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皮级原子位移对折射率的巨大调节
结果表明，结构无序（以各向异性、皮级原子位移的形式）会调节折射率张量，并导致在准一维六方硫族化物 BaTiS 3 中观察到巨大的光学各向异性。单晶 X 射线衍射研究表明，沿 c 轴相邻 TiS 6 链内存在 Ti 原子的反极性位移，以及 a – b 平面上的三重退化 Ti 位移。47/49 Ti 固态 NMR 为这些 Ti 位移提供了额外的证据，这些 Ti 位移呈三角 NMR 线形，是由 Ti 原子周围低对称性局部环境引起的。扫描透射电子显微镜用于直接观察全局无序的 Ti a–b 平面位移，并发现它们在几个晶胞上局部有序。第一性原理计算表明，Ti a – b 平面位移选择性地降低了沿 ab 平面的折射率，而对沿链方向的折射率影响最小，从而导致光学各向异性大幅增强。通过展示具有皮尺度位移的结构无序与 BaTiS 3 中的光学响应之间的紧密联系，本研究为设计具有高折射率和大光学各向异性和非线性等功能的光学材料开辟了一条途径。
甲基铵锡卤化物钙钛矿的晶体结构和相变
使用安装在 J-PARC 材料与生命科学实验设施的单晶衍射仪 SENJU (BL18) 和超高分辨率粉末衍射仪 SuperHRPD (BL08) 收集飞行时间中子衍射数据。如图 1(a) 所示，在 MASnBr 3 的五个相中观察到的衍射图案彼此明显不同，表明晶体结构通过四个相变依次变化。该结果需要重新考虑 g、d 和 e 相的结构，其中 b - g 相和 d – e 相之间没有观察到明显的结构变化[1]。对于 MASnI 3 ，如先前报道的那样[2][3]，识别出三个具有不同结构的相（图 1(b)）。最低温相的结构仍然不确定，但 b 相和 g 相之间衍射图案的剧烈变化表明结构对称性从四方晶系到三斜晶系显著降低。立方a相单晶结构分析表明MA分子的质心位于立方晶胞中心之外，用最大熵法合成的分子核密度沿立方轴呈现各向异性分布。这些趋势在MASnBr 3 中表现得更为明显，表明X = Br晶体中有机-无机相互作用的影响更强。
TiOx/Pt3Ti(111)表面定向形成电子响应的氧化钨簇超分子组装体
摘要 在 Pt 3 Ti(111) 合金表面生长的高度有序氧化钛薄膜被用于纳米 W 3 O 9 团簇的受控固定和尖端诱导电场触发的电子操控。根据操作条件，产生了两种不同的稳定氧化物相 z'-TiO x 和 w'-TiO x 。这些相对 W 3 O 9 团簇的吸附特性和反应性有很大的影响，这些团簇是在超高真空条件下 WO 3 粉末在复杂的 TiO x /Pt 3 Ti(111) 表面上热蒸发形成的。发现物理吸附的三钨纳米氧化物是位于金属吸引点上的孤立单个单元或具有 W 3 O 9 封盖的六边形 W 3 O 9 单元支架的超分子自组装体。通过将扫描隧道显微镜应用于 W 3 O 9 –(W 3 O 9 ) 6 结构，单个单元经历了尖端诱导还原为 W 3 O 8 。在高温下，观察到大型 WO 3 岛的聚集和生长，其厚度被严格限制为最多两个晶胞。这些发现推动了使用操作技术在表面上实现模板导向成核、生长、网络化和功能分子纳米结构的电荷状态操控的进展。
金属苯甲酸的电子结构，石墨烯的抗乳头类似物
摘要：卟啉是一种二维材料，由四方晶格中的完全融合的锌卟啉制成。它具有完全共轭的π系统，使其与石墨烯类似。卟啉最近已合成并显示为半导体（Nat。comm。，2023，14，6308。）。这与其电子结构的所有先前预测相反，该预测表明金属电导率。我们表明，卟啉锌的间隙开放是由其晶胞从正方形到直立的PEIERLS扭曲引起的，因此首先说明了其电子结构与实验一致。对这种失真的核算需要对电子离域化的适当处理，这可以使用具有大量精确交换的混合功能来完成。然后将这种功能性PBE38应用于预测许多第一个过渡行金属酚的特性，其中一些已经制备了。我们发现，更改金属会强烈影响金属 - 核能的电子结构，从而产生各种金属导体和半导体，这对于分子电子和旋转型可能引起了极大的关注。这些材料的特性主要受PEIERLS畸变的程度和π系统中的电子数，类似于氧化或还原后环状共轭分子中观察到的芳香性的变化。这些结果可以说明如何将抗神经性概念扩展到周期性系统。
