Quantum Design中国用户科研成果快报（2023年第2期）

Quantum Design中国用户科研成果快报（2023年第2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.Disorder-tuned conductivity in amorphous monolayer carbon. Nature (2023)  综合1区 IF 69.504  北京大学 刘磊.

2.Critical role of hydrogen for superconductivity in nickelates. Nature (2023)  综合1区 IF 69.504  电子科技大学 乔梁.

3. High Thermoelectric Performance and Compatibility in Cu3SbSe4-CuAlS2 Composites: A Substitute for PbTe. Energy & Environmental Science (2023)  材料1区 IF 39.714  重庆大学 周小元.

4. Discovery of Topological Magnetic Textures Near room Temperature in Quantum Magnet TbMn6Sn6. Adv Mater (2023)  材料1区 IF 32.086  中科院物理所 沈保根.

5. Giant Exchange Bias-Like Effect at Low Cooling Fields Induced by Pinned Magnetic Domains in Y2NiIrO6 Double Perovskite. Adv Mater (2023)  材料1区 IF 32.086  中科院物理所 靳长青.

6. Ultrathin Mo2S3 Nanowire Network for High-Sensitivity Breathable Piezoresistive Electronic Skins. ACS Nano (2023)  材料1区 IF 18.027  中科院硅酸盐所 黄富强.

7. A general thermodynamics-triggered competitive growth model to guide the synthesis of two-dimensional nonlayered materials. Nat Commun (2023)  综合1区 IF 17.694  北京大学 侯仰龙.

8.Electrical and magnetic anisotropies in van der Waals multiferroic CuCrP2S6. Nat Commun (2023)  综合1区 IF 17.694  中科院半导体所 赵建华.

9.Incommensurately Modulated Structure in AgCuSe-Based Thermoelectric Materials for Intriguing Electrical, Thermal, and Mechanical Properties. Small (2023)  材料1区 IF 15.153  中科院硅酸盐所 陈立东.

10.  Flexible oriented α-Cu2Se films and devices with remarkable power factor and output power at near-room temperature. Materials Today Physics (2023)  材料2区 IF 11.021  河北大学 王淑芳.

11. Macroscopically ordered phase separation: A new strategy for improving the superconducting performance in Fe(Se, Te). Materials Today Advances (2023)  材料2区 IF 9.918  中科院电工所 马衍伟.

12. Lateral magnetic anisotropy modulated by antiphase domain boundaries in PrBaCo2O5+δ thin films. Acta Materialia (2023)  材料1区 IF 9.209  清华大学 南策文.

13. Insight into the structural and magnetic properties of RECo12B6 (RE = Ce, Pr, Nd) compounds: A combined experimental and theoretical investigation. Acta Materialia (2023)  材料1区 IF 9.209  杭州电子科技大学 李领伟.

14.Room-temperature spin-valve devices based on Fe3GaTe2/MoS2/

Fe3GaTe2 2D van der Waals heterojunctions. Nanoscale (2023)  材料2区 IF 8.307  华中科技大学 常海欣.

15.  Record-high mobility and extreme magnetoresistance on kagome-lattice in compensated semimetal Ni3In2S2. Science China Materials (2023)  材料2区 IF 8.64  上海科技大学 郭艳峰.

16.  Orbital polarization change and magnetic enhancement in rutile MnO2-δ epitaxial films. Applied Surface Science (2023)  材料1区 IF 7.397  中科大 陆亚林.

17.  High sensitivity and fast response self-powered PbSe ultraviolet pulsed photodetectors based on the transverse thermoelectric effect. Applied Surface Science (2023)  材料1区 IF 7.397  河北大学 王淑芳.

18.  Exchange field enhanced upper critical field of the superconductivity in compressed antiferromagnetic EuTe2. Communications Physics (2023)  物理1区 IF 6.497  中山大学 王猛.

19.  Strikingly reduced critical field in Ti-doped Kagomé YMn6Sn5.6Ti0.4 single crystal with large topological Hall effect. Journal of Alloys and Compounds (2023)  材料2区 IF 6.371  江西理工大学 马胜灿.

20.  Microstructure and magnetic property optimization for Co-rich dual-main-phase Nd-(Fe, Co)-B sintered magnet. Journal of Alloys and Compounds (2023)  材料2区 IF 6.371  中科院宁波材料所 陈仁杰.

21.  Boost thermoelectric properties of n-type PbSe:Ag2Se:Ag in the vicinity of the percolation threshold. Scripta Materialia (2023)  材料1区 IF 6.302  河北大学 王淑芳.

22.  Ferromagnetism and dielectric properties in Zn0.95−xNdxTM0.05O (TM=Co, Fe) nanocrystals: Collective role of grain boundaries and oxygen vacancies. Ceramics International (2023)  材料1区 IF 5.532  西安交通大学 杨森.

23. Antiferromagnetic insulating state in quasi-one-dimensional K2Cr3As3H. Science China Physics, Mechanics & Astronomy (2023)  物理1区 IF 5.203  浙江大学 曹光旱.

24.  Effect of carbon doping on the structure and superconductivity in AlB2‐type (Mo0.96Ti0.04)0.8B2. Journal of the American Ceramic Society (2023)  材料2区 IF 4.186  浙江大学 曹光旱.

25.  Tuning magnetic anisotropy in SrRuO3 thin film by Ru vacancies induced phase transition. Applied Physics Letters (2023)  物理2区 IF 3.971  中科大 陆亚林.

26.  Anomalous magnetothermoelectric behavior in massive Dirac materials. Physical Review B (2023)  物理2区 IF 3.908  北京大学 王健.

