光子器件方面具有优势。我们进行详细的第一性原理计算，以研究 $\mathrm{Al}{1-x}\mathrm{Sc}{x}\mathrm{N}$ 合金和超晶格中的电光效应。当合金中 Sc 浓度升高时，EO 系数增加；重要的是，我们发现沿 $c$ 轴的阳离子排序会增强 EO 响应。应变工程可用于进一步控制 AlScN 薄膜的 EO 系数。通过施加面内应变，压电对 EO 系数的贡献急剧增加，甚至超过 251 pm/V。我们还探索了通过超晶格工程增强 EO 的可能性，发现非极性 $a$-平面 $\mathrm{(AlN)}_m/\mathrm{(ScN)}_n$ 超晶格将 EO 系数增加到超过 40 pm/V。我们的研究结果提供了通过合金工程和异质结构增强电光效应的设计原则。

通过调制掺杂设计二维电子学的界面电荷转移

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Raagya Arora, Ariel R. Barr, Daniel T. Larson, Michele Pizzochero, Efthimios Kaxiras

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07439v1

摘要： 二维 (2D) 半导体由于其紧凑和低功耗的优势，可能会在下一代电子产品中占据主导地位。然而，高接触电阻和低效掺杂等挑战阻碍了它们的应用。在这里，我们研究功函数介导的电荷转移（调制掺杂）作为实现高性能 p 型 2D 晶体管的途径。围绕 III 型能带排列，我们探索了 27 种候选材料（包括过渡金属氧化物、卤氧化物和 {\alpha}-RuCl3）在过渡金属二硫属化物 (TMD) 和 III 族氮化物等沟道材料上的掺杂能力。我们广泛的第一原理密度泛函理论 (DFT) 揭示了高电子亲和力材料的 p 型掺杂能力，包括 {\alpha}-RuCl3、MoO3 和 V2O5。我们预测，通过有效的空穴传输，在不引入有害缺陷的情况下，可以显着降低接触电阻并增强沟道迁移率。我们分析了晶体管的几何形状，并确定了除当前关注的 WSe2 掺杂之外的有前景的材料组合，为 hBN、AlN、GaN 和 MoS2 提出了新的途径。这项全面的研究为开发高性能 p 型单层晶体管以实现 2D 电子学提供了路线图。

自旋 1/2 反铁磁性海森堡三聚体链的自旋、双子和四子激发的 RIXS 谱

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： Junli Li, Jun-Qing Cheng, Trinanjan Datta, Dao-Xin Yao

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07347v1

摘要： 我们通过结合数值和理论技术研究了自旋 1/2 反铁磁海森堡三聚体自旋链的激发光谱。利用密度矩阵重正化群 (DMRG) 中的 Krylov 空间校正向量方法，我们计算了三聚体自旋链的直接和间接共振非弹性 X 射线散射 (RIXS) 光谱。为了解释 RIXS 光谱中观察到的特征，我们进行了理论微扰分析来计算能量色散，然后利用能量色散来确定单粒子和双粒子激发光谱的态密度 (DOS)。我们的结果表明，直接 RIXS 谱的单粒子连续体与自旋子、双子和四子激发的 DOS 谱中观察到的能级一致。此外，在间接 RIXS 过程中揭示了双粒子连续体，其中所有可能的单粒子激发组合形成三聚体自旋链的各种双粒子激发。根据我们的计算，我们提出了在三聚体自旋链 $L$ 边缘和 $K$ 边缘处生成分段（自旋）和集体（双倍子和四子）激发的 RIXS 机制，包括讨论相互作用RIXS 谱中这些激发的不同三聚体耦合强度。计算出的激发能量范围表明，在 RIXS 仪器分辨率的当前能力范围内，可以在 $L$ 边缘和 $K$ 边缘进行实验检测。

纳米图案范德华铁磁体中的场感应反铁磁相关性：潜在的人造自旋冰

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Avia Noah, Nofar Fridman, Yishay Zur, Maya Markman, Yotam Katz King, Maya Klang, Ricardo Rama-Eiroa, Harshvardhan Solanki, Michael L. Reichenberg Ashby, Tamar Levin, Edwin Herrera, Martin E. Huber, Snir Gazit, Elton J. G. Santos, Hermann Suderow, Hadar Steinberg, Oded Millo, Yonathan Anahory

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07310v1

摘要： 纳米图案磁性材料为研究强相关现象开辟了新的场所，包括人造自旋冰系统、几何挫败、磁单极子，以及可重构铁磁性等技术重要应用。随着原子薄二维 (2D) 范德华 (vdW) 磁体的出现，一个相关的问题是此类化合物是否可以进入可以定制相互作用的领域，从而可以评估非常规的物质状态。在这里，我们展示了分布在网格中的 CrGeTe3 vdW 铁磁体的方岛表现出反铁磁相关性，这对于产生人造自旋冰的挫败至关重要。通过结合使用 SQUID-on-tip 显微镜、聚焦离子束光刻和原子自旋动力学模拟，我们证明了小至 15015060 nm3 的原始、孤立的 CGT 薄片具有可调谐的偶极子-偶极子相互作用，这可以由它们的横向间距精确控制。非相互作用的岛和显着的岛间反相关之间存在交叉，这取决于它们的空间分布方式，从而允许创建在孤立的薄片上无法观察到的复杂磁性图案。我们的研究结果表明，纳米图案磁体之间的串扰可以在生成更复杂的自旋配置中进行探索，其中可以以前所未有的方式操纵奇异的相互作用。

用于 X 射线成像的大规模自组装纳米光子闪烁体

分类： 光学, 材料科学, 高能物理-实验

作者： Louis Martin-Monier, Simo Pajovic, Muluneh G. Abebe, Joshua Chen, Sachin Vaidya, Seokhwan Min, Seou Choi, Steven E. Kooi, Bjorn Maes, Juejun Hu, Marin Soljacic, Charles Roques-Carmes

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07141v1

摘要： 在成像技术中，闪烁体对于将 X 射线能量转换为可见光至关重要。它们在成像技术中的广泛应用得益于可扩展、高质量和经济实惠的制造方法。纳米光子闪烁体在发射波长范围内具有纳米结构，为增强光输出、衰减时间和方向性等发射特性提供了一种有前景的方法。然而，这种纳米结构闪烁体的可扩展制造一直是一个重大挑战，阻碍了它们的广泛采用。在这里，我们提出了一种基于硫族化物玻璃光子晶体自组装的大面积纳米光子闪烁体的可扩展制造方法。该技术能够在晶圆级面积上生产纳米光子闪烁体，与未图案化的闪烁体相比，光产量提高了六倍。我们使用传统的 X 射线闪烁体材料、掺铈钇铝石榴石 (YAG:Ce) 演示了这种方法。通过分析表面纳米加工无序的影响，我们确定了其对成像性能的影响，并提供了在不降低空间分辨率的情况下实现大规模闪烁增强的途径。最后，我们通过生物和无机样本的 X 射线成像证明了纳米光子闪烁体的实际适用性。我们的结果表明，这种可扩展的制造技术可以实现新一代纳米光子增强闪烁体的工业实施，对医学成像、安全筛查和无损检测的进步具有重大影响。

使用高注入扫描光电流显微镜测量少数载流子扩散长度

分类： 材料科学

作者： Xiujun Lian, Hanwei Gao

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07089v1

摘要： 扫描光电流显微镜（SPCM）已广泛用于表征电荷传输特性，特别是半导体的少数载流子扩散长度。然而，使用 SPCM 研究轻掺杂或本征半导体仍然具有挑战性。先前工作中使用的方法需要低水平的光注入，这在载流子浓度较低的半导体中不容易实现。在这项工作中，我们使用有限元模拟表明，在高光激发下也可以量化少数扩散长度。该方法不仅适用于掺杂半导体和本征半导体，还解除了在测试器件中实现肖特基接触的限制——在先前的研究中认为这是必要的条件。这些结果显着扩展了 SPCM 在研究各种半导体材料方面的多功能性，并且实验条件具有前所未有的灵活性。

用于氧还原反应的高性能富氮 ZIF-8 衍生 Fe-Co-NC 电催化剂

分类： 材料科学

作者： Yuqin Wang, Lizi He, Ning Han

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07300v1

摘要： 探索和开发低成本、高性能和稳定的氧还原反应（ORR）催化剂非常重要，尽管进展仍在继续。在这项工作中，采用简单的蒸发热解方法来合成3D多孔电催化剂，称为Fe-Co-NC，是900{\deg}C下的碳化产物。这些催化剂由碳纳米颗粒和金属 FeCo 掺杂的富氮碳纳米管组成，通过原始 ZIF-8 的碳化产生，从而形成高效且耐用的 ORR 电催化剂。 Fe-Co-NC结构表现出3D开孔结构、丰富的活性位点、有利的氮键合和高比表面积，所有这些都有助于优异的ORR活性。最佳的 Fe-Co-NC 催化剂表现出卓越的 ORR 性能，与 RHE 相比，具有 0.96 V 的高起始电位和 0.86 V 的半波电位，可与碱性电解质中市售 Pt/C 的性能相媲美。此外，与 Pt/C 相比，Fe-Co-NC 催化剂表现出优异的稳定性，这对于开发基于非贵金属的新型电催化剂至关重要。

揭示面相关的冰生长动力学：基底和棱柱表面分子动力学的见解

分类： 材料科学, 软凝聚态物质

作者： Jihong Shi, Maxwell Fulford, Matteo Salvalaglio, Carla Molteni

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07050v1

摘要： 冰成核和生长在许多领域都至关重要，包括大气科学、低温生物学和航空。然而，了解冰晶生长的详细机制仍然具有挑战性。在这项工作中，使用 TIP4P/Ice 的宽温度范围内的分子动力学模拟研究了六角冰 (Ih) 的基底和主棱柱 (prism1) 表面的冰/准液体层 (QLL) 界面处的结晶。模型，并与 mW 粗粒度模型进行比较。在阐明结晶的温度依赖性机制的同时，系统地估计了特定面的生长速率。虽然棱镜表面通常表现出比基底表面更快的生长速率，但在 TIP4P/Ice 模拟中观察到基底表面和棱镜表面之间的生长速率随温度变化的交叉，这与 QLL 厚度的交叉以及众所周知的交叉相关。在低蒸气压下，柱状体以冰晶习性转变为血小板。这一观察有助于解释冰晶中晶体形态和温度之间的复杂依赖性。

MoSe$_2$/Clinophore 设备中的光学存储器

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Alessandra Ames, Frederico B. Sousa, Gabriel A. D. Souza, Raphaela de Oliveira, Igor R. F. Silva, Gabriel L. Rodrigues, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Gilmar E. Marques, Ingrid D. Barcelos, Alisson R. Cadore, Victor López-Richard, Marcio D. Teodoro

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07042v1

摘要： 二维异质结构对于推进利用范德华材料的光电器件至关重要。半导体过渡金属二硫属化物单层以其独特的光学特性而闻名，为发光器件提供了广泛的可能性。最近，有人提出了一种存储器驱动的光学器件，称为 Mem 发射器，在介电基板上使用这些单层。此类器件的成功实现在很大程度上取决于选择最佳基板。在这里，我们报告了 MoSe$_2$/斜氯石装置中明显的记忆效应，MoSe$_2$ 单层发射的强度和能量的电滞证明了这一效应。这展示了人口驱动和转换率驱动的 Mem 发射器能力。我们的理论方法将这些记忆效应与基材的内部状态变量相关联，强调斜绿土层状结构对于稳健和丰富的记忆反应至关重要。这项工作介绍了一种新型二维器件，在存储功能方面具有广阔的应用前景，强调了替代绝缘体在制造范德华异质结构中的重要性。

