物理世界

科学家证实二维冰的存在并揭示其生长机制

北京大学物理学院量子材料中心江颖、徐莉梅与美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成以及北京大学/中国科学院王恩哥等合作，利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术，首次在实验上证实了冰在二维极限下可以稳定存在，将其命名为二维冰I相，并以原子级分辨率拍到了二维冰的形成过程，揭示了其独特的生长机制。相关论文发表于Nature。二维冰的发现改变了一百多年来人们对冰相的传统认识，开启了探究二维冰家族系列的大门，为冰在低维和受限条件下的形态和生长提供了全新的图像。同时，二维冰在很多应用领域也有潜在意义。比如：表面上的二维冰可以促进或抑制三维冰的形成等。

在Skyrme密度泛函框架下引入张量力无效

中国科学院近代物理所科研人员证明在Skyrme密度泛函的框架下，真实的张量力并没有贡献，引入张量力是无效的。研究论文发表于Physical Review C。张量力是近年来核理论研究中的热门课题，它涉及原子核结构的很多重要问题，如壳演化研究。另外，张量力是产生核子间短程关联的重要因素，而短程关联是近年来核物理的又一个前沿热点问题。1956年，Skyrme在Skyrme相互作用中引入张量力，目前已有大量文章采用该形式来研究核结构问题中的张量力效应。根据变换后的张量力形式发现，各个分波的张量力成分在标准Skyrme力中没有贡献，并将其原因归为了四类。

Hamaker常数作为连续介质力学向介观力学过渡的标杆作用研究

中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室赵亚溥团队在范德华异质结的剥离、合成等力学行为研究方面取得了重要研究进展。研究论文发表于Extreme Mechanics Letters。范德华异质结是一种二维层状材料，具有结构多样性、电子多样性和力学多样性，兼具高门控性、高载流子收集率及强栅极响应能力等独特的功能性。这为功能器件的设计提供了新思路。虽然材料的非均质性带来了奇特的功能性，但是这种非均质性也给材料的合成、规模化生产带来极大的困难。论文从第一性原理到分子动力学，自下而上研究了范德华异质结中晶格错配及剥离力学过程，阐明了剥离过程的3个阶段。

锂离子电池固体-电解液界面层特性研究进展

中国科学院理论物理研究所王延颋研究员等与美国太平洋西北国家实验室（PNNL）朱梓华博士课题组合作，使用二次离子质谱（SIMS）实验手段结合分子动力学模拟方法对SEI层的形成与物理化学性质进行了研究。相关结果发表于Nature Nanotechnology。锂离子电池的电双层的结构决定了电池的相界面化学性质。特别地，SEI内层形成之后，会进一步形成富含有机分子、可以渗透到电解液当中的外层。研究发现SEI内层的主要成分为氧化锂，否定了相界面上含有氟化锂的传统观点。对某些种类的电池而言，由于氟离子在相界面上起着非常重要的作用，必须引入含氟的溶剂或者添加劑。

压电薄膜新型器件研究进展

四川大学材料科学与工程学院余萍教授团队与美国南加州大学、香港理工大学合作，首次提出利用复杂3D结构的超薄压电敏感元实现复杂的高频超声场。研究论文发表于Advanced Functional Materials。通过该压电敏感元设计超声换能器发射出了类似漩涡的高频声场，该声场不同于常规声场，可以将微米级微粒包括悬浮微粒在内，吸入到聚焦区域进行密堆积，并且可以对收集的微粒群进行二维操纵。不仅能够对无机的微粒进行收集及移动操作，而且可以快速集中分散在溶液中的生物细胞。该研究对发展高效的生物无损检测技术提供了支持，并为发展新型的高频复杂声场提供了新的研究途径。

钙钛矿量子点量子干涉效应研究进展

南开大学电子信息与光学工程学院光电子薄膜器件研究所李跃龙副教授与厦门大学洪文晶教授课题组、英国兰卡斯特大学Colin Lambert教授团队通过合作，在钙钛矿量子点量子干涉效应研究方面取得了新进展。相关成果发表于Nature Communications。研究团队设计合成了不同尺寸和成分的钙钛矿量子点。对钙钛矿量子点进行了深入原位表征，首次获取钙钛矿量子点单个晶胞单元距离仅为0.5纳米的不同连接位点间的电学信号差异，同时观察到将近一个量级的电导增加现象，并在杂化金属卤化物钙钛矿材料中观测到电荷输运的量子干涉效应。

莫特相变的经典对应

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心EX9组的杨义峰研究员、王磊研究员等与中国工程物理研究院材料研究所黄理研究员合作，结合机器学习方法处理量子作用量，为建立量子到经典对应提供新思路。研究论文发表于Physical Review B。莫特相变是强关联物理中最重要的基础概念之一。论文在动力学平均场理论（DMFT）的框架下，基于杂化展开的连续时间量子蒙特卡洛（CT-HYB）方法，结合机器学习将量子杂质模型的有效作用量映射到一个经典的双原子分子系统，发现分子间的相互作用随间距呈简单的指数形式。在此映射下，量子模型的莫特转变对应于经典分子气体的气液转变，并受到相互作用力程的控制。

超薄栅介质层的二维晶体管器件被研制成功

南京大学王欣然、施毅教授团队开展国际合作，利用了二维材料与分子之间的范德瓦尔斯作用，以0.3纳米厚的单层分子晶体作为界面层，在二维材料上成功实现了高质量、超薄high-κ介质层沉积技术。研究成果发表于Nature Electronics。研究人员将二维半导体场效应晶体管的亚阈值摆幅降至60mV/dec的理论极限，工作电压降至0.8V，并且在20nm沟道长度下未发现显著的短沟道效应。进一步，实现了功耗小于1nW的二维CMOS逻辑反相器，并通过石墨烯射频器件验证了介质层可以工作在10GHz以上。该技术适用于多种二维材料，并兼容大面积化学气相沉积样品。