月球背面地幔中的水含量
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所林楊挺研究員團隊和合作者發(fā)表了一篇題為《Water abundance in the lunar farside mantle》的研究論文。這項研究利用中國嫦娥六號（月球南極-艾特肯盆地）的返回樣品,，揭示了月球背面地幔中的水含量及其氫同位素組成,，為理解月球的形成和熱化學(xué)演化提供了重要的新線索,。
研究團隊通過對嫦娥六號返回的玄武巖樣品中的磷灰石和熔體包裹體進行分析,，估算出母巖漿的水豐度為15至168微克每克，并得出其地幔源區(qū)的水含量約為1至1.5微克每克,。這一結(jié)果表明,，月球背面地?？赡鼙绕湔娴蒯８痈稍?，從而暗示月球內(nèi)部水的分布可能存在類似于眾多表面特征的半球二分性,。
場發(fā)射掃描電子顯微鏡Apreo配備的MapsMin自動礦物分析系統(tǒng)幫助研究人員高效系統(tǒng)地篩選并分析月壤樣品的礦物成分, 既能獲得高分辨的形貌圖像和成分襯度圖像,，也能獲得元素面分布圖和物相分布圖,。
圖：嫦娥6號月海玄武巖碎片中發(fā)現(xiàn)的橄欖石熔融包裹體的巖石學(xué)特征
亞納秒級閃存技術(shù)
復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室,、芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院周鵬-劉春森團隊發(fā)表了一篇題為《Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection》的研究論文。該團隊通過構(gòu)建準二維泊松模型在理論上預(yù)測了超注入現(xiàn)象, 打破了現(xiàn)有存儲速度的理論極限,?！捌茣裕≒oX）"皮秒閃存器件其擦寫速度可提升至亞1納秒（400皮秒）相當于每秒可執(zhí)行25億次操作，是迄今為止最快的半導(dǎo)體電荷存儲技術(shù),。
這一研究旨在解決非易失性存儲器在速度上的瓶頸問題,。傳統(tǒng)的閃存因電場輔助編程效率低下,，難以達到亞納秒級的速度。而該團隊通過引入二維狄拉克石墨烯通道,，利用二維增強的熱載流子注入機制,，成功設(shè)計了一種新型閃存。實驗結(jié)果表明,，這種閃存器件不僅具備400皮秒的編程速度,，還具有非易失性存儲和超過550萬次循環(huán)的耐久性。
他們的研究顯示,，二維材料的薄層通道可以優(yōu)化橫向電場的分布,，顯著提高注入電流和編程效率。此外,，二維半導(dǎo)體材料二硒化鎢也被發(fā)現(xiàn)具備增強的熱空穴注入能力,，但其注入行為有所不同。這一創(chuàng)新為閃存技術(shù)的速度提升提供了新的方向,，有望在未來應(yīng)用于高效能計算和人工智能等領(lǐng)域,。
雙束電鏡Helios G4 HX和UC在原位環(huán)境下制備了超薄的透射電鏡樣品。Tecnai F20配備的先進的Super X能譜系統(tǒng)在STEM模式下提供了原子尺度下閃存的橫截面(hBN/HfO2/Al2O3)元素面分布圖,。
圖：（a）GSG探針與閃存設(shè)備配置的示意圖。（b）亞納秒閃存設(shè)備的TEM圖和EDS元素面分布圖
新型鈣鈦礦氧化物中的巨大電熱效應(yīng)
上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院錢小石教授課題組與澳大利亞伍倫貢大學(xué)張樹君教授合作發(fā)表了一篇題為《Giant electrocaloric effect in high-polar-entropy perovskite oxides》的研究論文,。研究人員設(shè)計并合成了一種具有極化高熵狀態(tài)的無鉛鈣鈦礦氧化物,，發(fā)現(xiàn)了其中蘊藏的巨電卡效應(yīng)，并揭示了其內(nèi)在構(gòu)效關(guān)系,。
研究團隊致力于開發(fā)一種新型的無鉛鈣鈦礦鐵電材料,，旨在通過多元素替代引入強極性無序，從而顯著提高材料的電熱效應(yīng)（ECE）,。具體而言,，通過在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的A和B位進行多元素替代,，研究團隊成功地引入了一種高極性熵狀態(tài)。這種狀態(tài)能夠有效克服傳統(tǒng)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中高度有序的極性相關(guān)性帶來的限制,，從而大幅提升ECE。