BaTiO3 纳米粒子中电场驱动的畴壁动力学

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Jialun Liu, David Yang, Ana F. Suzana, Steven J. Leake, Ian K. Robinson

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06980v1

摘要： 我们报告了使用布拉格相干衍射成像 (BCDI) 对单个 BaTiO3 (BTO) 纳米晶体在施加电场 (E 场) 下的响应的详细研究。我们的研究揭示了在施加电场下原位样品测量的明显的畴壁迁移和膨胀。这些变化在纳米晶体的表面最为突出，由于缺乏外部应变，因此磁畴壁的迁移率更大。观察到的域位移与所施加电场的强度和方向相关，遵循 Suzana 等人的并排域模型。值得注意的是，我们确定了+10 V 的临界电压阈值，这会导致不可逆的结构变化，表明塑性变形。研究结果强调了表面效应和内在缺陷如何在纳米尺度上增强 BTO 的介电性能，与应变限制域迁移率的块体材料相比。这些发现加深了我们对纳米级介电行为的理解，并为先进纳米电子器件的设计提供了信息。

通过高熵合金化激活二维过渡金属二硫属化物的基面

分类： 材料科学, 计算物理

作者： Mohammad Amin Akhound, Karsten Wedel Jacobsen, Kristian Sommer Thygesen

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06876v1

摘要： 二维 (2D) 材料，例如 2H 或 1T 晶相的过渡金属二硫属化物 (TMDC)，由于其高表面积与体积比以及低成本、丰富的元素组成，是有前途的（电）催化剂候选者。虽然单质 TMDC 纳米颗粒（例如 MoS$_2$）的边缘可以表现出显着的催化活性，但原始材料的基面非常惰性，这限制了它们的标准化活性。在这里，我们表明，通过将喜欢 2H (1T) 相的元素合金化成 1T (2H) 结构，可以在 TMDC 基面上形成高密度的催化活性位点。合金的整体稳定性，特别是它是否在 2H 相或 1T 相中结晶，可以通过确保大多数元素优先于目标相来控制。我们进一步表明，混合熵对于稳定合金起着决定性作用，这意味着高熵合金化变得至关重要。我们的计算指出了许多有趣的非贵重析氢催化剂，包括 T 相中的 (CrHfTaVZr)S$_2$ 和 (CrNbTiVZr)S$_2$ 以及 H 相中的 (MoNbTaVTi)S$_2$。我们的工作为通过高熵合金稳定局部不稳定结构来设计催化位点开辟了新的方向。

声学黑体吸收：通过不稳定引起的柔软性超越因果关系限制

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Min Yang, Sichao Qu, Nicholas Fang, Shuyu Chen

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06859v1

摘要： 通过耦合不稳定的组件，我们展示了一种新颖的方法，可以将静态模量降低到零，从而消除声学中因果关系强加的吸收限制。我们的启发式模型模拟对于大于吸收体厚度 132 倍的波长实现了 99% 以上的超宽带吸收。理论分析进一步证明该策略可以以无穷小的厚度接近理想的黑体行为。这些发现表明基本物理定律不再阻止真正的黑体吸收实现；唯一剩下的障碍是物质限制。

石墨中声子介导的散射和等离子体激元之间相互作用的超快动量分辨可视化

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Francesco Barantani, Rémi Claude, Fadil Iyikanat, Ivan Madan, Alexey A. Sapozhnik, Michele Puppin, Bruce Weaver, Thomas LaGrange, F. Javier Garcia de Abajo, Fabrizio Carbone

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06810v1

摘要： 材料中单个电荷和集体模式之间的散射控制着电阻、能量耗散、不同相之间的切换和排序等基本现象。对这种散射的研究需要同时获得单粒子和集体激发的超快动量解析动力学，这仍然是一个实验挑战。在这里，我们演示了时间和动量分辨电子能量损失光谱，并将其应用于石墨，显示大 ($\Delta q\simeq$1.2{\AA}$^{-1}$) 光激发电子空穴 ( e-h) 能带结构中的口袋会引起集体面内和体等离激元的重整化，这可以通过调用 $E_{2g}$ 和 $A_{1}'$ 介导的谷内和谷间散射过程来定量描述声子模式，我们通过超快电子衍射直接观察并通过从头计算识别。相反，靠近石墨K点的较小e-h口袋($\Delta q\simeq$0.7{\AA}$^{-1}$)的光激发导致面内等离子体激元的重整化，这只能是部分解释是声子介导的散射和热膨胀。我们的结果表明了结合动量和时间分辨信息来阐明与电子散射过程相关的微观细节的重要性。

4H-SiC 的 TCAD 参数：回顾

分类： 材料科学, 仪器仪表和探测器

作者： Jürgen Burin, Philipp Gaggl, Simon Waid, Andreas Gsponer, Thomas Bergauer

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06798v1

摘要： 在本文中，我们回顾了计算机模拟中描述 4H 碳化硅的相对介电常数、带隙、碰撞电离、迁移率、载流子复合/有效质量和不完全掺杂电离的模型及其参数。我们的目标是降低新人的进入门槛，并对现状进行批判性评估，以发现不足并指导未来的研究。该评论基于各种计算和测量方法揭示了文献中丰富的经常存在分歧的值。尽管对所有选定参数的研究仍然活跃，但我们表明有时通常使用旧值或为其他种类碳化硅确定的值。

SrTiO3 基底体块微加工产生的氧化物膜

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Nicola Manca, Alejandro Enrique Plaza, Leonélio Cichetto Jr., Warner J. Venstra, Cristina Bernini, Daniele Marré, Luca Pellegrino

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06758v1

摘要： 基于复合氧化物的悬浮微结构依赖于表面微加工工艺，例如基于牺牲层的微加工工艺。这些工艺防止从两侧物理接触微结构，因为基板的大部分未被去除。在这项工作中，我们开发了一种用于氧化物薄膜沉积的常用基板的体微加工协议。我们通过在 SrTiO3(100) 或 SrTiO3(110) 基板上制造通孔来实现悬浮氧化物薄膜器件。各向异性蚀刻速率的仔细校准允许以可预测的方式控制基板中孔径的最终几何形状。作为可能的器件几何形状的演示者，我们展示了 (La,Sr)MnO3（一种导电磁性氧化物）的夹紧膜和蹦床，以及由 SrTiO3 基板本身雕刻而成的悬浮蹦床谐振器。所报道的方案可以很容易地扩展到多种其他复杂氧化物，从而将膜技术的应用扩展到市售硅化合物之外。

LaAlO$_{3}$ 中拉曼活性声子的太赫兹驱动参量激发

分类： 材料科学

作者： M. Basini, V. Unikandanunni, F. Gabriele, M. Cross, M. C. Hoffmann, F. Forte, M. Cuoco, S. Bonetti

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06748v1

摘要： 在振荡物理系统中实现参数激励需要定期调整其参数之一以调制振荡器的固有频率。这种现象已在物理和工程学领域的许多系统中被观察到，深刻地改变了现代科学和技术。尽管取得了快速进展，但集体激发（例如声子）的参数控制仍然是一个挑战，同时有望在一个很大程度上未经探索的领域产生新颖且有趣的效应。在这里，我们研究了 LaAlO$_3$ (LAO) 中拉曼活性声子的太赫兹 (THz) 场诱导动力学，LaAlO$_3$ (LAO) 是一种典型的量子材料，具有电子和结构特性。利用强太赫兹脉冲，我们展示了一种以大量次谐波分量为特征的参量声子激发的新机制。理论分析可以成功捕获物理场景中观察到的现象的特征，太赫兹场会引起拉曼模式和声学声子激发对之间的参数耦合。

动态电子关联对Fe/MgO/Fe(001)结隧道磁阻的影响

分类： 强关联电子, 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Declan Nell, Stefano Sanvito, Ivan Rungger, Andrea Droghetti

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06679v2

摘要： 我们采用动态平均场理论 (DMFT) 结合密度泛函理论 (DFT) 和非平衡格林函数技术来研究 Fe/MgO/Fe 磁隧道结 (MTJ) 的稳态输运特性，重点是动态电子关联对 Fe $3d$ 轨道的影响。通过应用刚性平移近似，我们以简单且计算高效的方式将计算从零偏置扩展到有限偏置，获得了并联和反并联配置中的偏置相关电子结构和电流与电压特性曲线。特别是，我们发现与 DFT 预测相比，动态电子关联表现为 Fe $3d_{z^2}$ 态自旋分裂的减少，并引入了有限的弛豫时间。然而，这些效应对传输特性的影响在磁性配置之间存在显着差异。在并联配置中，DFT 和 DMFT 获得的特性曲线相似，因为传输主要是由于自旋电子通过 MgO 势垒的相干传输。相反，在反平行配置中，相关效应变得更加显着，DMFT 预测由于偏置驱动的非弹性电子-电子散射而导致电流急剧增加。因此，与 DFT 相比，DMFT 为抑制隧道磁阻比提供了更低的偏置阈值，更接近地匹配实验数据。

含 N/O 自下而上碳纳米点中官能团的可及性和光致发光的起源

分类： 材料科学

作者： P. P. Debes, M. Langer, M. Pagel, E. Menna, B. Smarsly, S. Osella, J. Gallego, T. Gatti

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06677v1

摘要： 碳纳米点（CND）的化学功能化为通过设计其分子表面的组成来定制这些纳米碳的多功能性提供了宝贵的机会。因此，阐明 CND 功能化的类型和数量以便能够准确地设计其性能非常重要。 CND 通常通过酰胺偶联进行功能化，而不验证功能化程度。作为功​​能化的衡量标准，通常考虑通过 Kaiser 测试 (KT) 或裸 CND 的亚胺反应测定伯胺的量。然而，由于不同的反应机制和涉及的中间体，这可能导致高估纯酰胺偶联获得的官能化程度。本文介绍了通过微波辅助合成精氨酸或柠檬酸与不同量的乙二胺制备的四种不同的 CND。我们采用物理化学方法的组合来提供元素、结构和光学信息。由此，我们开发了一种通过酰胺偶联来量化官能化程度的方法，并表明官能化程度低于预期。将 CND 的实验光学特征与不同的计算模型系统进行比较，进一步使我们能够对这些仍然难以捉摸的纳米碳的结构-性能关系提供更先进的见解。

应变诱导二维拓扑晶体绝缘体

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Liwei Jing, Mohammad Amini, Adolfo O. Fumega, Orlando J. Silveira, Jose L. Lado, Peter Liljeroth, Shawulienu Kezilebieke

