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古典的瓦斯classical: adj. 1.(文艺等)古典的，传统的，权威的；古典文学 ...gas: GAS ＝ gasoline.例句与用法1. The regenerative characteristics , performance parameters and optimal theories of the encsson and stirling cycles using respectively a ferroelectric material , a ferromagnetic material , aclassical gas , a quantum gas and a spin system as the working substance are researched for different operating conditions本论文主要研究以铁电材料、铁磁材料、经典气体、量子气体和自旋系统等不同材料为工作物质的埃里克森循环和斯特林循环在各种不同条件下的回热特征、性能参数及优化理论。 同时也是一首很好听的歌Classical Gas表演者: Tommy Emmanuel 专辑类型: Import 介质: Audio CD 发行时间: 2007-10-09 唱片数: 1 条型码: 9399700005028
作者通过第一性原理计算发现通过对铁电材料的掺杂，可以产生极化结构到具有中心反演结构的结构相变，从而“软化”极化声子模。在临界电子浓度附近，伴随“软化”的极化声子模，电声子耦合强度增加，从而为产生常规超导创造有利条件。同时该工作显示“铁电金属”中的“弱耦合”机制在掺杂铁电材料中不一定有效。巡游电子和极化声子的“同源”性可以产生较强的电声子耦合。
电声子相互作用是固体中除了电子库伦相互作用外，最基本的相互作用。电声子相互作用可以显著改变金属中的输运与热力学性质，特别是它能产生有效的电子之间的吸引相互作用，从而在低温时产生超导。最近在实验上合成的聚氢材料在超高压强下产生了超过200K 的超导转变温度，说明电声子耦合机制也可以产生高温超导。一个自然的问题是:是否可以在常压下，显著地增强金属中的电声子耦合，从而提升声子超导的转变温度? 这样不仅样品的尺寸不会受到超高压强的限制，更有利于应用；更重要的是在常压下我们可以使用很多的探测手段(Meissner 效应的测量，中子散射，ARPES)增进我们对超导系统的理解和认知。
通常增加金属中的电声子耦合是通过“软化”一些声子模，即让声子的频率变小，因为电声子耦合常数反比于声子频率。然而具体选择哪些声子模进行软化，则强烈依赖于材料的具体细节。
在本工作中，作者通过第一性原理计算详细地研究了一类“近似极化金属”—掺杂的铁电材料（选择 BaTiO3作为代表性的电铁材料）。铁电材料本身具有自发的极化强度。通过掺杂可以将电子注入铁电材料，巡游电子会屏蔽长程库伦相互作用，从而减小极化强度。
图一：BaTiO3中由电子掺杂导致的结构相变
图一显示了 BaTiO3 随着注入电子浓度的增加，从菱面体到四方体，最后到立方体的晶体结构相变。特别是，从四方体到立方体的结构相变过程是一个二级相变，在相变过程中，极化声子首先是被注入电子“软化”（图二）,然后在电子浓度达到临界值后又被“硬化”，形成了一个“V 字型”的曲线。因为电声子耦合反比于声子频率，我们预期在临界电子浓度附近，跟极化声子相关的电声子耦合会增大，从而为产生常规超导创造一个有利条件。
图二：临界电子浓度附近的 BaTiO3的电子结构，声子结构和极化声子模。
图三：临界电子浓度附近的 BaTiO3的电声子谱，以及常规超导能隙和转变温度。
图三具体整理了关于掺杂 BaTiO3 在临界电子浓度附近的电声子耦合的性质。通过计算，作者发现，在临界电子浓度附近，电声子耦合作用有显著地增强，最大值约为 。通过 Eliashberg 方程估算，这么大的电声子耦合可以产生约 2 K 左右的常规超导。因为极化声子软化产生的“V 字型”的曲线，电声子耦合随电子浓度的变化呈现出一个“倒 V 字型”，而在临界电子浓度附近超导转变温度出现一个近似的“拱形”。作者进一步研究了在临界电子浓度附近，四方结构和立方结构中电声子耦合的细微差别。他们发现四方结构中的电声子耦合增强更为显著，这是因为除了极化声子（这是一个光学支），声学支对电声子耦合也有不小的贡献（图三）。
而在立方结构中，声学支对电声子耦合的贡献则可以忽略。为了更好地说明声学支在低对称性晶体结构中对电声子耦合的贡献，作者对掺杂 BaTiO3 施加应力，并发现对一个固定的电子浓度，应力会产生由立方体到四方体的结构相变，而其中四方结构的电声子耦合强度与超导转变温度均高于相同掺杂浓度下的立方结构（图四）。这一差别同样来源于声学支的贡献。
图四：应力对掺杂 BaTiO3中电声子耦合的影响
本工作中另一个想传达的要点是：Anderson 和 Blount 曾提出，在“铁电金属”材料中，铁电性与金属性之所以可以共存，是因为与极化结构相变相关的声子模与巡游电子间的耦合很弱，称为“弱耦合”机制。但本工作则显示：“弱耦合”机制是产生“铁电金属”的充分条件，但不是必须的。比如在电子掺杂的铁电材料 BaTiO3 中，与极化结构相变有关的声子与 Ti 和 O 离子的位移有关，但同时巡游电子占据 Ti-d 和 O-p 的杂化轨道。
这两者“同源”，因此掺杂 BaTiO3 中巡游电子和极化声子之间有较强的耦合，这也是通过软声子模调控电声子耦合的基础。本工作于 2021 年 4 月 19 日以“ A large modulation of electron-phonon coupling and an emergent superconducting dome in doped strong ferroelectrics ” 为 题 发 表 于 Nature Communications 。上海纽约大学(NYU Shanghai)的陈航晖教授为本文的通讯作者。上海纽约大学的学生马家骥为本文第一作者。其他作者包括上海纽约大学学生杨锐涵。本工作受到了来自国家自然科学基金和纽约大学研究挑战基金(NYU University Research Challenge Fund)的支持。
论文信息：
Ma, J., Yang, R. & Chen, H. A large modulation of electron-phonon coupling and an emergent superconducting dome in doped strong ferroelectrics. Nat Commun 12, 2314 (2021).
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麻省理工学院的物理学家和同事通过操纵只有几个原子层厚的超薄材料片，为过渡金属二硫属化物半导体 (TMDs) 设计了一种新特性。 麻省理工学院的团队表明，当两个单片 TMD（每片只有几个原子层厚）相互平行堆叠时，材料就会变成铁电体。在铁电材料中，正电荷和负电荷自发地流向不同的侧面或两极。在施加外部电场时，这些电荷会切换两侧，从而反转极化。在新材料中，所有这些都发生在室温下。 TMDs 已经因其电学和光学特性而广为人知。研究人员认为，这些特性与新赋予的铁电性之间的相互作用可能会导致各种有趣的应用。 Cecil 的 Pablo Jarillo-Herrero 说：“在很短的时间内，我们已经成功地大大扩展了二维铁电体这个小而不断增长的家族，这是纳米电子学和人工智能应用前沿的一种关键材料。”和 Ida Green 物理学教授和该工作的领导者，该工作在 Nature Nanotechnology 上进行了报道。 Jarillo-Herrero 还隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。 除 Jarillo-Herrero 外，论文的作者还有 MIT 物理学研究生王希瑞； Kenji Yasuda 和 Yang Zhang，麻省理工学院博士后；哥伦比亚大学的刘松；日本国立材料科学研究所的 Kenji Watanabe 和 Takashi Taniguchi；哥伦比亚大学的詹姆斯·霍恩和麻省理工学院物理学副教授梁福。 （上图在麻省理工学院实验室是麻省理工学院博士后助理安田健二（ 左）和麻省理工学院物理学研究生王希瑞）。 超薄铁电体 去年，Jarillo-Herrero 和许多相同的同事表明，当两个原子薄的氮化硼 (BN) 片相互平行堆叠时，氮化硼变成铁电体。在目前的工作中，研究人员将相同的技术应用于 TMD。 由 BN 和 TMD 制成的超薄铁电体可能具有重要的应用，包括更密集的计算机内存存储。但它们很少见。随着 Nature Nanotechnology 报道的四种新型 TMD 铁电体的加入，它们都属于同一个半导体家族，“我们的室温超薄铁电体的数量几乎翻了一番，”Xirui Wang 说。此外，她指出，大多数铁电材料都是绝缘体。 “很少有铁电体是半导体。” “这不仅限于 BN 和 TMD，”Kenji Yasuda 说。 “我们希望我们的技术可用于为其他现有材料增加铁电性。例如，我们可以在磁性材料中添加铁电性吗？” 这项工作由美国能源部科学办公室、陆军研究办公室、戈登和贝蒂摩尔基金会、美国国家科学基金会、日本文部科学省 (MEXT) 资助，和日本学术振兴会。 参考 Wang，X.，Yasuda，K.，Zhang，Y.等人的“菱面体堆叠双层过渡金属二硫化物的界面铁电性”；纳特。纳米技术。 （2022 年）。
近日，由清华大学材料学院李千助理教授和美国阿贡国家实验室Haidan Wen博士等人组成的研究团队首次实验观测到铁电极化涡旋在亚太赫兹频段的多个集体晶格振荡模式，并发现一种具有大应变与电场调谐性的涡旋软模（vortexon）。该研究工作是近年来基础铁电物理学的一个重大突破，其发现的涡旋畴的动态性质在5G/6G微波介电、太赫兹光电子等新兴领域均有潜在应用前景，并在方法学层面上树立了材料超快结构动力学研究的新范式。