實驗結(jié)果表明,，這種新型材料在室溫下表現(xiàn)出顯著的電熱效應(yīng),，其熵變約為15 J kg-1 K-1，適用于多層陶瓷電容器的制造,，并具有超過100萬次循環(huán)的長壽命,。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)高效、環(huán)保的固態(tài)制冷技術(shù)提供了新的可能性,，特別適用于局部,、可穿戴和現(xiàn)場制冷應(yīng)用。
這一研究成果不僅展示了高極性熵策略在提升電熱效應(yīng)方面的巨大潛力,，還為未來鈣鈦礦氧化物材料的設(shè)計和應(yīng)用提供了新的思路,。
場發(fā)射掃描電鏡Sirion 200在低電壓下提供了陶瓷表面的形貌信息，裝配球差校正器的Titan Cubed Themis G2在STEM模式下提供了原子尺度下鈦酸鋇（BT）,，鋯鈦酸鋇（BZT）,，極化高熵的陶瓷樣品（BSHSZT）的超細分散、多相共存的晶格結(jié)構(gòu),。
圖：BT、BZT和HPE陶瓷的結(jié)構(gòu)表征和相場模擬,。（a-c）TEM圖像 (d-f) STEM圖像 （g） STEM圖像和多種極性狀態(tài)示意圖 (h-i) X射線衍射圖譜 (j-l)相場模擬圖（m-o）極性熵分布圖
電場誘導(dǎo)的纖鋅礦鐵電體
由密歇根大學(xué)Mi Zetian教授團隊和合作者發(fā)表了題為《Electric-field-induced domain walls in wurtzite ferroelectrics》的研究論文,。這篇文章揭示了電場誘導(dǎo)的纖鋅礦鐵電體ScGaN中的域壁的原子結(jié)構(gòu)和電子特性。
此次研究中,，通過STEM成像和密度泛函理論（DFT）計算相結(jié)合,，揭示了一個帶有彎曲二維六邊形相的充電域壁。這種域壁結(jié)構(gòu)在禁帶內(nèi)產(chǎn)生了中間態(tài),。研究還發(fā)現(xiàn),，在180°域壁處的極化不連續(xù)性由未鍵合的價電子進行補償，從而穩(wěn)定了反極化域壁,。
研究團隊還展示了這些域壁的可重構(gòu)導(dǎo)電性,，證實了其在超小型器件應(yīng)用中的潛力。這項研究標志著在理解纖鋅礦鐵電體的開關(guān)機制和域壁能量學(xué)方面的重大進展,，為設(shè)計下一代氮化物域壁基礎(chǔ)的納米器件開辟了新的途徑,。
纖鋅礦氮化物半導(dǎo)體中的鐵電性發(fā)現(xiàn),，會引起電子學(xué)、壓電電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域的興趣,。這種新型鐵電材料包括ScAlN,、BAlN、ScGaN,、YAlN及其合金,，具有低介電常數(shù)、可擴展至納米級尺寸,、可調(diào)節(jié)的矯頑場,、高剩余極化和熱穩(wěn)定性等誘人特性。這些特點使它們在現(xiàn)代微電子學(xué)中具有巨大潛力,，從高頻諧振器到先進的存儲和計算架構(gòu),。
等離子體雙束電鏡Helios 650 Xe 制備了用于透射電鏡觀察的橫截面樣品，配備了球差校正器和Dual-X能譜系統(tǒng)的Spectra 300透射電鏡在STEM模式下提供了原子尺度下的金屬/ScGaN/GaN橫截面的高分辨HAADF圖像, iDPC圖像和元素面分布圖,， 由此觀測金屬原子和氮原子的位置并計算出晶格朝向,。
圖：原子尺度下觀察的ScGaN極性轉(zhuǎn)變,。(a) 金屬/鐵電/半導(dǎo)體電容器中極性轉(zhuǎn)變的示意圖,。(b,c) 金屬/ScGaN/GaN電容器的截面STEM圖像和示意圖（d）在ScGaN/GaN界面附近捕獲的高分辨率HAADF（左）和iDPC（右）圖像。原子排列由球體表示（紅色代表金屬,，藍色代表氮）,。(e–g)，來自b中不同區(qū)域的放大圖像,。
超薄鈣鈦礦膜開啟紅外檢測新時代
麻省理工學(xué)院,、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校和首爾大學(xué)等機構(gòu)研究團隊共同發(fā)表了《Atomic lift-off of epitaxial membranes for cooling-free infrared detection》。這項研究展示了一種無需使用人工釋放層的原子級剝離技術(shù),，成功實現(xiàn)了高通量制備超薄,、懸浮的單晶鈣鈦礦膜。