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06661v1

摘要： 拓扑晶体绝缘体（TCI）具有受晶体对称性保护的物质拓扑相。三维 TCI 中的拓扑表面态已在 IV-VI SnTe 类半导体中被预测和观察到。尽管预测二维 (2D) TCI 的特征是块体能隙内有两对边缘态，但材料挑战迄今为止阻碍了其实验实现。在这里，我们通过分子束外延和扫描隧道显微镜报告了 2$H$-NbSe$_2$ 衬底上双层 SnTe 的生长和表征。我们通过实验观察到沿样品周边的两个反相关、周期性调制的导电边缘态对，带隙超过 0.2eV 美元。我们通过第一原理计算用 2D TCI 识别这些状态。最后，我们探讨了相邻拓扑边缘态的耦合，并证明了由静电相互作用和隧道耦合的组合驱动的能量转移。我们的工作为研究 2D TCI 中的可调谐拓扑态打开了大门，这对室温下的自旋电子学和纳米电子学应用具有潜在影响。

Bose 金属，从预测到实现

分类： 超导, 材料科学, 强关联电子

作者： M. Cristina Diamantini, Carlo A. Trugenberger

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06659v1

摘要： 玻色金属是由库珀对组成的金属，它们在超导薄膜和约瑟夫森结阵列中在极低的温度下形成，作为超导和超绝缘之间的中间相。我们在 90 年代中期预测了玻色子这种二维金属相的存在，表明它们是由于拓扑量子效应而产生的。在完全规则的约瑟夫森结阵列中对玻色金属的观察完全证实了我们最初的预测，并排除了基于无序的替代模型。在这里，我们回顾一下 Bose 金属的基本机制。关键点在于，粒状超导体中的相关涡旋是无芯的、移动的 XY 涡旋，由于量子相滑移，它们可以穿过系统，并且不存在阻止此类涡旋同时脱离凝聚体的电荷相位换向关系。电荷，并且非凝聚态电荷和涡旋受到拓扑互统计相互作用的影响，这是一种在低温下占主导地位的量子效应。这些相互排斥的统计相互作用足以增加库珀对的能量并将它们从凝聚态中提升出来。结果是一种拓扑基态，其中沿边缘的电荷传导和穿过边缘的涡流运动自行组织，从而在低温下产生观察到的金属饱和。这种状态今天被称为玻色子拓扑绝缘体。

无序有序：通过扫描探针显微镜研究 LaNiO3-x 外延薄膜表面氧空位驱动的电子相分离

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Michael Verhage, Kees Flipse

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06598v1

摘要： 已知镍酸盐中的氧空位会引入各种突发现象，并被认为会显着影响电导率。很少有研究检查表面氧空位的真实空间证据，特别是使用扫描探针显微镜。了解表面的结构和化学成分对于镍酸盐的应用至关重要，例如在电化学水分解反应中作为催化剂。在这项研究中，我们研究了通过脉冲激光沉积在 SrTiO3 (STO) 上生长的 20 nm 外延 LaNiO3-x(LNO) 薄膜。我们使用扫描隧道显微镜 (STM) 检查该薄膜的表面，发现其复杂的表面形态由密集的晶体纳米尺寸圆形特征组成，半径范围为 10 至 20 nm。扫描隧道光谱揭示了嵌入金属基体中的半导体性质的纳米级岛中的电子不均匀性或相分离。电子态密度的这种变化与氧空位浓度的增加有关。通过检查扫描隧道尖端引起的表面退化，推断出表面存在显着氧空位的进一步证据。尖端和样品之间的强电场可能有利于真空环境中的氧去除，增加空位的形成，从而导致晶体结构的破坏。这提供了对该镍酸盐电化学水分解反应期间化学表面转变的可能起源的深入了解。

高熵碲化物AgInSnPbBiTe5超导能隙研究

分类： 超导, 材料科学

作者： Asato Seshita, Hirotaka Okabe, Riad Kasem, Yuto Watanabe, Jumpei G. Nakamura, Shoichiro Nishimura, Kensei Terashima, Ryo Matsumoto, Yoshihiko Takano, Aichi Yamashita, Masaki Fujita, Yoshikazu Mizuguchi

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06548v1

摘要： 我们在高熵型（HE型）超导体AgInSnPbBiTe5上进行了横向场μ子自旋弛豫/旋转（TF-{\mu}SR）。磁化率、比热和{\mu}SR证实了体超导态的出现。由 {\mu}SR 估计的超导能隙 2{\Delta}(0) 明显大于传统弱耦合声子介导模型的预期值，表明超导的强耦合性质。此外，还获得了3.21(7) {μ}m的长穿透深度。超导的强耦合性质和长穿透深度与其他HE型超导体（HE合金和过渡金属锆化物）中观察到的趋势相似，这可能是HE型超导体的普遍特征。

不同长度尺度的磷酸铁玻璃结构，重点是中等范围：经典的分子动力学研究

分类： 材料科学, 无序系统和神经网络

作者： Shakti Singh, Manan Dholakia, Sharat Chandra

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06546v1

摘要： 众所周知，玻璃具有中程有序（MRO），但它与任何实验可测量量的联系仍然不明确。从玻璃衍射实验中获得的结构因子 S(q) 中的第一个尖锐衍射峰 (FSDP) 与该 MRO 相关，但了解该通用峰的基本起源仍然是一个悬而未决的问题。我们已经通过混合方法（我们内部开发的 MC 代码和 MD 模拟）生成的原子模型解决了复杂玻璃（即磷酸铁玻璃 (IPG)）的这个问题。我们通过从不同的初始配置和随机化技术生成玻璃模型来进行比较研究。通过研究配对相关函数、SRO 的键角分布和配位数 (CN) 和环分布、结构因子中的 FSDP 和空隙尺寸分布，首先使用短程有序 (SRO) 和 MRO 的现有数据验证了开发的 IPG 模型用于维护、修理和大修。特别表明，对氧配位环境的研究有助于通过拓扑约束理论理解玻璃的形成。此后，为了了解 S(q) 中 FSDP 的基本起源，根据模型中存在的各个环尺寸计算了结构因子。使用逆拟合方法估计这些单独的 S(q) 在总实验 S(q) 中的相对贡献。由此获得的贡献与所考虑的 q 范围的模型中的环尺寸百分比直接相关。通过这个练习，我们可以将原子玻璃模型的环分布与实验可测量的量（例如 IPG 等复杂玻璃的 S(q) 中的 FSDP）联系起来。

通过纳米分析了解 ThMn12 型 Sm-Zr-Fe-Co-Ti 永磁体粉末的高矫顽力

分类： 材料科学

作者： Nikita Polin, Alexander M. Gabay, Chaoya Han, Christopher Chan, Se-Ho Kim, Chaoyang Ni, Oliver Gutfleisch, George C. Hadjipanayis, Baptiste Gault

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06540v1

摘要： ThMn12型(Sm,Zr)1(Fe,Co,Ti)12化合物在永磁体方面显示出巨大的潜力。当加工温度从 990{\deg}C 升高到 1220{\deg}C 时，通过还原扩散制备的硬磁各向异性粉末表现出矫顽力从 0.45 T 显着增加到 1.26 T。高分辨率的结构和微化学分析表明，高温加工消除了晶界 (GB) 并降低了孪晶界 (TB) 的密度，而孪晶界 (TB) 是限制 1:12 系统矫顽力的薄弱环节的缺陷。奥斯特瓦尔德熟化被认为是在较高温度下降低 GB 和 TB 密度的机制，其驱动因素是界面能的降低和原子结构均匀性的增强。

唾液感应牙线：一种通过按需唾液皮质醇测量评估日常压力的新型工具，集成分子印迹聚合物和线微流体

分类： 医学物理, 材料科学, 生物物理学

作者： Atul Sharma, Nafize Ishtiaque Hossain, Ayanna Thomas, Sameer Sonkusale

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.07270v1

摘要： 压力升高会对健康产生负面影响，增加心血管疾病、免疫力低下、焦虑和认知能力下降的风险。目前基于实验室的方法缺乏实时压力测量，而唾液诊断提供了一种方便且非侵入性的替代方案。这项工作建议将牙线重新用作线分析唾液诊断装置。该方法使用牙线收集唾液，并通过毛细管微流体将唾液输送到柔性电化学传感器，在传感器中测量皮质醇（一种压力生物标志物）。通过将皮质醇特异性电聚合分子印迹聚合物 (cort-eMIP) 集成到多孔激光雕刻石墨烯 (PLEG) 工作电极上，唾液牙线平台的检测范围为 0.10-10000 pg mL-1 (R2 = 0.9916），皮质醇的检测限为 0.023 pg mL-1（缓冲介质中）。唾液感应牙线可在 5 分钟内提供结果。基于螺纹的微流体设计最大限度地减少了干扰，并确保在测试人造和实际人类唾液样本时具有一致的重复性，回收率达到 98.64% 至 102.4%，相对标准偏差为 5.01%，表现出较高的准确性和精密度。在压力研究中使用人类唾液样本进行验证，它显示出与传统 ELISA 检测的高度相关性 (r= 0.9910)。与无线读数相结合，这款唾液线提供了一种监测日常压力水平的便捷方法，并可扩展到检测其他重要的唾液生物标志物。

通过埃多孔二氧化钛实现高质子传导率

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 软凝聚态物质

作者： Y. Ji, G. -P. Hao, Y. -T. Tan, W. Q. Xiong, Y. Liu, W. Z. Zhou, D. -M. Tang, R. Z. Ma, S. J. Yuan, T. Sasaki, M. Lozada-Hidalgo, A. K. Geim, Pengzhan Sun

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06489v1

摘要： 二维（2D）晶体作为一种新型质子传导材料引起了人们的强烈兴趣，它可以阻挡原子、分子和离子，同时允许质子通过原子薄的基面传输。尽管二维材料表现出这种完美的选择性，但报道的质子电导率相对较低。在这里，我们表明，富含空位的二氧化钛单层对质子具有高度渗透性，同时对氦气保持不可渗透性，在 200 C 下质子电导率超过 100 S cm-2，并超过了行业路线图设定的目标。快速且选择性的质子传输归因于极高密度的钛原子空位（每平方纳米一个），这有效地将二氧化钛单层转变为埃级筛子。我们的研究结果强调了二维氧化物作为氢基技术膜材料的潜力。

3D打印石墨烯增强热塑性聚氨酯结构的各向异性热导率实现光热转换

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Zihao Kang, Min Xi, Nian Li, Shudong Zhang, Zhenyang Wang

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06470v1

摘要： 太阳能光热转换是利用太阳能最直接的方法之一。在这份手稿中，通过熔融沉积建模（FDM）3D打印工艺开发了一种由石墨烯增强热塑性聚氨酯（G-TPU）和纯热塑性聚氨酯（N-TPU）构成的新型双层结构。所开发的G-TPU-N-TPU双层结构表现出各向异性导热率，同时满足高面内（IP）导热率和低穿面（TP）导热率。顶部 G-TPU 层基本上提供了 4.54 W(mK) 的高 IP 导热率，导致整体结构各向异性导热率比 (TCIP-TCTP) 为 8。TP 方向的低导热率导致了热量保留对蓄热的影响。尽管如此，石墨烯薄片卓越的光热转换效应保证了其优异的光热性能，在光热除冰和红外标签应用中很有前景。最后，还评估了石墨烯片对G-TPU-N-TPU双层结构机械性能的增强，其有助于优异的抗冲击性，穿刺能达到12.86 J，以及非凡的耐磨性，摩擦系数小至0.1超过1000次循环，确保结构适合恶劣环境下的应用。