铁电材料的自发极化来源于晶胞内部正、负离子的相对反向位移，这些位移在不同晶胞间通常以平行方式排列。在特定的弹性、静电边界条件下（如在PbTiO3/SrTiO3铁电体/介电体超晶格中），离子极化位移会偏离平行排列而产生连续旋转状态，由此可形成新颖的极化拓扑结构，包括极化涡旋（polar vortex）、极化斯格明子（polar skyrmion）等。目前，人们对这些新颖极化拓扑结构的研究主要侧重于对其静态极化组态的观察分析，而对其动力学行为仍停留在推测阶段，还没有任何实验手段对这些推测进行证实，也尚不清楚形成的拓扑结构是否存在新的软模以及它们在超快时间尺度的动力学性质。
（a）涡旋动态响应理论频谱（b）涡旋软模的运动方式（c）实验示意图
针对上述问题，该研究通过硬X射线自由电子激光散射实验，并结合动力学相场模型与原子尺度模型两种模拟方法，对强场太赫兹脉冲激发下(PbTiO3)16/(SrTiO3)16超晶格薄膜中极化涡旋在百飞秒量级的时间分辨率下的超快动力学进行了研究。实验中，通过测量极化涡旋的X射线衍射强度随泵浦-探测延迟时间的变化曲线，分析得到了主要位于 THz（293K）附近和 THz两个频域的模式。二者在实空间分别对应于相邻涡旋从直线排列开始横向振动的模式和更复杂的、具有涡旋壁扭转与呼吸等特征的动力学模式。此外，该研究还揭示了涡旋集体动力学模式的频率和振幅的可调谐性，通过改变样品温度产生热应变，观察到了低频横向振动模式的频率显著变化，表现出典型的软模行为（即涡旋软模）。计算结果与实验结果在响应模式频率、激发选择性以及模拟X射线衍射信号等方面有着较好的吻合。
实验中（a）293 K下 THz模式（b） THz模式及（c）二者对应频谱的温度演化
4月15日，上述研究工作以“极化涡旋的亚太赫兹集体动力学”（Subterahertz collective dynamics of polar vortices）为题，以封面文章形式在线发表于《自然》（Nature）期刊。《自然》同期刊登了由法国皮卡第大学伊格尔·卢克扬恰克（Igor Luk’yanchuk）教授和瑞士Terra Quantum AG公司瓦列里·维勒克（Valerii M. Vinokur，2020年菲列兹·伦敦奖获得者）博士所作的评论文章《铁电涡旋动力学的发现》（Dynamics of ferroelectric vortices revealed），对该工作的基础科学价值及潜在应用背景给予了高度评价，称“该研究发现的振荡模式将有助于将太赫兹半导体器件缩小到纳米量级，并实现电场驱动的高速高密度数据处理”。
李千助理教授为本论文的第一作者，其在博士后期间合作完成了该工作的主要部分，其后在清华完成了部分相场模拟工作和论文投稿。工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目的资助。
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PZT第一性原理计算及其铁电性能研究 【摘要】： 与传统的EEPROM和FLASH挥发性存储器相比,非挥发性铁电存储器(FeRAM)具有抗辐射、低功耗、快速读写操作、低操作电压等优异特性,从而更适合嵌入式应用的要求。本论文对应用于铁电随机存储器的关键组成部分——PZT铁电薄膜进行了第一性原理计算以及对PZT薄膜电容制备工艺和性能上进行了研究。 采用第一性原理的方法计算了PTO顺电相和铁电相,不同Zr/Ti比的PZT铁电相,和PZO顺电相、铁电相和反铁电相的电子结构。第一性原理对PTO、PZT与PZO不同相总能量的计算结果表明,在低温PTO、PZT处于铁电相,PZO处于反铁电相是由能量最小原理决定。PTO、PZT和PZO电子结构的计算结果表明,B位Ti3d,Zr4d与O2p电子存在强烈的杂化,并且Ti与O的杂化强度大于Zr与O的杂化强度,铁电相杂化强度大于顺电相杂化强度;A位Pb6s与O2p同样存在较强的杂化,这种杂化在铁电相时表现最强烈。从PZT能带的组成来看,在价带以下部分,主要由Pb原子电子能级组成;在价带底部主要由Ti,Zr原子与O原子的杂化能级组成,价带顶主要由O原子能级组成;在导带底主要由Ti与O的杂化能级组成。随着Ti原子比例增大,铁电相PZT中B位与O的杂化强度增大,说明铁电性增强,但是能隙变小,漏电流将变大。 根据PZT铁电材料的自身特性、工艺制备和理论计算结果,确定了掺Ta1%的PZT()是较为理想的嵌入式铁电存储器用材料。使用固相反应法制备了LSMO靶材、PbO靶材和Pb过量20%的纯钙钛矿结构的PTZT靶材。通过对TiO2,PbO和LSMO不同缓冲层制备的PTZT铁电薄膜结构、铁电性能和疲劳特性的分析指出,在高温溅射LSMO作为缓冲层的PTZT铁电薄膜是能够满足铁电随机存储器要求的。Pt/LSMO/PTZT/LSMO/Pt/TiO2 /SiO2/Si是一种优化的,适用于铁电存储器的铁电薄膜结构。从不同LSMO缓冲层厚度的PTZT铁电薄膜的性能分析指出LSMO缓冲层厚度在约20nm左右时,薄膜的铁电性能和疲劳特性最好。 通过对PTZT层的溅射气压、基片温度、后期退火工艺和溅射氧偏压对LSMO/PTZT/LSMO三明治薄膜结构铁电性能的分析指出,较优的制备PTZT薄膜电容的工艺条件是:溅射工作气压,基片温度200oC,溅射气氛为纯Ar气,退火温度为650度,退火时间为20分钟。 在Pt衬底上成功地制备了直径为75mm的LSMO/PTZT/LSMO铁电薄膜,测试了薄膜的表面和截面形貌以及薄膜铁电性能和介电常数。研究结果表明,薄膜表面致密、平整,厚度均匀(偏差在以内);最大电压12V测量的剩余极化平均值约为μC/cm2,矫顽场平均值为2V(偏差在以内),经109开关极化后,名义剩余极化强度平均值约为初始极化的90%(偏差在);薄膜的介电常数随频率的增加而减小,但1MHz后下降的趋势变得缓慢。 基于极化反转物理行为建立了关于铁电电容极化与外加电场的唯象物理模型。在此模型中,通过一些合理的近似假设,推得一微分方程,这一方程不但能很好地描述饱和与非饱和电滞回线以及回线间的转换,并能准确模拟各种条件下的极化情况。用此模型对实验数据和已报告的文献上的实验数据进行了模拟,结果具有很好的一致性。说明该模型对饱和电滞回线,以及非饱和、输入电压中途转向的电滞回线都能进行很好的仿真。 不好意思，这不算回答，但希望对你有用
铁电性: NVFRAM\FFET介电性:大容量电容\可调谐微波器件\PTC热敏元件电光效应:光开关\光波导\光显示器件声光效应:声光偏转器光折变效应:光调制器件\光信息存储器件非线性光学效应:光学倍频(BBO\LBO)器件\参量振荡\相共轭器件压电性:压电传感器\换能器\SAW\马达热释电效应:非致冷红外焦平面阵列一般认为，铁电体的研究始于1920年，当年法国人发现了罗息盐酒石酸钾钠，场·的特异的介电性能，导致了“铁电性”概念的出现。迄今铁电研究可大体分为四个阶段’。第一阶段是1920-1939年，在这一阶段中发现了两种铁电结构，即罗息盐和系列。第二阶段是1940-1958年，铁电维象理论开始建立，并趋于成熟。第三阶段是1959—1970年，这是铁电软模理论出现和基本完善的时期，称为软模阶段。第四阶段是80年代至今，主要研究各种非均匀系统。到目前为止，己发现的铁电晶体包括多晶体有一千多种。从物理学的角度来看，对铁电研究起了最重要作用的有三种理论，即德文希尔(Devonshire)等的热力学理论,Slater的模型理论,Cochran和Anderson的软模理论。铁电体的研究取得不少新的进展，其中最重要的有以下几个方面。1、第一性原理的计算。现代能带结构方法和高速计算机的反展使得对铁电性起因的研究变为可能。通过第一性原理的计算，对铁畴和等铁电体，得出了电子密度分布，软模位移和自发极化等重要结果，对阐明铁电性的微观机制有重要作用。2、尺寸效应的研究。随着铁电薄膜和铁电超微粉的发展，铁电尺寸效应成为一个迫切需要研究的实际问题。人们从理论上预言了自发极化、相变温度和介电极化率等随尺寸变化的规律，并计算了典型铁电体的铁电临界尺寸。这些结果不但对集成铁电器件和精细复合材料的设计有指导作用，而且是铁电理论在有限尺寸条件下的发展。3、铁电液晶和铁电聚合物的基础和应用研究。1975年MEYER发现，由手性分子组成的倾斜的层状相‘相液晶具有铁电性。在性能方面，铁电液晶在电光显示和非线性光学方面很有吸引力。电光显示基于极化反转，其响应速度比普通丝状液晶快几个数量级。非线性光学方面，其二次谐波发生效率已不低于常用的无机非线性光学晶体。聚合物的铁电性在年代末期得到确证。虽然的热电性和压电性早已被发现，但直到年代末才得到论证，并且人们发现了一些新的铁电聚合物。聚合物组分繁多，结构多样化，预期从中可发掘出更多的铁电体，从而扩展铁电体物理学的研究领域，并开发新的应用。4、集成铁电体的研究。铁电薄膜与半导体的集成称为集成铁电体，广泛开展了此类材料的研究。铁电存贮器的基本形式是铁电随机存取存贮器。早期以为主要研究对象，直至年实现了的商业化。与五六十年代相比，当前的材料和技术解决了几个重要问题。一是采用薄膜，极化反转电压易于降低，可以和标准的硅或电路集成；二是在提高电滞回线矩形度的同时，在电路设计上采取措施，防止误写误读；三是疲劳特性大有改善，已制出多次反转仍不显示任何疲劳的铁电薄膜。在存贮器上的重大应用己逐渐在铁电薄膜上实现。与此同时，铁电薄膜的应用也不局限于存储领域，还有铁电场效应晶体管、铁电动态随机存取存贮器等。除存贮器外，集成铁电体还可用于红外探测与成像器件，超声与声表面波器件以及光电子器件等。可以看出，集成薄膜器件的应用前景不可估量。在铁电物理学内，当前的研究方向主要有两个一是铁电体的低维特性，二是铁电体的调制结构。铁电体低维特性的研究是应对薄膜铁电元件的要求，只有在薄膜等低维系统中，尺寸效应才变得不可忽略脚一。极化在表面处的不均匀分布将产生退极化场，对整个系统的极化状态产生影响。表面区域内偶极相互作用与体内不同，将导致居里温度随膜厚而变化。薄膜中还不可避免地有界面效应，薄膜厚度变化时，矫顽场、电容率和自发极化都随之变化，需要探明其变化规律并加以解释。铁电超微粉的研究也逐渐升温。在这种三维尺寸都有限的系统中，块体材料的导致铁电相变的布里渊区中心振模可能无法维持，也许全部声子色散关系都要改变。库仑作用将随尺寸减小而减弱，当它不能平衡短程力的作用时，铁电有序将不能建立。
