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物理  
  物理--2018, 47 (8)   发布日期: 2018-08-12

本期封面显示的是由南京大学物理学院缪峰教授科研团队所制作出的基于二维层状材料的耐高温忆阻器及其应用。相应研究发表于Nature Electronics (Wang et al. Robust memristors based on layered two-dimensional materials. Nat. Electron.,2018,1:130)。该研究针对传统忆阻器中由于氧化物缺乏热稳定性所导致的器件耐热性较差的问题,利用两种具有超高热稳定性的二维层状材料——硫氧化钼(氧化二硫化钼)和石墨烯分别作为电活性层和电极,制备出了可在高达340℃的高温下稳定工作的忆阻器,并创下了忆阻器工作温度的新纪录。此项工作不仅展示了二维层状材料异质结构在忆阻器领域中的巨大应用前景,对未来极端环境下电子元件的设计与研究有着重要的指导意义;同时也指出,因为二维材料异质结构可以结合不同二维材料的优异性质,也给人们提供了一种解决其他领域电子器件技术挑战的可能的通用途径。

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X射线自由电子激光专题

X射线自由电子激光 Hot!

赵振堂,冯超
2018, 47(8): 481-490     全文: PDF (3977 KB)   ( 下载: 1405 )
摘要

X射线自由电子激光是一种基于电子直线加速器的大型科学研究装置,可以产生超高亮度、超短脉冲、波长可调的相干X射线辐射,在物理、化学、材料、生命科学等诸多领域都有非常广泛和极为重要的应用。文章介绍了X射线自由电子激光的基本原理、运行模式、发展历程、国内外X射线自由电子激光大科学装置的发展态势以及近年来我国X射线自由电子激光装置的现状。

X射线自由电子激光单颗粒成像研究 Hot!

孙智斌,范家东,江怀东
2018, 47(8): 491-502     全文: PDF (4396 KB)   ( 下载: 1339 )
摘要

具有超高亮度、超短脉冲、全相干特性的X射线自由电子激光(X-ray Free Electron Lasers,XFELs)的出现为超快时间研究与超微结构探索带来新的机遇,使得获取单分子、单颗粒原子分辨率图像及电影成为可能。随着德国FLASH、意大利FERMI、美国LCLS以及日本SACLA等装置的建成与投入使用,X射线自由电子激光已经进入了快速发展的阶段,一系列物理、化学、生物、材料科学领域的前沿研究成果不断涌现。为突破实验技术、工程设备及软件算法上的技术壁垒,相关科研机构通过国际合作,拟实现纳米颗粒、细菌、细胞、病毒、团簇及生物学大分子等单颗粒的原子分辨率成像。文章将聚焦单颗粒成像的发展历史、科学意义、研究背景、研究目标、研究规划、研究现状及世界各国的布局,并展望单颗粒成像未来的发展。

X射线自由电子激光在化学与能源材料科学中的应用 Hot!

张文凯,孔庆宇,翁祖谦
2018, 47(8): 504-514     全文: PDF (4201 KB)   ( 下载: 1398 )
摘要

在过去的十多年中,X射线自由电子激光器(X-ray Free Electron Laser,XFEL)的成功研制和快速发展,极大地推动了超快X射线光谱学实验技术的发展,并且在物理、化学和生物科学等不同研究领域获得了广泛的应用。通过飞秒激光脉冲对样品的激发,X射线可以在不同时间尺度下,跟踪固态、液态和气态等各种情况下样品的微观结构动力学过程。X射线吸收和发射光谱,衍射和散射是探测激光诱导结构变化的典型工具。文章将介绍近年来飞秒X射线技术的发展,及其在化学与能源材料领域的应用。相信随着上海X射线自由电子激光器的建成,将使得飞秒X射线技术在更多的科学领域发挥作用。

研究快讯

忆阻器研究新进展:基于二维材料的可耐受超高温忆阻器 Hot!

王淼,缪峰
2018, 47(8): 515-517     全文: PDF (1964 KB)   ( 下载: 1240 )
摘要

忆阻器是一种由两个端子和一个导电通道组成的电子元件,其电阻可以通过施加的电压或电流操作进行调节。因此,该器件是一种具有“记忆”能力的电阻,并可应用于存储和类脑计算等领域。华裔科学家蔡少棠在1971 年首先提出了忆阻器的概念。他指出除了电阻器、电感器和电容器之外,还应该存在第四种基本电路元件,即忆阻器。2008 年,惠普实验室首次从实验上建立了忆阻器的概念与固态电子器件的联系,证实了蔡少棠的观点。随后,研究者们在一些其他类型的两端存储器(包括相变存储器和浮栅型存储器等)中观察到了忆阻现象。在存储器领域,这类器件拥有超快的开关速度、超高的擦写次数、较低的功耗以及高开关比等性能优势,是下一代存储元件的重要候选者之一。除此之外,由于忆阻器的工作模式与生物体中的神经元突触类似,并能够以交叉点的结构形成阵列,从而实现超高的集成密度,在大规模并行的神经形态计算领域中也有着重要的应用前景。