用于发现下一代储能多孔氧化物材料的生成式人工智能

分类： 材料科学

作者： Joy Datta, Dibakar Datta, Amruth Nadimpally, Nikhil Koratkar

发布时间： 2024-10-09

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06433v1

摘要： 发展多价离子电池的关键挑战在于寻找合适的嵌入主体。开放式隧道氧化物具有一维通道或纳米孔，有望实现有效的离子传输。然而，广泛的组成可能性使得传统的实验和基于量子的方法对于大规模研究来说不切实际。这项工作提出了一个生成式人工智能框架，该框架使用晶体扩散变分自动编码器（CDVAE）和微调的大型语言模型（LLM）来加快发现用于多价离子电池的稳定的开放隧道氧化物材料。通过将机器学习与数据挖掘技术相结合，生成了五种有前途的过渡金属氧化物（TMO）结构。这些结构以形成开放隧道氧化物框架而闻名，并通过密度泛函理论 (DFT) 进行结构验证。结果表明，与材料项目（MP）数据库中的类似成分相比，生成的结构具有较低的形成能，表明热力学稳定性得到改善。此外，基于图的 M3GNet 模型用于松弛进一步生成的结构，为 DFT 提供计算效率更高的替代方案。基于机器学习的对形成能、带隙和船体上方能量的预测完善了选择过程，从而识别出在实际电池应用中具有巨大潜力的材料。这项研究展示了生成式人工智能在快速探索 TMO 广阔化学空间方面的力量，为发现多价离子电池稳定的开放隧道氧化物提供了一种新方法。结果突显了这种方法在促进更可持续的能源存储技术方面的潜力，解决了人们对锂稀缺日益增长的担忧。

使用有或没有预先训练先验的概率机器学习模型预测电池容量衰减

分类： 机器学习, 材料科学

作者： Michael J. Kenney, Katerina G. Malollari, Sergei V. Kalinin, Maxim Ziatdinov

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06422v1

摘要： 锂离子电池是推动移动电子、电动汽车和可再生能源存储革命的关键储能技术。容量保持率是一项重要的性能指标，经常用于评估这些电池是否已接近使用寿命。机器学习 (ML) 提供了一种强大的工具，可根据过去的数据以及可能的先验物理知识来预测容量下降，但在必须做出相应决策的情况下，ML 预测的可信程度具有重要的实际意义基于电池的健康状态。本研究通过量化预测的不确定性，探讨了完全贝叶斯机器学习在预测电池健康状况方面的功效。具体来说，我们实施了三种概率机器学习方法，并评估了它们的预测和不确定性估计的准确性：标准高斯过程 (GP)、结构化高斯过程 (sGP) 和完全贝叶斯神经网络 (BNN)。在 GP 和 sGP 的典型应用中，它们的超参数是从单个样本中学习的，而相比之下，BNN 通常在现有数据集上进行预训练，以在用于推理之前学习权重分布。这种方法上的差异使 BNN 在学习数据集中的全局趋势方面具有优势，并且使 BNN 在训练数据可用时成为不错的选择。然而，我们表明预训练也可以用于 GP 和 sGP 方法来学习超参数的先验分布，并且在预训练的 sGP 的情况下，与 BNN 相比，可以实现类似的精度和改进的不确定性估计。这种方法为广泛的概率机器学习场景提供了一个框架，其中过去的数据可用，并且可用于学习概率机器学习模型的（超）参数的先验。

钛酸铅铁电相变中的热无序和声子软化

分类： 材料科学, 统计力学, 计算物理

作者： Pinchen Xie, Yixiao Chen, Weinan E, Roberto Car

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06414v1

摘要： 我们报告了对晶体 PbTiO3 铁电相变从头开始质量的广泛分子动力学研究。我们利用现代机器学习技术，根据密度泛函理论数据训练的势能和偏振面准确地模拟了非调和性。我们的模拟表明，该转变具有很强的有序-无序特征，与衍射实验一致，并为跨越转变温度时达到平衡的方法提供了新的见解。我们发现宏观偏振由于纳米尺度的偶极转换而出现/消失。我们还计算了铁电相和顺电相的红外光学吸收光谱，发现与实验拉曼频率非常吻合。长期以来，顺电相中拉曼散射检测到的软模式的近乎理想的位移特征与衍射表明的跃迁的有序-无序特征进行了对比。我们通过证明软模式与由于偶极子的热无序而产生的强德拜弛豫共存来解决这个问题。德拜弛豫特征以零频率为中心，并且出现在铁电相和顺电相的转变温度附近。

从 GAP 到 ACE 再到 MACE

分类： 材料科学

作者： Noam Bernstein

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06354v1

摘要： 高斯近似势（GAP）受机器学习启发的函数形式是第一个用于通用原子间势的函数形式。原子簇扩展 (ACE) 以前是 KIM Review 的主题，它的多层神经网络扩展 (MACE) 已加入 GAP 的行列，成为广泛用于机器学习原子间势的方法之一。在这里，我回顾了对原始 GAP 形式主义的扩展，以及基于 ACE 和 MACE 的框架，这些框架保留了良好的功能并减轻了原始 GAP 方法的局限性。

碲化硅 (Si2Te3) 纳米板的高压结构行为

分类： 材料科学

作者： Bohan Li, Frank Cerasoli, Ethan Chen, Martin Kunz, Davide Donadio, Kristie J. Koski

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06323v1

摘要： 碲化硅 (Si2Te3) 是一种二维 (2D) 层状材料，采用金刚石砧室中的同步加速器 X 射线粉末衍射技术 (11.5 GPa) 与第一原理理论相结合，研究了碲化硅 (Si2Te3) 的高压行为。 Si2Te3 在 < 1 GPa 的压力下经历从三方晶体结构到六方晶体结构的相变。在较高压力 (> 8.5 GPa) 下，X 射线衍射显示新峰的出现可能与新的相变一致，尽管我们怀疑 Si2Te3 保留了六方结构。能带结构的密度泛函理论计算揭示了高于 9.1 GPa 的金属化，与之前拉曼光谱的测量以及压力下颜色和透明度的消失一致。理论拉曼光谱再现了实验的突出特征，但更深入的分析表明硅二聚体的方向极大地影响了振动响应。鉴于 Si2Te3 的复杂结构，所产生的高压相的模拟由于无序空位和破碎层状相中 Si-Si 二聚体的初始取向而变得复杂。

通过铟替代抑制拓扑绝缘体中的生成复合噪声

分类： 材料科学

作者： Kanav Sharma, Ritam Banerjee, Anuvab Nandi, Radha Krishna Gopal, Chiranjib Mitra

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06291v1

摘要： 在这项工作中，我们对 (Bi0.3Sb0.7)2Te3(BST) 拓扑绝缘体的高体积绝缘和无序薄膜进行了低频噪声光谱 (1/f)，并将这些薄膜的实验结果与 In掺杂In0.14(Bi0.3Sb0.7)1.86Te3(IBST)，具有增强的体绝缘特性。这些薄膜的厚度保持在 20nm 左右，与温度相关的电阻测量显示出高度的体绝缘特性，其中费米能级位于仅与狄拉克锥相交的体带隙中。对两种薄膜与温度相关的功率谱密度的分析揭示了铟（In）替代在降低这些三元拓扑绝缘体薄膜中的生成复合机制引起的噪声谱方面发挥着重要作用。这些结果为通过噪声光谱探索拓扑量子相变提供了潜力，并提出了在开发可在室温附近运行的高效、低功耗自旋电子器件方面的有前景的应用。

LiBO2 晶体中晶格空位的形成及其对锂离子传输的影响：比较从头算研究

分类： 材料科学

作者： Carson Ziemke, Ha M. Nguyen, Sebastian Amaya-Roncancio, John Gahl, Yangchuan Xing, Thomas W. Heitmann, Carlos Wexler

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06284v1

摘要： LiBO2的单斜晶（m-LBO）和四方晶（t-LBO）多晶型物在锂离子电池的固体电解质和电极涂层等应用中具有巨大的潜力。虽然存在这些多晶型物中电子和锂传输的比较实验研究，但晶格空位对锂传输的作用仍不清楚。在这项研究中，我们采用密度泛函理论（DFT）来研究硼和氧空位对m-LBO和t-LBO中的晶格结构、电子性能和锂迁移能垒（Em）的影响。我们的 DFT 结果表明，硼和氧空位影响两种多晶型物中的锂传输，但影响方式不同。虽然氧空位会降低 m-LBO 中的 Em，但会增加 t-LBO 中的 Em。相比之下，硼空位显着降低了 m-LBO 和 t-LBO 中的 Em，从而提高了两种多晶型物的扩散率和离子电导率。这一改进提出了通过硼空位生成来提高 LiBO2 离子电导率的潜在策略。

纳米图案 CrGeTe3 矫顽力的反常尺寸依赖性

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Avia Noah, Nofar Fridman, Yishay Zur, Maya Klang, Edwin Herrera, Jose Antonio Moreno, Martin E. Huber, Hermann Suderow, Hadar Steinberg, Oded Millo, Yonathan Anahory

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06258v1

摘要： 单畴磁性纳米颗粒的矫顽力通常随着纳米颗粒尺寸的增大而减小，并且当热波动克服磁各向异性时达到零。在这里，我们使用 SQUID-on-tip 显微镜研究了各种尺寸和宽厚比的方形 CrGeTe3 纳米岛的矫顽力。结果揭示了异常的尺寸依赖性矫顽力，较小的岛屿表现出较高的矫顽力。人们发现 CrGeTe3 纳米岛中矫顽力的非常规缩放与岛的宽度和厚度成反比（1 除 wd）。这种缩放意味着纳米岛磁各向异性与周长而不是体积成正比，表明磁边缘状态。此外，我们观察到 1600 nm 宽的岛显示出净剩余场为零的多畴结构，与原始 CrGeTe3 薄片的磁性相对应。我们的研究结果强调了边缘态对 CrGeTe3 磁性能的显着影响，并加深了我们对低维磁系统的理解。

基于二维层状半导体多体 GW-Bethe-Salpeter 和 Kadanoff-Baym 方法的线性和非线性光学响应

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Dmitry Skachkov, Dirk R. Englund, Michael N. Leuenberger

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06218v1

摘要： 二维层状半导体系列，包括 MX（M=Ga、In；X=S、Se、Te）形式的过渡金属硫属化物 (TMC)，表现出卓越的非线性光学特性。对于非线性响应来说，能量上最有利的晶体排序是 AB 层堆叠，它打破了任意数量层的中心反演对称性，从而导致 $\chi^{(2n')}$ 张量的非零非对角元素，$n'$ 是正整数，对于任意材料厚度。我们分别基于 $GW$-Bethe-Salpeter 和 Kadanoff-Baym 方法在平衡状态和非平衡状态下对单层 (ML) 和块状 TMC 晶体的能带结构以及线性和非线性光学响应进行第一原理多体计算，同时采用考虑多体带隙重正化和激子效应。我们通过群和表示理论对线性和非线性光学选择规则进行了详细分析。我们观察到的总体趋势是，2D ML TMC 中的最低能量激子是暗的，而在 3D 体 TMC 中它们是亮的或混合明暗的，我们将其归因于 2D 中的空间依赖屏蔽和 3D 中的恒定屏蔽之间的差异。特别是，我们推导了基于半导体材料中激子态的非线性光学响应的​​通用公式。我们在 ML GaS 中发现了反束缚激子，我们将其归因于主要的激子交换相互作用。我们证明，通过选择质量较大的元件并减少失谐能量，不仅可以增加 $\chi^{(2)}$ 和 $\chi^{(3)}$ 的非线性响应， SHG 和三次谐波产生 (THG)，但通常也适用于 $\chi^{(n)}$ $n>3$ 的非线性响应，从而在二维半导体材料中产生高次谐波产生 (HHG)。

