Quantum Design中国用户科研成果快报（2022年第七期）

2022-11-23 10:11:15, Dr. Sun QUANTUM量子科学仪器贸易（北京）有限公司

Quantum Design中国用户科研成果快报（2022年第7期）

《Quantum Design中国用户科研成果快报》是由Quantum Design中国定期汇总Quantum Design中国用户（包括综合物性测量PPMS、全新一代磁学测量系统MPMS3用户等）在众多研究领域的近期科研成果，为大家的相关科学研究提供参考。

本期文献目录：

1. Coherent interfaces govern direct transformation from graphite to diamond. Nature (2022) 燕山大学柳忠元等.

2. Enhanced oxygen evolution reaction by stacking single-crystalline freestanding SrRuO₃. Applied Catalysis B: Environmental (2022) 山东大学颜世申等.

3. Layer-Dependent Magnetic Domains in Atomically Thin Fe₅GeTe₂. ACS Nano (2022) 上海科技大学郭艳峰等.

4. Pressure-induced monotonic enhancement of T_c to over 30 K in superconducting Pr_0.8₂Sr_0.18NiO₂ thin films. Nat Commun (2022) 中科院物理所程金光等.

5. Bimetal Modulation Stabilizing a Metallic Heterostructure for Efficient Overall Water Splitting at Large Current Density. Adv Sci (Weinh) (2022) 中科院硅酸盐所黄富强等.

6. Field-Free Spin-Orbit Torque Switching Enabled by the Interlayer Dzyaloshinskii-Moriya Interaction. Nano Lett (2022) 中科院物理所韩秀峰等.

7. Sensitive electric field control of first-order phase transition in epitaxial multiferroic heterostructures. Acta Materialia (2022) 西安交通大学马天宇等.

8. Promoting the optoelectronic and ferromagnetic properties of Cr₂S₃ nanosheets via Se doping. Science China Physics, Mechanics & Astronomy (2022) 湖南大学段曦东等.

9. Robust magnetic-field effect on spin-reorientation in Eu³⁺-modified TmFeO₃ single crystal. Journal of Alloys and Compounds (2022) 上海大学曹世勋等.

10. Spin switching in room temperature spin reorientation transition process of Sm_0.8Yb_0.2FeO₃ single crystal. Journal of Alloys and Compounds (2022) 上海大学曹世勋等.

11. Preparation of hot worked dual-main phase Nd-Ce-Fe-B magnets and properties modification by grain boundary diffusion. Journal of Alloys and Compounds (2022) 华南理工大学刘仲武等.

12. The superior properties of spark plasma sintered La-Fe-Si magnetocaloric alloys. Materials Research Bulletin (2022) 华南理工大学刘仲武等.

13. Biodegradable GdPO₄·H₂O/PLGA microcarriers for stem cell delivery and non-invasive MRI translocation tracing. Journal of Materials Science (2022) 中科院应用化学所章培标等.

14. Effect of Nd-Co on microstructure and magnetic properties of Nd-Ce-Y-Fe-B sintered magnets. Results in Physics (2022) 中科院材料所陈仁杰等.

15. Discrete superconducting phases in proton-intercalated FeSe thin flakes. Physical Review B (2022) 中科大陈仙辉等.

16. Enhancement of Domain Wall Pinning in High-Temperature Resistant Sm₂Co₁₇ Type Magnets by Addition of Y₂O₃. Materials (Basel) (2022) 中科院材料所陈仁杰等.

17. Tuning the negative magnetization by interatomic distance. Materials Letters (2022) 西安交通大学杨森等.

18. Magnetocaloric Effect of Two Gd-Based Frameworks. Inorganics (2022) 厦门大学郑兰荪等.

19. Preparation of anisotropic (Ce, Nd, Pr)-Fe-B powder with HDDR method from wasted sintered magnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2022) 中科院材料所陈仁杰等.

20. Magnetic evidence of seismic fluid processes along the East Yibug Chaka Fault, Tibet. Tectonophysics (2022) 中国地质科学院孙知明等.

