使用生成细胞自动机研究金的手性形态发生

使用生成细胞自动机研究金的手性形态发生 背景与研究目的 手性(chirality)在自然界中无处不在,并且可以通过特定的分子相互作用和多尺度耦合在系统间传递和放大。然而,手性形成的机制以及生长过程中的关键步骤尚未完全理解。在本研究中,我们通过训练基于实验结果的生成细胞自动机(cellular automata, CA)人工神经网络,识别从非手性到手性形态的金纳米粒子的两种可区分的途径。手性最初由沿对映异构高指数平面边界的不对称生长的性质所决定。基于深度学习的手性形态生成解释不仅提供了理论理解,还允许我们预测前所未有的交叉路径及其结果形态。 作者与机构 本文由Sang Won Im、Dongsu Zhang、Jeong Hyun Han、Ryeong Myeong Kim、Changwoon ...

层叠氧化物阴极中的旋转堆叠缺陷导致的电化学机械失效

层叠氧化物阴极中的旋转堆叠缺陷导致的电化学机械失效 背景介绍 电化学机械退化是高能量密度阴极材料容量下降的主要原因之一,特别是基于嵌入的层叠氧化物。本文揭示了层叠锂过渡金属氧化物中存在旋转堆叠缺陷(Rotational Stacking Faults, RSFs)的现象,这些缺陷由于在不同角度的特定堆叠序列而产生,显著影响了材料的结构和电化学稳定性。研究表明,RSFs促进了氧二聚化和过渡金属迁移,进而导致微裂纹的形成和传播,从而在循环过程中产生累积的电化学机械退化。本文还探索了热缺陷消除作为潜在解决方案,显示其可以抑制RSFs,减少微裂纹并增强锂富集层叠阴极的循环寿命。RSFs的普遍存在但以前被忽视,提出了一种关于高能量密度层叠氧化物阴极的新合成指南。 论文来源 该论文的研究由Donggun...

使用机器学习和组合化学加速mRNA传递的可离子化脂质发现

#利用机器学习和组合化学加快mRNA递送的可离子化脂质的发现 研究背景 为了释放信使RNA(mRNA)治疗的全部潜力,扩展脂质纳米颗粒(LNPs)的工具包至关重要。然而,LNPs开发的一个关键瓶颈是识别新的可离子化脂质。已有研究表明,LNPs在将mRNA递送至特定组织或细胞中表现出显著效果。经典的LNPs配方通常由一个离子脂质、胆固醇、辅助脂质和聚乙二醇化脂质(PEG脂质)组成,其中离子脂质在mRNA的加载和逃离内涵体方面起着至关重要的作用。 近年来,LNPs在临床应用方面取得了重大进展。例如,美国食品药品监督管理局(FDA)批准了首个针对遗传性淀粉样变蛋白病的短发夹RNA(siRNA)药物Onpattro,以及Moderna和Pfizer/BioNTech联合开发的两款SARS-CoV-2...

室温条件下六方氮化硼中的量子相干自旋

用于常温下六方氮化硼中量子相干自旋的研究报道 引言 量子网络和传感器的实现,需要固态自旋-光子接口(spin-photon interface)具备单光子产生能力和长寿命的自旋相干性,并能在可扩展的设备中集成,理想情况下,这些设备应在常温环境下操作。然而,尽管在多个候选系统中取得了快速进展,但能够在室温下保持量子相干单自旋的系统仍然非常罕见。这项研究旨在填补这一研究空白,探讨在层状范德华材料——六方氮化硼(hBN)中,实现常温环境下量子相干控制的可行性。 论文来源 这篇论文题为“A quantum coherent spin in hexagonal boron nitride at ambient conditions”,由Hannah L. Stern等人撰写,研究机构包括Cavendi...

在金红石二氧化钛表面光诱导水解的电子-原子核动力学研究

在金红石二氧化钛表面光诱导水解的电子-原子核动力学研究

光诱导水解离在金红石二氧化钛表面的电子-原子核动力学研究 研究背景与动机 光催化水裂解是光催化技术的重要应用之一,而二氧化钛(TiO₂)是一种具有重要应用前景的光催化材料。尽管二氧化钛在光催化水裂解和实际应用中的表现令人瞩目,但其光诱导水解的微观机制仍未完全揭示。本文研究团队通过第一性原理动态模拟,解析了在典型水-金红石TiO₂(110)界面上,光生载流子的传输路径和光诱导的水解离过程。这一研究不仅为理解光催化表面反应提供了重要的见解,也可能为提升光催化性能提供新的可能性。 研究来源与作者介绍 本研究由北京凝聚态物理国家重点实验室和中国科学院物理研究所的You Peiwei、Chen Daqiang、Liu Xinbao和Zhang Cui,松山湖材料实验室的Zhang Cui,以及普林斯顿...