★ ★ dfq0730(金币+2,VIP+0):资源不少，可以分享一下吗？也省得老是发邮件的 1-4 13:48高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin， 简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比，它不溶于水，也不溶于有机溶剂，却又有着奇特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点。高吸水性树脂的吸水量高，可达到自重的千倍以上，而且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能。 高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。是一种典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。它能够吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分或都数十倍的盐水，并且能够保水贮水，即使加压也很难把水分离出来。这是由于其分子结构上带有大量具有很强亲水性的化学基团，而这些化学基团又可形成各种相应的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。 高吸水性树脂与水有很强的亲和力使它在个人卫生用品方面得到广泛应用，并在农业、土木建筑、保鲜材料、改造环境等方面的应用也显示出广阔的前景。如婴儿纸尿片、老年失禁纸尿片布、妇女用卫生巾等，广大发展中国家在这方面的需求不断增长，各国纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。高吸水性树脂作为通讯电缆的防水剂、湿度调节剂、凝胶转动装置、活体酶载体、人造雪等方面也得到了大量的研究和应用。高吸水性树脂在农艺园林方面的应用也已表现出令人鼓舞的前景，它有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物发芽率等。高吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估量的社会效益。由此可见进一步开发高吸水性树脂仍然有很重大的意义。 1.国外状况 高吸水树脂的研究开发始于20世纪60年代后期。1966年美国农业部北方研究所Fan-ta等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，从此开始了高吸水树脂的发展。Fanta等在论文中提出：淀粉衍生物的吸水性树脂具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至还具有吸湿放湿性，这些材料的吸水性能都超过以往的高分子材料。该树脂最初在Henkel Corporation工业化成功，其商品名为SGP(Starch Graft Polymer)。1971年Grain Processing公司以硝酸铈盐作引发剂，采用丙烯腈接枝在淀粉或纤维素上的方法合成出高吸水树脂。在这一时期，美国Hercules、National Starch、General MillsChemical，日本住友化学、花王石碱、三洋化成工业等公司相继成功开发出了高吸水树脂，德国、法国等世界各国对高吸水树脂的制备、性能和应用等领域也进行了广泛的研究，并取得大量成果。其中成效最大的是美国和日本。此后，国外对SAP的研制、生产和应用便以惊人的速度发展起来。1978年日本实现了SAP工业化生产。 高吸水树脂的生产与消费增长很快，1980年，世界高吸水性树脂生产能力约为5 kt/a，1990年增加到207 kt/a，1999年猛增到1292 kt/a。目前，世界SAP的最大生产商是日本触媒化学公司，其次是Deggusa/Huels集团的Stockhausen公司，第三位是美国Amcol公司的全资子公司Chemdal公司，这3家公司合计能力约占世界总能力的％。欧洲高吸水性树脂的主要生产厂家有法国Atofina公司和SNF Floerger公司，比利时的BASF公司和Nippon Shokubai公司，德国BASF公司、Stockhausen公司和Dow化学公司、英国Industrial Zeolite公司等。 美国是世界上最大的高吸水性树脂消费国，消费量约为280 kt，约占世界总消费量的％。欧洲高吸水性树脂的消费量约为200 kt，约占总消费量的％；日本高吸水性树脂的消费量约为80 kt，约占世界总消费量的％；其他地区的消费量约占％。根据预测，2005年世界高吸水性树脂的消费量将达到1000～1100kt，消费量年均增长速度为％～％。 随着其产品多样化及性能的提高，高吸水树脂的应用领域也必将不断扩大。1973年美国UCC公司开始将高吸水树脂应用于农业方面，接着又扩展到农林园艺的土壤保水、苗木培育及输送、育种方面。接着日本、法国等也展开了吸水性树脂的应用研究。现在，高吸水树脂已经广泛应用于农林园艺、医疗卫生、建筑材料、石油工业、食品行业、日用品行业、人工智能材料等各个领域。 2 国内状况 国内高吸水性树脂的研究工作起步较晚，始于20世纪80年代初，与国外相比，我国高吸水性树脂的研究开发与应用相对比较缓慢，2004年我国高吸水性树脂的生产能力也只在30kt/a左右，生产企业近30家，但规模都不大，生产能力在1kt以上的仅7家。 国内有三十多家单位在从事高吸水性树脂的研究。例如上海大学、吉林石油化工研究所、中国科学院化学所、中国科学院兰州化学物理研究所、广州化学所、天津大学、北京化工大学、广东工业大学化工研究所等，这些单位的工作大都着重于水性树脂的合成研究。在应用方面，吉林、黑龙江、新疆、河南等省把高吸水性树脂应用于农业生产中取得了较为可喜的成就。目前，国内高吸水剂的研究工作绝大部分仍处于实验室阶段，有的已转入中试阶段，但工业化的很少，主要还是依靠进口。 目前，在我国高吸水性树脂大部分为进口产品，进口价为－万元/t。国内高吸水性树脂生产成本在－万元/t，售价为－万元/t。预计到 2010年国内高吸水性树脂的需求量将达到100kt。 在我国吸水树脂的消费主要以卫生用品应用为主。在今后我国吸水树脂应用方面卫生材料仍是主流，其需求量还将不断增大。由于我国水资源十分贫乏，水土流失严重，荒漠化土地日趋扩展;并且我国正处于工业化、城市化的加速发展阶段，城市草坪业和花卉业将有巨大的发展空间。吸水树脂作为土壤改良剂，保水保肥剂，种子及苗木移植涂覆剂在农业、林业、园林绿化、改造沙漠等方面将起着重要的作用，有关专家认为，再经过七八年的努力作为保水剂的吸水树脂有可能成为继化肥、农药、地膜之后最受广大农民欢迎的农用化学品之一，其市场前景十分广阔。高吸水性树脂是一种发展迅速的新材料，在我国极具市场潜力。随着人们对SAP研究的深入，具有耐盐、保水、保肥等多功能SAP的研究已经取得了巨大的进展，但是我国SAP的生产及应用均落后于发达国家，迫切需要快速发展。我国地大物博，土壤沙漠化严重， SAP在农业上的应用具有巨大的潜力，加强对具有抗旱保墒，且具有缓释肥功能的绿色环保型SAP的研究，建立以多功能新型SAP为中心的完整化学抗旱、节水、保水技术体系，并开展大面积的示范推广也是今后研究的重点。此外，目前应用于工业化生产的SAP大多是丙烯酸盐类，原料成本高，不利于大范围应用。加强对非金属矿物/保水复合材料的研究，同时研究简化生产工艺，减少聚合后半成品水分含量从而减少产成品干燥时间和干燥能耗，对于降低SAP成本，扩大SAP应用范围具有重要意义。另外，应该尽快利用原料和市场需求两个优势，引进国外先进技术，并依托国内科研力量进行开发，建设经济规模工业化装置，以便迅速占领这一高增长的市场。
仅供参考；《功能高分子材料》课程是高分子材料、复合材料、材料化学和应用化学专业的核心主干课程，它是建立在高分子化学和高分子物理基础上，并与其它多种学科如物理学、生物学、医学、分离科学等交叉的综合性课程。由于涉及领域非常广泛，如涵盖了吸附分离功能高分子材料、反应型功能高分子材料、电功能高分子材料、光功能高分子材料、高分子功能膜材料、生物医用功能高分子材料、液晶高分子材料、环境敏感高分子材料等，该门课程教学质量的优劣对学生能否深入了解功能性高分子的设计、表征和应用非常重要。考虑到《功能高分子材料》课程一般是在大三的下学期或大四的上学期开设，这时学生面临着考研复习和找工作等问题，很难静下心来进行深入的学习。因此，采用传统的教学方式难以达到满意的教学效果。针对这些问题，结合我校高分子材料专业教学的实际情况，笔者对《功能高分子材料》课程的教学从教材选定、教学内容和教学方式方面进行了探索。下面，笔者就自己的点滴体会进行论述。1教材的选定和内容的精讲自高分子学科在我国诞生以来，功能高分子材料的发展非常迅速，目前为止国内所见的教材已有十多种。由于功能高分子材料发展非常迅速，为了获取最新的知识，不能选择那些出版年月较老的教材。另外，还要保证教材编写的质量。经过对不同教材的比较,结合我校实际,最终选用了赵文元和王亦军编著的由化学工业出版社于2008年出版的教材。该教材是在1996年版的基础上，加入了许多新的功能高分子方面的研究内容，并结合实际对一部分内容进行了一定的删改。经过对该教材一段时间的试用，我们发现效果较好。另外，针对课时有限而授课内容多的矛盾，应突出教学重点，选择最热门和重要的部分进行精讲，其它部分略讲或者学生自学。2多媒体教学与传统教学方式相结合多媒体教学是指运用计算机并借助于预先制作的教学课件来开展教学活动的过程。与传统教学方法相比，它具有课堂容量大、图文并茂、形象生动、易于突出教学重点和难点等优点。近几年来，越来越多的课程开始实行多媒体教学。功能高分子材料方面新概念多，涉及领域广，借助多媒体技术，不仅可向学生直观地展示有关功能高分子设计实例，而且可插入适当的生产生活实例，使抽象枯燥的功能高分子材料课程更加具体生动。同时，要注意的是多媒体教学效果的好坏，在很大程度上取决于教学课件的水平。因此，老师应努力提高教学课件的制作水平。另外，我们也注意到，多媒体教学的上课进度明显要快于传统的板书教学。这样，对于某些特别重要的理论公式的学习和推导，通过多媒体教学难以使学生在较短的时间内完全理解，这时就应该采用传统的板书教学方式。因此，我们应采取多媒体教学与传统教学相结合的教学方式，根据教学内容进行相应的调整，既保证学生对课程感兴趣，又能让学生真正深入的理解功能高分子材料的知识。3联系生活实际，引出所要讲述的功能高分子材料以生活中的实际例子或新闻报道中的最新科技进展为例子，引出将要介绍的功能高分子材料。这样既能让学生意识到功能高分子材料的重要性，提高学习的积极性，又能让学生了解到最新的研究成果，提高对科学研究的兴趣。如从全球都非常关注的环保问题出发，引出废水和废气处理方面的功能高分子材料，介绍这些功能高分子材料的设计思路和原理，让学生从理论和实际相结合的角度深入理解所学的功能高分子知识。同时，还可以提出一些生活中材料的不足，让学生发挥主观能动性，提出解决这些材料不足之处的方法或设计新的功能高分子材料的想法。这样，学生的学习兴趣会大大的提高，教学效果也会明显得到改善。4利用网络资源，紧跟最新研究进展，实时补充新的教学内容功能高分子材料是一门发展非常迅速的学科，每隔一段时间都有新的研究成果诞生，我们应根据情况实时的补充那些热门和重要的研究成果到教学内容中，让学生了解到最新的功能高分子知识，提高学生对功能高分子材料的兴趣。互联网上资源丰富，内容更新快，是老师补充教学内容的最佳途径。目前，利用网络资源作为课堂教学的辅助手段，是学生喜闻乐见的形式。老师可以制作一个功能高分子的网页，提供最新研究成果的链接，方便学生浏览。同时，还可以鼓励学生在网上搜索最新的研究成果，再在课堂上以口头报告的形式传达给同学。这样，既能让学生对功能高分子材料进行全面的了解，又能让学生主动的参与教学，达到较好的教学效果。5互动式教学，学生做“学术报告”课堂教学是教学的关键性环节，如何启发学生积极思考，调动学生的学习积极性，是老师们一直在探索的问题。针对功能高分子材料涵盖领域多，可以从热门的领域中选择几个作为报告题目，然后让学生分成若干个小组，共同完成查找资料和组织讲稿的工作。最后，从各小组中选出一人作为代表上台做“学术报告”，每个小组之间互相提问。
