1、北大电子学院徐洪起课题组与合作者在半导体-超导体复合器件研究中取得新进展
2、西电杨如森教授团队在材料领域TOP期刊发表研究成果
3、西安交大科研团队在多光学形态长寿命磷光光子晶体领域取得重要进展
4、北大深圳研究生院新材料学院郑家新/许贤祺团队联合宁德时代21C实验室在钠电领域取得进展
1、北大电子学院徐洪起课题组与合作者在半导体-超导体复合器件研究中取得新进展
半导体-超导体复合量子器件因可用于容错拓扑量子计算而备受关注。近日，北京大学电子学院、北京量子信息科学研究院（简称北京量子院）徐洪起教授课题组与北京量子院、中科院半导体所、中科院物理所等合作，研究了基于这类系统的约瑟夫森结在微波辐照下的超导二极管效应，发现通过增大微波辐照功率可使该约瑟夫森结具有单向超导电性，即零电压Shapiro平台仅存在于正负电流方向中的一个方向上，使约瑟夫森结超导二极管的整流效率达到100%。2024年8月21日，相关成果以“Microwave-Assisted Unidirectional Superconductivity in Al-InAs Nanowire-Al Junctions under Magnetic Fields”为题发表在Physical Review Letters上。
微波诱导单向超导电性——当外加偏置电流方向反转，超导系统的临界电流可能出现关于电流方向不对称的行为，这被称为超导二极管效应。该效应在构建低功耗逻辑器件以及探测奇异量子态方面具有重要应用，近年来备受关注。先前关于超导二极管效应的研究主要集中在静态条件，且完全单向超导电性的行为较为罕见。徐洪起课题组与合作者采用InAs纳米线和原位外延生长铝薄膜组成的复合结构制作了约瑟夫森结，利用微波辐照改变超导临界电流的不对称行为，实现了对超导二极管效应的调控。发现在有限磁场下，器件在没有微波辐照时表现出十分微弱的超导二极管效应（图1b绿线和红线）。但随着微波辐照的开启及其功率的增加，V-I曲线零电压Shapiro台阶的中心位置逐渐偏离偏置电流零点，最终形成一个有趣的单向超导状态，即零电压Shapiro台阶仅出现在正负偏置电流中的一个方向上，而常规有电阻态则出现在零偏置电流附近（图1d 红线）。磁场角度依赖关系的测量进一步表明该现象是内禀于系统的。
与先前理论对比——另一个有趣的地方是实验中观察到的零电压Shapiro台阶中心位置随微波辐照功率增加而移动的趋势不支持先前理论研究中常用的RSJ（resistively shunted junction）模型的计算结果。根据RSJ模型的模拟计算，零电压Shapiro台阶中心位置随着微波功率的增加应当逐渐趋近电流偏置零点，而实验观察到的则是逐渐远离零点。这说明实验中观测到的效应与先前常用的理论预言存在微观机理上的区别。理解这种区别需要进一步通过提出新的微观机理进行建模计算和相应的实验测量研究。
这项工作将推动超导二极管器件的高频动力学研究，也为研究约瑟夫森结系统中的对称性破缺提供了一种灵敏的探测方案。未来，高质量可调控半导体-超导体复合量子器件在周期场驱动下的内禀物理问题也值得做进一步探索。（北京大学）
2、西电杨如森教授团队在材料领域TOP期刊发表研究成果
近日，先进材料与纳米科技学院杨如森教授领衔的研究团队在紫磷（VP）材料研究领域取得突破。该团队采用实验与理论相结合的方法，系统研究了少层紫磷在单轴应变状态下的各向异性声子模式，并成功制备了一种新型柔性偏振敏感光电探测器，其性能在应用应变后得到显著的提升。这一成果发表在一区TOP期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子：18.5）上，题为“Uniaxial Strain Engineering of Anisotropic Phonon in Few-Layer Violet Phosphorus with HighStretchabilityfor Polarized Sensitive Flexible Photodetector”。文章的第一通讯单位为西安电子科技大学，材料院硕士研究生尚聪慧和副教授王巍巍为共同一作，通讯作者为杨如森教授、李晓波副教授。
