材料推动技术发展,例如微电子和纳米技术中的硅基半导体。这些材料虽然本质上是量子的,但它们的宏观特性并不表现出量子世界最引人注目的方面之一:纠缠。因此,半导体中的电子可以在单电子水平上建模。然而,一种新的范式——量子材料——正在出现,在量子计算领域具有潜在的应用潜力。在这些系统中,电子是纠缠的,单电子图像不再是材料特性的准确描述。相反,需要多体、N 电子处理。当前的 QIS 捕获并利用单个原子或离子作为量子比特,即经典比特的量子模拟。由于实验的不完善,需要许多离子才能累积起来代表一个可用的“逻辑”量子比特。捕获这些离子具有挑战性,因此系统既庞大又昂贵。世界上最先进的系统由 IBM 创建,仅捕获 53 个离子。量子材料的一种可能应用是利用物质深处的 N 电子纠缠作为 QIS 应用的资源。材料中的每个纠缠电子都充当量子比特,从而实现更大规模的 QIS。在 Mourigal 实验室博士后 Zhiling Dun 的帮助下,该项目的目标是合成和表征电子自旋可能纠缠的磁性材料。
在这方面,近几年来,人们对基于镧系元素的单分子磁体 (SMM) 进行了深入研究,旨在在分子水平上稳定磁矩并开发更高密度的存储应用。[5,12–19] 镧系元素的缓慢弛豫时间、高磁矩和双稳态基态使其非常适合分子自旋电子学应用。[5,12,13] 镧系元素驱动的 SMM 方法的合理延伸是设计包含镧系元素的周期性网络,这些网络可以充当活性磁信息单元。在过去的几十年里,金属超分子协议已经成为一种设计嵌入金属元素的功能性网状材料的有力策略。[20–22] 这种合成范式也在表面上得到了发展,能够设计二维金属有机设计,主要采用过渡金属和碱金属。[23–25]
ZrO 2 和 HfO 2 NC 均用作光学活性镧系元素离子(例如铕)的主体。1,14-18 氟化物(例如 NaYF 4 和 NaGdF 4 )是另一类广泛用作镧系元素主体的纳米晶体,用于上转换和下转换。19-23 在氟化物体系中,合成工艺已经很成熟,可以在纳米晶体内精确定位掺杂剂,并在掺杂核上生长未掺杂的壳。后者产生核/壳结构,这在半导体纳米晶体(量子点)领域是首创的,用于防止激发电子和空穴与表面陷阱相互作用。24、25 同样,壳层保护镧系元素免受表面效应的影响,从而提高上转换和下转换过程的量子效率。 26 此外,在镧系元素掺杂的氟化物的情况下,多层结构可提供受控的能量级联。27 更高的量子效率加上较长的寿命使其可用于时间门控荧光成像等。15、28 由于生产具有复杂(例如核/壳)结构的胶体稳定氧化物纳米晶体的合成挑战,氧化物主体的使用范围较窄。29 但是,氧化物主体的化学性质更稳定,而氟化物可溶解在高度稀释的水介质中。30
EELS 技术已应用于材料科学,以单原子灵敏度绘制元素图谱 5–7,并应用于生物科学,以检测和量化多种内源性元素。8–11 EELS 技术可应用于透射电子显微镜 (TEM) 模式,通常称为能量过滤 TEM (EFTEM) 12–16,或应用于扫描透射电子显微镜 (STEM) 模式,称为 STEM-EELS 或 EELS 光谱成像。17–22 虽然 EFTEM 模式的灵敏度低于 STEM-EELS,但它提供的视野更大,至少大一个数量级,通常为 105–107 像素,而 STEM-EELS 为 103–105 像素。 10,17 对于某些生物应用,更宽广的视野与分辨率或灵敏度同样重要,例如使用彩色 EM 电子探针同时标记细胞中的多种细胞蛋白质/细胞器。23–25 在我们开发的方法中,通过依次沉积与二氨基联苯胺结合的特定镧系元素螯合物来实现多个目标分子的定位,这些螯合物被正交光敏剂/过氧化物酶选择性氧化。23 然后将通过 EFTEM 模式获得的镧系元素的芯损耗或高损耗(M 4,5 边缘)元素图/图以伪彩色叠加到常规电子显微照片上以创建彩色 EM 图像。23,26,27