燕山大学柳忠元等

Coherent interfaces govern direct transformation from graphite to diamond. Nature (2022)

摘要

石墨到金刚石的直接转化机制是一个长期挑战，具有重大科学和实践重要性。先前传统的实验观察缺乏原子级分辨率，因而不能解释在转换过程中石墨-金刚石界面上发生的复杂纳米结构变化。本篇工作使用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜，发现高温高压条件下处理的石墨发生了部分转化，存在四种基本结构图案的相干石墨-金刚石界面。理论计算证实，与之前提出的其他路径的转换相比，通过这些相干界面的转换在能量上更受青睐。石墨到金刚石的转变受纳米级相干界面（金刚石成核）的形成控制，在静态压缩下该界面会提前消耗剩余的石墨（金刚石生长）。该工作不仅破解了自首次成功静态合成钻石以来长期存在的难题，而且揭示了其他碳材料和氮化硼在不同合成条件下的转化机制。

PPMS Resistivity

The electrical resistivities of samples were measured in the range of 4–300 K by using the van der Pauw method in the Physical Property Measurement System (PPMS, Quantum Design).

山东大学颜世申等

Enhanced oxygen evolution reaction by stacking single-crystalline freestanding SrRuO₃. Applied Catalysis B: Environmental (2022)

摘要

单晶过渡金属氧化物薄膜在水分解过程中电子结构和电荷转移等基本过程中发挥重要作用。然而，传统的外延方法限制了单晶过渡金属氧化物的表面积扩大和应变可调性。本研究发现多层SrRuO₃叠加可增强氧析出反应(OER)，而且多层SrRuO₃具有单晶性、柔韧性和可叠加性。此外，多重柱状SrRuO₃的可控叠加可实现表面积量级的提升，其中Ru电子结构转变（从t_2g(3↑, 1↓)到t_2g(3↑)e_g(1↑)）进一步提高了OER性能，在5mA/cm²条件下，KOH和HClO₄中过电位可分别降低~ 74%和~ 78%。我们的研究提供了一种精细操纵单晶自支撑氧化物形貌的方法，以及一种利用应变极大地增强电化学活性表面积和电子结构工程的有效策略。

PPMS Resistivity + MPMS

The out-of-plane magnetic hysteresis loops and magnetic moment vs temperature curves of samples were measured by Superconductor Quantum Interference Device (SQUID). The resistivity as a function of temperature for the SRO films was examined by the Physical Property Measurement System (PPMS) of Quantum Design using the standard four-probe method in a temperature range of 10–300 K.

上海科技大学郭艳峰等

Layer-Dependent Magnetic Domains in Atomically Thin Fe₅GeTe₂. ACS Nano (2022)

摘要

二维材料磁畴形成的研究有助于探索二维磁性的基本起源，并推动了先进自旋电子学器件的发展。然而，原子层厚的vdW薄片中，磁畴表征仍具挑战。在此，我们利用X射线光电发射电子显微镜(XPEEM)对巡游vdW铁磁Fe₅GeTe₂中的畴结构进行了层分辨成像，发现其具有接近室温的体态铁磁性和弱垂直磁各向异性(PMA)。在体态极限下，我们观察到众所周知的迷宫畴。另一方面，更薄的薄片磁畴则越来越碎片化。尽管PMA是Fe₅GeTe₂的特征性质，但我们观察在薄膜厚度小于6层后，自旋会逐渐倾斜到面内，发生自旋重定向相变。更进一步，薄膜厚度到4层时，会出现气泡相。明显不同于其他2D磁性材料的单畴行为，Fe₅GeTe₂中这种厚度依赖磁畴特征对在相对高温下稳定2D vdW磁体中复杂自旋织构具有重要意义。

MPMS

The magnetic properties by superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometry, yielding a transition temperature of 274 K.

