Quantum Design中国用户科研成果快报（2023年第7期）

2023-10-23 18:19:36, 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（2023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. Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure. Nature (2023) 中山大学王猛.

2. Staggered-layer-boosted flexible Bi₂Te₃ films with high thermoelectric performance. Nat Nanotechnol (2023) 南方科技大学何佳清.

3. Intrinsic Ferromagnetic Semiconductors with High Saturation Magnetization from Hybrid Perovskites. Adv Mater (2023) 兰州大学薛德胜.

4. High Thermoelectric Performance in Cu₂SnS₃ by Control Over Phase‐Dependent Mobility Edge. Advanced Energy Materials (2023) 重庆大学周小元.

5. Artificially controlled nanoscale chemical reduction in VO₂ through electron beam illumination. Nat Commun (2023) 清华大学于浦.

6. Vertically grown ultrathin Bi₂SiO₅ as high-kappa single-crystalline gate dielectric. Nat Commun (2023) 南开大学吴金雄.

7. Controllable Skyrmionic Phase Transition between Neel Skyrmions and Bloch Skyrmionic Bubbles in van der Waals Ferromagnet Fe_3-δGeTe₂. Adv Sci (Weinh) (2023) 天津大学米文博.

8. Spin State Disproportionation in Insulating Ferromagnetic LaCoO₃ Epitaxial Thin Films. Adv Sci (Weinh) (2023) 中科大陆亚林.

9. Ni₃Fe@N-doped carbon nanotubes 3D network induced by nanoconfined symmetry breaking for high-performance microwave absorption, corrosion protection, and pollutant purification. Carbon (2023) 中科院金属所张志东.

10. Ultralow-field magnetocaloric materials for compact magnetic refrigeration. NPG Asia Materials (2023) 中科院金属所张志东.

11. Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe₃GaTe₂-Based 2D van der Waals Heterojunctions. ACS Appl Mater Interfaces (2023) 华中科技大学常海欣.

12. High transport Jc in 7-filament Cu/Ag sheathed Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂ tapes manufactured by ambient pressure sintering. Journal of Alloys and Compounds (2023) 中科院电工所马衍伟.

13. The anomalous Hall effect controlled by residual epitaxial strain in antiferromagnetic Weyl semimetal Mn₃Sn thin films grown by molecular beam epitaxy. Results in Physics (2023) 山东大学颜世申.

14. Phase precipitation and magnetic properties of melt-spun ternary Gd₂Fe₁₄B alloy and advantages of gadolinium substitution in Y₂Fe₁₄B alloy. Journal of Rare Earths (2023) 华南理工大学刘仲武.

15. Manipulation of perpendicular magnetic anisotropy and spin–orbit torque switching behavior in ferrimagnetic D0₂₂-Mn₃Ga based multilayers. Applied Physics Letters (2023) 中科院半导体所赵建华.

16. Layered lanthanide phosphonates Ln(2-qpH)(SO₄)(H₂O)₂ (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm): polymorphism and magnetic properties. Dalton Transactions (2023) 南京大学郑丽敏.

17. Giant exchange bias in the nanostructured MnAl thin ribbons. Applied Physics Letters (2023) 北京大学杨金波.

18. Role of interfacial contribution in the bulklike enhanced Dzyaloshinskii-Moriya interaction of [Co/Tb]_N multilayers. Physical Review B (2023) 中科院半导体所赵建华.

19. Dependences of Magnetic Properties on the Grain Size and Hard/Soft Magnetic Phase Volume Ratio for Ce₂Fe₁₄B/α-Fe and Nd₂Fe₁₄B/α-Fe Nanocomposites. Materials (2023) 华南理工大学刘仲武.

20. Inhomogeneity of the Backward Extruded NdFeB Ring Magnet Prepared from Amorphous Powders. Materials (2023) 华南理工大学刘仲武.

21. Magnetic and transport properties in antiferromagnetic antiperovskite Eu₃SnO. Physical Review Materials (2023) 中科院金属所张志东.

22. The multifield regulation on resistance of PbPd_0.9Co_0.1O₂/PMN-PT(001) laminate film. AIP Advances (2023) 福建师范大学陈水源.

23. Point-contact Andreev reflection measurements on ZrRuAs single crystals. Low Temperature Physics (2023) 北京大学王健.

中山大学王猛等

Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure. Nature (2023)

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摘要

高转变温度(高T_c)的铜基超导性研究已有30多年，但其超导机制仍然成谜。一直以来，铜基超导被认为是唯一Tc高于液氮沸点(77 K)的非常规超导家族。本文在对La₃Ni₂O₇单晶的高压电阻和互感磁化率测量中，观察到了在14.0 ~ 43.5 GPa范围内，最大T_c为80 K的的超导特征。材料高压超导相呈现正交结构，隶属Fmmm空间群，Ni离子3dx²−y²和3dz²轨道与氧2p轨道发生强杂化。密度泛函理论计算表明，超导性的出现与费米能级下σ键带的金属化吻合。因此，本文的发现不仅为Ruddlesden-Popper双层钙钛矿镍酸盐的高T_c超导性提供了重要线索，而且为研究高T_c超导机制提供了新的化合物家族。

SciDre+ PPMS Resistivity

La₃Ni₂O₇ single crystals were grown by a vertical optical-image floating zone furnace with an oxygen pressure of 15 bar and a 5 kW Xenon arc lamp (100-bar Model HKZ, SciDre GmbH, Dresden). Electrical measurements were taken on a physical property measurement system (PPMS, Quantum Design) providing synergetic extreme environments with temperatures from 2 to 300 K and magnetic fields up to 14T.