大面积柔性双原子亚纳米薄镧系氧化物纳米卷的常规合成 吴苗苗 1、吴彤 2、孙明子 2、陆璐 2、李娜 1、张超 1、黄博龙 2 *、杜亚平 1 * 和闫春华 1,3,4 1 南开大学材料科学与工程学院、国家先进材料研究院、先进能源材料化学重点实验室、稀土与无机功能材料研究中心,天津 300350 中国。 2 香港理工大学应用生物及化学科技系,香港九龙红磡,999077 中国。 3 北京分子科学国家实验室,稀土材料化学及应用国家重点实验室,北大-港大稀土材料与生物无机化学联合实验室,北京大学化学与分子工程学院,北京 100871,中国。 4 兰州大学化工学院,兰州 730000,中国 电子邮件:bhuang@polyu.edu.hk(BH);ypdu@nankai.edu.cn(YD) 摘要 在许多超薄纳米材料的合成中都发现了表面波纹或滚动现象。然而,精确合成和控制这种细微纳米结构仍然极具挑战性,表明其在未来纳米能源系统中具有尚未开发的潜力。在本文中,建立了一种简单但稳定的胶体化学方法来合成超薄镧系氧化物纳米卷,首次实现了具有卷曲边缘的原子级厚度。详细的机理研究证实,纳米卷的滚动行为是由表面活性剂 3-溴丙基三甲基溴化铵中溴烷基团的吸附引起的表面电荷扰动引起的。更重要的是,实验证明了亚纳米薄镧系元素纳米卷的可逆和可控滚动。作为实际应用的证明,超薄镧系元素氧化物纳米卷/碳纳米管薄膜已被用于锂硫电池作为夹层,表现出优异的电化学性能。我们的方法广泛应用于高产率生产新型无机超薄纳米结构,在能源系统中有着巨大的应用前景。关键词:稀土,镧系元素氧化物,超薄纳米结构,密度泛函理论,锂硫电池
摘要:偶极耦合很少被用作镧系元素单分子磁体中缓慢弛豫动力学的驱动力,尽管它通常是介导此类物质中离子间磁相互作用的最强机制。事实上,对于多核镧系元素复合物,由于它们能够形成高度定向、高矩基态,偶极相互作用的幅度和各向异性可能相当大。本文我们提出了单核、双核和三核铒基单分子磁体序列 ([Er −TiPS 2 COT] + ) 𝑛 (𝑛= 1 −3),其中磁弛豫路径允许性的大幅降低在角动量量子之间的偶极-偶极相互作用框架内得到合理化。由此产生的多核分子磁性设计原理源于高度各向异性磁态之间的分子内偶极耦合相互作用,为单个量化跃迁的复杂流形中的弛豫动力学提供了细致入微的证明。通过将弛豫动力学与分子磁性前所未有的频率范围(10 3 −10 −5 Hz)的交流磁场相结合,为该模型的有效性提供了实验证据。缓慢的动力学和多个低能跃迁的结合导致了许多值得注意的现象,包括在单一温度下可观察到三个明确定义的弛豫过程的镧系单分子磁体。
2 全栈量子计算集成了所有硬件、软件、固件和云门户组件,这些组件都是通过应用量子物理原理开发的。基本信息单元是量子比特(或量子位),与传统比特不同,它们可以保存 0 到 1 之间的多个值。量子计算机利用物质的微观特性执行复杂的操作,成倍地提高了当今传统计算机可实现的计算能力。量子计算机的架构将基于用激光捕获的单个超冷镱原子的内存寄存器。镱 (Yb) 是稀土族的化学元素。它通常与钇和其他镧系元素有关,存在于独居石、钇矿和磷钇矿中。
摘要 本文利用原子电子排布数据预测S、P、D、F、DF等不同区化学元素的反应性。对S区元素以及部分P、D区元素的研究表明,外层电子总量通常与最大反应价电子数相对应。但也描述了一些例外情况。提到了P区高级元素的成对s电子钝化的现象。发现了D8–D12组元素的外层电子总量与平均反应电子数之间的相关性。研究了具体的电子结构来预测F和DF区镧系元素和锕系元素的反应性。此外,还讨论了各种亚轨道(s、p、d和f)外层电子的反应性。
摘要 半导体行业高度依赖稀土元素 (REE),因为稀土元素具有增强半导体器件性能的独特性质。稀土元素包括镧系元素、钇和钪,在从生产强力磁铁到改进显示技术和气体传感能力等各种工艺中都至关重要。然而,全球稀土供应主要集中在中国,占产量的 90% 以上。这种集中对依赖从中国进口关键材料的美国半导体行业构成了重大风险。尽管美国努力实现来源多元化并发展国内能力,但由于缺乏加工基础设施和环境挑战,美国仍然脆弱不堪。本文探讨了全球稀土供应链的现状,重点关注美国对外国进口的依赖。通过情景规划和战略建议,该研究提供了有关美国如何加强国内供应链并减少对外国稀土元素的依赖,从而增强其在全球半导体市场的竞争力的见解。