在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱. 高分子材料是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物.除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱.高分子材料是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物.除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等.碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构.碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物.有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出来.这样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能.高分子中可以把某些有机物结构(又称为功能团)替换, 以改变高分子的特性.高分子具有巨大的分子量, 达到至少1 万以上, 或几百万至千万以上, 所以, 人们将其称为高分子、大分子或高聚物.高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶(未加工之前称为树脂).面向21 世纪的高科技迅猛发展, 带动了社会经济和其他产业的飞跃, 高分子已明确地承担起历史的重任, 向高性能化、多功能化、生物化三个方向发展.21 世纪的材料将是一个光辉灿烂的高分子王国.现有的高分子材料已具有很高的强度和韧性, 足以和金属材料相媲美, 我们日用的家用器械、家具、洗衣机、冰箱、电视机、交通工具、住宅等, 大部分的金属构造已被高分子材料所代替.工业、农业、交通以及高科技的发展, 要求高分子材料具有更高的强度、硬度、韧性、耐温、耐磨、耐油、耐折等特性, 这些都是高分子材料要解决的重大问题.从理论上推算, 高分子材料的强度还有很大的潜力.在提高高分子的性能方面, 最重要的还是制成复合材料第一代复合材料是玻璃钢, 是以玻璃纤维和合成树脂为粘合剂制成.它具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、导热系数低、易於加工等优良性能, 用於火箭、导弹、船只和汽车躯体及电视天线之中.其后, 人们把玻璃纤维换成碳纤维, 其重量更轻, 强度比钢要高3~5 倍, 这就是第二代的复合材料.如果改用芳纶纤维, 其强度更高, 为钢丝的5 倍.高性能的高分子材料的开拓和创新尚有极大的潜力.科学家预测, 21 世纪初, 每年必须比目前多生产1500~2000 万吨纤维材料才能满足需要, 所以必须生产大量的合成纤维材料, 而且要具有更轻型、耐火、阻燃、防臭、吸水、杀菌等特性.有许多新型纤维, 如轻型空腔纤维、泡沫纤维、各种截面形状的纤维、多组份纤维材料等纷纷被研制出来, 人们可指望会有耐静电、耐脏、耐油, 甚至不会沾灰的纤维材料问世.这些纤维材料将用於宇航天线、宇航反射器、心脏瓣膜和人体大动脉.高分子功能材料, 在高分子王国里是一片百花争艳的盛景.由於高分子的功能团能够替代, 所以只要采用极为简便的方法, 就可以制造各种各样的高分子功能材料.常用的吸水性材料, 如棉花、海绵, 其吸水能力只有本身重量的20 倍, 在挤压时, 已吸收的大部分水将被挤出来.而用淀粉和丙烯腈制成的高分子吸水材料, 它不仅能吸收自身重量数百倍到上千倍的水, 而且受到挤压也不会挤出水来.人们可以期望, 将高吸水性的高分子材料制成能将化学能转变成机械能的装置, 以及具有类似於肌肉的功能或制造测量仪器.在微电子工业的光刻集成块工艺, 常用的光刻胶(又称光致抗蚀材料), 就是能使高分子相连接一种功能团, 光照射时会起化学反应, 使其溶解度降低或提高.应用这种光刻胶制备集成块, 可以使集成块的线宽达到 到 微米(1p毫米), 只有用其他工艺制成的集成块的线宽的1/10 到1/100, 是适合於21 世纪的电子计算机的主要元件mm微细元件的开关.光刻胶并能用於各种精细加工, 如半导体元件, EP 刷线路板, 金属板膜或表面的精细加工、玻璃、陶瓷的精细刻蚀、精密机械零件加工等.高分子功能材料应用在信息工程方面, 已经生产了光电导摄影材料、光信息记录材料、光mm能转换材料, 并都已进入实用阶段.像"当代摩西神树"的离子交换树脂的高分子功能材料也发展很快, 许多高分子离子交换膜、高分子反渗透膜、高分子气体分离膜、高分子透过蒸气膜等都在化学工艺的筛分、沉淀、过滤、蒸馏、结晶、萃取、吸附等过程中获得应 用, 而且分离结果优於其他方法, 可节约大量能量.日本的制盐工业早已用离子交换膜去代替盐田和电解食盐工艺.利用反渗透膜对有机化工、酿造工业的三废进行处理, 可回收胺、酯、醇、醚、酮、酚等重要有机化合物.气体分离膜对不同气体的透过率和选择性不同, 可以利用这一性质从混合气体中选择分离某种气体, 如从空气中富集氧, 从合成氨中回收氢, 从天然气中收集氦, 还可以制备一种水下呼吸器(人工鳃), 它是直接从海水中提取氧的潜水装置, 人类可望能长期生活在海水中, 进入海龙王的宫殿, 分享海龙王海底宁静的幸福生活的梦想可变成现实.还有各种信息转换膜、反应控制膜、能量输送膜等正在研制阶段.一种富有吸引力的生物膜也正在研究之中.生 物膜具有奇特的性能, 不仅能主动起能量、信息、物质的传递作用, 还能参加光合作用及有机物质的生命合成等生命活动.这就是21 世纪的高科技的一颗明珠, 摘取这颗明珠需要有极大的勇气和百折不挠的精神.高分子功能材料的另一极为重要的发展就是用於催促化学反应, 这类高分子功能材料被称为高分子催化剂.早在本世纪40 年代, 人们已经使用一种叫交联磺化聚苯乙烯的离子交换树脂作催化剂, 用於化学反应的各个过程, 如水解、缩合、聚合等.尔后, 这类高分子功能材料发展很快, 高分子金属络合物催化剂接着问世, 它能够在化学反应中加速捕捉金属离子, 实现金属化合物的迅速分离, 在工业生产和工业分析上是一种十分重要的方法.还有高分子金属催化剂, 是促进化合物中金属离子迅速完成化学反应的材料, 它已获得了成功的应用.自然界存在一种最有效的催化剂, 称为酶.这一类高分子材料像酶一样有很强的催化作用, 称为人工合成酶.酶是由氨基酸组成的蛋白质高分子化合物, 它是生物体内各种生物化学反应的高效催化剂, 是性能最优异的天然的高分子功能材料.现在, 各种人工合成酶已经研制成功并逐步投入应用, 其种类越来越多, 科学家根据酶的作用原理试图模仿应用於化学工业的催化剂, 在化学工业上进行一场革命.它可以制作进行化工生产, 可以充分利用再生的生物资源, 以摆脱传统的以石油系列为主要原料的合成工艺, 而且还可用酶的催化原理, 避开传统的合成工艺中的高温, 高压的条件, 在各种物质混合的状态下, 有选择地使特定物质发生化学反应, 使反应物能够不加分离地连续反应至生产出最终产物.这样, 生物反应器将会改变化工企业高塔林立的传统面貌, 不仅能节约能源, 改善工作环境, 同进还可以广开化工资源, 消灭废水、废气和废料(又称三废), 使建立无污染的理想化学工业成为可能.例如天门冬酰胺酶制成的中性树脂的前景就非常光明.高分子材料在医学和生命科学上的应用已有很长的历史, 但是依靠着高科技的进步, 近期来这个领域的发展令人惊讶, 人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨骼、人工关节, 从研制迅速成功到不断完善, 并且已付诸使用.高分子材料制作的手术器械、医护用品已不计其数.高分子材料生物化的最大特色就是控制人的健康和生命, 利用不带药剂性的高分子与其他药剂合成的高分子药剂, 可大大改善治疗效果, 这一类药剂人体易於吸收, 毒性和副作用小.如引起恶心、全身不适等不良反应的抗癌药, 把它们高分子化, 其效果就大大改善, 像抗癌药芳庚酚酮和甲基丙烯酸结合为高分子, 其效果更佳.另一类高分子药物, 本身就有很高的药效, 如合成的聚乙烯吡咯烷酮, 就可以作为血浆的代用品.商品化的聚醚与聚氨酯合成的高分子药物与血浆蛋白质中的白蛋白的亲和力特别高, 相处很融洽, 是一种解决人体血凝的医用高分子材料.纵观上述, 高分子已经成为21 世纪材料科学中强有力的支柱, 高分子材料的发展在21 世纪将会取得更大的成就