原子层离子辅助纳米材料工程

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 应用物理

作者： Hossein Taghinejad, Mohammad Taghinejad, Sajjad Abdollahramezani, Qitong Li, Eric V. Woods, Mengkun Tian, Ali A. Eftekhar, Yuanqi Lyu, Xiang Zhang, Pulickel M. Ajayan, Wenshan Cai, Mark L. Brongersma, James G. Analytis, Ali Adibi

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06181v1

摘要： 以纳米级精度实现对低维材料特性的确定性控制是一个长期追求的目标。掌握这种能力对多功能电气和光学设备的设计具有革命性的影响。在这里，我们提出了一种离子辅助合成技术，可以精确控制二维（2D）原子晶体的材料成分和能量分布。我们的方法将二元过渡金属二硫属化物 (TMD)（如 MoSe$2$）转化为三元 MoS${2\alpha}$Se${2(1-{\alpha}})$ 合金，其成分可系统调节，$ {\alpha}$.通过在二维原子层内分段组装横向、成分调制的MoS${2\alpha}$Se$_{2(1-{\alpha})}$段，我们提出了一种实现多构图设计师材料。我们的技术能够制造具有任意边界、尺寸小至 30 nm 以及完全可定制的能量景观的复杂结构。我们的光学特性进一步展示了在这些工程二维晶体中实现定制光电器件的潜力。

合成亚铁磁体中破坏的固有对称性引起磁振子-磁振子耦合

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 其他凝聚态物质, 应用物理

作者： Mohammad Tomal Hossain, Hang Chen, Subhash Bhatt, Mojtaba Taghipour Kaffash, John Q. Xiao, Joseph Sklenar, M. Benjamin Jungfleisch

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06167v1

摘要： 合成反铁磁体提供丰富的磁振子能谱，其中光学和声学磁振子分支可以混合。在这里，我们证明了由两种不同的反铁磁相互作用的铁磁金属组成的合成亚铁磁体中声学和光学磁振子的破坏的固有对称性引起的耦合。两种不同的磁振子模式在简并点杂交，如避免的水平交叉所示。避免的跨越间隙取决于磁性层之间的层间交换相互作用，这可以通过调整非磁性层间厚度来控制。揭示了 6 GHz 的异常大的避免电平交叉间隙，超过了基于磁子与光子或磁子和声子耦合的其他磁子混合系统中通常存在的耦合强度。

常压生长条件下镨掺杂对 FeSe0.5Te0.5 块体超导性能的影响

分类： 超导, 材料科学, 应用物理

作者： Manasa Manasa, Mohammad Azam, Tatiana Zajarniuk, Svitlana Stelmakh, Taras Palasyuk, Jan Mizeracki, Tomasz Cetner, Andrzej Morawski, Cezariusz Jastrzębski, Michał Wierzbicki, Andrzej Wiśniewski, Shiv J. Singh

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06159v1

摘要： 通过常规常压合成工艺（CSP）和高气压高温合成工艺（HP -HTS）方法。这些块体通过结构和微观结构分析、拉曼光谱、输运和磁性测量得到了很好的表征。与CSP方法相比，母体的HP-HTS工艺将起始转变温度（Tconset）提高了1.5 K，临界电流密度（Jc）提高了两个数量级。制备的镨掺杂 FeSe0.5Te0.5 高达 10% 的掺杂含量，无论是 CSP 还是 HP-HTS，都略微增加了晶胞体积，并且高压生长产生了几乎纯的超导相，这证实了在铁位点。拉曼光谱测量和 DFT 计算表明 Fe(Se,Te) 晶格的层间距中存在 Pr 原子的替代。 Fe1-xPrxSe0.5Te0.5 的高压生长也使得样品的密度低于 HP-HTS 生长的母体样品。输运和磁测量表明，Tconset几乎不受Pr掺杂的影响，而Pr掺杂的FeSe0.5Te0.5的Jc相对于CSP生长的母体样品增强了一个数量级，但低于CSP生长的母体样品。高压高温超导。因此，无论掺杂含量和生长条件如何，Fe 位点的 Pr 掺杂都能保持 Tconset 并提高 FeSe0.5Te0.5 的 Jc。这些结果有望在铁基超导体的实际应用中通过 CSP 工艺改善 Jc 性能而不影响 Tconset，并且与铜酸盐和 MgB2 等其他超导体的发现一致。

电沉积非晶磺基硒化钼作为低成本催化剂

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Lee Kendall, Giovanni Zangari, Stephen McDonnell

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06136v1

摘要： 总体而言，由于不存在离散的基面和不同的结构排列，MoSx 系统比传统的 MoS2 系统表现出更大的催化活性。这增加了整体催化位点密度，同时短程原子排列提供了足够的电子传导性，可用于电化学过程。在这里，我们将之前通过在晶体系统中掺入 Se 来改善电催化的努力转化为聚合物系统，因为 a-MoSx 中的几个活性位点具有与 MoS2 中相似的基序和键合环境。我们使用单电解质电沉积合成技术来提供可扩展的低成本材料。我们通过拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外-可见光谱和电化学方法的综合研究，证明了电解质条件对薄膜物理、化学、电子和催化性能的影响，以及硒含量的函数。总之，这些结果突出了硒在 Se-MoSx 系统中在促进这些催化剂的催化效率方面的作用。

通过原子动力学蒙特卡罗模拟控制用于纳米级互连的 TaN 势垒和组合 Ru-TaN 势垒/衬垫衬底上的 Cu 形态

分类： 材料科学, 化学物理, 计算物理

作者： Samuel Aldana, Cara-Lena Nies, Michael Nolan

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06133v1

摘要： 由于互连通孔中可用于金属沉积的体积不断减少，电子器件的小型化给后端加工中的金属互连沉积带来了严峻的挑战。目前，铜被用作互连金属，需要阻挡层和衬垫层来分别防止扩散到硅中并促进光滑导电金属膜的沉积。然而，它们占据了互连通孔的很大体积，由于所需的高深宽比，互连通孔已经非常狭窄。设计组合的阻挡层/衬垫材料提供了促进平滑薄膜沉积、避免孤岛化的机会，并释放宝贵的体积来沉积所需数量的互连金属。我们在这里首次对 Ru 改性 TaN 作为双功能势垒/线材料的潜力进行了原子动力学蒙特卡罗 (kMC) 研究，以促进沉积铜的二维形貌，从而优化有限的可用互连体积。 kMC 模拟使用密度泛函理论 (DFT) 激活势垒来预测组合势垒/衬垫材料对沉积铜形态的作用，并首次提供了预测技术上重要的基材上金属沉积的工具。我们研究了在 300 K、500 K 和 800 K 的沉积温度下，在一系列基材上不同分压下的 Cu 沉积，包括未改性的 TaN 和表面掺有 25% 或 50% Ru 的 TaN。沉积模拟预测了 Cu 膜的粗糙度，岛的大小和数量、基底暴露面积（作为 2D 与 3D 形态的衡量标准）、层占用率、致密性（作为薄膜质量的衡量标准）以及退火的影响。未改性 TaN 上沉积的 Cu 表现出明显更高的粗糙度和基材暴露面积，证明了岛的形成......

$R$$x$Lu${1-x}$B$_{12}$ 固溶体中 $x$ $\leq$ 0.03 的输运性质和科勒规则：金属十二硼化物中真的存在电荷条纹吗？

分类： 强关联电子, 材料科学

作者： M. Anisimov, N. Samarin, V. Krasnorussky, A. Azarevich, A. Bogach, V. Glushkov, S. Demishev, V. Voronov, N. Shitsevalova

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06110v1

摘要： 已知非磁性金属 LuB${12}$ 表现出相当大的输运各向异性，文献中通过不同的机制对此进行了解释，包括在 $\sim$ 150K 点以下可能形成动态电荷条纹。在这里，我们研究基于 LuB${12}$ 主体化合物的固溶体的输运性质，其通式为 $R$$x$Lu${1-x}$B${12}$ ($R$$- $Dy、Er、Tm、Yb、Lu) 和 $x$ $\leq$ 0.03。该实验是在 1.8 $-$ 300K 温度范围内、磁场高达 82kOe 的高质量单晶上进行的。讨论了几种模型在零场电阻率分析中的应用。横向磁阻 $\Delta$$\rho$/$\rho$($H$) = $\mu_D^2$$H^2$ 的大正二次分量的现象学描述，它在所有正在研究的化合物中占主导地位，允许估计漂移迁移率指数变化$\mu_D$ $\sim$ $T^{-\alpha}$，索引为$\alpha$ $\approx$ 0.95 $-$ 1.46。为了检查是否存在由动态电荷条纹的可能存在引起的附加散射通道，我们对 Dy${0.01}$Lu${0.99}$B${12 中磁阻的各向异性进行了研究}$ 和 Tm${0.03}$Lu${0.97}$B${12}$ 组合物包括不同电流和场几何形状的场扫描测量。获得的数据使我们能够确认在 30 $-$240K 的宽温度区间内满足半经验科勒规则，无论电流和磁场的方向如何。这一结果被认为证明了不存在由条纹引起的额外散射通道。我们认为，电荷传输各向异性起源于 $R$$x$Lu${1-x}$B${12}$，一方面是由于电子声子散射的各向异性，另一方面是由于另一方面，费米面 (FS) 拓扑（在低温下）。

二元合金变形辅助沉淀的相场晶体建模

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Alex Mamaev, Duncan Burns, Nikolas Provatas

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06099v1

摘要： 我们考虑在存在机械变形的情况下二元合金的沉淀过程。通常观察到，沉淀之前或期间的机械变形会导致微观结构具有过量缺陷，从而增强沉淀物成核和生长速率。为了研究这种现象，我们采用了具有温度依赖性迁移率的二维相场晶体合金模型，使其能够恢复具有临界温度特征拐点（鼻子）的等温转变（TTT）图。我们研究了沉淀时间尺度的变化及其与所施加变形的时间尺度的联系，重点关注原子缺陷在所涉及过程中的作用。我们的结果表明，通过施加变形，沉淀最初被延迟，直到达到临界应变，超过该临界应变，在晶界屈曲或位错成核等塑性变形的帮助下，沉淀进行得更快。我们表明，沉淀分数 $f(t)$ 的演变偏离了经典的 Avrami 行为。具体来说，$df/dt$ 形成两个峰值，表明 $f(t)$ 出现“平台”状拐点，标志着向缺陷辅助沉淀成核的过渡。我们将这些平台作为变形率的函数进行分析，并证明随着施加变形的时间尺度的增加，它们表现出不连续的分岔。这些发现与实验进行了比较并发现与实验一致。