研究團隊通過深入的理論分析和嚴密的實驗驗證,，發(fā)現(xiàn)鉛在削弱界面結(jié)合方面的關(guān)鍵作用,，提出了一種普適的剝離策略。這一策略能夠生產(chǎn)厚度小于10納米的超薄鈣鈦礦膜,，大幅提高了產(chǎn)率,、晶體質(zhì)量和厚度均勻性，克服了傳統(tǒng)化學(xué)剝離技術(shù)的局限性,。研究表明,，這些超薄鈣鈦礦膜展示了創(chuàng)紀錄的1.76×10^-2 C m^-2 K^-1的熱釋電系數(shù),，得益于其極低的厚度和懸浮狀態(tài)。
這一突破性的技術(shù)為制造覆蓋整個遠紅外光譜范圍的無冷卻探測器提供了新方法,，標志著探測器技術(shù)的一次重大進步,。通過懸浮的單晶復(fù)雜氧化物膜，這些膜在物理參數(shù)上表現(xiàn)出極大的改善,，并且可以集成到任意平臺上,，從而實現(xiàn)未曾實現(xiàn)的設(shè)備性能。例如,，超薄懸浮的鍶鈦氧化物（STO）膜作為過渡金屬二硫化物（TMDs）的柵氧化物,，實現(xiàn)了亞納米級等效氧化物厚度,。此外,，夾在TMDs之間的超薄懸浮鋇鈦氧化物（BTO）膜在高效能量存儲系統(tǒng)中實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的能量密度和效率。
雙束電鏡Helios 5 UC 制備了用于透射電鏡觀察的橫截面樣品,，配備了球差校正器的Titan Themis透射電鏡在STEM模式下提供了原子尺度下的PMN-PT橫截面的高分辨晶格圖像,。
圖：（a）GSG探針與閃存設(shè)備配置的示意圖,。（b）亞納秒閃存設(shè)備的TEM圖和EDS元素面分布圖
新型抗氫脆鋁合金
西安交通大學(xué)金屬材料強度全國重點實驗室劉剛教授和孫軍院士團隊面向重大應(yīng)用需求創(chuàng)制出新型抗氫脆鋁合金,。研究結(jié)果以“Structurally complex phase engineering enables hydrogen-tolerant Al alloys"為題發(fā)表。
該研究揭示了一種通過結(jié)構(gòu)復(fù)雜相工程顯著提高鋁鎂合金抗氫脆性能的新方法,。這一發(fā)現(xiàn)為未來鋁合金的設(shè)計和大規(guī)模應(yīng)用開辟了新方向,。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，鋁鎂合金中的金屬間化合物顆粒（ICPs）能夠捕獲氫原子,，從而減緩氫脆現(xiàn)象,。然而，傳統(tǒng)方法中這些顆粒在合金固化過程中會長大和粗化,，導(dǎo)致其數(shù)量密度和體積分數(shù)較低,，無法顯著提升合金的抗氫脆能力。為了克服這一難題,，研究團隊在鋁鎂合金中添加了鈧元素（Sc）,，并通過兩步熱處理工藝，成功實現(xiàn)了高密度雙納米析出物的分布,。這些雙納米析出物包括細小的Al3Sc納米析出物和具有高氫捕捉能力的Al3(Mg,Sc)2/Al3Sc核殼結(jié)構(gòu)納米相,。
研究表明，這種雙納米析出物分布不僅提高了合金的強度約40%,，還使合金的抗氫脆性能提高了近五倍,。在氫濃度為7 ppmw的條件下,，合金的均勻拉伸延伸率創(chuàng)下了鋁合金的新紀錄。研究團隊還將這一策略成功應(yīng)用于其他鋁鎂基合金,，如Al-Mg-Ti-Zr,、Al-Mg-Cu-Sc和Al-Mg-Zn-Sc等，展示了這種方法在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中的潛在應(yīng)用,。
等離子體雙束電鏡Helios PFIB 在液氮冷凍條件下用Xe離子源制備了用于三維原子探針表征的針尖樣品,，避免了Ga離子源的污染。配備了單色器的掃描電鏡Verios 460提供了EBSD表征用于分析晶粒結(jié)構(gòu),。配備了球差校正器的Titan Themis透射電鏡在STEM模式下提供了原子尺度下的核殼結(jié)構(gòu)Al3（Mg,Sc）2/Al3Sc復(fù)合納米相的高分辨晶格圖像,。
圖：（a-c）高密度Al3Sc納米顆粒的低倍和高分辨TEM圖片以及尺寸統(tǒng)計分布圖,。（d,，f）核殼結(jié)構(gòu)Al3（Mg,Sc）2/Al3Sc復(fù)合納米相低倍和高分辨TEM圖片。（f-i）三維原子探針表征 （j）HAADF-STEM圖和元素面分布圖 （k）同步輻射譜圖
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