南方科技大学何佳清等

Staggered-layer-boosted flexible Bi₂Te₃ films with high thermoelectric performance. Nat Nanotechnol (2023)

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摘要

室温碲化铋(Bi₂Te₃)热电材料是低档位热回收的重要候选材料。然而，其脆性和非柔性物理特性严重阻碍了Bi₂Te₃实际应用。本文证明了从相应单晶中剥离的Bi₂Te₃基薄膜在1000次弯曲循环中具有良好的柔韧性和高功率因数4.2 mWm⁻¹K⁻² (p型)和4.6 mWm⁻¹K⁻² (n型) 。这种前所未有的可弯曲性归因于原位观察到的交错层结构，该结构在制造过程中应力传播自发形成，并保有良好的导电性。出乎意料的是，交错层对薄膜的载流子输运影响很小，从而保持了材料优越的热电性能。我们的柔性发电机在温差为60 K时，显示出321 Wm⁻²的高归一化功率密度。柔性热电薄膜的这些高性能不仅为可穿戴电子产品提供了有用的范例，而且为无机半导体的结构-性能操纵提供了关键见解。

PPMS TTO

The out-of-plane electrical conductivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity of the p-type SC were measured using a physical property measurement system (Dynacool-14T, Quantum Design) between 300 K and 350 K.

兰州大学薛德胜等

Intrinsic Ferromagnetic Semiconductors with High Saturation Magnetization from Hybrid Perovskites. Adv Mater (2023)

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摘要

铁磁半导体(FMS)能够同时调控载流子的电荷和自旋输运，已成为发展自旋场效应晶体管和量子计算的一类理想但少见材料。有机-无机杂化钙钛矿具有较高的成分可调性和结构通用性，在FMS设计中具有独特的优势，但尚未得到充分开发。本文展示了一系列基于二维有机-无机杂化钙钛矿结构的分子FMS，分别有(2ampy)CuCl₄， (3ampy)CuCl₄和(4ampy)CuCl₄，它们具有高饱和磁化，显著的温度依赖电导率变化和可调铁磁共振。磁性测量显示，(4ampy)CuCl₄的饱和磁化强度高达18.56 emu/g，是杂化FMS中最高的值之一。三种FMS的电导率研究表明，二维层中相邻八面体距离越小，电导率越高。系统的铁磁共振研究表明，旋磁比和朗道因子与所使用的有机阳离子类型密切相关。这项工作表明，二维杂化钙钛矿材料同时具有可调长程铁磁序和半导体性，为设计和合成高性能的本征FMS提供了直接范例。

PPMS FMR + MPMS

The magnetic properties of the powdered samples were measured using a superconducting quantum interference device magnetometer with a sensitivity better than 10^-8 emu (Quantum Design MPMS-XL, USA). The ferromagnetic resonance was conducted by using Quantum Design PPMS (Physical Property Measurement System). The temperature was at 2 K, 3 K, 4 K, 6 K and 8 K. The frequency was at 4 GHz, 6 GHz, 8 GHz, 10 GHz, 12GHz, 14 GHz and 16 GHz.

重庆大学周小元等

High Thermoelectric Performance in Cu₂SnS₃ by Control Over Phase‐Dependent Mobility Edge. Advanced Energy Materials (2023)

摘要

具有有序/无序混合特征的多相复杂热电材料因其高热电性能而受到广泛关注。然而，这些材料中与热电性能相关的一些物理机制，包括载流子迁移率和无序度之间的关系，仍难以捉摸。本文揭示在(Cu₂Sn_1-yS₃)_0.85(CuGaS₂)_0.15固溶体中存在相依赖的迁移率边。通过增加无序度较小的四方相的比例来控制这些固溶体的迁移率边，可以减弱电子态的局域化，提高载流子的迁移率。在823 K下， (Cu₂Sn_0.9₂S₃)_0.85(CuGaS₂)_0.15在晶格热导率降低和低迁移率边的共同作用下，zT值达到创纪录的1.22。本文的发现为调整多相复杂热电材料的电和热输运特性开辟了一条新途径。

PPMS Resistivity

Low temperature resistivity (2–300 K) and temperature dependent carrier concentration and mobility measurement (2–150 K) were performed by using the physical property measurement system (PPMS-9T, Quantum Design).