锑化物异质结构上的外延铝层用于探索约瑟夫森结效应

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 超导

作者： W. Pan, K. R. Sapkota, P. Lu, A. J. Muhowski, W. M. Martinez, C. L. H. Sovinec, R. Reyna, J. P. Mendez, D. Mamaluy, S. D. Hawkins, J. F. Klem, L. S. L. Smith, D. A. Temple, Z. Enderson, Z. Jiang, E. Rossi

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06085v1

摘要： 在本文中，我们介绍了我们最近在锑化物异质结构上外延生长铝 (epi-Al) 的工作结果，其中外延 Al 薄膜在室温或零摄氏度以下生长。在这些外延铝薄膜中观察到 $T \sim 1.3$ K 处的急剧超导转变，并且临界磁场遵循 BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）模型。我们进一步表明，在外延铝/锑化物异质结构中制造的约瑟夫森结中实现了超电流态，其迁移率 $\mu \sim 1.0 \times 10^6$ cm$^2$/Vs，使这些异质结构成为一个有前途的平台探索量子微电子应用中的约瑟夫森结效应，以及实现鲁棒的拓扑超导态，从而有可能实现本质上容错的量子位和量子门。

反铁电交替磁铁：反铁电改变磁铁

分类： 材料科学, 介观和纳米物理

作者： Xunkai Duan, Jiayong Zhang, Zhenyu Zhang, Igor Zutic, Tong Zhou

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.06071v1

摘要： 磁电耦合对于揭示高密度数据存储和节能设备的基本现象和推进技术至关重要。交变磁体的出现结合了铁磁体和反铁磁体的优点，为磁电耦合提供了前所未有的机会。然而，电调谐交流磁体仍然是一个突出的挑战。在这里，我们演示了如何通过使用反铁电性和铁电性来调制交流磁体中的自旋分裂，并采用通用的、基于对称的设计原理来克服这一挑战。我们引入了一种未经探索的多铁性材料：反铁电交变磁体（AFEAM），其中反铁电性和交变磁性共存于单一材料中。通过第一性原理计算，我们验证了 AFEAM 在成熟的范德华金属硫代（硒）磷酸盐和钙钛矿氧化物中的可行性。我们揭示了 AFEAM 的设计，范围从二维单层到三维体结构。值得注意的是，即使是弱电场也可以通过在反铁电态和铁电态之间切换来有效地切换 AFEAM 中的自旋极化。我们的研究结果不仅丰富了对磁电耦合的理解，而且为电控自旋电子和多铁性器件铺平了道路。

金兹堡-兰道-德文郡模型中非磁性反斯格明子的产生、湮灭和传输

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 模式形成和孤子

作者： V. Stepkova, J. Hlinka

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05906v1

摘要： 原子模型计算最近表明，菱形钛酸钡中纳米级铁电纳米域横截面的极化图案显示出明显的反斯格明子属性，例如负二的净不变拓扑电荷。目前的工作证实，这些拓扑缺陷也以局部最小值的形式存在于离散化的Ginzburg-Landau-Devonshire模型中，该模型广泛应用于相场建模研究。我们通过相场模拟探索如何使用电场在单畴铁电矩阵内产生或移动反斯格明子。场引起的反斯格明子湮灭的过程揭示了中间反斯格明子态离散阶梯的存在，其半径不同，但具有共同的对称性、拓扑和几何性质。

Y$_3$AlFe$4$O${12}$石榴石的室温和低温磁性参数

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Vladyslav Borynskyi, Dariia Popadiuk, Anatolii Kravets, Yuliia Shlapa, Serhii Solopan, Vladislav Korenivski, Anatolii Belous, Alexandr Tovstolytkin

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05879v1

摘要： Y$3$AlFe$4$O${12}$ 石榴石陶瓷的磁性已在较宽的温度 ($3-370$ K) 和磁场（高达 $2$ kOe）范围内进行了研究。详细分析了温度变化对某些特定应用磁特性的影响。随着温度的降低，有效各向异性常数 $K{Eff}$ 急剧升至 $\sim150$ K 以下，而饱和磁化强度 $M_s$ 仅略有变化（$<20%$ 内） $3-250$ K）。交换刚度 $A_{ex}$ 和自旋波刚度 $D$ 参数反映了低温下相对平滑的磁化行为，但当 $T$ 接近 $T_C\approx436$ K 时显示出快速下降。畴壁厚度和临界单畴尺寸的温度依赖性与纯 Y$_3$Fe$5$O${12}$ (YIG) 的相应值相关，并且与理论估计一致。最后，我们讨论了如何利用所获得的结果来定制 YIG 基材料的磁性能以用于技术应用。

单晶 RuO$_2$ 中的晶体结构和磁序缺失

分类： 材料科学

作者： Lara Kiefer, Felix Wirth, Alexandre Bertin, Petra Becker, Ladislav Bohatý, Karin Schmalzl, Anne Stunault, J. Alberto Rodríguez-Velamazán, Oscar Fabelo, Markus Braden

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05850v1

摘要： RuO$_2$ 长期以来被认为是一种顺磁性金属，在低温下具有理想的金红石型结构，但最近对单晶的研究声称存在反铁磁序和晶体结构中一些对称性破缺的证据。我们使用 O$_2$ 或 TeCl$_4$ 作为传输介质，通过蒸气传输生长了 RuO2 单晶。这些晶体表现出遵循 $T^2$ 低温关系的金属行为和可归因于泡利顺磁性的小顺磁化率。电导率和磁化率测量都没有提供 300K 和 $\sim$4 K 之间磁性或结构转变的任何证据。使用中子和 X 射线辐射的综合单晶衍射研究揭示了金红石结构在我们的晶体中持续到 2K ，并显示出近乎完美的化学计量。先前对对称禁反射的观察可归因于多重衍射。 1.6K 的偏振单晶中子衍射实验排除了所提出的有序矩大于 0.01 玻尔磁子的反铁磁结构。

Zintl 相 EuIn2P2 中可变范围跳跃的证据

分类： 材料科学

作者： Tomasz Tolinski, Qurat Ul Ain, Karol Synoradzki, Andrzej Lapinski, Sylwia Zieba, Tetiana Romanova, Karan Singh, Orest Pavlosiuk, Piotr Wisniewski, Dariusz Kaczorowski

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05825v1

摘要： 我们报告了单晶 Zintl 型材料 EuIn2P2 的磁、电传输、光谱和热性质的综合表征。该化合物以六方晶胞（空间群 P63/mmc）结晶，并在 TC=24K 下磁性有序，Eu 磁矩在 ab 平面内铁磁性排列，但沿 c 轴方向交替倾斜。有效磁矩和饱和磁矩与 Eu2+ 离子的预期理论值一致。对于 40K 以上几十开尔文的范围，EuIn2P2 的电传输主要由短程磁相互作用决定。电阻率的温度依赖性已根据可变范围跳跃进行了建模。后一种情况的另一个迹象似乎是观察到 EuIn2P2 的负磁阻与磁场强度和缩放磁化强度的二次相关性。拉曼带位置和半高宽以及声子寿命的温度依赖性证实了在输运和磁性研究中观察到的独特区域的存在。

使用多边 X 射线散射分析了解硅阳极中不可逆的锂损失

分类： 材料科学

作者： Michael A. Hernandez Bertran, Diana Zapata Dominguez, Christopher Berhaut, Samuel Tardif, Alessandro Longo, Christoph Sahle, Chiara Cavallari, Ivan Marri, Nathalie Herlin-Boime, Elisa Molinari, Stéphanie Pouget, Deborah Prezzi, Sandrine Lyonnard

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05794v1

摘要： 在第一个充放电循环中，硅基电池由于固体电解质中间相（SEI）的形成以及合金化过程中膨胀-收缩序列导致的形态变化而表现出严重的容量损失。为了理解这种首次循环的不可逆性，需要定量方法来表征大部分循环电极中硅和锂的化学环境。在这里，我们报告了一种基于多边 X 射线拉曼散射的方法，该方法在第一个循环后在完全锂化和完全脱锂状态下制备的模型硅电极上进行。光谱记录在 C、O、F 和 Li K 边缘以及 Si L2,3 边缘。使用实验和计算的参考光谱的线性组合对它们进行分析。我们使用典型的 SEI 化合物如 Li2CO3、LiF 和 LiPF6，以及电极成分如粘合剂和导电碳、晶体 Si、原生 SiO2、LixSi 相（x 为锂化指数）来识别主要物质，分离它们的相对贡献，并定量评估有机和无机产品的比例。我们发现，锂化过程中 SEI 中形成的碳酸盐有 30% 在脱锂时溶解，而这部分 Li15Si4 合金在脱锂后仍然存在。通过结合电化学分析和 XRS 结果，我们发现在第一次循环中损失的锂中有 17% 被捕获在不连续的硅颗粒中，而 30% 形成富含氟的稳定 SEI，53% 形成富含碳酸盐的部分溶解的 SEI。这些结果为在受控充电状态和健康状态条件下制备的大量电极的 SEI 特性的系统性、参考数据知情和建模辅助研究铺平了道路。

材料弹性决定多孔材料中裂纹动力学的缩放行为：裂纹渗透的前兆

分类： 材料科学, 经典物理学

作者： Ruhul A. I. Haque, T. Dutta

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05758v1

摘要： 虽然开裂是一种复杂的动力学，涉及材料的内在特性，如晶粒形状和尺寸分布、晶粒和胶结材料的弹性特性以及载荷的外在特性，但在这项工作中，重点是检查材料弹性特性的依赖性。粘合材料。 3 维无序系统由不同半径的球体构成，这些球体是从对数正态分布中随机选择的。监测微裂纹随着压缩应变的增加而增长，直到渗透裂纹的极限。变化的两个参数是材料的粘合刚度常数和粘合强度。在临界应变 $\epsilon_{knee}$ 上观察到两种不同的裂纹率状态，在累积裂纹应变图中表现为拐点。临界应变 $\epsilon_{knee}$ 和渗透点 $\epsilon_{perc}$ 处的应变显示出对粘结材料弹性特性的幂律依赖性。观察到单个微裂纹急剧增长到最大值$N^{k_{b}}{max}$，之后新微裂纹的数量减少，呈现长尾。发现最大$N^{k{b}}{max}$对应于应变$\epsilon{knee}$，因此表明前$N^{k_{b}}{max}$系统的开裂行为首先是脆性开裂，其次是延性开裂行为。最后，我们证明 $\epsilon{knee}$ 和 $\epsilon_{perc}$ 之间存在稳健关系，这是幂律，其中指数是材料弹性属性的函数。由于 $\epsilon_{knee}$ 可以通过与微裂纹相关的声学信号来确定，因此我们提出的关系可以作为对导致裂纹渗透的临界应变的警告。

通过二维铁磁体 NiSbO3 中的层间铁磁耦合可调谐高陈数量子反常霍尔效应

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Xuebing Peng, Mingsu Si, Daqiang Gao

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05718v1

摘要： 由于存在多个无耗散手性边缘态，高陈数量子反常霍尔效应（QAHE）非常重要且令人着迷。在这里，我们预测单层 NiSbO3 具有陈数 C = 3，由反常霍尔电导和手性边缘态证实。负责铁磁有序的磁各向异性能量 (MAE) 为 0.641 meV，源自 Ni-d 和 Sb-p 轨道，其中来自相同自旋向上通道的贡献的 MAE 占主导地位。在正向电场下，负MAE使易磁化方向垂直于表面，有利于实现高陈数QAHE。模拟的居里温度为 291 K。有趣的是，在双层中，由于层间铁磁耦合，获得的 C = 6 是单层的两倍。我们的工作为拓扑量子器件和自旋电子学的潜在应用提供了有前途的候选者。