宏观层面上量子材料中机械现象的表现与其晶格内的电子与电子相互作用密切相关，这种关系在低维材料中变得尤其明显。紫磷（VP）是一种新兴的二维材料，具有独特的垂直排列管状结构，由于其层数依赖的带隙、高的载流子迁移率和较高的空气稳定性而引起了广泛的关注。研究发现，对紫磷施加单轴应变后，不仅会导致其键长和键角的变化，而且在超薄紫磷中存在管的旋转，进而表现出显著的各向异性拉曼声子响应。此外，应变工程可以有效优化紫磷的光电响应性能，包括提高响应度和提升各向异性比。这项研究不仅证实了交叉结构紫磷的优异拉伸性和抗冲击性能，而且为探索应变诱导下紫磷的各向异性光电特性奠定了基础。（西电新闻网）
3、西安交大科研团队在多光学形态长寿命磷光光子晶体领域取得重要进展
传感器技术被称为现代信息技术三大支柱之一，气体传感器作为其中重要一环，在工业气体泄露检测、新型医疗诊断、智能家居、现代农业和爆炸物检测等领域有着广阔的应用前景。设计和创制兼具高灵敏度、高选择性和高稳定性的气敏材料是制备高性能气体传感器的关键。导电金属有机框架（c-MOFs）作为一类新型的导电晶体多孔材料，具有高比表面积、可调的拓扑结构、孔径大小、形状、主客体相互作用、可调带隙和电荷传输等特性，使其在气体传感器等领域具有巨大的应用潜力。
由传统的热溶剂合成策略制备的微晶c-MOF粉末具有拓展的拓扑网络结构和结晶度，但固有缺乏溶液可加工性，使得制备大面积、高质量、取向导电MOF薄膜变得困难，限制了其与微纳器件的集成与结合，表现出受限的载流子和质量传输特性等，因而进一步限制了MOF基高性能微纳传感器的批量化制备与应用。如何从“自下而上”构筑对特定气体具有特异性识别功能的高灵敏c-MOF体系并实现高质量、取向、大面积导电MOF薄膜的可控制备仍面临挑战。
针对这一问题，西安交通大学材料科学与工程学院张明明/袁泓晔团队以典型的Ni3(HITP)2（HITP = 2，3，6，7，10，11-己氨基三苯）和二维Zr-BTB MOF (NUS-8)作为研究对象，借助模板辅助生长策略，利用NUS-8的二维特性、溶液可加工性和Ni3(HITP)2的导电性，以及NUS-8和Ni3(HITP)2之间良好的晶格匹配效应，构筑了具有高导电性、优异的溶液可加工特性和高孔隙率的MOF-on-MOF结构（Ni3(HITP)2/NUS-8），并将其应用于超痕量H2S室温检测及柔性传感等领域。
研究结果表明，Ni3(HITP)2在NUS-8纳米片的受控外延生长遵循S-K的生长模式；通过控制生长的动力学，得到了分散性优异且具有较高稳定性的Ni3(HITP)2/NUS-8悬浮液的制备，实现了具有可变厚度、取向和大面积Ni3(HITP)2/NUS-8膜及复杂图案的可控制备，并应用于柔性传感。
最后，基于Ni3(HITP)2/NUS-8的气体传感器在室温下对超痕量H2S表现出优异的灵敏度（检测极限约为6 ppb）、选择性和稳定性。该工作可能为MOF薄膜及兼具高灵敏度和高选择性MOF基气体传感器的批量化制备提供新的思路。
