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物理学报
中国物理学会，中国科学院物理研究所
物理学报

中国物理学会，中国科学院物理研究所

欧阳钟灿

半月刊

1000-3290

wulixb@aphy.iphy.ac.cn

010-82649294

100190

北京603信箱

物理学报/Journal Acta Physica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>刊登物理学科各领域中原创性成果的前沿研究综述、研究快讯及研究论文。该刊以论文水平高、创新性强，发表速度快的特点，受到国内外物理学工作者的高度重视，被国际著名的SCI等17种核心检索系统收录。2004年在SCI数据库中，影响因子为1.250。该刊被引频次已连续5年居中国物理类期刊第一位，已达到国际期刊的中上水平。在中信所数据库中，该刊被引频次和影响因子已连续7年居中国物理类期刊第一位，曾多次被评为中国科学院优秀期刊一等奖，荣获首届、第二届、第三届国家期刊奖，2001年荣获中国期刊方阵“双高”（高知名度，高学术水平）期刊和2001，2002，2003，2004，2005年百种中国杰出学术期刊奖。　　　 欢迎各省、市、县图书情报界、科技教育界、高科技企业界及广大物理学工作者订阅。
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收录年代

    基于磁性隧道结和双组分多铁纳磁体的超低功耗磁弹模数转换器

    夏永顺杨晓阔豆树清崔焕卿...
    301-308页
    查看更多>>摘要：本文提出了一种由8个磁性隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)构成的3位磁弹模数转换器(magneto-elastic analog-to-digital converter,MEADC),该转换器中MTJ自由层为双组分多铁纳磁体.通过对多铁纳磁体实施应变介导的电压调控,可以实现零场条件下的确定性磁化翻转.研究发现:对于给定尺寸,给定材料的双组分多铁纳磁体,压电层厚度与双组分多铁纳磁体的临界翻转电压线性相关.基于该原理,通过调整压电层的厚度使得MEADC具有8个不同的电压切换阈值,将模拟信号转换为8个多铁MTJ不同磁化状态组合.同时,设计了锁存比较器和独立的读取电路来检测MTJ的阻态,以此实现了数字信号的输出.Monte Carlo功能模拟表明:该MEADC在室温下写入成功率可达100％;此外,读写电路相互分离,使得压电层厚度与MTJ的输出参考电压无关,因此每个MTJ可设置相同的参考电压,从而具有更高的读取可靠性.微磁仿真和数值模拟分析发现:该MEADC的工作频率可达250 MHz,单次转换能耗仅为20 aJ;与基于Racetrack技术的磁模数转换器相比,能耗降低了1000倍,采样速率提高了 10倍.本文提出的MEADC可为基于自旋电子器件的存算一体电路架构提供重要的技术支撑.

    磁弹模数转换器磁性隧道结自旋电子学纳磁体

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    NaCl,NaCl∶Al与NaCl∶Ca热释光峰值温度偏移特性

    杨俊赵修良陈瑞达侯佳斌...
    309-316页
    查看更多>>摘要：为深入地了解纯NaCl本身及其Al和Ca掺杂变体的热释光峰值温度偏移特性,通过第一性原理计算与热释光实验的结合方法,探讨了掺杂如何影响晶体的电子结构,并进一步分析热释光峰值温度的偏移机制.计算结果显示掺杂Al后NaCl的带隙略有增加至5.20 eV,掺杂Ca则导致带隙显著减小至0 eV,这些掺杂不仅改变了带隙宽度,还引入了不同的缺陷形成能,这可能导致热释光峰值温度在较低温度出现,且会随实验条件的变化而偏移.通过热释光实验对理论预测结果进行了验证,结果显示在加热速率增加时,所有样品的热释光峰值温度均有所增加,且NaCl∶Al的变化最为显著,从276 K增至340 K;而在1-25 mGy剂量范围内随着辐照剂量的增加,热释光峰值温度的增长变化较小,尤其是NaCl∶Ca仅从195 K增至202 K.基于第一性原理的计算及热释光峰值温度偏移特性的实验研究对于不同掺杂材料的应用具有重要参考意义.