使用变形因子和可解释的机器学习识别具有卓越热电性能的高度变形范德华层状硫属化物

分类： 材料科学, 计算物理

作者： Qi Ren, Yingzhuo Lun, Bonan Zhu, Gang Tang, Jiawang Hong

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05658v1

摘要： 范德华层状硫属化物柔性热电器件在可穿戴电子产品中显示出巨大的应用潜力。然而，既高度可变形又表现出优异热电性能的材料极其有限。迫切需要能够有效预测变形能力和热电性能的方法，以实现这些材料的高通量筛选。在这项研究中，从材料数据库中高通量筛选了超过 1000 种范德华层状硫属化物，并用我们之前开发的变形因子预测了其变形能力。开发了基于机器学习方法的准确有效的模型来预测热电性能。成功发现了几种同时具有变形能力和热电势的候选材料。其中NbSe2Br2经第一性原理计算验证，在1000K时ZTmax值为1.35，是目前柔性无机热电材料中的最高值。而300K时8.1 {\mu}Wcm-1K-2的功率因数值也超过了大多数有机和无机柔性热电材料。其高变形能力主要归因于允许层间滑移的小滑移能和允许在破坏前变形的小面内模量。高ZTmax主要归因于高温下极低的热导率和沿面外方向的高塞贝克系数。室温下的高功率因数主要来自于面内方向的高电导率。该研究有望加速基于无机半导体材料的柔性热电器件的开发和应用。

加速低能结构配置的发现：一种集成第一性原理计算、蒙特卡洛采样和机器学习的计算方法

分类： 材料科学, 机器学习

作者： Md Rajib Khan Musa, Yichen Qian, Jie Peng, David Cereceda

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05604v1

摘要： 寻找最小能量配置 (MEC) 在物理、化学和材料科学等领域至关重要，因为它们代表了系统最稳定的状态。特别是，在被视为候选 PFM 的多组分合金中识别此类 MEC 至关重要，因为它决定了合金内最稳定的原子排列，直接影响其相稳定性、结构完整性和热机械性能。然而，由于搜索空间随着考虑的原子数量呈指数增长，因此使用计算成本昂贵的第一原理 DFT 计算获得此类 MEC 通常会导致一项繁琐的任务。为了避免上述物理保真度和计算效率之间的折衷，我们开发了一种新颖的基于物理的数据驱动方法，该方法结合了蒙特卡罗采样、第一原理 DFT 计算和机器学习，以加速多组分合金中 MEC 的发现。更具体地说，我们利用成熟的聚类扩展 (CE) 技术和局部离群因子模型来建立增强 CE 方法可靠性的策略。在这项工作中，我们展示了所提出的方法对于钨基四元高熵合金的特殊情况的能力。然而，该方法适用于其他类型的合金，并且具有广泛的应用范围。

机械驱动聚合物散射的机器学习反演

分类： 软凝聚态物质, 材料科学, 计算物理

作者： Lijie Ding, Chi-Huan Tung, Bobby G. Sumpter, Wei-Ren Chen, Changwoo Do

发布时间： 2024-10-08

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05574v1

摘要： 我们开发了一种机器学习反演方法，用于分析机械驱动聚合物的散射函数并提取相应的特征参数，其中包括能量参数和构象变量。该聚合物被建模为受弯曲能约束的固定长度键链，并且会受到拉伸和剪切等外力的影响。我们生成一个由能量参数的随机组合组成的数据集，包括弯曲模量、拉伸和剪切力，以及蒙特卡罗计算的散射函数和构象变量，例如端到端距离、回转半径和关闭-回转张量的对角分量。通过散射函数捕捉能量参数对聚合物的影响，主成分分析确保了机器学习反演的可行性。最后，我们使用部分数据集作为训练集来训练高斯过程回归器，并使用其余数据验证训练后的回归器的反演。回归器成功提取特征参数。

具有硬核的多壳纳米结构中的有效粒子

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 其他凝聚态物质, 原子物理学, 量子物理学

作者： H. R. Christiansen, R. M. Lima

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05518v1

摘要： 对多壳异质结构中具有位置依赖性质量的介质内有效载流子进行了分析研究。我们获得了三维束缚本征态的精确谱和几个 von Roos 排序类的散射波函数。将连续变化的质量归因于多层球形系统中的载流子，我们使用我们的解决方案来计算光学特性，例如纳米异质结构的吸收系数和折射率。我们详细分析了 GaAs/Al-GaAs 合金的情况，并展示了这些结果如何取决于动力学哈密顿量的排序类别。

拓扑缺陷介导的手性磁体中的缓慢平衡弛豫

分类： 介观和纳米物理, 材料科学

作者： Chenhao Zhang, Yang Wu, Jingyi Chen, Haonan Jin, Jinghui Wang, Raymond Fan, Paul Steadman, Gerrit van der Laan, Thorsten Hesjedal, Shilei Zhang

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05485v1

摘要： 我们对手性磁体 Cu$_2$OSeO$_3$ 进行了泵浦探针实验，以毫秒磁场脉冲作为泵浦，共振弹性 X 射线散射作为泵浦，研究其非共线磁序的弛豫动力学。探测。我们的研究结果表明，在圆锥晶格相和斯格明子晶格相受到扰动后，系统需要 $\sim$0.2 s 才能稳定；明显慢于微磁学中观察到的典型纳秒时间尺度。这种长时间的弛豫归因于局部拓扑缺陷（例如突现单极子）的形成和缓慢消散。通过揭示非共线磁系统中这些新兴奇点的实验寿命，我们的研究强调了慢动力学范围内孤子纹理的普遍弛豫机制，为拓扑物理和先进信息存储解决方案提供了新的见解。

母陈能带的手性超导及其非阿贝尔推广

分类： 强关联电子, 介观和纳米物理, 材料科学, 超导

作者： Yan-Qi Wang, Zhi-Qiang Gao, Hui Yang

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05384v1

摘要： 我们提出了一个从具有四次色散的母陈能带开始的最小模型，可以描述菱面体四层石墨烯中的自旋谷极化电子。研究了母带上排斥性和吸引力相互作用之间的相互作用。我们进行了标准的自洽平均场计算，并发现了由金属、量子反常霍尔晶体、手性拓扑超导体以及平凡带隙玻色-爱因斯坦凝聚体组成的丰富相图。特别是，在零温度下存在从手性超导体到玻色-爱因斯坦凝聚体的拓扑相变。在菱形堆叠多层石墨烯中复合费米液体最近的实验和理论研究的推动下，我们基于场论分析进一步将物理电子模型推广到其复合费米子对应物。我们认为，手性自旋液相可以出现在复合费米子的手性超导相附近，即非阿贝尔摩尔-里德量子霍尔相。我们的工作表明菱面体多层石墨烯作为丰富相关拓扑相的潜在平台。

用于分析异常光谱响应的幂律磁化率函数

分类： 材料科学, 应用物理

作者： Anis Allagui, Enrique H. Balaguera

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05219v1

摘要： 通过将非整数功率参数引入频域函数，将介电材料磁化率的经典德拜模型扩展到著名的 Cole-Cole、Davidson-Cole 或 Havriliak-Negami 模型。为了解释实验数据与理想情况的异常偏差，这通常是必要的。对于德拜模型，用松弛函数或响应函数表示的相应时域描述采用一阶微分方程的形式，但对于修改后的模型，涉及相对复杂的积分微分算子。在这项工作中，我们研究了描述德拜偏振函数的时域动力学方程的扩展，以包括两个额外的自由度；一个将极化函数的一阶时间导数转换为 Caputo 分数阶时间导数，另一个将线性项更改为幂项。从电气角度来看，它产生具有两个分数参数的恒定相位元件。

发射表面陷阱导致球状 CsPbBr3 量子点中不对称的光致发光线形状

分类： 材料科学

作者： Jessica Kline, Shaun Gallagher, Benjamin F. Hammel, Reshma Mathew, Dylan M. Ladd, Robert J. E. Westbrook, Jalen N. Pryor, Michael F. Toney, Matthew Pelton, Sadegh Yazdi, Gordana Dukovic, David S. Ginger

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05194v1

摘要： 量子点的形态在控制其光物理方面起着重要作用。在这里，我们探索了通过室温三辛膦氧化物/PbBr2 方法合成的球形 CsPbBr3 量子点的光致发光。尽管光致发光量子产率接近 100%，但这些球形量子点表现出细长的红色光致发光尾部，这是在通过热注入合成的典型立方量子点中未观察到的。我们通过结构和光学表征（包括小角度 X 射线散射、透射电子显微镜和时间分辨、稳态和单量子点光致发光）来探索这种细长的红尾。根据这些测量，我们得出结论，红尾源自发射表面陷阱。我们假设这些发射表面陷阱位于（111）表面，并表明可以通过添加苯乙基溴化铵来钝化这些陷阱，从而产生更对称的线形

双圆偏振光拓扑半金属簇工程

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 强关联电子

作者： Maitri Ganguli, Aneek Jana, Awadhesh Narayan

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05158v1

摘要： 我们研究了双圆偏振光（BCL）照明对拓扑半金属（即多重费米子和线节点半金属）的影响。我们通过低能和晶格模型证明，多重费米子和线节点半金属的能带结构在 BCL 照明下表现出丰富的特征。对于多重费米子，我们证明如果 BCL 的两个频率分量之间的相对幅度 $r$ 与相对频率 $\eta$ 相关，则 $r^2 = \eta$，那么对于材料相关参数的任何选择，带接触点保持不变，没有任何移位或带隙开口。对于 BCL 参数的其他选择，我们发现带隙相位和带移动接触点的无隙相位。通过调整 BCL 参数 $r$ 和 $\eta$，线节点半金属还表现出不同的相，从照明下受保护的线节点到点节点。总的来说，我们的分析和数值结果表明 BCL 是获得可调拓扑相位的通用工具。

硒化锑中各向异性极化子的形成

分类： 材料科学, 光学

作者： Yijie Shi, Xi Wang, Zhong Wang, Zheng Zhang, Fuyong Hua, Chao Chen, Chunlong Hu, Jiang Tang, Wenxi Liang

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05155v1

摘要： 硒化锑 (Sb$_2$Se$_3$) 是一种有吸引力的光伏候选材料，但其效率尚未令人满意。除了缺陷之外，还提出了源自晶格畸变的极化子形成来解释捕获自由载流子以及随后的光激发动力学和光电性质，但这种机制仍然缺乏结构观察。在这里，我们通过光学和电子衍射泵浦探针方法直接跟踪光激发后载流子和晶格的演化路径，揭示两个自由度动力学之间的时间相关性。观察到Se2-Sb2和Sb2-Sb1原子对在几皮秒内发生相反的分离变化，以及持续数十皮秒的局部结构畸变引起的中间态，与光学声子布居和耦合以及载流子的俘获过程相一致分别与极化子模型的原子位移场对漫散射的调制分析一起表明了大尺寸各向异性极化子的形成。我们的研究结果提供了载体和结构信息，有助于阐明 Sb2Se3 中的极化子场景，并且可能在具有各向异性结构和软晶格的材料中，这些材料在开发新型光电子学中很受欢迎。