该工作以《基于模板辅助生长策略构筑溶液可加工性MOF-on-MOF体系用于超痕量H2S检测》“Solution-Processable MOF-on-MOF System Constructed via Template-Assisted Growth for Ultratrace H2S Detection”为题发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。西安交通大学材料科学与工程学院博士生吴炫昊为论文第一作者，袁泓晔特聘研究员和武汉大学肖淞副教授为论文共同通讯作者，论文合作成员包括团队负责人张明明教授、山东大学陶继方教授等。金属材料强度国家重点实验室和西安交通大学材料科学与工程学院为该工作第一作者及通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金、高层次留学人才回国资助计划、陕西省高层次青年人才引进计划以及西安交通大学青年拔尖人才支持计划的共同资助。论文中的表征及测试得到了材料创新设计中心王疆靖教授和聂超博士以及西安交通大学分析测试共享中心的支持。（西安交通大学）
4、北大深圳研究生院新材料学院郑家新/许贤祺团队联合宁德时代21C实验室在钠电领域取得进展
“双碳”是我国在新发展阶段的重大战略目标。绿色储能作为新能源技术革命的核心环节，受到社会广泛关注。其中，锂离子电池由于其高能量密度和长寿命等特点已经被大量应用于便携式电子设备和电动汽车，是目前最具商业潜力的可充电电池。然而，锂矿资源具有稀缺性且长期受地缘政治影响，造成其市场波动较大，这不利于推动能源设备的改革。因此，人们开始考虑将钠离子电池作为锂离子电池在大规模储能领域的重要补充。钠离子层状氧化物（包括O3型和P2型）是目前最受瞩目的钠电正极材料。从产业化的角度来看，由于锂离子层状氧化物的生产制造技术已经相对成熟，因此具有类似结构的钠离子层状氧化物能够适配现有的产业链。然而，高空气敏感性问题限制了钠离子层状氧化物正极材料将成本优势发挥到极致。当与空气接触时，钠离子层状氧化物表面会迅速反应形成杂质，导致部分钠失去电化学活性。更糟糕的是，这些杂质在电池工作过程中可能会分解产气从而引发安全危机。为了克服这个难题，一些可行的实验技术例如：改变组分、掺杂和表面修饰已经被广泛研究和报道，但似乎并没有在大规模生产中得到推广。这暗示从微观尺度上观察杂质形成过程和正确理解杂质形成机理是非常迫切和必要的。目前，产业界正在积极探索层状钠电正极材料空气敏感性问题的解决方案。
近日，北京大学深圳研究生院新材料学院郑家新/许贤祺课题组联合宁德时代21C实验室欧阳楚英教授，在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society上发表题为“Origins of high air sensitivity and treatment strategies in O3-type NaMn1/3Fe1/3Ni1/3O2”的文章。该工作利用密度泛函理论计算和ab-initio 分子动力学模拟（AIMD）系统地研究了空气分子与NaMn1/3Fe1/3Ni1/3O2（NMFNO）层状正极材料表面的化学反应过程，并解释了为什么钠离子层状氧化物的空气稳定性普遍比锂离子层状氧化物差。该工作揭示NMFNO空气稳定性差的原因是：1. 非活性（003）表面的占比低；2. 强表面吸附性和高表面反应活性；3. 表面钠离子的不稳定性。其中，高表面反应性源自于表面氧活性位点的电子损失和未配对电子增加，以及强金属共活化作用。虽然表面氧活性位点和金属活化对杂质的形成都是必不可少的，但作者发现水解反应和碳酸盐的形成对反应环境的要求并不完全相同。水解反应需要表面氧活性位点具有较高反应活性，这启发作者采用具有空eg轨道的高价过渡金属（如Ti4+和Co4+）或者阴离子取代以降低其反应活性。在碳酸盐形成过程中，碳杂化模式的转变主要依赖于金属活化作用，甚至不需要表面氧活性位点的参与，这启发作者构建缺钠的表面构型以削弱金属活化作用。此外，晶粒形貌调控以减少反应活性表面也是抑制空气敏感性的一种可行策略。作者强调，这些策略可以组合使用以提高治疗效果。（北京大学）
