二維材料復合光纖實現超高非線性效應

二維材料復合光纖實現超高非線性效應

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心白雪冬課題組與北京大學劉忠范院士、劉開輝研究員合作，提出一種液相輔助兩步化學氣相沉積法在多孔光纖孔內壁上直接生長二維過渡金屬硫族化合物，制備出具有超高非線性的二維材料復合光纖。相關論文發表于Nature Nanotechnology。論文描述的方法有效解決了二維材料前驅體在大縱橫比光纖中傳質不勻的問題，實現了多種二維材料及其合金在不同種類規格光纖（空心石英管光纖和光子晶體光纖等）中均勻全覆蓋生長，長度最大可達25cm。在此基礎上，研究團隊進一步基于該復合光纖的非線性的實部和虛部分別進行了相應的應用研究。

范德瓦爾斯磁性材料的靈敏應變磁翻轉

南京大學物理學院繆峰團隊與合作者利用應變來實現層狀磁性材料物性調控的獨特優勢，為低功耗磁存儲器件研究提供了新思路。相關論文發表于Advanced Materials。鐵磁材料具有非易失性的磁性狀態，是用來實現信息存儲的理想載體。通過外場對其進行調控，并實現可控的磁性狀態變化，是磁存儲器件工作的物理基礎。應變調控可以在較大范圍內改變材料的晶格結構，有望為實現新機制磁存儲提供新思路。基于此，研究團隊利用面內單軸應力，對層狀磁性材料Fe3GeTe2（FGT）的磁性狀態進行原位調控，在實驗上實現了超靈敏的磁矩翻轉，并對FGT中磁性狀態的應變調控機制進行了理論分析和解釋。

軟物質表面浸潤動力學研究

中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室項目研究員關東石等在軟物質表面浸潤動力學研究中取得進展。相關論文發表于Physical Review Letters。流體界面在固體表面的運動普遍存在。研究人員通過在原子力顯微鏡探針的微棒上附著柔性聚合物，系統研究移動接觸線在軟物質表面上的動力學特征。實驗中測得的毛細力遲滯環顯示靜態接觸線在脫釘時呈現出力過沖，且過沖幅度隨保持時間和運動速度呈對數增長。進一步通過建立力學模型，提出軟表面上浸潤脊的緩慢增長（老化現象）與布朗運動協助跨壘的共同影響，是移動接觸線粘滑運動具有狀態和速率依賴性的微觀力學起源。

量子點單模激光研究

中國科學院上海光學精密機械研究所激光與紅外材料實驗室微結構光物理研究團隊獲得新型鈣鈦礦量子點/微腔復合結構，實現整個可見光波段內連續可調的高品質單模激光輸出。相關論文發表于Journal of Materials Chemistry C。膠體量子點激光器易操作、普適性強。研究團隊通過浸涂自組裝技術將銫鉛鹵化鈣鈦礦膠體量子點共形沉積在高品質的單個亞微米氧化鋅六角回音壁微腔表面，實現鈣鈦礦量子點/氧化鋅復合微腔結構，并實驗獲得高品質、低閾值的單模激光。通過調節微腔結構的尺寸、鈣鈦礦量子點的尺寸和量子點的組成元素，在整個可見光譜區域實現寬帶可調諧的量子點單模激光。

在氮化硼表面制備手性可控的石墨烯納米帶

中國科學院上海微系統與信息技術研究所王浩敏研究員團隊在六角氮化硼（h-BN）表面成功制備了手性可控的GNR，并進行了輸運性質研究。相關論文發表于Nature Materials。h-BN是一種具有優異的化學和熱穩定性的寬帶隙二維材料。h-BN具有六角蜂窩網狀晶體結構和原子級平整的表面，不存在表面懸掛鍵和陷阱電荷，是可以保持GNR本征電學性質的理想襯底。該研究首次將手性可控的GNR面內集成在h-BN晶格中，是面向開發具有原子層厚度的高性能集成電路邁出的重要一步，為實現操控和堆垛具有極薄厚度的復雜納米集成電路提供了一個新的途徑。

利用初始條件進行流動減阻控制

西北工業大學航海學院胡海豹教授團隊與航空學院郗恒東教授團隊合作，提出了一種僅通過改變初始條件來調控泰勒渦的新方法，實現了對泰勒渦尺度的大范圍穩定調節。相關論文發表于Journal of Fluid Mechanics。減小航行器在流體中運動時所受的阻力是航空、航天、航海領域的關鍵技術問題之一。新方法能將泰勒渦長度拉伸至通常長度的約1.9倍，從而顯著降低流動中的動量交換強度，減小流動阻力；利用該方法可實現接近20%的減阻效果，且減阻效果隨雷諾數變化較小。與現有流動減阻方法相比，該項基于泰勒渦調控的減阻新方法不需要外加機械裝置，也不需要外部輸入能量或加入添加劑，易于工程實現。

器件物理研究進展

中國科學院微電子研究所微電子器件與集成技術重點實驗室劉明、李泠等在器件物理研究中獲得進展。相關論文發表于Nature Communications。傳統的三維半導體材料表面存在大量的懸掛鍵，可通過捕獲和散射等方式影響和限制自由載流子的運動。類似于三維半導體材料的表面態，單層二維材料（如二硫化鉬和石墨烯）在邊界原子的終止和重建可以產生邊界態，這使二維材料產生較多獨特的現象。該研究通過對單層MoS2/WSe2晶體管進行器件測試、掃描隧道顯微鏡實驗觀測和第一性原理計算，發現二維材料的邊界態是控制器件亞閾值特性及影響器件遷移率的關鍵因素，首次提出這種邊界態是拉廷格液體的物理本質。

離子束納米材料合成及改性研究

山東大學物理學院陳峰教授團隊在離子束合成新型金屬納米顆粒及其光學應用、離子束改性二維材料及其生物醫學應用的研究中取得進展。相關成果發表于Small。論文提出了一種異質雙層納米顆粒結構，利用相鄰納米顆粒層間散射引起的能量轉移，達到增強非線性光學材料的三階非線性光學響應的效果。通過順序離子注入方法在鈮酸鋰晶體中合成了嵌入式銅、銀雙層納米顆粒，分布于鈮酸鋰晶體表面以下100nm深度范圍內，并結合彈性碰撞模型和熱分解理論揭示了雙層納米結構的形成機理。利用光學非線性增強的鈮酸鋰晶體作為可飽和吸收體置于激光諧振腔中，可實現具有更短脈寬的1微米調Q鎖模波導激光輸出。