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过冷液相区退火调控Ni-Fe-B-Si-P非晶态合金的微观结构与电学性能

丰睿，张忠一，陈春华，尚博林，李冬梅，余鹏

物理学报, 2025, 74(11):116101

doi: 10.7498/aps.74.20250368

cstr: 32037.14.aps.74.20250368

非晶态合金因其独特的长程无序结构与优异的物理性能使其成为材料物理领域的研究热点。然而其在热作用影响下的复杂微观结构演变与电子输运机制仍有待深入研究。本文通过熔体甩带法制备了Ni₄₀Fe₃₅B₁₅Si₇P₃和Ni₅₀Fe₂₅B₁₅Si₇P₃非晶合金带材，并在过冷液相区内不同温度下进行退火处理。结果表明，过冷液相区内的退火使合金的短程有序度增强，自由体积减小，原子排列更致密化，退火后合金的局部类晶体团簇体积分数增至26%—34%。同时，过冷液相区退火诱发的散射中心增大及内应力释放，使合金的电阻率升高，其中Ni₄₀Fe₃₅B₁₅Si₇P₃合金电阻率从131.8 μΩ·cm增至217.0 μΩ·cm，增大了64.6%。在外加磁场下，洛伦兹力引起的电子轨迹偏转与磁致伸缩效应使合金的电阻率进一步升高。此外，热激活会释放束缚电子且增强其散射效应，使合金的载流子浓度上升，迁移率下降。本研究表明退火可以调控非晶合金的短程有序度及自由体积分布，进而影响其电输运性能，为设计高性能非晶合金电子器件提供了实验依据。

图1  (a) Ni₄₀Fe₃₅B₁₅Si₇P₃，(b) Ni₅₀Fe₂₅B₁₅Si₇P₃，(c) A653，(d) B673合金TEM图的2D自相关映射图，出现清晰条纹的图用红色方框标记，对应局域类晶体结构

同行评价

调控非晶合金的结构进而获得优异的性能一直是非晶合金领域的热点，该论文采用退火，精确调控了非晶合金的结构，包括自由体积、有序度等，得到了优异的电学性能，取得了非常好的结果，并对于结果进行了深入分析，研究结果的取得对于拓展非晶合金在功能材料领域的应用具有重要指导作用。

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郜顺奇，李珺杰，陈硕，鄢永高，苏贤礼，张清杰，唐新峰

物理学报, 2025, 74(11):117101

doi: 10.7498/aps.74.20250152

cstr: 32037.14.aps.74.20250152

粉末冶金制备技术是制备兼具优异力学性能和热电性能Bi₂Te₃基块状材料的重要途径，但是粉末冶金制备过程中样品取向损失导致材料热电性能不高，开发具有强板织构、细晶粒Bi₂Te₃基热电材料的制备技术是高性能Bi₂Te₃基热电材料研究的重点。本文采用垂直转角挤压制备技术制备了系列p型Bi₂Te₃基材料，系统研究了挤压温度对材料微结构和织构特征的影响规律及其对材料热电性能的影响规律，在垂直转角挤压过程中，材料经历了剧烈的塑性变形，导致材料内部晶粒的破碎、重排及偏转，同时挤压过程中高温有助于材料中晶粒的动态再结晶和生长过程，实现了晶粒的细化，773 K挤压样品在垂直于压力方向和平行于压力方向上分别取得了F_(00l)=0.51和F₍₁₁₀₎=0.30的高取向因子，即从热压样品中面织构向挤压样品中板织构的转变，这种微结构特征显著地提升了样品的载流子迁移率，773 K挤压样品室温下载流子迁移率高达345.4 cm²·V^–1·s^–1，与区熔样品相当，表现出优异的电输运性能，室温下功率因子达到4.43 mW·m^–1·K^–2，与此同时，773 K挤压样品的晶格热导率和双极热导率之和在323 K时降低至最小值0.78 W·m^–1·K^–1，最终773 K挤压样品在323 K时获得最大ZT值1.13，较热压样品提高了近70%。该研究为高性能强板织构、细晶粒Bi₂Te₃基热电材料的制备提供了新途径，为微型热电器件的制造奠定了重要基础。

图1  (a)高温热压装置及晶粒取向示意图；(b)高温垂直转角挤压装置及晶粒取向示意图。块体Bi₂Te₃基样品的XRD谱图及取向因子 (c)热压样品和挤压样品垂直于压力方向；(d)热压样品和挤压样品平行于压力方向

同行评价

作者通过垂直转角挤压工艺制备了一系列p型Bi₂Te₃基材料，探究挤压温度对材料微结构、织构特征及其热电性能的影响。文章学术创新点明确，结构清晰，逻辑性严谨，对高性能微型热电器件的工程化应用具有重要指导价值。