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本人从智网上找的 有PDF格式 这是从上面转下来的 统磁体以单原子或离子为构件,三维磁有序化主要来自通过化学键传递的磁相互作用,其制备采用冶金学或其一、引 言他物理方法;而分子磁体以分子或离子为构件,在临界 作为一种新型的软材料,分子基材料(molecule2based温度以下的三维磁有序化主要来源于分子间的相互作materials)在近年来材料科学的研究中已成为化学家、物用,其制备采用常规的有机或无机化学合成方法.由于理学家以及生物学家非常重视的新兴科学领域[1].分子在分子磁体中没有伸展的离子键、共价键和金属键,因基材料的定义是,通过分子或带电分子组合出主要具有而很容易溶于常规的有机溶剂,从而很容易得到配合物分子框架结构的有用物质.顾名思义,分子基磁性材料的单晶,有利于进行磁性与晶体结构的相关性研究,有(molecule2based magnetic materials) ,通称分子磁性材料,利于对磁性机制的理论研究.作为磁性材料,分子铁磁是具有磁学物理特征的分子基材料.当然,分子磁性材体具有体积小、相对密度轻、结构多样化、易于复合加工料是涉及化学、物理、材料和生命科学等诸多学科的新成型等优点,有可能作为制作航天器、微波吸收隐身、电兴交叉研究领域.主要研究具有磁性、磁性与光学或电磁屏蔽和信息存储的材料.导等物理性能相结合分子体系的设计、合成.我们认为, 分子磁性研究始于理论探索.早在 1963 年McCo2分子磁性材料是在结构上以超分子化学为主要特点的、nnel[2]就提出有机化合物可能存在铁磁性,并提出了分在微观上以分子磁交换为主要性质的、具有宏观磁学特子间铁磁偶合的机制.1967 年,他又提出了涉及从激发征并可能应用的一类物质.态到基态电子转移的分子离子之间产生稳定铁磁偶合 分子铁磁体是具有铁磁性质的分子化合物,它在临的方法[3].同年,Wickman[4]在贝尔实验室合成了第一个界温度(Tc)下具有自发磁化等特点.分子磁体有别于传分子铁磁体.之后,科学家们相继报道了一些类铁磁性统的不易溶解的金属、金属合金或金属氧化物磁体.传质的磁性化合物,但直到1986年前,这些合成的磁性化·15 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi 合物没有表现出硬铁磁所具有的磁滞特征.1986 年,材料理论的精确预言和计算是相当困难的,而且,分子Miller等人[5]将二茂铁衍生物[Fe(Cp3)2](Cp3为五甲基磁性材料中包含的原子和分子基团更多,空间结构的基环戊二稀)与四氰基乙烯自由基(TCNE)经电荷转移合对称性更复杂,局部的磁交换的途径也体现出多样性,成了第一个分子铁磁体[Fe(Cp3)2]+[TCNE] ,其转换温使得目前的研究还处于实验经验的积累和定性的解释度 T上.尽管如此,科学家们对分子磁交换的机制进行了大c= K.与此同时,Kahn 等人[6]报道了具有铁磁性的MnCu(pbaOH)·(H量的研究,提出了许多近似理论模型,并基于这些模型2O)3分子化合物.从此,分子磁体的研究引起了人们的广泛关注,分子基磁性材料也应和大量的实验数据,在磁性与结构的关系研究中取得了运而生.一定的进展.对于一些对称性较高的体系,根据自旋相 开始,由于分子间的磁相互作用较弱,分子磁体的互作用的 Hamilton可由量子力学求出磁化率的解析形转换温度式T,然后根据实验数据计算出磁偶合系数 J 值,探索随c通常远远低于室温,难于达到应用的要求.结构的变化关系.对于对称性较差及组成较为复杂的体但是,第一个室温分子磁体V(TCNE)2·xCH2Cl2在1991系,自旋 Hamilton 的解析解很难求出.此时可用 Monte年由Manriquez[7]报道出后,虽然是一个不稳定的电荷转Carlo方法对物理过程进行模拟,求出磁偶合系数 J[10].移钒配合物,但近年来,分子磁性的研究已取得了令人 根据产生磁性的具体类型,磁交换机制主要通过以鼓舞的进展,Verdauger[8,9]报道了 Tc高达340 K的稳定下途径来实现:类普鲁士蓝的分子铁磁体. (1) 磁轨道正交 根据 Kahn等人的分子轨道理论,顺磁离子A与B之间的磁相互作用(J)由两部分贡献组二、分子磁性中的物理基础成,即铁磁贡献和反铁磁贡献,J = JF+ JAF.当A中未成对电子所占据的磁轨道与B中未成对电子所占据的磁 分子磁体的磁性来源于分子中具有未成对电子离轨道互相重叠时,它们之间的相互作用为反铁磁偶合,子之间的偶合,这些偶合相互作用既来自分子内,也可重叠积分越大,反铁磁偶合越强;当A与B中未成对电来自于分子间.分子内的自旋- 自旋相互作用往往通过子所占据的磁轨道正交时,它们之间的相互作用为铁磁“化学桥”来实现磁超相互作用.所以,分子磁性材料兼偶合.如图(1)中(a)、(b)所示.如果铁磁偶合与反铁磁偶具磁偶极- 偶极相互作用和超相互作用,故该类材料的合同时存在,通常反铁磁偶合强于铁磁偶合,因此只有磁性比常规的无机磁性材料表现出更丰富多彩的磁学当 JAF为零时,A与B间才为铁磁偶合.如在CsNiⅡ[CrⅢ性质.(CN)6]·2H2O[9]中,CrⅢ的磁轨道具有t2g对称性,而NiⅡ 根据铁磁体理论,要使材料产生铁磁性,首先体系的磁轨道具有e的原子或离子必须是顺磁性的g对称性,二者互为正交轨道,因而呈现,其次它们间的相互作用铁磁性偶合( T是铁磁性的.对于分子磁性材料,一个分子内往往包含c=90 K).当磁轨道正交时,铁磁偶合的一个或多个顺磁中心,即自旋载体,按照 Heisenberg 理大小依赖于轨道间的距离.论,两个自旋载体之间的磁交换作用可用以下等效Ham2 (2) 异金属反铁磁偶合 对于两个具有不同自旋的ilton算符来表示:顺磁金属离子,SA≠SB若A与B间存在磁相互作用,有^H两种情况:当A与B 间的磁相互作用为短程铁磁偶合ex= - 2J^S1^S2(1)其中时,总自旋 SJ 为交换积分,表示两个自旋载体间磁相互作用的T= SA+ SB;当A与B间的磁相互作用为反类型和大小. J 为正值时为铁磁性偶合,自旋平行的状态铁磁偶合时,总自旋 Sr=| SA- SB| (如图1中(c) (d)所为基态;J 为负值时为反铁磁性偶合,自旋反平行为基示).顺磁离子A和B间的磁相互作用大多为反铁磁偶态.如对分子磁性材料:A- X- B 体系(A,B 为顺磁中合.当为反铁磁偶合时,若 Sr= SB,则 Sr=0;若 SA与心,X为化学桥) ,X作为超交换的媒介使A和B发生磁SB不相等,则有净自旋,当在转换温度以下,净自旋有性偶合,设 SA= SB=1P2,则当反铁磁偶合时,分子基态序排列,使体系呈现亚铁磁性.因此,利用异金属之间反用单重态和三重态的能量差来表示:J = E铁磁偶合是构建高自旋分子的另一条有效途径.如CsMnS- ET. 磁相互作用研究的目的在于了解磁交换的机理,寻[Cr(CN)6] ,Mn2+的自旋为 SA=5P2,而Cr3+的自旋为 SB找磁性与结构之间的关系,并反过来指导分子磁性材料=3P2,二者之间产生反铁磁偶合,净自旋 ST= SA- SB的设计和合成.和通常的磁性材料一样,对分子基磁性=1P2,在低于转换温度( Tc=90 K)时,配合物表现为亚1·6 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述铁磁性[11].以分为下面几类:1. 有机自由基分子磁体 化合物中不含任何带磁性的金属离子,大多由 C,H,O,N四种有机元素组成的磁体材料.其自旋载体为有机自由基,如氮氧自由基.McConnel 早在1963 年就提出有机化合物内存在铁磁偶合的机制[2].制备方法采用有机合成方法.由于它们具有有机材料特殊的物理、化学图性能,因而是更具应用前景的分子铁磁材料.但直到今1 相同自旋之间的偶合:(a) 铁磁偶合;(b) 反铁磁偶合; 不同自旋之间的偶合:(c) 铁磁偶合;(d) 亚铁磁偶合日,纯有机分子磁体的转换温度仍极低,和有机超导材料一样,在小于50 K的低温区.日本科学家在这方面的 (3) 电荷转移 对给体- 受体电荷转移类配合物,工作做得很好.目前,得到广泛研究并进行了结构标定如[FeCp32]+[TCNE]-,基态时,[FeCp32]+的自旋为1P2,的有机铁磁体主要有氮氧自由基及其衍生物[14]、C60[TCNE]-的自旋也为1P2.在这样一个系统中,由于电荷(TDAE)(TDAE为四(二甲胺基) - 1,2- 亚乙基)[15]等.转移,形成激发三重态.在[FeCp32]+与[TCNE]-交替排列形成的链中,阳离子与前后两个[TCNE]-等距离,它2. 金属- 有机自由基分子磁体的e2g电子可向前后两个[TCNE]转移,形成 S =1的激发 化合物中含有带磁性的过渡金属或稀土金属离子,态.基态激发态混合后,降低了体系能量,使自旋取向沿同时也含有机自由基的基团,故有两种以上的自旋载体着一条链形成.如果每个链的取向都是平行的,且链间存在,并发生相互作用,由这种金属或金属配合物与自和链内[FeCp32]+与[TCNE]-位置相当,那么e2g电子可由基两种自旋载体组装的化合物,也可以构建分子铁磁以在链间传递,从而进一步稳定了体系,导致了相邻链体.其中有些是有机金属与自由基形成的电荷 转移盐的自旋平行取向,产生宏观的铁磁性现象[12].体系. (4) 有机自由基与多自由基 自从1991 年日本京 美国的Miller和Epstein教授在这个体系中作出了卓都大学的 Takahashi 等[13]成功地合成了基于 C、H、O、N越的贡献,首先他们发现了[M(Cp32][TCNZ](Z=Q或四种元素组成的有机铁磁体,使人们认识到含有氮氧自E,TCNE为四氰基乙烯,TCNQ为四氰代对苯醌二甲烷,M由基的有机化合物也是制备分子铁磁体的一条有效途(C3p)2为环戊二烯金属衍生物)[12]. 如,[Fe(Cp3)2]径.氮氧自由基与金属配合物形成的磁偶合体系已成为[TCNZ]为一变磁体(它有一反铁磁基态,但在临界外场分子铁磁体研究领域的一个重要方面.为1500Oe时,转变为具有高磁矩的类铁磁态) ,它由[Fe(Cp3)2]+阳离子与[TCNQ]-阴离子交替排列形成平行三、分子基磁性材料的分子设计和目的一维链,每一个离子均有一未成对的电子自旋[16].磁 前热点研究体系有序要求在整体上的自旋偶合,因此,直径较小的[TC2NE]-将比[TCNQ]-有较大的电子密度,预期将有利于 分子磁体的设计与合成实质上是一个在化学反应自旋偶合.实际情况证明了这一点,[Fe(Cp3中分子自组装的过程.选择合适的高自旋载体(砖头) ,2)]+[TC2NE]-由阳离子与阴离子交替排列构成一维链,在 K这可以是金属离子或具有自旋不为零的有机自由基,通以下表现为磁有序过非磁性的有机配体等桥梁基团作为构筑元件(石灰),在 T=2 K时,其矫顽力为1 000Oe,,超过了传统磁存储材料的值[17]以一定的方式无限长地联接起来.