封面说明

<正>2004年,石墨烯的成功剥离为二维晶体的研究打开了一扇大门;2014年,单层黑磷(SLBP)的发现又为该领域注入了新的活力.由于SLBP在电子迁移率和开关比方面均显示出优异的特性,所以被认为是继石墨烯和单层二硫化钼之后,在薄膜电子学、光学器件以及对各向异性敏感的新型电子元件等方面最具应用前景的一种后石墨烯材料.目前,国际上很多科研团队和优秀的科学家们已从不同的角度对SLBP展开了深入的研究.因SLBP显著的脆性,其力学性质以及力电耦合特性对实际应用有着重要影响,故该晶体在实验室制备出来     

石墨烯霍尔元件

回顾了石墨烯霍尔元件的现状,并展望了其应用前景.石墨烯霍尔元件能够充分发挥石墨烯材料迁移率高和单原子薄层等优势,规避其没有带隙或者小带隙的缺陷,其主要的性能包括灵敏度、线性度、分辨率、温度稳定性等都超过了基于传统半导体材料的霍尔元件,而且制备工艺简单,容易得到高性能的石墨烯磁敏传感器.基于化学气相沉积(CVD)生长并转移到绝缘基底上的石墨烯材料,批量制备出高质量性能均匀的石墨烯霍尔元件.通过低温的器件加工工艺,将石墨烯霍尔元件集成到硅基互补性金属氧化物半导体(CMOS)电路中,实现了高性能混合霍尔集成电路,展示了石墨烯霍尔元件与硅基CMOS集成电路良好的工艺兼容性.     

二维黑磷的制备及表面修饰技术研究进展

黑磷,一种与石墨烯结构相似的新型二维材料,从2014年出现伊始就受到了全世界的广泛关注.黑磷是一种直接带隙半导体,其带隙能随层数可调,具有独特的电学、光学特性和良好的生物相容性,在晶体管、光通讯、能源、生物医学等领域都具有极大的应用潜力;但其目前也存在制备方法不够完善、稳定性差等缺点.本文简单介绍了二维黑磷的结构、性质和应用研究,重点综述了二维黑磷的制备方法和表面修饰以提高稳定性的方法,并展望了二维黑磷的发展趋势和应用前景.     

缺陷对石墨烯纳米带金属度的弱化作用

通过在石墨烯纳米带(graphene nanoribbon, GNR)中引入一对跳跃参数相等的零模(即一对零模态的C–C键)构建金属石墨烯纳米带模型,在金属GNR模型的基础上建立单空位缺陷浓度为1.429%和2.857%的石墨烯纳米带模型,并基于密度泛函理论探究缺陷位置对其金属度的影响.研究表明:零模C–C键引入后, GNR表现出比未引入之前宽得多的金属带,其金属带宽由91.49 me V增加为452.92 meV.在金属GNR中,缺陷所处位置对引入单空位缺陷的难易程度影响较大.在GNR超晶胞中引入一个单空位缺陷时,缺陷对距离较近的零模C–C键产生的影响远强于较远的零模,这导致GNR几何结构对称性被破坏,局域的电荷转移加剧.当缺陷位置接近纳米带边缘时, GNR的电子特性容易发生改变,部分GNR带隙被打开,缺陷模型完成从金属向半导体的转变.在缺陷浓度为2.857%的GNR中,由于缺陷位置的对称设置, GNR在几何构型和电荷转移情况方面保留了其原始对称性,最大程度地保证了两零模间的跳跃幅度,使GNR保持金属性不变.石墨烯纳米带缺陷模型的金属带宽均低于仅引入零模C–C键的GNR模型金属带宽,...     

快电子学的进化

分析了快电子学从孕育发展到成熟的过程, 阐述了快电子学发展过程中形成的应用、技术和理论三个层次的关系, 并简述了近年来在电磁场仿真、并行采样和抖动研究方面的进展. 介绍了快电子学在国民经济和大科学工程中的应用成果.     

第五主族材料:从三维到单层材料

自从2004年石墨烯的成功制备,近10年以来,见证了二维材料在凝聚态物理、材料科学以及化学等领域的飞速发展.尽管石墨烯具有迁移率高、透光性好、柔韧度大等优点,但当其作为半导体材料时,却是一个零带隙半导体.因而,研究者便将目光集中到与之相邻的一族元素—第五主族层状结构的磷、砷、锑和铋.剥离出二维结构的第五主族纳米材料(磷烯、砷烯、锑烯和铋烯)展现了许多新奇的、前所未有的特性,在电子器件与光电纳米器件的应用上有着无限的前景和价值.本文将从理论计算模拟和实验进展两个方面,系统总结磷烯、砷烯、锑烯和铋烯的物理、化学性质以及相关研究的进展.最后,基于磷烯、砷烯、锑烯和铋烯材料目前的研究现状,将对其在未来的研究前景和探索方向进行展望.     