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路思梅，周福阳，高翔，吴勇，王建国

物理学报, 2025, 74(11):113202

doi: 10.7498/aps.74.20250168

cstr: 32037.14.aps.74.20250168

采用原子态分辨(atomic-state-dependent，ASD)屏蔽模型，研究了热稠密等离子体中Fe²⁵⁺离子光电离截面的低能特征。等离子体屏蔽会减弱核和束缚电子之间的相互作用，导致束缚电子逐渐进入连续态。对于光电离过程，屏蔽效应改变束缚和连续电子的波函数，进一步改变重叠积分和跃迁矩阵元，最终引起截面出现低能特征。相比于传统的德拜模型，ASD模型进一步考虑了电子简并效应和非弹性碰撞过程的影响，能够更加准确地描述温热稠密等离子体的屏蔽效应。基于ASD模型，研究发现，低能阈值区，截面服从Wigner阈值定律; 能量逐渐增大时截面出现低能增强、势形共振、Cooper极小、Combet-Farnoux极小等低能特征，导致对应能区的截面显著增大或减小，继而改变光电子谱的性质。本工作研究了热稠密等离子体中离子的光电离过程，可以为天体和实验室中热稠密等离子体的研究提供理论和数据支持。

图5  不同等离子体密度时Fe²⁵⁺离子2s激发态的光电离截面   (a) 2s_1/2总截面; (b) 2s_1/2→εp_1/2; (c) 2s_1/2→εp_3/2; 温度T_e = 200 eV

同行评价

作者采用自己建立的原子态分辨屏蔽模型，此模型相比较传统的德拜模型，考虑了电子简并效应和非弹性碰撞过程的影响，能够更加准确描述温热稠密等离子体的屏蔽效应。在此模型的基础上系统地研究了固定电子温度时 Fe²⁵⁺离子基态及激发态光电离截面随等子体密度的变化规律，并且详细分析了等离子体屏蔽导致截面线型出现的经典低能特征及其形成原因。论文很有意义。

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贾雪琦，刁新财，常国庆

物理学报, 2025, 74(11):114206

doi: 10.7498/aps.74.20250348

cstr: 32037.14.aps.74.20250348

波长位于2—5 μm的中红外超快光源在众多领域具有重要应用价值，如分子检测、空间通信、非线性光学和生物医疗等，但目前实现该波段激光的方法存在局限性。本研究采用差频产生技术，利用高功率双波长超快光纤激光系统，结合3 mm周期极化铌酸锂晶体，通过调节泵浦脉冲与信号脉冲之间的延时，优化了输出闲频光的能量。本研究成功生成了中心波长为3.06 μm的中红外超快激光，平均功率达到3.06 W，脉冲能量为90 nJ。此外，还实现了波长在2—5 μm范围内可调的中红外超快激光，平均功率均超过1 W，为当前该波段可实现的最高平均功率水平。

图1  基于高功率双波长飞秒光源的DFG方案

同行评价

论文研究基于1.55 μm和1.03 μm双波长飞秒光源产生高功率2—5 μm中红外超快激光的方法。本文工作创新性较强，理论分析和实验结果吻合较好，对于实验研究具有一定的指导意义。

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专题：磁共振技术

李昭青，韩益华，王泽君，白瑞良

物理学报, 2025, 74(11):118702

doi: 10.7498/aps.74.20250325

cstr: 32037.14.aps.74.20250325

水分子跨细胞膜交换是维持细胞稳态和功能的重要过程，是肿瘤增殖、预后以及细胞状态的潜在生物学标志物。利用磁共振方法测量水分子跨细胞膜的交换速率可追溯到20世纪60年代，研究者在血红细胞悬液样本中测量细胞内水分子的停留时间。之后，人们发现了生物组织中磁共振信号的多指数特征，并发现水分子跨膜交换过程有可能是解释该特征的因素之一，利用磁共振方法测量水分子跨细胞膜交换过程的研究至此拉开序幕。经过几十年的发展，磁共振领域目前对水分子跨细胞膜交换测量的技术大致可以分为两类: 一种基于弛豫时间，另一种基于扩散。本文将梳理相关磁共振技术的发展历程，对代表性技术的测量原理、数学/生物物理模型、不同技术的测量结果及验证进行介绍。最后对不同方法的应用场景和优缺点进行讨论，并对该领域的发展进行展望。

图1  脑组织中水分子跨膜过程概述 (a) 水分子跨血脑屏障交换; (b) 水分子跨细胞膜交换; (c) 水分子跨血液-脑脊液屏障交换，在脑室中，水通道蛋白AQP存在于脑脊液界面的室管膜细胞的基底外膜; (d) 水分子跨脑脊液-脑实质屏障的交换，蛛网膜下腔的脑脊液通过动脉周围间隙流入大脑，然后通过位于星形胶质细胞终足的水通道蛋白与脑间质液交换

同行评价

本文系统梳理了水分子跨膜交换磁共振测量技术的发展脉络，文献覆盖全面且历史跨度合理，技术分类与模型演进分析具有较强逻辑性。