为了提高磁有序温度,,如通过脱溶剂法处理、改变抗衡离子或改变配体等途径他们又开创了M[TCNE],形成分子内部间x·yS(M=V,Mn,Fe,Ni,Co;S为的强相互作用和单元间弱相互作用的超分子结构.通过溶剂分子) 另外一类电荷转换盐分子磁体的研究工调控无限分子P分子单元(或链、层)间磁相互作用的类型作[18].并发现第一个室温以上的分子磁体V[TCNE]x·和大小,组装成低维或三维铁磁体.但就目前来说,除选yCH2Cl2,其 Tc高达400 K.值得一提的是,在常温下它显择合适的高自旋载体和桥联配体外,控制分子在晶格中示出矫顽力超过无机磁体,薄膜材料也在积极的研究堆砌方式也十分重要.中,已接近应用.遗憾的是,这类化合物的结构至今仍是 按照自旋载体和产生的磁性不同,分子磁性材料可不清楚.近年来,Miller等对[MnⅢTPP]+[TCNE]-(H2TPP·17 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi 为中心四苯卟啉)类分子磁体也进行了广泛的研究.有物在低温下,能够被光激发而发生从铁磁体到顺磁体的关的综述论文可参考文献[12]和[19].可逆转跃迁,是非常有实际应用的特性. Mn( Ⅱ) - 氮氧自由基链状配合物Mn(hfac)2(NIT2 草酸根桥联的双核或异双核金属配位物分子磁体Me)[20](hfac是六氟乙酰丙酮,NITMe 为2- 甲基- 4,4,一直吸引着人们的注意.具有D3对称性的[MⅢ(ox)3]3-5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物自由基,Tc是一个非常有用的建造单元.它在3个不同的方向上都=7. 8 K) 及 Cu ( Ⅱ) 自由基配合物 [Cu (hfac)2]有“钩子”,能轻而易举地把别的金属离子拉进来而形成(NIT[21]多维的金属离子交替排列,从而成为二维或三维分子磁pPy)2(NITpPy为2- (2’吡啶 - 4,4,5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物)是另一类的金属- 有体.如A[MⅡMⅢCr(ox)3](A =N(n - C4H9)+4、N( n -机自由基分子磁体.近年来,这类分子铁磁体的研究进C6H5)+4等) ,当MⅢ=Cr( Ⅲ) ,MⅡ为Mn(Ⅱ) ,Cu( Ⅱ) ,Co展很大,已由单自由基- 金属配合物扩展到多自由基-(Ⅱ) ,Fe( Ⅱ)和Ni( Ⅱ)时,其 Tc分别为6,7,10,12,14金属配合物.由于多自由基较单自由基有更多的自旋中K[26];当MⅢ=Fe( Ⅲ) ,MⅡ为Fe(Ⅱ) ,Ni(Ⅱ) ,Co( Ⅱ)时,心和配位方式,并且与金属配位更易形成多维结构的优Tc=30～50 K[27].点,多自由基—金属配位物的研究已成为分子磁体研究 草胺酸根合铜[Cu(opba)]2-、[Cu(pba)]2-及[Cu的热点之一[22].(pbaOH)]2-含有未配位基团,可作为形成多核配合物的前体.此前体具有两个桥基,易与Mn2+、Fe2+等阳离子3.金属配合物的分子磁体形成异双金属链而构成一维链状配合物,链内通过铁磁 金属配合物分子磁体是目前研究得最广泛、最深入或反铁磁偶合得到铁磁链或亚铁磁链,链间的铁磁或反的一类分子磁体,其自旋载体为过渡金属.在其构建单铁磁偶合导致材料的宏观磁性表现为铁磁或反铁磁性.元中,可以形成单核、双核及多核配合物.由这些高自旋这类分子磁体转变温度低,如由双草酰胺桥联的锰铜配的配位物进行适当的分子组装,可以形成一维、二维及合物MnCu(pbaOH)(H2O)3,Tc= K[28].三维分子磁体,可以形成链状或层状结构.根据桥联配 除此之外,近十年来化学家们对由三叠氮(N3)配体位体的不同,这类分子磁体主要包括草胺酸类、草酰胺桥联的多维化合物产生了极大的兴趣,这是因为三叠氮类、草酸根类、二肟类、氰根类等几种类型.配体主要以两种方式连接金属离子,见图2,分别对应反 报告的第一个这种类型的分子磁体是中间自旋 S =铁磁偶合和铁磁偶合,便于对分子磁性的设计.单独由3P2的FeⅢ(S2CNEt2)2Cl[4],在温度为 K以下表现为三叠氮配体桥联或混入其他有机桥联配体,可构成一磁有序,但无磁滞现象.接着便是基于双金属的低温铁维,二维和三维的配位聚合物,形成独特的磁学性质并磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[FeⅢCl6]3-( Tc= K和在一定温度下构成分子磁体[29].这方面,我国的南京大亚铁磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[CrⅢ(CN)6]3-( Tc=2.学和南开大学也做出了很好的工作[30,31].85 K) ,它们同样不具有磁滞现象[23,24]. 近年来,由法国科学家Verdaguer发现普鲁士蓝类配合物所表现出的较高的转换温度,大的矫顽力,使得普鲁士蓝类磁性配合物越来越吸引人们的注意[25].普鲁士蓝类分子磁体是基于构筑元件M(CN)k-6与简单金属离子通过氰根桥联的类双金属配合物,双金属离子均处于八面体配位环境,并通过氰桥连接成三维网络.其组成形式为 Mk[M’(CN)6]l·nH2O 或 AMk[M’(CN)6]l·nH2O(M和M’为不同的顺磁性,化合物为铁磁体,如图2 三叠氮配体和金属离子以及对应的磁交换Cu3[Cr(CN)6]2·15H2O( Tc= 66 K) 、Cu3[Fe(CN)6]2·12H4. 单分子磁体(Single2Molecular Magnets)2O(Tc=14 K) 、Ni3[Cr(CN)6]2·14H2O( Tc=23 K)均为铁磁体.若两个金属离子磁轨道重叠,它们之间的磁 以上情况都是分子被连接成聚合物后产生非常强偶合为反铁磁性,化合物为反铁磁体或亚铁磁体,如的分子间相互作用.从另一个角度,若分子间相互作用(Net4)[V(CN)6]·2H2O( Tc=230 K) 、CrⅡ3[CrⅢ很小可忽略,则分子被隔离成一个个独立的磁分子.当(CN)6]2·10H2O( Tc=240 K)[25].有价值的是,这类化合分子内含有多个自旋离子中心并发生磁偶合时,则总分1·8 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述子的磁矩决定于磁偶合后的最低能态,这时就可能出现域.如在本文中提到的:转换温度超过室温的分子基铁基态为自旋数较高的稳定态,在磁场的作用下产生准连磁和亚铁磁体材料的发现;具有高自旋的多核配合物在续的激发态能级.所以整个分子的磁矩在外场下,沿外低温下表现出磁性的单分子磁体的发现;在室温以上具场的方向偏转时需要克服一个较大的势垒,这种势垒来有大的磁滞现象的自旋交叉配合物的发现;分子基磁体自零场分裂的磁各向异性.有时也称这种现象为自旋阻的光磁、热磁效应;以及分子基磁体的 GMR、CMR效应挫(spinfrustration)[32].这种依赖于外磁场的双稳态(bist2等.所有这些成果都预示着分子磁性材料光明的未来.ability)被看作是新一代信息材料应用的基础.目前所发 相比于传统的磁性材料,由于广泛的化学选择性,现的单分子磁体主要包括Mn12和Mn14离子簇、Fe8离子可以从分子级别上对分子磁性材料进行修饰和改良;作簇和 V为磁性材料4离子簇等三类,如基态为 S = 10 的 Mn12O12,分子铁磁体具有体积小、相对密度小、能耗(O[33]小及结构的多样化等优点,其制备的方法大多为常规的2CMe)16(H2O)4.有意义的是,当这种单分子体积大到一定值时,可被认为是一种尺寸单一的可磁化的纳化学方法,便于做成各种形态的产品,所体现的性质有米材料,具有不可估量的应用前景.些是传统的磁性材料不可替代的.已发现这类新物质可能成为各类高科技材料,特别是新一代的信息存储5. 自旋交叉配合物材料. 众所周知 当然,当配合物分子内的自旋离子中心减少到,作为一种新生的材料,有很多方面仍需要进仅一个时一步研究和改进,这也是我国科学家在基础研究和应用,分子间的相互作用又很小,配合物显示出独立离子的特性科学走向世界前列的良机.可以预见,在未来的发展中,,为近似理想的顺磁性.具有3d4- 3d7电子配置的过渡金属配合物分子基磁性材料将可能在:①高,在八面体配位结构下,电子Tc温度的分子磁体;②在五个d电子轨道上的排布,可能会受到配位场e提高材料的物理稳定性;③透明的绝缘磁体;④易变、易g和t2g加工的分子磁体轨道之间的能隙Δ大小的影响;⑤和其他物理性能结合的复合磁性材,当Δ平均电子对能p相料近时;⑥超硬和超软磁体; ⑦液体磁体等方面着重探索和,化合物的自旋态可能由于某些外界条件的微扰,得到发展可呈现高自旋态与低自旋态的交叉转变[34].(.最典型的是2000年8月29日收到)一些Fe(Ⅱ)配合物,发生高自旋态5T1 Alivisatos A. P. ,Barbara P. F. ,Castleman A. W. ,et. al. Adv. Ma22(S =2,顺磁性)与ters. ,1998;10:1297低自旋态1A1(S =0,抗磁性)的转变,伴随自旋相变,化2 McConnel . J. Chem. Phys. ,1963;39:1910合物可能有结构甚至和颜色的变化.有一些的转变温度3 McConnel . Proc. . Welch Found. Chem. ;11:144还在常温区,如[Fe(Htrz)4 Wickman . ,Trozzolo . ,Williams . ,et. al. Phys. Rev. ,3- 3x(NH2trz)3x](ClO4)2·H2O1967;155:563(trz=1,2,4 三唑类) ,在常温下从紫色(低自旋)随温度5 Miller . ,Calabrese . ,Epstein . ,et. al. J. Chem. Soc. ,上升转为白色(高自旋).成为另一种新的可利用的双稳Chem. Commun,1986;10266 Pei Y. ,Verdauger M. ,Kahn O. ,et al. J. Am. Chem. Soc. ,1986;态现象[35].1984年,Decurtins等人首次观察到光诱导自108:7428旋交叉效应[36],并随后在低温下利用光对自旋态的激发7 . ,Yee . ,Mclean . ,et al. Science,1991;252:和调控进行了深入研究,期望能用作纳秒级的快速光开14158 FerlayS. ,Mallsah T. ,Ouahes R. ,et al. Nature,1995;378:701关和存储器[34].