    热释光特性NaCl掺杂第一性原理电子结构

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    电磁场调制下的应变黑磷烯带间光电导

    柏文庆杨江涛杨翠红陈云云...
    317-326页
    查看更多>>摘要：黑磷烯具有各向异性且独特的光电性能被广泛研究.应变、电压等常用来调制能带结构,进而调制其光电特性.本文采用紧束缚近似哈密顿量,考虑施加垂直磁场、电场、面内面外应变条件下的黑磷烯能带结构,进一步利用Kubo公式研究了黑磷烯光电导率在多个调制因子下的特征,并从能带结构进行了机理分析.垂直磁场使能带劈裂,产生多通道带间跃迁,光电导率表现出多个峰.随着面内拉伸应变增加能隙增加,光电导峰位依赖于能隙.而面外拉伸应变对能隙的调制区别于面内应变,能隙表现出非单调变化.电场通过带隙的变化,调制光电导率峰值位置.综合不同的调制因子,能带和光电导表现出丰富的调制效果,为研究基于黑磷烯光电器件的应用提供理论支持.

    黑磷烯能带调控各向异性光电导

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    石墨烯/GaN异质结构界面热输运性质的分子动力学研究

    刘东静周福胡志亮黄家强...
    327-335页
    查看更多>>摘要：异质结构界面热输运的性能决定微纳米器件工作的可靠性.本文采用分子动力学方法,研究石墨烯/GaN三明治结构异质界面的热输运特性,分析温度、缺陷以及尺寸对异质结构界面热导的影响.研究发现,随着温度的升高,界面热导增大;当温度为1100 K时,3层石墨烯异质结构的界面热导增大61％,分析认为这主要是温度升高导致晶格振动增加,进而激发更多的平面外声子.GaN中的少量空位缺陷导致界面热导增大,当缺陷率为20％时,界面热导达到最大值0.0357 GW/(m2·K),分析认为缺陷会增加额外的热输运通道;随后界面热导开始降低,分析认为缺陷率增大导致界面耦合强度降低.随着GaN层数从8层增加到24层,界面热导下降,计算声子模态发现参与界面热输运声子数量减少;而石墨烯从2层到6层时,界面热导先上升后下降,分析认为这是与声子匹配和耦合强度的初期提高和后期声子散射及局部化增加有关.该研究结果为调控微电子器件界面热输运提供理论依据.

    异质结构界面热导空位缺陷尺寸效应

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    可调谐的声学型石墨烯等离激元增强纳米红外光谱

    段谕戴小康吴晨晨杨晓霞...
    336-345页
    查看更多>>摘要：纳米红外光谱(nano-infrared spectroscopy,nano-IR)技术能够突破光的衍射极限,实现约10 nm空间分辨率的红外光谱检测,是研究纳米尺度物质化学成分和结构的重要技术手段.然而,由于纳米物质的尺寸与红外光的波长存在较大失配,导致其红外吸收信号微弱.本文理论提出了一种基于纳米腔室的声学型石墨烯等离激元(nanocavity-acoustic graphene plasmon,n-AGP)可调谐增强nano-IR检测平台.该平台可实现超高光场压缩(模式体积Vn-AGP ≈ 10-7λ30,λ0=6.25 μm)和约50倍电场增强的n-AGP激发.通过调控金纳米腔室结构和石墨烯费米能级,我们实现了 n-AGP的宽频段动态调控(1290-2124 cm1).此外,由于n-AGP的电磁场高度局域在纳米腔室内,具有高的探测灵敏度,可实现单个蛋白质颗粒酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带振动指纹特征的探测(灵敏度提高约9倍).这一基于n-AGP的增强结构拓展了 nano-IR技术在单分子尺度的表征能力,可广泛应用于生物、催化等领域.

    石墨烯纳米腔室等离激元表面增强红外光谱

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    金刚石/碳纳米管异质界面热导及声子热输运特性

    刘子怡褚福强魏俊俊冯妍卉...
    346-355页
    查看更多>>摘要：碳纳米管作为新一代热界面材料,在天然材料中具有最高的热导率,有望解决金刚石半导体超高热流密度的散热问题.因此,本文提出将金刚石和碳纳米管结合,可大幅度提高器件性能及稳定性,减小封装尺寸,实现器件小型化设计.采用非平衡分子动力学方法从微观层面探究了金刚石/碳纳米管异质结构界面热特性及影响因素.研究发现碳纳米管层数增加使声子态密度峰值增大并向低频波段移动,低频声子增多更有利于界面传热,同时声子重叠能提高,声子耦合振动增强提升了界面传热效率;同时,一定范围内体系温度的升高及碳纳米管长径比的增大可以提高近界面处金刚石和碳纳米管的态密度截止频率,提升低频波段的峰值,进一步增强两侧声子的耦合振动,提高了界面热导.最后,采用正交试验模拟获得了金刚石/碳纳米管界面热导的最优值,结果远优于目前一般半导体/金属的界面热导.该工作为优化金刚石/碳纳米管异质界面的热输运提供了思路,并将有利于器件热管理和芯片材料设计.