${\rm LaNiO}_{3}$/${\rm CaMnO}_{3}$ 铁磁界面处可调谐电荷转移的直接实验证据
氧化物异质结构中的界面电荷转移产生了丰富的电子和磁现象。设计异质结构，其中一个薄膜成分表现出金属-绝缘体转变，为静态和动态控制此类现象开辟了一条有希望的途径。在这项工作中，我们结合深度分辨的软 x 射线驻波和硬 x 射线光电子能谱以及偏振相关的 x 射线吸收光谱，研究了 LaNiO 3 中的金属-绝缘体转变对 LaNiO 3 /CaMnO 3 界面处电子和磁态的影响。我们报告了在金属超晶格中直接观察到的界面 Mn 阳离子的有效价态降低，该超晶格具有高于临界的 LaNiO 3 厚度（6 个晶胞，uc），这是由流动的 Ni 3 deg 电子向界面 CaMnO 3 层中的电荷转移促成的。相反，在厚度低于临界值 2u.c. 的 LaNiO 3 绝缘超晶格中，由于界面电荷传输受阻，整个 CaMnO 3 层中观察到 Mn 的有效价态均匀。切换和调节界面电荷传输的能力使得能够精确控制 LaNiO 3 /CaMnO 3 界面上出现的铁磁状态，因此对下一代自旋电子器件的未来设计策略具有深远的影响。
通过超声辅助激光导向能量沉积制造的H13工具钢的微观结构和硬度行为
摘要：激光导向能量沉积（L-DED）的金属添加剂制造（AM）通常会导致沿构建方向形成纹理柱状晶粒，从而导致各向异性机械性能。这可能会对产品的预期应用产生负面影响。各向异性可以通过在L-DED过程中通过对超声（US辅助）的额外暴露来修改材料来消除各向异性。在本文中，由AISI H13（TLS Technik，Bitterfeld-Wolfen，Germany）工具钢制造了多轨样品，该工具是使用特殊设计的冷却系统的US辅助（28 kHz）L-DED工艺制造的。该研究还包括后处理后的退火和淬火，并通过对修饰钢进行回火热处理，从而导致性质保留，这是由硬度测量结果证实的。XRD分析用于测量晶胞的结构参数，并在两个方向上测量硬度特性：纵向和平行于沉积方向。发现，美国辅助L-DED使我们能够在两个印刷方向上获得具有相等大小的相干散射区域大小的各向同性结构，并减少材料中的残留应力。硬度的各向异性显着降低，在XY和XZ平面之间发现了636和640 HV。基于获得的硬度数据，应注意的是，此处研究的某些热处理也可能导致该性质各向异性的降低，类似于美国辅助效应。
从还原论角度洞察材料科学
1 北京国家电子显微镜中心和先进材料实验室，清华大学材料科学与工程学院，北京 100084，中国 *通信地址：lingu@mail.tsinghua.edu.cn 收稿日期：2023 年 5 月 22 日；接受日期：2023 年 6 月 4 日；在线发表日期：2023 年 6 月 13 日；https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2023.100009 © 2023 作者。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可开放获取的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。引用：Gao A. 和 Gu L. (2023)。从还原论的角度洞察材料科学。创新材料 1(1), 100009。材料结构与功能之间错综复杂的关系是长期以来研究的重大挑战。材料科学的还原论方法需要全面的理解，从原子能级的精确解到特定边界条件下相能带的基本原理，再到可以用统计方法理解的材料宏观特性。本研究系统地将宏观材料分解为其组成部分：相、晶胞、原子和电子，从而从基本粒子的角度深入研究材料特性。我们主要关注的是互易空间中的能带结构（电子）和色散关系（声子），以及实空间中四个基本自由度（晶格、电荷、轨道、自旋）的分布。我们以锂离子电池系统为例，说明还原论如何丰富我们对所起作用材料的理解。本文最后采用还原论方法对材料科学未来的潜在发展轨迹和根本挑战进行了前瞻性的思考。