超材料结构的弹性波带隙主动调控研究进展

周期超材料结构由多个相同的子结构根据一定的规律性和周期性组成,具有特殊的力学特性,比如带隙.弹性波只能在特定的频带(通带)内沿超材料结构传播,而在其他频带(带隙或禁带)内的弹性波将被阻隔.利用带隙特性可以实现弹性波过滤、振动和噪声控制等,由此学者进行了大量的研究工作,希望获得各种具有更好带隙特性的超材料结构.然而在实际工程应用中,超材料结构的尺寸往往已被固定,频率带隙的宽度以及位置往往成为限制其实用性的问题.因此,分析超材料结构中弹性波带隙的主动调控具有重要的理论与实际意义,可以为周期结构的振动控制和减振设计提供理论依据.本文针对周期超材料结构,综述了其中弹性波带隙主动调控问题的研究现状,简述了近年来发展的弹性波带隙主动调控研究方法,介绍了热点的研究结果,并提出了值得进一步深入研究的问题.     

科学家发明可折叠石墨烯电池

<正>近日,一种能够存储能量的新型石墨烯折叠装置问世了。2018年,美国麻省理工学院的西班牙科学家团队发现,当2层石墨烯以一个"神奇角度"缠扭在一起时,就会表现出非常规的超导电性。由此,一条全新的研究思路被打开了。如今,英国科学家利用该项发现     

"太空电梯"制造之门

发现地球上"强度最高物质" 人们熟悉的铅笔是由石墨制成的,而石墨则是由无数只有碳原子厚度的石墨烯薄片压叠形成.石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料,是碳的二维结构.自从2004年石墨烯被发现以来,有关的科学研究就从未间断过.然而直到最近,美国科学家才首次证实了人们长久以来的怀疑,石墨烯竟是目前世界上已知的强度最高的材料!     

2010年度诺贝尔奖获得者简介

物理学奖: 英国曼彻斯特大学科学家海姆(A.Geim)和诺沃肖洛夫(K.Novoselov)因在制备二维空间材料"石墨烯"方面的突破性实验获2010年度诺贝尔物理学奖.石墨烯是至今发现的厚度最薄、强度最高的材料,有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破,一旦投入实际应用将给人类社会带来革命性变化.     

半氢化石墨烯片层具有铁磁性

理论和实验研究发现,石墨烯全氢化(石墨烷)可发生金属相向半导体相转变.北京大学工学院先进材料与纳米技术系孙强研究小组与合作者应用密度泛函理论,研究发现当石墨烷片层中半数氢被去除,得到的半氢化石墨烯     

三维声学超材料的高阶拓扑态

位于"边缘的边缘"上的高阶拓扑态的发现为限制和控制光波、声波以及弹性波的传输提供了一种新思路.目前,高阶拓扑态已在二维的机械、电磁、光学、声学和弹性系统中得以实现.然而,三维声学系统中对高阶拓扑态的研究却鲜有报道.本研究针对这一现象提出了一种具有一阶表面态和二阶铰链态的三维声学超材料.该三维声学超材料可以在其布里渊区的K-H方向上形成二重简并的交线.改变超材料单胞内外耦合强度的相对大小,线性简并交线打开形成完全带隙,生成平庸型和拓扑非平庸型声学超材料.能带结构、特征频率及传输效率的分析结果表明,当内耦合强度小于外耦合强度时,带隙范围内声学超材料具有拓扑非平庸的一阶表面态和二阶铰链态;当内耦合强度大于外耦合强度时,带隙范围内声波将无法在声学超材料的任何部位传播,该声学超材料是平庸的.三维声学超材料高阶拓扑态的实现突破了二维系统的局限,在声波能量回收和高精度声传感器方面具有潜在应用前景.     

军备竞赛的混沌动力学模型

混沌力学模型在物理学中的成功应用,极大地激发了科学家将它应用于更广泛的诸如军备竞赛这样的领域中去.如果把从和平到战争的转变看成是从稳定到不稳定、从有序到混沌的转变,那么,混沌动力学模型十分确切地描述了这一转变过程.     