    碳纳米管金刚石界面热导分子动力学

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    固态电解质Li1+xAlxTi2-x(PO4)3中Li+的迁移特性

    李梅钟淑英胡军平孙宝珍...
    356-366页
    查看更多>>摘要：Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)是一种颇具前景的NASICON型锂离子固态电解质.本文通过第一性原理计算研究了不同Al掺杂浓度(x=0.00,0.16,0.33,0.50)对LATP的结构特性、电学特性以及Li+迁移特性的影响.结果表明,Al能够稳定掺杂进入LiTi2(PO4)3(LTP)的晶体结构当中.当Al掺杂浓度x=0.16时,Li—O键的平均键长最长,成键强度最弱,而Ti—O键强度随Al掺杂浓度变化不大.Al掺杂浓度对LATP带隙的影响不大,但Al附近的O原子聚集了更多的负电荷,形成AlO6极化中心.Li+不同的迁移方式(空位迁移、间隙位迁移和协同迁移)在Al掺杂浓度不同时展现出复杂的能垒变化,Li+在空位迁移中迁移势垒随Al掺杂浓度的增大而升高,而在间隙位迁移中Li+的迁移势垒变化相反,由于协同迁移中涉及空位和间隙位两种位点,Li+的迁移势垒表现为随Al掺杂浓度的升高先降低后升高的复杂变化.当z=0.50时,LATP具有最低的Li+迁移势垒0.342 eV,这个势垒值是间隙位迁移的结果.因此,通过改变Al掺杂浓度,可改变间隙Li+浓度及迁移通道结构,进而调节Li+的迁移性能,提高LATP中的Li+导电性能.

    全固态Li+电池Al掺杂Li1+xAlxTi2-x(PO4)3Li+迁移

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    基于运算放大器的超导纳米线单光子探测器低温直流耦合读出电路

    陈志刚张伟君张兴雨王钰泽...
    367-377页
    查看更多>>摘要：超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个宽带宽的低温直流耦合读出电路.本文报道了基于商用高速运算放大芯片OPA855搭建的SNSPD低温直流耦合放大读出电路,系统表征了该电路从室温300 K到低温4.2 K下的性能参数.通过提升OPA855的工作电压,解决了电路在低温下带宽损失的问题.进一步,将OPA855放大电路安装在40 K温区,使用其实现了 SNSPD探测性能的实验评估.相对于常规室温交流耦合电路,SNSPD的最大计数率约提升了 1.3倍.本研究可为OPA855芯片在高速SNSPD等低温领域提供相关参考信息.

    运算放大器低温读出电路直流耦合超导纳米线单光子探测器

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    近存计算架构AI芯片中子单粒子效应

    杨卫涛胡志良何欢莫莉华...
    378-385页
    查看更多>>摘要：利用中国散裂中子源大气中子辐照谱仪,对某款16 nm FinFET工艺制造的近存计算架构人工智能AI芯片进行了大气中子单粒子效应辐照测试研究.辐照测试中,在累积中子注量为1.51 ×1010 n/cm2(1 MeV以上)情况下,共探测到5类共计35个软错误,尤其是探测到不同于传统冯诺伊曼架构芯片单粒子效应的计算与存储单元同时发生单粒子效应新现象.基于所探测到的两类功能单元同时单粒子效应新现象,结合蒙特卡罗仿真模拟,初步给出了近存计算架构AI芯片内物理布局上,核心功能单元间可降低同时发生单粒子效应的安全间距建议.该研究为进一步探究非传统冯诺伊曼架构芯片单粒子效应提供了参考与借鉴.

    近存计算AI芯片散裂中子源大气中子单粒子效应

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