电场诱导的多铁性拓扑孤子

电场诱导多铁性拓扑孤子在BiFeO3薄膜中的研究 学术背景 拓扑保护的磁结构在磁性材料中被预测为拓扑信息技术的有力工具。然而,由于反铁磁材料对磁场的不敏感性,未来的磁孤子技术可能更加依赖于反铁磁材料。最近,复杂的拓扑对象已在本征反铁磁体中被发现,但如何用能量高效的方法控制它们的成核、稳定和操控仍是一个巨大的挑战。在磁电耦合的反铁磁多铁性材料中设计拓扑极化状态,可以让我们用电场来写入、检测和擦除反铁磁拓扑结构。 论文来源 这篇论文题为《Electric-field-induced multiferroic topological solitons》,由Arthur Chaudron, Zixin Li, Aurore Finco, Pavel Marton, Pauline Dufour, A...

刚性 Dion–Jacobson 型二维钙钛矿中激子极化子形成和高载流子弛豫

在刚性 Dion–Jacobson 型二维钙钛矿中激子极化子形成和高载流子弛豫的研究报告 二维有机-无机杂化钙钛矿(HOIPs)引起了广泛关注,因为它们具有强烈受限的激子状态和由其二维层状结构引起的减少的介电屏蔽效应,使其在发光器件、光电探测器、光伏和量子发射器等应用中具有潜力。然而,对于这种材料的效率,电子和晶格动力学之间的复杂相互作用起着关键作用,尤其是激子-声子相互作用的功能角色仍存有疑问。本文意图通过结合超快光谱学和电子结构计算来揭示这些材料中激子的强极化子本质及其与高载流子冷却行为的关系。 论文来源 这篇论文发表在顶级期刊《Nature Materials》上,文章DOI为https://doi.org/10.1038/s41563-024-01895-z。主要作者包括Somnat...

夹持增强了反铁电薄膜中的机电响应

基于夹持的反铁电薄膜电机电响应增强研究 背景介绍 反铁电薄膜材料在微/纳米机电系统中的潜在应用已经引起了广泛关注。这类系统要求材料具有高机电响应,可以在施加电场时产生显著的机电应变。然而,传统机电材料(如铁电材料和弛豫铁电材料)当其厚度缩小到亚微米级时,反馈响应会显著下降,主要原因是衬底的机械夹持效应限制了材料的极化旋转和晶格变形。 为了克服这一局限,研究者们提出了一种非传统方法,通过电场诱导的反铁电到铁电相变和衬底约束的耦合,实现了反铁电薄膜的显著机电响应。相关研究观察到,氧八面体的去倾斜与所有维度下晶格体积的扩展相符,同时平面内的夹持进一步增强了平面外的扩展。 研究来源 本文由来自多所知名机构的研究人员共同撰写,包括University of California, Berkeley, ...

重洞自旋量子比特的最佳工作点及其高各向异性噪声灵敏度

重洞自旋量子比特的最佳工作点及其高各向异性噪声灵敏度

德国重洞自旋量子比特的最佳工作点及其高各向异性噪声灵敏度 背景与动机 量子计算机(quantum computer)的发展在解决复杂问题上前景非常广阔。然而,构建一个容错的量子计算机需要集成大量具有高度相干性的量子比特(qubit)。自旋量子比特,特别是基于德国锗(Germanium, Ge)量子阱中的孔量子比特,因其具有低噪声环境、高效控制和制造难度低等优点,逐渐受到重视。然而,在操控这些量子比特的过程中,经常会遇到由电场引起的g-张量(g-tensor)各向异性引发的去相干和操控难题。 值得注意的是,重洞(heavy hole)在这些自旋量子比特中的作用显得尤为重要。重洞自旋量子比特不仅具有快速和高保真度的操作,还能够通过电场实现快速可扩展的量子比特控制。然而,驱动量子比特和退相干机制的...

在锂富氧化物正极材料中相分离和纳米限域流体O2

锂离子电池正极材料结构变化的动态与热力学研究 学术背景与研究动机 锂离子电池是现代便携电子设备和电动汽车的重要动力来源,传统上使用层状LiCoO2正极材料。然而,持续的高能量密度需求促使科学家们探索新的高能量密度电极。锂富氧化物正极材料(如Li1.2Mn0.8O2)因为在循环中能同时利用过渡金属离子和氧化还原反应,提供了比传统正极材料更高的能量密度。然而,这些材料在循环过程中往往伴随着结构变化,大大影响其能量密度。理解这些结构变化及其与氧氧化还原行为之间的关系成为改进锂富正极材料的主要挑战。虽然已有研究揭示了一些氧氧化引起的结构变化,如过渡金属迁移和氧二聚化,但由于实验和建模的困难,关于原子至纳米尺度的详细图景仍不完善。 论文来源 这篇文章由Kit McColl、Samuel W. Cole...