中科院物理所程金光等

Pressure-induced monotonic enhancement of Tc to over 30 K in superconducting Pr_0.82Sr_0.18NiO₂ thin films. Nat Commun (2022)

摘要

最高超导转变温度T_c≈ 15 K的无限层镍酸盐薄膜的成功合成引起了广泛关注，这类材料与铜基高温超导体相类似。追求更高T_c一直是研究新型超导材料体系的迫切任务。本文报道了高质量Pr_0.82Sr_0.18NiO₂薄膜超导转变温度高达 ≈ 17 K。本文还研究压力对其超导性能的影响，发现随着压力的增加，材料超导起始温度T_c^onset可以从环境压力下的~17 K单调地提升到~31 K@12.1 GPa，而且并未出现饱和的特征。这一令人鼓舞的结果表明，无限层镍酸盐超导体的T_c仍有提高的空间，可以通过施加更高的压力或异质结构中的应变工程来进一步提高T_c 。

PPMS Resistivity

The resistivity was measured in the commercial Physical Property Measurement System (PPMS, Quantum Design Inc.) by using the standard four-probe methods at ambient pressure.

中科院硅酸盐所黄富强等

Bimetal Modulation Stabilizing a Metallic Heterostructure for Efficient Overall Water Splitting at Large Current Density. Adv Sci (Weinh) (2022)

摘要

大电流驱动碱水分解可实现大规模制氢，但通常存在电荷转移动力学迟缓的问题。商用贵金属催化剂在大电流操作下不稳定，而大多数非贵金属催化剂只能在低电流密度<200 mA cm⁻²下实现高活性，远低于工业标准电流密度(>500 mA cm⁻²)。本文介绍了一种硫基金属异质结构可以满足工业需求，这种异质结构由金属Mo₂S₃原位外延生长双功能镍基催化剂获得，Mo和Ni共掺杂的界面缺陷调制相变电子结构，可促进Volmer H和Heyrovsky H₂生成过程中的电荷转移。Mo₂S₃@NiMo₃S₄电解槽在大电流密度1000 mA cm⁻²下，仅需要1.672 V超低电压，100 h以上的保留率≈100%，远优于商业RuO₂||Pt/C。这一工作发现金属异质结构具有优化的界面电子结构和丰富的活性位点，为新型工业水解催化剂的设计提供了思路。

PPMS Resistivity

The electrical properties measured in the temperature range of 230–300 K were performed using a Quantum Design physical properties measurement system (PPMS).

中科院物理所韩秀峰等

Field-Free Spin-Orbit Torque Switching Enabled by the Interlayer Dzyaloshinskii-Moriya Interaction. Nano Lett (2022)

摘要

无外场情况下自旋流翻转垂直磁结构有望应用于自旋轨道转矩磁随机存储器(SOT-MRAM)。目前已发展多种结构，但迫切需要一种具有简单堆叠结构和MRAM兼容性的新型结构。研究发现，垂直自旋传递转矩MRAM的典型结构——Pt/Co多层膜及其相应反铁磁膜具有垂直磁各向异性，且在相邻磁层之间存在固有层间手性相互作用，即层间Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI) 。此外，利用平行于层间DMI特征向量的电流，可以在无外场情况下切换两种结构的垂直磁化强度，这是因为层间DMI引入了额外的对称性破缺。在Pt/Co多层结构及其相应反铁磁结构中实现的SOT开关方案为垂直SOT-MRAM实际应用和其他SOT器件开辟了新的途径。

PPMS Resistivity

It enabled the measurement of R_xy by sweeping a magnetic field along the out-of-plane direction while presetting an in-plane magnetic field. A physical-property measurement system (PPMS-9T, Quantum Design) was also used to provide magnetic fields.

