前沿物理

二维量子磁体中的“幽灵软模”与KT物理

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心、北京航空航天大学、复旦大学和香港大学的合作研究团队孟子杨研究员等人借助张量重正化群与量子蒙特卡洛方法确认阻挫磁体材料TmMgGaO4（TMGO）的微观模型为量子伊辛模型，精准确定了其微观模型参数。研究论文发表于Nature Communications。据此，研究者预言磁性晶体T M G O在特定的温度范围内会展现出Kosterlitz-Thouless (KT) 相，此项理论工作首次在实际二维磁性晶体中预言了K T物理的存在。M旋子在上K T相变点附近急剧软化，但和通常意义下的软模不同，并不对应某种具体的对称性恢复，从这个意义上，T M G O中的M旋子是一种奇特的“幽灵软模”。

(a) TMGO晶体结构及钟态有序示意图。（b）热力学相图。（c）条纹状有序，赝自旋映射，自旋翻转与涡旋对激发图像。（图片来源于中国科学院物理研究所网站）

二维自旋阻挫量子磁体 TMGO的量子多体蒙特卡洛动力谱学模拟结果。（a）（c）（d）运用了正确的微观模型参数。（b）为之前工作中错误的参数结果，在团队的研究工作中得到了纠正。（图片来源于中国科学院物理研究所网站）

高稳定性钙钛矿蓝光电致发光二极管制备

西安交通大学吴朝新教授等人制备了具有高稳定性钙钛矿蓝光电致发光二极管。研究论文发表于ACS Energy Letters。研究表明多重阳离子调控策略为新型发光材料的设计开辟了新的途径。同时，多重阳离子调控与“绝缘层—钙钛矿—绝缘层”结构的强强联合，为未来设计兼具高效且高稳定的蓝光PeLED器件提供了新策略。蓝光材料及其发光二极管在照明和显示中起着至关重要的作用。近年来，得益于其低成本、光谱易调谐、高载流子迁移率及高荧光量子效率等优势，基于钙钛矿材料的发光二极管（PeLED）由于高发光效率成为国际研究热点。作为白光三原色之一，与绿光和红光相比，蓝光二极管已被证明是最具挑战性。

时间分辨X射线吸收谱打开光催化CO2 还原反应的“黑匣子”

中国科技大学熊宇杰光催化团队与中国科学院高能物理研究所陶冶的X射线时间分辨团队、北京师范大学张文凯超快光谱团队合作，利用时间分辨同步辐射X射线吸收谱和瞬态吸收光谱，成功捕捉到三联吡啶镍（I I）催化剂在C O2反应过程中的动态配位和电子结构信息及电子转移行为，并结合DFT理论计算，揭示了均相光催化CO2还原整个反应途径。研究论文发表于Journal of the American Chemical Society。科研人员利用时间分辨同步辐射X射线吸收谱，捕捉到激光激发0.4微秒后Ni(II)催化反应中心形成还原态的Ni(I)中间体。研究了反应过程中催化剂的配位和电子结构如何动态演化。

一类新的量子临界现象

浙江大学关联物质研究中心和物理学系袁辉球教授团队与国内外合作者首次在纯净的重费米子化合物中发现铁磁量子临界点，并且观察到奇异金属行为。研究论文发表于Nature。这一发现打破了人们普遍认为铁磁量子临界点不存在的传统观念，并且将奇异金属行为拓展到铁磁量子临界材料中。该研究不仅为量子相变研究引向一个新的方向，并且将铜基高温超导和反铁磁重费米子材料中观察到的奇异金属行为延伸到了铁磁体系。有助于揭示奇异金属行为的共同起源。由于超导与量子相变常常有着非常紧密的关系，铁磁量子临界点的发现也可以促进相关超导的研究。

离心压缩机内部流场与温度场协同理论研究

中国科学院工程热物理研究所储能研发中心研究人员开展了压缩空气储能系统离心压缩机内部流动场与温度场协同理论研究方面的研究。研究成果发表于Journal of Thermal Science。新兴的压缩空气储能对传统的离心压缩机技术带来了挑战。通过引入换热器内部流动与传热协同理论的思想，独创性地提出了高负荷叶轮机械内部流场-温度场的场协同分析方法，该方法不同于换热器场协同理论追求高的换热效率，而是追求工质高做功能力。基于能量守恒基本方程，获得了流场与温度场的协同角方程，即叶栅内流场速度与温度场梯度矢量的方向角余弦，提出了协同面积与能量损失的定量关系，建立了叶栅内部流场—温度场的协同理论。

叶轮通道内各截面协同角分布（图片来源于中国科学院工程热物理研究所网站）

叶轮通道内各截面协同面积比分布（图片来源于中国科学院工程热物理研究所网站）

狄拉克半金属在量子极限下的霍尔热电导平台

北京大学物理学院吴孝松研究员与南方科技大学张立源教授、美国麻省理工学院傅亮教授、布鲁克海文国家实验室顾根大教授等合作，在强磁场下使狄拉克半金属ZrTe5进入量子极限态，观测到了巨大的磁热电效应和不同寻常的霍尔热电导平台，并给出了理论解释。研究论文发表于Nature Communications。这项研究制备了高品质的ZrTe5晶体，样品理论分析表明，该平台的出现是三维狄拉克/外尔费米子在量子极限下的独特输运行为，为研究此类拓扑体系提供了独特的研究手段，也证明了拓扑半金属材料在热电领域的应用潜力。具有极低的载流子浓度和超高迁移率，从而能够探测狄拉克点附近的本征性质。

热带太平洋变暖导致降水年际变率增强的物理机制研究

中国科学院大气物理研究所吴波研究员等与日本气象厅气象研究所（MRI/JMA）Hirokazu Endo博士和Akio Kitoh博士合作，采用基于单独大气模式（MRI_AGCM3.1H）的理想模拟试验，研究了气候态SST增暖影响北半球冬季赤道中东太平洋降水年际变率的相关物理机制。研究论文发表于Climate Dynamics。水汽收支分析表明垂直速度的增强对厄尔尼诺相关的降水异常增加贡献最强，而变暖下水汽增加的作用次之。基于湿静力能的诊断分析表明垂直速度的增强源于低层暖湿空气的向上输送项增强，垂直速度和云的长波辐射效应存在正反馈。垂直速度的增强增加了高云量并抬升了云顶高度，导致更多的云长波辐射加热大气。

锡烯薄膜中的第二类伊辛配对机制

清华大学物理系张定副教授和薛其坤教授领导的中德合作团队，在具有高对称性的材料——锡烯薄膜中观测到了数倍于理论预期的临界磁场，清晰地观测到了温度逼近绝对零度时临界磁场的发散行为，给出了伊辛超导非常强的证据。研究论文发表于Science。研究者利用极低温强磁场下原位旋转测量技术，系统测量了不同厚度锡烯样品在近乎整个超导温度区间上临界磁场的变化行为，发现上临界磁场不仅超出泡利极限，而且在温度逼近绝对零度时仍无饱和迹象，这是典型的伊辛超导行为。通过理论与实验进一步解释，提出了由自旋轨道耦合与材料对称性共同作用的新一类伊辛配对机制，即第二类伊辛配对机制。