我国在自旋交叉研究方面也取得了可喜9 Mallah T. ,Thiebaut S. ,VerdaguerM. ,et al. Science,1993;262:1554的成绩[37],如发现温度回滞宽度近55 K的自旋交叉化10 Zhong . ,You X. Z. ,Chen T. Y. Annual Sci Rept—suppl of J of合物[Fe(dpp)Nanjing Univ. ,, Nov19942(NCS)2]py(dpp =二吡嗪(3,2,2-,3-)邻11 Griebler . ,Babel . ,NaturforschB. Anorg. Chem. ,1982;37B菲罗啉,py=吡啶)[38],而且首次发现在快速冷却下仍保(7) :832持高自旋亚稳态,实现了不通过光诱导也能得到低温下12 . ,. Chem. Int. Ed. ,1994;33:38513 Takahashi M. ,Turek P. ,NakazawaM. ,et al. PhysLett,1991;67:746的双稳态[39].14 Chiarelli R. ,. ,Rassat A. ,et al. Nature,1993;363:14715 Allemand . ,Khemani . ,Koch A. ,et al. Science,1991;254:301四、展 望16 . ,. ,Reiff . ,et al. J. Phys. Chem. ,1987;91:4344 分子基磁性材料作为一种新型的材料,近十年来,17 . ,. ,. ,et. al. J. Am. Chem. Soc. ,1987;109:769在化学家和物理学家的努力下,在很多方面已经取得了18 Zhou P. ,. ,. ;181:71突破性的进展,迅速发展成为一门材料学科的前沿领19 . Inorg. Chem. ,2000;39:4392估计效果很不好 如果想要的话，留个邮箱，给你发过去
近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M08组龙有文研究员团队和武汉大学物理科学与技术学院的何军教授团队合作，对不同厚度的Cr2Te3样品进行了研究，发现其 T C随着材料厚度的降低而逐渐升高，直到厚度低于二维极限（~10 nm）时， T C由块体的160 K急剧上升至室温附近（约280 K），并通过理论计算揭示了这一反常现象的机理。 一直以来，根据Mermin-Wagner理论，由于热扰动的影响，长程的铁磁有序很难在二维材料中形成。但是，近期一系列二维层状材料，比如Cr2Ge2Te6，CrI3以及VSe2等的长程铁磁性被发现，掀起了层状材料（层与层之间由范德瓦尔斯键连接）磁性研究的热潮。然而到目前为止，对于非层状铁磁材料（原子之间由非范德瓦尔斯键连接）不断变薄直至1个元胞左右厚度的磁性演化却缺乏相关的研究。为 探索 二维非层状材料的铁磁行为，研究团队生长出了不同厚度的Cr2Te3，并对其结构、电输运、磁性以及反常霍尔效应等进行了详细表征。研究表明，当厚度大于12 nm时，材料展示了与块体类似的铁磁行为，其 T C仅随厚度降低略有升高。然而，当厚度降低至6个元胞厚度时（约 nm）， T C急剧上升至室温附件，可高达280 K，展示了与其他铁磁材料 T C随厚度变化截然相反的规律。进一步通过理论计算，团队发现Cr2Te3铁磁居里温度随厚度的反常变化可能源于材料表面原子的重构，使得表面原子间距离变短，铁磁相互作用增强，该结论进一步获得了X光衍射结果的佐证。本工作率先发现了铁磁居里温度随厚度降低而急剧升高的反常现象，为深入研究二维材料特别是非层状二维材料的新奇物理性质提供了范例。 相关研究结果发表在近期的Nano. Lett. 上（20,3130,2020）。该工作获得了 科技 部（2018YFE0103200，2018YFA0305700），国家自然科学基金委（11934017，51772324，11921004，11574378），中国科学院（QYZDB-SSW-SLH013，GJHZ1773）等项目的支持。 文章链接： 图1：Cr 2 Te 3 具有三方晶体结构。 图2：二维Cr 2 Te 3 具有铁磁性，在280 K和180 K附近出现两个磁转变。 图3：不同厚度Cr 2 Te 3 铁磁居里温度 Tc 随厚度的变化关系，低于二维极限（~10 nm）时， Tc 急剧上升到室温附件（约280 K）。 图4：理论计算和XRD测试表明二维Cr 2 Te 3 表面原子可能会重构，使得表面原子间距离变短，从而导致 Tc 急剧升高。 ↓ 点击标题即可查看 ↓ 1. 为什么不倒翁小姐姐能摇一晚上不倒？ 2. 如果在家考，作弊就很容易吗？ 3. 「我给你 37 美元，求求你把这桶油搬走吧」 4. 老师隔离后用射击 游戏 上网课，真不怕学生看完更想玩 游戏 ？ 5. 被五步蛇咬，走几步才最安全？ 6. 我们从不你，除非……你不懂物理 7. 为什么菜油倒海上能救命？这道题美国学霸国父也不会做 8. 为什么有 32 个关卡的超级马里奥兄弟只要 64KB？ 9. 十大物理效应，一次看个够！ 10. 方程 E = mc² 中，m 的能量从何而来？
图1. CrN/ C r₂O₃ 超晶格界面结构和电子态表征
界面磁性 是一个具有代表性的过渡金属氧化物低维结构的界面物性，对于理解界面自旋轨道耦合的物理机制和构筑低维自旋电子器件非常重要。 氧化物异质界面的多自由度耦合不仅可以影响界面两侧氧化物的本征磁性，还可以在界面诱发出新的磁基态 。 例如，研究者们在两个反铁磁性氧化物界面观测到铁磁性【Science 280, 5366 (1998)】、在完全抗磁的铜基超导体与锰氧化物界面反铁磁序【Nat. , 244 (2006)】、在反铁磁性氧化物和顺磁性氧化物界面观测到磁交换偏置【Nat. Mater. 11, 195 (2012)】和反常霍尔效应【Nat. Commun. 7, 12727 (2016)】等。近二十年来，在 全氧化物异质界面 观测到的出乎意料的新奇磁性现象极大地丰富了氧化物异质结的物理图像。与此同时，过渡金属氮化物是与过渡金属氧化物媲美的一族具有 关联量子效应 和 丰富物理特性 的材料体系。通常，制备单晶氮化物需要苛刻的高压和高温的极端条件，同时这些氮化物的化学计量比极难准确控制。因此，到目前为止，将氧化物与氮化物外延生长构成异质界面未见报道，其界面的物理特性亟待研究。在这类新型异质界面中， 两种阴离子（氧和氮）都将与过渡金属离子发生轨道杂化构成界面结构，它们都将提供共存的库伦排斥和原子内/间的交换相互作用 。 同时，由于不同离子之间的价态、离子半径、轨道电子数目等本征特性不同，这种新型界面将有可能产生有别于本征过渡金属氮化物和氧化物母体的新奇物性，有望进一步丰富低维关联电子材料的物理图像，扩展这类量子界面的多功能性。
图2. 利用超导量子干涉仪和X射线光电子能谱表征CrN /Cr₂O₃超晶 格宏观磁性
氮化铬（CrN）块体是一类反铁磁金属性材料，具有简单立方晶格（Fm3m）【详见2020年103期： 反铁磁金属氮化铬超薄膜的电子态相变研究 】，而氧化铬（ Cr ₂ O ₃ ）块材具有反铁磁绝缘体特性，是典型的六方晶格 六方晶格 。两种材料。 两种材料本征的对称性、电负性、阴离子和晶格常数均有很大差别， 能否形成高质量的量子界面以及界面是否具有与本征材料不同的新颖物性 是本项目研究的重点 。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的郭尔佳特聘研究员指导博士研究生金桥，与金奎娟研究员、谷林研究员、朱涛研究员、刘刚钦特聘研究员以及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的杨洪新研究员、南方 科技 大学的王善民教授和中国科学技术大学的闫文盛研究员/李倩研究员紧密合作， 利用脉冲激光沉积技术制备了高结晶质量、准确化学配比、单原胞层精度的反铁磁氮化铬（CrN）/反铁磁氧化铬（ Cr ₂ O ₃ ）超晶格 （以下简称超晶格）。利用扫描透射电镜和电子能量损失谱，他们观察到氮和氧离子在各自超薄膜中均匀分布，同时界面处的阴离子化学混杂小于4埃， 具有单原胞层量级的平整界面 。实验上，他们首先利用超导量子干涉仪测量不同周期的超晶格，发现随着厚度增加，饱和磁化强度减小和矫顽场增加。在室温下，两原胞层周期的超晶格表现出典型的 铁磁性特征 ， 居里温度约为325K ，超过了两种母体材料的反铁磁聂耳温度。研究团队进一步通过X射线磁圆二色谱、氮空位色心磁力仪等实验技术确认了这种新颖的超晶格界面具有 室温铁磁性 。他们利用中国散裂中子源和美国橡树岭国家实验室的散裂中子源的极化中子反射谱仪将不同周期超晶格中的磁矩和化学组分随薄膜厚度的分布关系精确表征，进一步给出了该界面具有铁磁性的确凿证据。研究团队根据界面原子结构开展了系统的第一性原理计算，结果表明铁磁性是该界面结构的最稳定基态，能隙和磁矩的随厚度的变化均与实验观测一致 。 研究团队认为通过界面处不同阴离子与铬离子的轨道耦合改变交换耦合强度，产生的自旋排列长程序，打破了本征两种母体材料的反铁磁序。本工作的意义在于 首次在单原胞层尺度精准构筑了不同于全氧化物界面的氮化物/氧化物新型量子界面，利用人工界面耦合在两个反铁磁材料界面观测到室温铁磁性 ，这种方法为研究低维量子异质结中的量子序和发现新物态提供了新思路。
图3. 氮空位色心和极化中子反射技术进一步确认超晶格中存在确凿净磁矩。
本研究的相关内容以“Room-temperature ferromagnetism at an oxide/nitride interface”为题发表在Physical Review Letters上。
图4. 超晶格的能带结构、原子磁矩和能隙随周期的变化关系
本研究成果的共同第一作者为中国科学院物理研究所的博士生金桥和张庆华副研究员以及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的博士生王智文。中国科学院物理研究所的郭尔佳特聘研究员和金奎娟研究员以及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的杨洪新研究员为文章的共同通讯作者。本工作得到了中国科学院高能物理研究所的王嘉鸥研究员、上海大学的尹鑫茂教授、新加坡国立大学的Chi Sin Tang和Andrew T. S. Wee教授在同步辐射光源测量方面以及美国西北太平洋可再生能源国家实验室的王乐博士和Scott A. Chambers教授在X射线光电子能谱方面以及郑州大学郭海中教授、法国国家科学院的Sujit Das博士在宏观物性表征方面的支持。
