高温超导体作为典型的强关联电子体系，其中电子与晶格、轨道及自旋等存在密切的相互作用。探测和研究这种多体相互作用，对理解高温超导体的宏观物理性质及超导电性机理至关重要。随着测量精度的不断提升，角分辨光电子能谱技术已经从传统的能带测量工具发展成为研究材料中多体相互作用的独特实验手段。角分辨光电子能谱在铜氧化物高温超导体中的多体相互作用研究方面已取得了许多重要成果，观察到了多个能量尺度及其耦合。相对而言，对铁基超导体中多体相互作用的研究却报道得很少。

本文作者利用高分辨率的激光角分辨光电子能谱技术，研究了铁基超导体LiFeAs 的电子结构和多体效应。他们首次在LiFeAs的正常态和超导态的电子自能中，明确观测到三个特征能量尺度，其能量分别对应~20 meV, ~34 meV和~55 meV。进一步的分析表明，前两个能量尺度与LiFeAs 中的声子模相对应，可以归结于电声子相互作用，而~55 meV 的能量尺度则不能用电子与单个声子或者电子与磁子相互作用等进行解释，这意味着在LiFeAs 中可能存在电子与更高能量激发的相互作用。这些结果提供了铁基超导体中存在电子-玻色子耦合的直接证据，也为进一步研究电子-玻色子耦合在铁基超导体超导机理中的作用提供了重要信息。

Figure 1. Electron dynamics of the γ band of LiFeAs measured along the Γ –X direction at 20 K. (a) The γ band measured along the Γ –X direction. (b) The second derivative image of (a) with respect to energy. (c) Second derivative image of the simulated single-particle spectral function which considers electron coupling with two bosonic modes at 20 meV and 34 meV. (d) Dispersion relation obtained by fitting momentum distribution curves (MDCs). The dashed red and blue lines represent empirical bare bands that are used to get the effective real parts of the electron self-energy ReΣ (red line and blue line) shown in (e). The observed features are marked by pink, green, and orange strips. (f) Corresponding MDC width (full width at half maximum, FWHM) of the γ band in (a) from the MDC fitting.

稀土永磁材料是非常重要的一类稀土功能材料，也是中国稀土消费量最大的一类稀土功能材料，在国民经济发展、人们日常生活和尖端技术应用等领域具有重要的甚至不可或缺的关键作用。近年来，以Pr，Nd基RE2Fe14B（RE表示稀土元素）型永磁材料为代表的第三代稀土永磁材料的使用量急剧增长。受限于各种稀土矿产资源中稀土元素配分的天然禀性，使得低丰度的Pr，Nd元素供不应求，而高丰度的La，Ce等元素大量积压。稀土元素利用的不平衡现象日益凸显，已经严重地影响了我国稀土行业的长期健康可持续发展。因此，研创高性能高丰度稀土基永磁材料对于我国稀土资源的高效、平衡、综合利用具有极其重要的战略意义和现实意义。

为了解决高丰度稀土元素La，Ce等替代Pr，Nd导致RE2Fe14B型永磁材料的永磁性能严重恶化的问题，从单一主相合金到双主相合金以至于多主相合金，人们一直在对其内禀磁性能和制备工艺进行不懈地探索。但是当La，Ce占总稀土元素含量的比例，即LaCe/RE超过50%时，始终无法制成可实用的高性能永磁材料。本文从永磁机理出发，利用双主相合金工艺，以接近天然元素配分的混合稀土金属（MM，misch metal）为主要稀土原材料，通过有效控制两种主相合金的结晶过程进而显微结构的优化，首次研制成功LaCe/RE = 55.13%（即文中的x = 0.7样品）、最大磁能积 (BH)max高达253.3 kJ/m³的高性能高丰度稀土基永磁材料。不仅证明了双主相合金工艺是非常有效的提高高丰度稀土基永磁材料磁性能的技术途径，而且也为高性能MM2Fe14B基稀土永磁材料的实用化提供了全新的解决思路。

Fig. 2 The comparison of (BH)max for MM based RE-Fe-B sintered magnets. The solid and hollow symbols are corresponding to SMP and DMP processes, respectively.