大应变下微观结构对纳米多孔材料力学行为的影响

分类： 材料科学, 计算物理

作者： Rajesh Chandrasekaran, Mikhail Itskov, Ameya Rege

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05112v1

摘要： 纳米多孔材料的特征在于其复杂的多孔形态，表现为固体网络和空隙的存在。这些空隙的比例由结构的孔隙率来表征，这影响材料的整体机械性能。大多数有关多孔材料力学的文献都集中在其弹性特性的密度依赖性上。除了孔隙率之外，其他孔隙特征，即由孔径分布描述的孔径和形状，以及孔壁尺寸和形状，也会影响这些材料的体响应。在这项工作中，使用计算框架研究了大变形下纳米多孔材料的机械结构-性能关系。确定了相互依赖的微观结构参数。在合成和微观结构参数之间成功关联后，可以通过控制这些参数来指导和优化多孔材料的合成。

无限石墨烯狭缝中的纳米限制水相变：分子动力学模拟和平均场洞察

分类： 材料科学

作者： Felipe Hawthorne, Virgília M. S. Neta, José A. Freire, Cristiano F. Woellner

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.05053v1

摘要： 最近的实验和计算研究表明，纳米约束深刻地改变了水的相行为，促进了在远低于本体系统中通常观察到的压力和温度下的复杂相变。当与吸附相结合时，纳米限制显着增强了吸水率，这主要是由于等温曲线起始处发生的冷凝——这种现象与促进氢键网络的形成密切相关。在这项研究中，我们采用双重方法来研究无限石墨烯狭缝内限制的水。我们的分子动力学模拟揭示了所有研究温度下的滞后现象。与有限狭缝中由于边缘的表面张力效应而产生滞后现象不同，在无限狭缝的情况下，滞后现象是纳米级真正相变的结果。我们分析了水分子的空间和方向排列，展示了石墨烯表面如何促进相邻水层中氢键网络的形成。使用简单的相互作用晶格模型在平均场水平上解释了这种纳米环境中吸水所需的非常低的压力。这归因于临界压力对吸附质-吸附剂相互作用的指数依赖性。

量子度量量级的非线性输运理论

分类： 介观和纳米物理, 材料科学, 其他凝聚态物质

作者： Zhen-Hao Gong, Z. Z. Du, Hai-Peng Sun, Hai-Zhou Lu, X. C. Xie

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04995v2

摘要： 量子度量是对希尔伯特空间时空的一种探索，它在非线性电子输运中被发现是可测量的，并引起了极大的兴趣。我们通过在与量子度量相同的对称性下推导出二次非线性电导率的 14 个公式中未知的 11 个，证明量子度量只是冰山一角。这些公式使我们能够确定磁点组的非零非线性电导率元素，计算任意哈密顿量的二次非线性电导率，例如带有和不带有 $C_{3} 的偶数层 MnBi$_2$Ti$_4$ 薄膜$对称性，并在量子度量的量级上制定标度定律，以区分最近实验中的不同机制。该理论是对二次非线性输运的全面描述，将有利于未来的实验和应用。

从头算准谐波自由能计算的六面体金属的高温高压热弹性：铍的情况

分类： 材料科学

作者： Xuejun Gong, Andrea Dal Corso

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04971v1

摘要： 我们在准谐波近似 (QHA) 内对 hcp 铍的温度和压力依赖性热弹性特性进行了系统的从头开始研究。对广泛应用于从头热力学计算中的零静态内应力近似 (ZSISA) 和体积约束 ZSISA 的精度进行了量化。特别是，将 ZSISA 对 $C_{11}$ 和 $C_{12}$ 计算的影响与一种新颖的数值方法进行了比较，该方法最小化了每个应变下原子位置的自由能。在铍中，ZSISA 中存在微小偏差，这使得 EC 与完全自由能最小化 (FFEM) 非常一致。 QHA 和准静态近似 (QSA) 之间存在显着差异，前者更接近实验。在 QSA 中，我们将通过沿着 $0$ K 处的“应力-压力”等温线（在 V-ZSISA 内）的一组几何形状进行插值获得的 EC 与在晶体参数的二维网格上进行更一般的插值进行比较，该插值允许沿 $0$ kbar 等压线计算 EC。本文为研究极端条件下 hcp 金属的热弹性性能提供了一种实用的方法。

通过近表面膨胀进行聚焦氦离子束纳米加工

分类： 应用物理, 材料科学

作者： Sherry Mo, Dana O. Byrne, Frances I. Allen

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04953v1

摘要： 聚焦氦离子束显微镜是一种多功能成像和纳米加工仪器，可实现亚 10 纳米分辨率的直写光刻。由于氦离子注入而导致的基底表面下损伤和膨胀通常是不希望有的。然而，这些效应也可以用于特定的纳米加工任务。为了探索这一点，我们使用各种辐照策略研究了聚焦氦离子束引起的块状晶体硅和独立式非晶氮化硅膜的膨胀。我们表明，由于氦离子注入而产生的近表面空隙可用于诱导表面纳米结构并创建表面下纳米通道。通过调整离子剂量和束能量，可以控制肿胀特征的尺寸和深度。演示了数百纳米的膨胀高度，并且对于嵌入的纳米通道，显示了低至 30 nm 的空隙内径。潜在的应用包括纹理化基底的工程和片上纳米流体传输装置的原型设计。

银氟化的初始阶段：扫描隧道显微镜研究

分类： 材料科学

作者： Jazmín Aragón Sánchez, Antonio Caporale, Ilya Degtev, Luciana Di Gaspare, Luca Persichetti, Maurizio Sansotera, Adrián Gómez Pueyo, Monica De Seta, José Lorenzana, Luca Camilli

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04858v1

摘要： 我们使用低温扫描隧道显微镜 (LT-STM) 来表征银氟化的早期阶段。在 Ag(100) 上，我们仅观察到一种吸附物种类，其显示出依赖于偏差的 STM 形貌。值得注意的是，在负偏置电压 $V_{\rm B}<0$ 下，表观形状可以描述为被护城河状凹陷（阔边帽）包围的圆形突起。随着电压的增加，表观形状发生变化，最终演变成圆形凹陷。从STM图像中，我们确定吸附位点为中空位置。在 Ag(110) 上，我们发现吸附物具有三种不同的 STM 形貌。一种类型表现出与 Ag(100) 上观察到的 $V_{\rm B}$ 相同的形状变化，即，随着电压从负值变为正值，从草帽形状变为圆形凹陷；无论$V_{\rm B}$如何，其他两种类型都被观察为圆形凹陷。从STM图像中，我们发现三种吸附物位于Ag(110)表面的短桥、空心和顶部位置，相对丰度分别为60%、35%和5%。

He$^+$离子辐照调节Bi取代钇铁石榴石薄膜的垂直磁各向异性

分类： 材料科学

作者： Sreeveni Das, Rhodri Mansell, Lukáš Flajšman, Lide Yao, Johannes W. van der Jagt, Song Chen, Dafiné Ravelosona, Liza Herrera Diez, Sebastiaan van Dijken

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04849v1

摘要： 我们报告了通过 He$^+$ 离子辐照连续调节垂直磁化铋取代钇铁石榴石 (Bi-YIG) 薄膜的磁各向异性。我们的研究结果表明，在注量超过 $2\times 10^{14}$ 的 He+ 离子照射后，sGGG 衬底上的外延 Bi-YIG 薄膜的磁化方向从生长状态的面外转变为面内离子/cm$^2$。重新取向归因于拉伸薄膜应变的松弛，这降低了垂直磁各向异性而不影响饱和磁化强度。吉尔伯特阻尼参数和铁磁共振线宽的不均匀展宽仅显示出离子辐照的最小增加。此外，在注量为 $5\times 10^{13}$ ions/cm$^2$ 的情况下，我们观察到 Bi-YIG 薄膜中磁泡域的形成。微磁模拟估计 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用为 0.006 mJ/m$^2$，这不足以稳定 N'eel 型斯格明子。最后，我们证明 He$^+$ 离子辐照的影响可以通过氧气气氛中的热退火在很大程度上逆转。

拓扑半金属中逆挠曲电效应的观察

分类： 材料科学, 介观和纳米物理, 强关联电子

作者： Hidefumi Takahashi, Yusuke Kurosaka, Kenta Kimura, Akitoshi Nakano, Shintaro Ishiwata

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04831v2

摘要： 固体中电极化和弹性变形之间的强耦合是创建有用的机电纳米器件的重要因素。这种耦合通常在具有反演对称性破缺的绝缘材料中允许，如铁电材料中的压电效应所例证的。因此，从这个角度来看，具有金属性和中心对称性的材料往往超出了范围。在这里，我们报告了通过在拓扑半金属 (V,Mo)Te2 中施加交流电流，观察到巨大的弹性变形，无论中心对称性如何。考虑到晶体和能带结构以及不对称测量配置，以及普通半金属 TiTe2 中不存在机电效应，观察到的效应根据金属中 Berry 相衍生的逆挠曲电效应进行讨论。对拓扑半金属中挠曲电效应的观察为新型纳米级机电传感器和能量收集铺平了道路。

位错滑移的激活熵

分类： 材料科学

作者： Arnaud Allera, Thomas D. Swinburne, Alexandra M. Goryaeva, Baptiste Bienvenu, Fabienne Ribeiro, Michel Perez, Mihai-Cosmin Marinica, David Rodney

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04813v1

摘要： 通常认为，与位错滑移（控制体心立方金属强度的过程）相关的活化熵要么是恒定的，要么通过经验迈耶-内德尔（MN）定律与焓和应力相关。我们提出了一项原子研究，表明虽然这两种情况都可能会遇到，具体取决于模拟方法的完善，但该过程的 MN 定律是原子间相互作用的简单径向模型的产物，该模型预测崎岖的能量景观，并且不一定与历史上认为的体积模量的温度演变。比较经典和专用机器学习 (ML) 原子间势，我们发现经典调和理论和非调和计算与经典模型之间存在惊人的巨大差异，对位错速度产生了几个数量级的影响，而两种预测都与使用ML，预测恒定的激活熵。基于经典势的模拟是材料建模的基石，可能会受到这些高估的熵效应的广泛影响。

用于聚合物性能预测的分子拓扑深度学习

分类： 材料科学, 人工智能, 机器学习

作者： Cong Shen, Yipeng Zhang, Fei Han, Kelin Xia

发布时间： 2024-10-07

链接： http://arxiv.org/abs/2410.04765v1

摘要： 准确有效地预测聚合物性能对于聚合物设计至关重要。用于聚合物性能评估的传统实验工具和基于密度函数理论 (DFT) 的模拟既昂贵又耗时。最近，大量基于图的分子模型出现，并展示了分子数据分析的巨大潜力。即使取得了巨大的进步，这些模型仍然倾向于忽略数据中的高阶和多尺度信息。在本文中，我们开发了用于聚合物特性分析的分子拓扑深度学习（Mol-TDL）。我们的 Mol-TDL 将高阶交互和多尺度特性融入拓扑深度学习架构中。关键思想是将聚合物分子表示为一系列不同尺度的单纯复合体，并相应地建立单纯神经网络。来自不同尺度的聚合信息可以更准确地预测聚合物分子特性。