晶格像观察

p　　研究人员表示，分析和设计新离子导体的新方法为可充电电池提供了关键部件。新方法的应用可能会加速高能锂电池以及其他能量存储和传输装置(如燃料电池)的发展。br//pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/3477e76a-b550-4f8f-87c2-f756b0769936.jpg" title="201803300842364192.png"//pp　　该图揭示了意向电池电解质材料Li 3 PO 4的晶格结构。 研究人员发现，声波能够穿过固体材料，通过声音振动可以揭示离子带电荷的原子或分子如何通过晶格移动 ，以及它们如何在电池中实际的工作原理。在该图中，氧原子显示为红色，紫色金字塔形状为磷酸盐(PO4)分子。 橙色和绿色的球体是锂的离子。/pp　　新方法依赖于对振动通过锂离子导体晶格方式的理解。新方法与抑制离子迁移的方式相关联。这提供了一种方法来发现具有增强离子迁移性的新材料，允许快速充电和放电。同时，该方法还可以降低材料与电池电极的反应性，材料与电池电极的反应会缩短电池的使用寿命。更好的离子迁移率和低反应性这两个特性——往往是相互排斥的。/pp　　这个新概念是由W.M领导的一个团队开发的。该团队包括Keck能源教授Yang Shao-Horn，研究生Sokseiha Muy，最近毕业的年仅17岁的博士John Bachman，研究科学家Livia Giordano以及麻省理工学院，橡树岭国家实验室以及东京和慕尼黑的其他9所院校人员。他们的研究结果在 Energy and Environmental Science杂志上报道。/pp　　Shao-Horn说，新的设计原则已经有五年的时间了。最初的想法始于她和她的团队用来了解和控制催化水分解，并将其应用于离子传导 - 这一过程不仅是可充电电池的核心，而且也是其他应用的技术关键，如在燃料电池和海水淡化系统中的应用。当带有负电荷的电子从电池的一极流向另一极(从而为装置提供电力)时，正离子以另一种方式流过电解质或夹在这些极之间，以完成流动。/pp　　典型地，电解质以液体形式存在时，溶解在有机液体中的锂盐是当今锂离子电池中常见的电解质。但该物质易燃，有时会导致这些电池着火。通过新方法寻找一个可靠的材料来取代锂盐将消除这个问题。/pp　　Shao-Horn说，存在多种有前景的固体离子导体，在与锂离子电池的正极和负极接触相比都具有不稳定性的特点。因此，寻找既具有高离子电导率又具有稳定性的新的固体离子导体是至关重要的。但是，通过对许多不同的结构族和成分进行分类，找到最有前途的结构无疑是一项大海捞针的工作。这就是新的设计原则的用武之地。/pp　　我们的想法是寻找离子电导率与液体相当的材料，但必须具有固体的长期稳定性。Shao-Horn说研究人员被问到“基本原则是什么”，“在一般的结构层次上，是什么设计原则来控制所需属性的”。研究人员回应理论分析和实验测量相结合的方法现在已经有了一些结果。/pp　　该论文的第一作者Muy说：“我们意识到有很多材料可以被发现，但是没有理解或者共同的原则让我们能够合理化发现过程。我们想出了一个可以封装我们的理解并预测哪些材料将处于最佳状态的想法。”/pp　　Shao-Horn 说，关键是要观察这些固体材料的晶格性质。这决定了诸如热波和声子之类的振动是如何通过材料的。这种观察结构的新方法最终证明能够准确地预测材料的实际性能。一旦你知道了某物质的振动频率，你就可以用它来预测新的化学性质或解释实验结果。/pp　　研究人员观察到使用该模型确定的晶格特性与锂离子导体材料的导电性之间具有良好的相关性。她说，“我们做了一些实验来实验性地支持这个想法”，并发现结果非常吻合。/pp　　他们特别发现，锂的振动频率本身可以通过调整晶格结构、使用化学取代或掺杂剂来微妙地改变原子的结构排列来进行微调。/pp　　研究人员表示这个新概念现在可以提供一个强大的工具，用于开发新的性能更好的材料，从而可以大幅度提高可存储在给定尺寸或重量的电池中的功率量，并提高安全性。他们已经用这个新方法筛选出了一些新的材料。而且这些技术还可以适用于分析其他电化学过程的材料，如固体氧化物燃料电池，基于膜的脱盐系统或产生氧气的反应。/pp　　该团队包括麻省理工学院的张浩勋， Douglas Abernathy，Dipanshu Bansal和Oak Ridge的Olivier Delaire 东京工业大学的Santoshi Hori和Ryoji Kanno 以及宝马集团位于慕尼黑的研究电池技术公司的Filippo Maglia，Saskia Lupart和Peter Lamp。这项工作得到了宝马，国家科学基金会和美国能源部的支持。/pp　　文章来自azonano网站，原文题目为Design principles could point to better electrolytes for next-generation lithium batteries/ppbr//p

