前沿物理

二維量子磁體中的“幽靈軟模”與KT物理

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心、北京航空航天大學、復旦大學和香港大學的合作研究團隊孟子楊研究員等人借助張量重正化群與量子蒙特卡洛方法確認阻挫磁體材料TmMgGaO4（TMGO）的微觀模型為量子伊辛模型，精準確定了其微觀模型參數。研究論文發表于Nature Communications。據此，研究者預言磁性晶體T M G O在特定的溫度范圍內會展現出Kosterlitz-Thouless (KT) 相，此項理論工作首次在實際二維磁性晶體中預言了K T物理的存在。M旋子在上K T相變點附近急劇軟化，但和通常意義下的軟模不同，并不對應某種具體的對稱性恢復，從這個意義上，T M G O中的M旋子是一種奇特的“幽靈軟模”。

(a) TMGO晶體結構及鐘態有序示意圖。（b）熱力學相圖。（c）條紋狀有序，贗自旋映射，自旋翻轉與渦旋對激發圖像。（圖片來源于中國科學院物理研究所網站）

二維自旋阻挫量子磁體 TMGO的量子多體蒙特卡洛動力譜學模擬結果。（a）（c）（d）運用了正確的微觀模型參數。（b）為之前工作中錯誤的參數結果，在團隊的研究工作中得到了糾正。（圖片來源于中國科學院物理研究所網站）

高穩定性鈣鈦礦藍光電致發光二極管制備

西安交通大學吳朝新教授等人制備了具有高穩定性鈣鈦礦藍光電致發光二極管。研究論文發表于ACS Energy Letters。研究表明多重陽離子調控策略為新型發光材料的設計開辟了新的途徑。同時，多重陽離子調控與“絕緣層—鈣鈦礦—絕緣層”結構的強強聯合，為未來設計兼具高效且高穩定的藍光PeLED器件提供了新策略。藍光材料及其發光二極管在照明和顯示中起著至關重要的作用。近年來，得益于其低成本、光譜易調諧、高載流子遷移率及高熒光量子效率等優勢，基于鈣鈦礦材料的發光二極管（PeLED）由于高發光效率成為國際研究熱點。作為白光三原色之一，與綠光和紅光相比，藍光二極管已被證明是最具挑戰性。

時間分辨X射線吸收譜打開光催化CO2 還原反應的“黑匣子”

中國科技大學熊宇杰光催化團隊與中國科學院高能物理研究所陶冶的X射線時間分辨團隊、北京師范大學張文凱超快光譜團隊合作，利用時間分辨同步輻射X射線吸收譜和瞬態吸收光譜，成功捕捉到三聯吡啶鎳（I I）催化劑在C O2反應過程中的動態配位和電子結構信息及電子轉移行為，并結合DFT理論計算，揭示了均相光催化CO2還原整個反應途徑。研究論文發表于Journal of the American Chemical Society。科研人員利用時間分辨同步輻射X射線吸收譜，捕捉到激光激發0.4微秒后Ni(II)催化反應中心形成還原態的Ni(I)中間體。研究了反應過程中催化劑的配位和電子結構如何動態演化。

一類新的量子臨界現象

浙江大學關聯物質研究中心和物理學系袁輝球教授團隊與國內外合作者首次在純凈的重費米子化合物中發現鐵磁量子臨界點，并且觀察到奇異金屬行為。研究論文發表于Nature。這一發現打破了人們普遍認為鐵磁量子臨界點不存在的傳統觀念，并且將奇異金屬行為拓展到鐵磁量子臨界材料中。該研究不僅為量子相變研究引向一個新的方向，并且將銅基高溫超導和反鐵磁重費米子材料中觀察到的奇異金屬行為延伸到了鐵磁體系。有助于揭示奇異金屬行為的共同起源。由于超導與量子相變常常有著非常緊密的關系，鐵磁量子臨界點的發現也可以促進相關超導的研究。

離心壓縮機內部流場與溫度場協同理論研究

中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心研究人員開展了壓縮空氣儲能系統離心壓縮機內部流動場與溫度場協同理論研究方面的研究。研究成果發表于Journal of Thermal Science。新興的壓縮空氣儲能對傳統的離心壓縮機技術帶來了挑戰。通過引入換熱器內部流動與傳熱協同理論的思想，獨創性地提出了高負荷葉輪機械內部流場-溫度場的場協同分析方法，該方法不同于換熱器場協同理論追求高的換熱效率，而是追求工質高做功能力。基于能量守恒基本方程，獲得了流場與溫度場的協同角方程，即葉柵內流場速度與溫度場梯度矢量的方向角余弦，提出了協同面積與能量損失的定量關系，建立了葉柵內部流場—溫度場的協同理論。

葉輪通道內各截面協同角分布（圖片來源于中國科學院工程熱物理研究所網站）

葉輪通道內各截面協同面積比分布（圖片來源于中國科學院工程熱物理研究所網站）

狄拉克半金屬在量子極限下的霍爾熱電導平臺

北京大學物理學院吳孝松研究員與南方科技大學張立源教授、美國麻省理工學院傅亮教授、布魯克海文國家實驗室顧根大教授等合作，在強磁場下使狄拉克半金屬ZrTe5進入量子極限態，觀測到了巨大的磁熱電效應和不同尋常的霍爾熱電導平臺，并給出了理論解釋。研究論文發表于Nature Communications。這項研究制備了高品質的ZrTe5晶體，樣品理論分析表明，該平臺的出現是三維狄拉克/外爾費米子在量子極限下的獨特輸運行為，為研究此類拓撲體系提供了獨特的研究手段，也證明了拓撲半金屬材料在熱電領域的應用潛力。具有極低的載流子濃度和超高遷移率，從而能夠探測狄拉克點附近的本征性質。

熱帶太平洋變暖導致降水年際變率增強的物理機制研究

中國科學院大氣物理研究所吳波研究員等與日本氣象廳氣象研究所（MRI/JMA）Hirokazu Endo博士和Akio Kitoh博士合作，采用基于單獨大氣模式（MRI_AGCM3.1H）的理想模擬試驗，研究了氣候態SST增暖影響北半球冬季赤道中東太平洋降水年際變率的相關物理機制。研究論文發表于Climate Dynamics。水汽收支分析表明垂直速度的增強對厄爾尼諾相關的降水異常增加貢獻最強，而變暖下水汽增加的作用次之。基于濕靜力能的診斷分析表明垂直速度的增強源于低層暖濕空氣的向上輸送項增強，垂直速度和云的長波輻射效應存在正反饋。垂直速度的增強增加了高云量并抬升了云頂高度，導致更多的云長波輻射加熱大氣。

錫烯薄膜中的第二類伊辛配對機制

清華大學物理系張定副教授和薛其坤教授領導的中德合作團隊，在具有高對稱性的材料——錫烯薄膜中觀測到了數倍于理論預期的臨界磁場，清晰地觀測到了溫度逼近絕對零度時臨界磁場的發散行為，給出了伊辛超導非常強的證據。研究論文發表于Science。研究者利用極低溫強磁場下原位旋轉測量技術，系統測量了不同厚度錫烯樣品在近乎整個超導溫度區間上臨界磁場的變化行為，發現上臨界磁場不僅超出泡利極限，而且在溫度逼近絕對零度時仍無飽和跡象，這是典型的伊辛超導行為。通過理論與實驗進一步解釋，提出了由自旋軌道耦合與材料對稱性共同作用的新一類伊辛配對機制，即第二類伊辛配對機制。