西安交通大学马天宇等

Sensitive electric field control of first-order phase transition in epitaxial multiferroic heterostructures. Acta Materialia (2022)

摘要

强相关电子材料具有丰富的相变和多相分离特性，但应用需要对其特性的调控。本文报道了外延异质结构(011)-Nd_0.5Sr_0.5MnO₃ / 0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃–_0.29PbTiO₃ (PMN-PT) 一阶相变过程的灵敏电场控制。通过XMCD和XLD研究发现，随着铁磁金属相渗透到电荷有序和轨道有序的反铁磁绝缘相中，原始膜呈现出相分离特征。所采用的(011)-PMN-PT压电单晶在电场作用下可对外延Nd_0.5Sr_0.5MnO₃薄膜施加各向异性的面内拉伸应变。PMN-PT压电材料的电场诱导应变和极化效应的共同作用，使轨道有序控制和电磁耦合相变成为可能。在小电场+1.6 kV cm⁻¹可以恢复在原始异质结构中被抑制的金属-绝缘体一级跃迁，使跃迁温度提高56 K，最大电阻变化达到7033%。此外，电场调控磁化强度具有非易失性，在200 K时磁电系数达到1.89 × 10⁻⁷sm⁻¹ 。研究结果表明，选择合适压电衬底产生适当的电场诱导应变为设计具有可调宏观特性的功能性电子器件开辟了一条道路，这些器件的可调宏观特性源于锰元素中存在的强相互作用自由度。

Resistivity & VSM

The resistance measurement under the application of electric field was conducted by a homemade holder which enables the application of electric fields by a Keithley 6517 source meter and equipped to the Quantum-design Physical Property measurement system (PPMS). The magnetic properties measurement under different electric fields was also conducted in the PPMS system by the vibrating-sample-magnetometer option.

湖南大学段曦东等

Promoting the optoelectronic and ferromagnetic properties of Cr₂S₃ nanosheets via Se doping. Science China Physics, Mechanics & Astronomy (2022)

摘要

掺杂会改变半导体的能带结构，从而影响其电、光和磁学性质。在本研究中，我们描述了利用化学气相沉积法合成了二维Se掺杂Cr₂S₃ 纳米薄片(Se-Cr₂S₃)。通过调节前驱体中的Se/S质量比可调控半导体纳米片中的Se掺杂浓度。当掺杂浓度为10.05%和2.05%时，室温电导率和迁移率分别提高了近4和2个数量级。此外，超薄Se-Cr₂S₃光电探测器的响应时间比未掺杂Cr₂S₃光电探测器缩短200倍。4.07%-Se-Cr₂S₃纳米片表现出亚铁磁性，居里温度为~ 200 K，比未掺杂的Cr₂S₃纳米片高80 K。密度泛函理论计算表明，Se掺杂可诱导Se-Cr₂S₃中形成插层Cr空位，增强其金属特性。结果表明Se-Cr₂S₃在未来的电子、光电子和自旋电子器件中具有重要的潜力。

PPMS VSM

The in-plane magnetic properties of Cr₂S₃ and Se-Cr₂S₃ nanoflakes were examined using a physical property measurement system (DynaCool, Quantum Design).

中国地质科学院孙知明等

Magnetic evidence of seismic fluid processes along the East Yibug Chaka Fault, Tibet. Tectonophysics (2022)

摘要

磁性矿物组合记录了滑移地震事件前后物理和化学环境变化。例如，有研究报告称常见于碳酸盐岩中的菱铁矿相，在地震摩擦或高速喷发流体情况下，会分解并新形成的磁铁矿。菱铁矿转换的地震磁性矿物虽然也可能转化到赤铁矿，但不常见的。本文通过新的岩石磁性和x射线衍射数据，分析青藏高原东伊布茶卡断裂的磁性矿物组合和矿物反应。这些充分暴露地表岩层数据记录了菱铁矿、磁铁矿和赤铁矿的存在。研究表明，丰富的磁铁矿来源于历史地震流体作用导致的菱铁矿在~300 ~ 400℃的分解，而赤铁矿是由磁铁矿和菱铁矿随后与地震间流体的相互作用和/或地球表面风化作用形成的。

MPMS

The low-temperature magnetic properties were measured using a Quantum Design superconducting quantum interface device-vibrating sample magnetometer (SQUID-VSM), with a sensitivity of 1 × 10^-8emu at zero field.

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