该工作得到了 科技 部重点研发计划“量子调控与量子信息”专项（2020YFA0309100和2019YFA0308500）、国家自然科学基金委、北京市 科技 新星计划、北京市自然科学基金、中国科学院各类专项经费等项目的支持。
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国家计委和科技部日前共同发布了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2001年度)》，确定了当前应优先发展的十个产业的141个高技术产业化重点领域新型金属材料产业优先发展的领域如下：1、稀土材料及其应用稀土是信息产业、绿色能源和环境保护等产业的重要支撑材料我国稀土储量、产量和出口量均占世界首位 已形成较齐全的工业体系近期产业化的重点是：高性能稀土永磁材料及制品、稀土催化材料、稀土贮氢材料、稀土发光材料、超大磁致伸缩材料、高温超导材料、稀土硫化物涂料及颜料的规模生产；加快发展高纯稀土氧化物和高纯稀土单质分离提取工业化生产技术和装备；加快稀土在钢铁冶金、有色金属、玻璃、特种陶瓷、石油化工及农业等方面的应用2、复合金属材料制备工艺及其成套设备由于异质金属复合材料的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛，提高了传统金属材料的发展潜力近期产业化的重点是：建设铝-不锈钢、铝-钢、钛-钢、铜-钢带液-固相复合工艺生产线 表面复合精饰技术制备薄覆层()金属复合板带生产线；开发颗粒增强铝基复合材料规模化生产技术、半固态成形技术、连续包敷复合高速钢材料及制品，并实现产业化3、高性能密封材料及制品密封件是保证机械装备高效、长期、安全和稳定运行的重要基础件 其技术水平、质量及性能直接影响配套主机产品质量和运行可靠性我国密封材料及制品经过十多年的发展和技术引进，形成了一定的生产能力和规模 一般产品能满足各类主机的配套要求，但高压、高速、精密、耐高温低温和耐腐蚀的密封件与国际水平有较大差距近期产业化的重点是：轿车及中高档轻型车动力传动、减振、制动系统用密封材料及制品规模化生产示范基地建设；重大成套设备中高压、液压、气动系统用密封件；电力设备中高温、高压机械密封；石化工业中高速透平压缩机非接触气膜密封；金属磁流体动密封4、纳米材料和特种粉末及其制品纳米材料因其纳米效应而具有特殊的性能和广泛的用途 是目前科技发展重要热点之一近年来 我国在纳米材料的研究开发和应用方面取得了很大进展 形成了一批拥有自主知识产权的技术并开始产业化近期产业化的重点是：以纳米粉体材料、纳米膜材料、纳米催化材料和纳米晶金属材料为重点 实现低成本、环境友好以及质量稳定的规模化生产；加快纳米材料规模化应用于信息、通信、医疗和环保等新兴产业以及能源、交通、化工、建材、纺织和轻工等基础产业，改进性能，提高效率 促进技术进步；加快发展粉末冶金摩擦材料、高温合金粉末以及高纯超细陶瓷粉体材料链接： 二十一世纪将是材料-电子一体化的世纪作为新型功能材料家庭中的重要成员,形状记忆合金在工程机械和日常生活中得到了广泛的应用由形状记忆合金构成的结构简单、控制灵活、功率密度大的各类记忆合金驱动器,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势本文详细阐明了形状记忆合金的晶体学、热力学特性,概述了该材料的几种典型应用实例在此基础上,综述了这一功能材料的应用优势
摘要： 钢结构建筑本身具有自重轻、强度高、施工快等优点，与其他建筑工程相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。随着改革开放，我国的钢铁产量有了突飞猛进的发展，特别是1997年以后，我国的钢产量突破1亿吨，尽管我国是世界的钢铁产量的大国，但在钢铁应用上只占产量的3%左右。近几年随着国家经济建设的发展，特别是2008年奥运会场馆设施、首都钢铁公司的搬迁、同时十五期间我国将钢结构住宅作为重点推广的项目。为此，国家外经贸委会同冶金部制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施，鼓励建筑工程采用钢结构形式，争取在2010年建筑钢结构的用量达到总钢产量的6%，使一个发展建筑钢结构行业和市场的势头正在我国出现。
关键词：钢结构；钢结构特点；发展趋势
钢结构工程同其他结构工程相比，具有材料强度高、抗震性能好、工业化生产程度高、密闭性能好、安全更可靠的特点，决定了过去在一些高度或跨度较大的结构，荷载或吊车起重量很大的结构、有较大振动的结构、高温车间的结构、密封要求很高的结构、要求能活动或经常装拆的结构、桥梁结构中应用比较广。随着改革开放和经济发展，钢结构工程正从跨度大、多层或高层、耐热性等要求高的工业建筑足见向民用建筑发展。
1从我国钢材生产上看，越来越给钢结构建筑发展创造了非常好的物质基础。随着我国经济的发展，随着老钢厂的不断更新，新钢厂不断崛起，越来越多的钢铁基地为了适应市场的需要，成品钢材的品种越来越齐全，热轧H型钢、彩色钢板、冷弯型钢的生产能力大大提高，为钢结构发展创造了重要的条件。其他钢结构中型钢、及涂镀层钢板都有明显增长，产品质量有较大提高。耐火、耐候钢、超薄热轧H型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构发展创造了条件。
2从设计、施工、钢结构工业化生产看，越来越多的标志性钢结构建筑，已经足够证明我国的钢结构建筑无论从设计到施工，还是从设计到钢结构构件的工业化生产加工，专业钢结构设计人员的素质在实践中得到不断提高，一批有特色有实力的专业研究所、设计院、建筑施工单位、施工监理单位都在日臻成熟，专业性、技术性、规模化更加完善。
随着钢结构建筑的遍地开花，我国各地分别建起了钢结构的标志性建筑，如：世界第三高度421米的上海金茂大厦，具有国际领先水平、高度279米的深圳赛格大厦，跨度1490米的润扬长江大桥，跨度550米的上海卢浦大桥，345米高的跨长江输电铁塔，以及首都国际机场，鸟巢国家体育中心，首钢钢结构厂房建筑群等等许多采用钢结构建筑体系的重要工程，标志着建筑钢结构正向高层重型和空间大跨度钢结构发展。
3从钢结构应用范围看，我国的钢结构建筑正从高层重型和空间大跨度工业和公共建筑钢结构向住在发展。近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。其实，我国钢结构住宅起步很晚，只是改革开放后，从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅，才使我们有了学习与借鉴的机会。1986年意大利钢铁公司和冶金部建筑研究总院合作介绍一种低层钢结构住宅建筑体系——Bsis，并在冶金部建筑研究总院院内建造一栋二层钢结构住宅样板房；1988年日本积水株式会社赠送上海同济大学二栋钢结构住宅（二层），建在同济新村中；90年代个别国外公司为推广其产品在北京、上海等地建立多层钢结构办公、住宅楼。大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近几年才发展起来。这说明了钢结构住宅的发展势头良好。
4钢结构作为绿色环保产品，与传统的混凝土结构相比较，具有自重轻、强度高、抗震性能好等优点。适合于活荷载占总荷载比例较小的结构，更适合与大跨度空间结构、高耸构筑物并适合在软土地基上建造。也符合环境保护与节约、集约利用资源的国策，其综合经济效益越来越为各方投资者所认同，客观上将促使设计者和开发商们选择钢结构。也正是钢结构建筑的这些优点和实用性，引起了政府的高度重视和推广，并把钢结构住宅作为我国十五期间的重点推广项目。
5钢结构的发展趋势表明，我国发展钢结构存在着巨大的市场潜力和发展前景。这存在的'巨大市场潜力和发展前景及趋势，主要来源于：
（1）我国自1996年开始钢产量超过一亿吨，居世界首位。1998年投产的轧制H型钢系列给钢结构发展创造了良好的物质基础。
（2）高效的焊接工艺和新的焊接、切割设备的应用以及焊接材料的开发应用，都为发展钢结构工程创造了良好的技术条件。
（3）1997年11月建设部发布的《中国建筑技术政策》中，明确提出发展建筑钢材、建筑钢结构和建筑钢结构施工工艺的具体要求，使我国长期以来实行的“合理用钢”政策转变为“鼓励用钢”政策。将为促进钢结构的推广应用起到积极的作用。
（4）钢结构行业将出现一批有特色有实力的专业设计院、研究所，年产量超过20万吨的大型钢结构制造厂，有几十家技术一流、设备先进的施工安装企业，上千家中小企业相互补充、协调发展，逐步形成较规范的竞争市场。
6发展钢结构住宅是我国住宅产业化的必由之路。住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，这将成为推动我国经济发展新的增长点。钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。
随着钢结构建筑的发展，钢结构住宅建筑技术也必将不断的成熟，大量的适合钢结构住宅的新材料也将不断的涌现，同时，钢结构行业建筑规范、建筑标准也将随之逐渐完善。相信不久的将来，钢结构住宅必然会给住宅产业和建筑行业带来了一场深层次的革命。
“钢结构是环保住宅，钢结构符合可持续发展概念”——21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下，钢结构体系必将成为住宅结构体系的主流。展望未来，随着经济建设的蓬勃发展和交流的进一步扩大，要建造更多的高层建筑、桥梁和大型公共场所、新型的智能化小区等建筑物的需求十分旺盛。这将为钢结构的发展提供更多的机会，钢结构产业兴旺发展的新局面就在眼前。
现在我国钢结构研究已进入一个新阶段，有关规范和标准已出台，国内钢产量充足，为钢结构住宅的发展提供了较好的物质和技术基础。应及时把握其发展趋势，结合我国国情，积极借鉴并吸纳国外成熟技术，注意各专业间的相互配合，促进钢结构住宅产业化发展，相信我国钢结构住宅的发展前景是美好的。