瑞士洛桑联邦理工学院基础科学学院研究人员建造了第一个大型可配置的超导电路光学机械晶格，可克服量子光学机械系统的尺度挑战。该团队实现了光机械应变石墨烯晶格，并使用新的测量技术研究了非平凡的拓扑边缘状态。这项研究发表在最近的《自然》杂志上。对微机械振荡器的精确控制是许多当代技术的基础，从传感和定时到智能手机的射频过滤器。腔光力学使科学家能够利用电磁辐射压力来控制介观力学对象。这大大提高了人们对其量子性质的理解，使包括基态冷却、量子压缩和机械振子远程纠缠在内的许多进展成为可能。前沿理论研究曾预测，研究光学机械晶格有望带来大量物理学和动力学方面的创新性发现，比如量子集体动力学和拓扑现象。但要在高度可控的条件下造出这种实验性设备，构建可承载多耦合光学和机械自由度的光学机械晶格一直是个挑战。此次，研究人员开发了一种用于超导电路光学机械系统的新型纳米制造技术，该技术具有高再现性和对单个设备参数的极其严格的公差，使他们能将不同的位置设计成几乎完全相同，就像在自然晶格中一样。作为晶格单一位置的一部分，关键元件是所谓的“真空间隙鼓面电容器”，它由悬挂在硅衬底沟槽上的一层薄铝膜制成。这构成了器件的振动部分，同时形成了一个带有螺旋电感的谐振微波电路。石墨烯晶格具有非平凡的拓扑特性和局部边缘状态。研究人员在他们所谓的“光机械石墨烯薄片”中观察到了这种状态，该薄片由24个位点组成。该团队的测量结果与理论预测非常吻合，表明他们的新设备是研究一维和二维晶格拓扑物理的可靠实验平台。光机械晶格的演示不仅提供了在真实的凝聚态晶格模型中研究多体物理的途径，而且当与超导量子比特相结合时，还有望带来一种新型混合量子系统。

20世纪60年代物理学家约翰哈伯德提出的Hubbard模型是一个简单的量子粒子在晶格中相互作用的物理模型，该模型被用于描述高温超导，磁性缘体，复杂量子多体中的物理机制。Hubbard模型在二维材料中的验证可以当做是量子模拟器，用以解释强关联量子粒子中的问题。近期，美国康奈尔大学的Jie Shan课题组在《自然》杂志上发表了WSe2/WS2超晶格中的低温光电与磁光性质新进展，验证了Hubbard模型在二维材料体系中的实用性。文章通过对对角相排列的二硒化钨（WSe2）与二硫化钨（WS2）的研究，得到二维三角晶格Hubbard模型的相图。如图1a所示，由于双层WSe2/WS2的4%晶格失配而形成三角形的莫尔超晶格。通过调控双层WSe2/WS2器件的偏置电压来调控载流子浓度与填充因子，从而研究其电荷和磁性能。值得注意的是，WSe2/WS2之间的扭转角不同，两者的反射光谱展现出不同的性质（见图1d与图1e）。同时，在反射对比中观察到准周期调制，这可能与半整数莫尔代填充有关。图1. WSe2/WS2超晶格晶胞(a)，能带(b)与器件示意图(c), WSe2/WS2扭转角分别为20度（d）与60度（e）时候的反射光谱数据。 通过测量WSe2/WS2超晶格器件的电阻，作者发现当填充因子是0.5（半填充）或者1（完全填充）时，电阻变化大（见图2c），该结果表明该器件在半填充与完全填充的时候具有缘态。图2. a: 温度1.65K，WSe2/WS2超晶格反射光谱随载流子浓度调控变化图。b: 反射光谱强度与填充因子的关系图。c: 不同温度下，器件电阻与填充因子曲线(内置图，电阻随温度变化图）。图3. a: 温度1.65K，WSe2/WS2超晶格圆偏振反射光谱随磁场变化。b: 不同填充因子情况下反射光谱塞曼分裂结果。c-d: g因子随温度变化结果。在半填充状态下，左旋圆偏振与右旋圆偏振测量的WSe2/WS2超晶格反射光谱在磁场下具有不同峰位（图3a）。该峰位差即是反应了磁场引入的塞曼分裂现象。通过分析g因子随温度变化的结果，确认温度高于4K时，WSe2/WS2超晶格的磁化率与温度关系符合居里-韦斯定律（Curie–Weiss law）。对以上磁化率与温度结果的进一步分析可以证实在WSe2/WS2超晶格中Hubbard模型完全适用。文章中，作者使用了德国attocube公司的attoDRY2100低温恒温器来实现器件在低温度1.65K下通过电场与磁场调控的低温光学实验。该工作成功地表明莫尔超晶格是很好的研究强关联物理并适用Hubbard模型的平台。图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。 attoDRY2100+CFM I主要技术特点：+ 应用范围广泛: PL/EL/ Raman等光谱测量+ 变温范围：1.5K - 300K+ 空间分辨率： 1 μm+ 无液氦闭环恒温器+ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)+ 低温消色差物镜NA=0.82+ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @4K+ 精细扫描范围：30 μm X 30 μm @4K+ 可进行电学测量，配备标准chip carrier+ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能 参考文献：[1]. Yanhao Tang et al, Simulation of Hubbard model physics in WSe2/WS2 moiré superlattices, Nature, 579, 353–358(2020)