GaN MIS-HEMT功率器件在关态时(栅电压小于阈值电压)由栅漏之间承受漏极高电压。前期研究表明器件的关态击穿与时间有关，即使很小的电压应力也会在足够的时间应力后触发硬击穿。因此，虽然关态条件栅极偏置的绝对值相对小于漏极电压，负栅极偏压和漏极电压均可以随着应力时间增长在栅介质层和GaN材料内部引入缺陷并导致器件击穿。迄今为止，研究人员对负栅极应力的研究主要集中在栅介质层的电子去陷过程。负栅极应力条件可以认为是一种特殊关断条件，也可能导致栅介质层或GaN材料击穿。但是，目前尚未见到对比关态应力及负栅极应力对器件经时击穿机制影响的相关报道。

本文结合实验和模拟手段分析了负栅压及关态应力两种状态对击穿机制的影响：

1）两种电压应力状态下器件均呈现经时击穿特性。负栅压应力的击穿时间的分散度β随栅压应力的增大而减小，这反映了更大的栅压使得更多的电子从栅极隧穿至介质层中，因此形成泄露电流通道所需的缺陷数目减少；关态漏极应力的击穿时间分散度β随漏极电压应力的增大而增大，这是由于更大的漏极电压导致材料中产生缺陷的速率增加。2）两种应力的经时击穿过程都观测到了栅极电流出现了两次跳跃式增加现象，我们验证了该现象的原因是SiNx栅介质层首先击穿，AlGaN势垒层随后击穿造成的。3）结合模拟手段，以及对导通电阻、阈值电压、栅极漏电的监测，确认了负栅压应力的击穿位置最有可能发生在栅极下方靠近源极的部位；而关态漏极应力的击穿位置则是栅极下方靠近漏极的部位。

Fig. 1. Breakdown time distribution (β) of (a) negative gate bias and (b) off-state stress.

Fig.2. Simulation of electric field distribution for rapid breakdown under (a) negative bias stress @VDG=295V and (b) off-state stress @VDG=295V.

纳米机械振子系统由于具有超低的有效质量、高共振频率、以及超高的机械品质因子，使其在精确传感方面有着潜在的应用价值。近年来，基于电学测量方法的纳米机械振子在质量传感方面已被广泛证实。然而，测量过程中通电会产生热效应，而且电学方案对于高频机械振子来说不适用。因此，基于纳米机械振子的光学方案被提出。虽然光学方案能解决电学方法中出现的问题，但光学方案的实验需要在较低的温度下，这是因为如果系统工作在室温下，质量传感的灵敏度将会降低，限制了实验在室温下的实施。

为解决上述问题，本文作者首先提出一种利用自旋-振子杂化系统中的微波光谱实现简便精确测量纳米机械振子振动频率的非线性方法。由于电子自旋和声子有较长的寿命，探测微波的吸收谱中出现两个尖锐的峰，这两个峰对应纳米机械振子的振动频率。同时讨论耦合强度与声子寿命对克尔谱的影响。其次给出一种测量微纳颗粒的非线性方法。目前的理论和实验都论证了非线性效应能有效增强质量传感的灵敏度。非线性质量传感能产生较大的共振振幅和输出信号, 但不会同时放大噪声信号, 因此非线性现象有益于抵消探测噪声的影响和提高信噪比。此外, 有研究表明非线性质量传感可能对探测噪声免疫。

本研究提出的复合系统中，由于金刚石中NV中心的单电子自旋即使在室温（300 K）依然有较长的相干时间，这就保证了室温下实施质量传感的可行性。因此，本研究为在室温下高精度及高分辨率质量传感器件应用提供了可行方案。

Fig. 1. (Left) Schematic diagram of a spin-oscillator system of a magnetized clamped-free NR coupled to the electronic spin associated with a NV center in diamond in the presence of a strong pump laser and a weak probe laser. (Right) The optical Kerr coefficient without anything else and with 10 or 30 DNA molecules on the surface of NR. The inset shows the relationship between the frequency shift of NR and the number of added DNA molecules.

纳米金刚石因其极高的硬度、低的摩擦系数、高的热导率、大的比表面积、高的表面活性以及好的生物相容性等优异特性，在精密抛光、防护涂层、化工催化、生物医学等诸多领域展现出良好的应用前景。然而，目前制备的纳米金刚石仍存在杂质含量高、尺寸形貌不一致的问题。针对以上问题，本文报道了以有机物为前驱体，通过两步高温高压法实现对纳米金刚石杂质含量、尺寸的有效调控。研究结果表明通过控制第一步碳化时间，碳化产物的有序性发生了显著的变化，从而调控了金刚石的晶粒尺寸。在碳化过程中，通过控制升温速率能够有效地减缓有机物热解气体的释放，降低二级压砧发生破裂的概率。此外，该方法还可以拓展到其他有机物碳源中，证实了其具有普适性。

本文研究结果为利用有机物碳源实现尺寸可控的高纯度纳米金刚石合成提供了可行方案。

Fig.2. (a)–(d) Grain size distributions of samples NX (X=1–4) prepared using different carbonization times. The red curves show fitting of the lognormal distribution function. Inset shows the corresponding SEM images.

TOPICAL REVIEW — Physics in neuromorphic devices

TOPICAL REVIEW — Quantum dot displays

TOPICAL REVIEW — CALYPSO structure prediction methodology and its applications to materials discovery

Virtual Special Topic — Magnetism and Magnetic Materials