物理攫英

Landauer准则挺过了量子测试

戴闻 编译
2018, 47(8): 518-518     全文: PDF (1312 KB)   ( 下载: 1191 )
摘要
擦除信息总是产生热量,即使只擦除一比特的信息。上述对计算机科学和信息技术有影响的预期,可以追溯到1961 年。那一年Rolf Landauer 预测,擦除一个经典比特所需的最小热量是kBT ln2 (kB是Boltzmann 常数,T 是比特与之交换热量的热沉的温度) 。几年前,Landauer 的经典极限被确认,使用被捕获的微米大小的胶体粒子编码比特。但是在量子计算机时代,人们可能会犹豫:是否会有一条路,绕过Landauer 准则;毕竟,量子比特和经典比特是根本不同的。根据新的实验,答案是否定的。中国科学院武汉物理与数学研究所冯芒领导的小组报道了他们的首次实验,即在完全的量子系统中Landauer 准则挺过了实验验证,其中比特和热沉已经将能量量子化。

云量子计算求解原子核问题

周书华 编译
2018, 47(8): 519-519     全文: PDF (1188 KB)   ( 下载: 1144 )
摘要
虽然几十年前就提出了量子计算的概念,但量子计算机技术在过去几年才实现。已有几个公司如IBM,Google 和Rigetti 可提供云量子计算。这些公司的量子芯片与互联网相连。用户只需将程序代码发送到其中一个提供量子计算的设备,计算结果便会返回给用户。橡 树岭国家实验室的Eugene Dumitrescu 及其合作者通过云服务器,使用量子计算机进行了氘核结合能的计算。这是首次用量子计算机进行关于原子核的计算。
物理与生活

二胡音色的定量分析和一种改进方案

张殿琳,宋小会
2018, 47(8): 521-524     全文: PDF (3842 KB)   ( 下载: 1194 )
摘要

文章利用三色激励值和音色明亮度对二胡高低把位的音色一致性进行了定量分析,提出了一种可能的改善方案。其核心就是,利用空心琴杆和封闭琴桶,形成耦合程度可调的、一个亥姆霍茨谐振腔和一个类似竖笛的管状谐振腔的组合。测量了改造前后二胡的音色变化,并提出了进一步研究的建议。

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之一百:万物皆旋(上)

曹则贤
2018, 47(8): 525-535     全文: PDF (2835 KB)   ( 下载: 1645 )
摘要

转动问题的处理构成物理学的主体。To turn,roll,rotate,curl,spin,spiral,precede,gyrate 还有各种volve,不管是相关的物理还是数学,都足以让人感到天旋地转。

超导“小时代”

超导“小时代”之三十四:铁器新时代

罗会仟
2018, 47(8): 536-539     全文: PDF (2752 KB)   ( 下载: 1144 )
摘要

人类之所以能够发展成高等智慧生命,能够使用甚至发明工具,是其中最为重要的因素。人类的早期历史,根据使用工具的不同,可以划分为石器时代、青铜时代、铁器时代等,工具的耐用程度越来越高,使用的范围越来越广,制作的工艺也越来越难。从第一个超导体 ——汞的发现开始,到如今超导研究史已有百余年,除了常规金属合金超导体之外,铜氧化物高温超导和铁基高温超导是非常重要的两个时期。如果把1979 年非常规超导体发现之前的金属合金超导体当做超导史上的“金石时代”,那么铜氧化物高温超导研究就可以当做超导史上的“黑铜时代” (注:铜基超导材料多为黑色),铁基超导体研究就是超导史上的“白铁时代” (注:纯铁单质为银白色,部分铁基超导母体也是银白色)。

科学咖啡馆

沧海桑田,征程无限 ——中国科学院物理研究所“地质科普”主题讨论侧记

柴兴转,李淼,魏红祥
2018, 47(8): 541-542     全文: PDF (3868 KB)   ( 下载: 1161 )
摘要

谈起“科学教育”,人们往往会想起自然科学领域的“ 三巨头”——数学、物理和化学。然而说到关于科普教育的最佳实践,地质学的绝对优势便使自身脱颖而出。“地质学是一个非常适合做科学教育的学科”嵇教授坚定而兴奋地说道,“因为地质学本身与大自然紧密相连,而人类又生活在大自然的怀抱之中;地质学的科普教育,可以极大地激发各个年龄段特别是青少年对大自然的好奇心与探索精神。”

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