立方氮化硼薄膜的织构生长

立方氮化硼(C-BN)除了具有一系列类似于金刚石的优异的物理化学性质,如高硬度(仅次于金刚石),宽带隙(E_g≈6.6eV),高的电阻率和高的热导率外,还具有一些优于金刚石的性质,如比金刚石高的热稳定性和化学稳定性,容易实现p型和n型掺杂(而金刚石的n型掺杂国际上至今尚未实现),与Si,GaAs更接近的热膨胀系数.因此,C-BN在力学、光学、热学、电子学等方面有着极其广泛的应用前景.其中最为诱人的前景是在电子学方面,首先作为一种易于p型,n型掺杂的宽带隙半导体材料,它可以应用于高温、高频、大功率、抗辐射电子器     

结晶化胶体阵列的制备及其可调光子带隙性质

利用离子交换方法制备了由单分散聚苯乙烯微球(直径为70和140 nm)构成的结晶化胶体阵列结构, 研究了其光子带隙随微球体积分数和分散剂类型的变化规律, 以及在结晶化胶体阵列中荧光素染料的发光性质. 这种结晶化胶体阵列结构可以用作可调带隙的液态光子晶体, 在传感器、光子带隙材料、凝聚态物理等领域有广泛的应用前景.     

十字排列椭圆孔声子晶体板的双通道滤波

采用有限元方法对二维十字排列椭圆孔周期结构的带隙及传输特性进行了研究,发现此类结构具有较宽的带隙范围.基于该研究,构造了由3种不同尺寸代表性单元组成的双通道波导结构,并通过有限元建模计算,分析了该结构的双通道滤波性能.根据理论计算模型设计制作了亚克力材料的双通道声子晶体薄板,并进行传输特性测试,实验数据验证了仿真结果的准确性.研究结果表明,通过调节3种代表性单元的尺寸,改变声子晶体的带隙分布,可以实现不同频率弹性波在双通道结构中的定向传输.     

液态金属田:春施一粒肥,秋收二维GaN

正在浩瀚的材料世界中,漫天飘浮着星河光尘,有一颗名叫"氮化镓"(GaN)的星闪着夺目的蓝光,映入人们的眼帘.它的出现使人类可以用到更加环保的白色光源,降低了全球范围的照明成本.诺贝尔奖评选委员会在评价基于GaN的蓝色发光二极管(LED)的声明中说:"白炽灯点亮了20世纪, 21世纪将由LED灯点亮".1承得天独厚之优,予光电热万里之域基于GaN3.4eV的直接带隙和良好的物理化学稳定性,日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修     

面向微电子应用的二维过渡金属硫族化合物制备进展

二维原子晶体材料所独有的结构特性带来了诸多优异的性质.与石墨烯相比,二维过渡金属硫族化合物(TMDs)拥有不同大小且可调控的带隙,在微电子和光电器件领域有着广阔的应用前景.本文对二维TMDs材料"自上而下"和"自下而上"的制备方法进行了总结,对比了机械剥离、液相剥离和化学气相沉积等常见制备技术,并归纳了各自的优缺点.同时基于未来晶圆级二维TMDs器件,重点介绍了化学气相沉积法及其面向应用需要解决的问题.最后总结了二维TMDs材料在微电子器件应用中的研究进展.     

锡烯的研究进展

石墨烯研究的巨大成功推动了二维晶体材料研究领域的蓬勃发展,和碳同族的Ⅳ族元素组成的具有类石墨烯结构的二维晶体材料受到了广泛的关注,其中由锡元素组成的锡烯晶体由于其优异的物理特性成为研究的热点之一.理论计算表明锡烯是一种大能隙的量子自旋霍尔效应绝缘体,还能够转化为二维的拓扑超导体.锡烯晶体在电子无耗散输运、自旋流产生、高性能热电、光电器件、拓扑量子计算等方面都具有重要的潜在应用价值.本文针对最近几年来锡烯的研究进展进行简要的综述.首先简单描述为什么锡烯晶体具有特殊的物理特性,然后介绍锡烯理论研究的进展以及最近利用分子束外延技术在锡烯晶体薄膜制备方法取得的突破,最后对今后可能的实验研究方向和内容进行了展望.     

阴极电子学的发展方向

阴极是电真空器件中的电子泉源,是一个必不可少的組成部份,随着电真空器件的迅速发展,对阴极也提出了很多严格的要求。为了滿足这些要求,就要大力展开阴极电子学的研究。但阴极电子学本身又是一門相对独立的科学。如果它得到进一步的发展,也可以为电真空器件打开新的道路。下面分别談一下阴极电子学几个方面的发展方向: 热电阴极热电阴极由于便于控制,在电真空器件中应用甚为广泛,因此也是阴极电子学研究的重点。它和电真空器件的联系也最为密切。近代电真空器件的发展方向之一就是提高功率,这是由于国际通訊日益頻繁和星际通訊的宏伟前景而引起的。在提高功率的同时,