锡基钙钛矿太阳能电池的演变
在过去的几年中，Sn基PSC已经成为绿色光伏技术的有希望的候选者，通过抑制Sn 2+ 氧化为Sn 4+ ，它们的效率从约 2% 迅速提高到 14.81%。[12]令人鼓舞的是，Sn基PSC不仅PCE超过14%，而且还具有优异的稳定性。这是一项极具吸引力的光伏技术，不久将会得到进一步发展。这一惊人的进步表明它是下一代太阳能电池的更好候选者。图1展示了Sn基钙钛矿在短短6年内的效率演变。一般来说，Sn和Pb基钙钛矿的相似结构可以用公式ABX 3 表示。立方钙钛矿的基本单元是一个小的八面体晶胞（BX 6 ），其中B阳离子被卤素阴离子包围。 A为有机阳离子，例如CH 3 NH 3 +（MA +）、CH(NH 2 ) 2 +（FA +）、Cs +或一些大阳离子（PEA +）。阳离子位于八面体的空腔内。X为卤素，例如I - 、Br - 、Cl - 等。钙钛矿材料ABX 3的结构稳定性取决于容差因子t和μ，其中r A 、r B 和r X 分别为A、B和X的半径。通常t介于0.9和1.0之间，以形成立方钙钛矿。[13]对该容差因子的研究有助于理解结构
通过量子MA
我们研究了由金属有机化学蒸气沉积（MOCVD）在蓝宝石上生长的Znga 2 o 4纤维的电和光学性能，并在融合二氧化硅上通过脉冲激光沉积（PLD）生长的半绝制纤维。在700℃下形成的气体退火后，MOCVDFILM高度传导，室温载体浓度为2 10 20 cm 3，迁移率为20 cm 2 /v s，直接带茎gap吸收在3.65 eV和4.60 eV和4.60 eV中。在相同的退火条件下，PLD纤维是半绝制的，在5.25 eV时具有直接的带隙吸收。声子结构对于电气传导以及超导性和其他量子现象很重要，由于晶胞中的原子数量大量（以及声子分支）非常复杂。然而，我们表明，可以通过基于量子的磁磁性贡献的声子在温度跨度T¼10-200k的情况下直接测量。约10至90 MeV，与密度功能理论计算得出的Znga 2 O 4状态密度（在0 K）的能量范围一致。然后可以通过l tot1¼lii1ÞlpH 1对总测量的迁移率进行建模，其中l ii是由于电离脉冲散射引起的迁移率。具有高带隙，控制电导率，高击穿电压和散装增长能力，Znga 2 O 4为高功率电子和紫外检测器提供了机会。
材料物理化学
晶格和晶胞。布拉维晶格。晶面和方向。米勒指数。堆积能和结构。共价晶体和离子晶体。分子晶体。晶体结构中的缺陷。点缺陷和扩展缺陷。缺陷热力学。- 晶体结构：测定和分析干涉和衍射：一般概念。晶相衍射。劳厄定律和布拉格定律。傅里叶变换和互易晶格。单晶、多晶和纳米晶体。非晶相中的衍射。- 固态电子系统电场和磁场下的电荷载体和传输。自由电子和束缚电子。布洛赫定理和能带结构。电子的色散关系。态密度。费米-狄拉克分布。金属、半导体、绝缘体。纳米材料的应用。- 半导体和应用半导体中的电荷载体。电子、空穴及其运动。载流子浓度和质量作用定律。直接和间接带隙半导体。掺杂。一些半导体器件：pn结和二极管、晶体管。在光子学和电子学中的应用。- 晶格振动和热性质 晶格和分子振动：比较。振动色散关系。声学和光学分支。声子。振动态密度和德拜频率。固体中的振动光谱。固体中的比热。杜隆珀蒂定律。低温。- 介电和光学性质 极化率和介电函数。对电磁辐射的宏观响应。边界处的吸收、反射、弹性和非弹性扩散。洛伦兹模型。复折射率和介电函数。自由电子和等离子体。在能量学、催化和环境中的应用。激光在化学和材料科学中的应用。