清华大学于浦等

Artificially controlled nanoscale chemical reduction in VO₂ through electron beam illumination. Nat Commun (2023)

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摘要

氧化物的化学还原过程可实现结构转变和电子填充变化，对材料性能的调控至关重要。但纳米尺度调控还原过程对于传统方法（例如热处理和化学反应）极具挑战。本文展示了一种通过电子束照明实现VO₂纳米级化学还原的便捷途径。电子束通过辐射分解过程诱导表面氧解吸，并通过二次电子诱导正电背景，两者共同促进了空位从表面向内部迁移。因此，VO₂被还原为V₂O₃相，从而在室温下导致明显的绝缘体到金属相变。此外，由于不同面本征氧空位形成能的差异，还原过程具有明显的面依赖性，c面VO₂的转变明显强于a面。值得注意的是，通过商用扫描电镜，我们很容易实现横向几十纳米分辨率的结构转变控制。这项工作为在复杂的氧化物中调控纳米级化学还原过程提供了一种有效策略。

PPMS Resistivity

Electrical transports were performed with the Physical Property Measurement System (PPMS, Quantum Design) by applying a direct current of 0.5 μA.

南开大学吴金雄等

Vertically grown ultrathin Bi₂SiO₅ as high-kappa single-crystalline gate dielectric. Nat Commun (2023)

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摘要

单晶高κ介电材料是未来二维(2D)电子器件发展的理想材料。然而，目前的二维栅极介电层仍面临挑战，包括介电常数较小、难以获得自支撑可转移的超薄薄膜等。本文证明了化学气相沉积(CVD)生长的超薄Bi₂SiO₅晶体可以作为2D半导体的优良栅极介电层，具有高介电常数(>30)和大带隙(~3.8 eV)。与衬底面内CVD合成的其它2D绝缘体不同，垂直生长的Bi₂SiO₅可通过无聚合物参与的机械压制转移到其他衬底上，极大促进了其与少层MoS₂集成理想范德华结构，可作为高κ介电体和屏蔽层。Bi₂SiO₅门控MoS₂场效应晶体管展现出很小的回滞(~3 mV)和低漏极诱导势垒降低(~5 mV/V)。本研究表明，垂直生长的Bi₂SiO₅纳米片有望改善二维电子器件的性能。

PPMS Resistivity

The 4-probe transfer curves and gated 4-probe measurements (such as gated R_xx-T and Hall data), including Figs. 3b, d, 4c, were carried out in a Physical Properties Measurement Systems (PPMS- 9T, Quantum Design) equipped with a homemade electrical measurement system.

天津大学米文博等

Controllable Skyrmionic Phase Transition between Neel Skyrmions and Bloch Skyrmionic Bubbles in van der Waals Ferromagnet Fe_3-δGeTe₂. Adv Sci (Weinh) (2023)

摘要

范德华(vdW)铁磁体Fe_3-δGeTe₂作为斯格明子型自旋构型的产生平台(即斯格明子和斯格明子泡) ，获得了广泛研究，但Fe_3-δGeTe₂ 中Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)的起源仍不清楚，导致可控斯格明子相的获得极具挑战。本研究证明了Fe_3-δGeTe₂中Fe含量对晶体结构、DMI和斯格明子相具有深远的影响，并首次观察到随Fe含量的降低，Fe原子位移显著增加，使原本中心对称的晶体结构转变为非中心对称的晶体结构，导致相当大的DMI。此外，通过改变铁含量和样品厚度，在偶极-偶极和DMI之间的微妙共同作用下，实现了Néel型斯格明子和Bloch型斯格明子泡之间的可控过渡。这一发现为研究Fe_3-δGeTe₂的可变斯格明子相提供了新的见解，并为开发基于vdW铁磁的自旋电子器件提供了动力。

MPMS

The magnetization measurements were carried out using the superconducting quantum interference device (SQUID) MPMS3 magnetometer (Quantum Design).

中科大陆亚林等

Spin State Disproportionation in Insulating Ferromagnetic LaCoO₃ Epitaxial Thin Films. Adv Sci (Weinh) (2023)

摘要

对于拉伸应变下外延LaCoO₃薄膜中绝缘铁磁性的起源，至今仍然未知。尤其是作为其铁磁性主要参数的Co离子的自旋态，仍有待确定。本文系统地研究了外延LaCoO₃薄膜的自旋态，并利用元素特异性X射线吸收光谱和二色性阐明了其中应变诱导铁磁性的机制。结合组态相互作用簇计算模型，本文明确证明了压缩应变下 LaCoO₃薄膜(LaAlO₃衬底)中的Co³⁺处于低自旋态，而拉伸应变下 LaCoO₃薄膜(SrTiO₃衬底)中的Co³⁺具有高自旋和低自旋混合态，其比例接近1:3。通过对该自旋态比例的识别，可以推断高分辨扫描透射电镜下观察到的暗条表示Co³⁺高自旋态的位置。在拉伸应变下LaCoO₃薄膜中观察到自旋态歧化现象，解释了LaCoO₃薄膜的铁磁性起源。这项研究强调了薄膜应变工程对调控自旋态自由度的重要性，可实现块材中不存在的新物理特性。

PPMS Resistivity

DC transport measurements were carried out in a Quantum Design Physical Property Measurement System (PPMS) from 200 to 380 K under zero magnetic field.

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