27.  Metamagnetic transition and anomalous Hall effect in Mn-based kagomé magnets RMn6Ge6(R=Tb−Lu). Physical Review Materials (2023)  材料3区 IF 3.98  北京大学 贾爽.

28.  Tunable transport properties of dual-gated InAs/GaSb core/shell nanowires. Journal of Applied Physics (2023)  物理3区 IF 2.877  中科院半导体所 赵建华.

29.  Tunable magnetocrystalline anisotropy and high-frequency magnetic properties of Y2(Co1−xFex)17 and their composites. AIP Advances (2023)  材料4区 IF 1.697  北京大学 杨金波.

30.  Study of the anisotropic Sm2Fe17N3 powders with high performance. AIP Advances (2023)  材料4区 IF 1.697  北京大学 杨金波.

31.  Effect of oxidation on the microwave absorption properties of rare-earth intermetallics La2Fe4Co10B. AIP Advances (2023)  材料4区 IF 1.697  北京大学 杨金波.

北京大学 刘磊等

Disorder-tuned conductivity in amorphous monolayer carbon. Nature (2023）

摘要

对于非晶态固体，建立其原子构型（无序度(DOD)）与性质之间的关联是材料科学和凝聚态物理学的长期挑战，因为非晶态原子3D位置很难精确确定。而2D系统可以实现所有原子的直接成像，可能提供解决这一难题的线索。对激光辅助沉积生长的非晶单层碳(AMC)的直接成像确定了原子构型，支持了玻璃固体具有随机网络特征的现代结晶观点。然而，原子尺度结构和宏观性质之间的关联仍不清楚。本文报告了通过生长温度来调节AMC薄膜的DOD和电导率。具体而言，热解阈值温度是生成具有中程有序(MRO)的变程跃迁导电AMC的关键，而温度升高至25℃会导致AMC失去MRO而变为电绝缘，片电阻提升109倍。除观测到嵌入在连续随机网络中的高度扭曲的纳米晶体外，原子分辨电镜还显示了MRO的缺失/存在以及纳米晶体密度的温度依赖性。本文提出这两个序参数可完全描述DOD。数值计算建立了电导率图作为这两个参数的函数，直接将微结构与电学性质联系起来。本文从基本层面理解了非晶材料的结构-性能关联关系，为二维非晶材料的电子器件发展铺平了道路。

PPMS Resistivity

For four-terminal measurements, the devices were loaded into cryostats (Quantum Design PPMS-16 system) and transport measurements were performed using three lock-in amplifiers (SR830) at different temperatures.

电子科技大学 乔梁等

Critical role of hydrogen for superconductivity in nickelates. Nature (2023) 

摘要

近来新发现的镍酸盐超导体仅存在于与金属氢化物进行拓扑取向反应合成的外延薄膜中。该方法通过顶端氧脱嵌，将镍酸盐从钙钛矿结构转变为无限层状结构。这种化学反应可引入氢，影响材料的物理性能。但由于氢对大多数表征技术不敏感，并且重量轻，因而难以检测。本文在最佳Sr掺杂的Nd0.8Sr0.2NiO2H外延薄膜中，通过二次离子质谱发现了大量氢以Nd0.8Sr0.2NiO2Hx (x ≅ 0.2–0.5)形式存在。在氢掺杂0.22≤x≤0.28窄范围内，材料电阻率为零，表明氢对材料超导实现的关键作用。共振非弹X射线散射证明了巡游隙间s轨道(IIS) 源于顶端氧脱嵌的存在。密度泛函理论计算表明，电负性H-占据了顶端氧位，湮灭IIS轨道，导致IIS–Ni 3d轨道杂化减少，从而使得氢掺杂的Nd0.8Sr0.2NiO2Hx电子结构更加二维化，这可能导致了材料的超导性。本文强调了氢是外延无限层状镍合金超导性的重要组成部分。

Temperature-dependent resistivity and Hall effect were measured using the four-probe method and van der Pauw geometry partially in a cryogen-free magnet system (Quantum Design Ltd).

重庆大学 周小元等

High Thermoelectric Performance and Compatibility in Cu3SbSe4-CuAlS2 Composites: A Substitute for PbTe. Energy & Environmental Science (2023) 

摘要

发展无毒无碲的热电材料，替代PbTe对于大规模废热回收至关重要。本文发现简单的Cu3SbSe4-CuAlS2复合材料热电性能优异，在300-723 K的温度范围内，zT峰值可以达到1.8，zT平均为0.77，这两个值都是类金刚石半导体中的最高记录。实验输运数据和X射线吸收精细结构光谱分析表明，电性能的显著增强主要源于载流子散射变形势的衰减。不仅如此，Cu3SbSe4-CuAlS2复合材料的兼容性受温度影响小，使其在器件制造方面优于大多数IV-VI热电化合物。同时，CuAlS2的加入提高了Cu3SbSe4的热稳定性和力学性能。本研究表明，由环境友好和资源丰富元素制成的Cu3SbSe4基复合材料是优良的中温区热电材料，可替代p型PbTe用于热电发电。

Quantum Design miniPEM

The device performance was measured by a commercial equipment (miniPEM, Quantum Design) using a nominal hot-side temperature from 371 K up to 667 K in sampling interval of 100 K. The authors would like to thank S. Yu (Quantum Design China & Advance Riko, Inc) for the measurement of thermoelectric conversion efficiency of single leg modules.

中科院物理所 沈保根等

Discovery of Topological Magnetic Textures Near room Temperature in Quantum Magnet TbMn6Sn6. Adv Mater (2023)

摘要

量子材料的拓扑研究从根本上提升了我们对凝聚态物理的理解，对下一代量子信息技术发展非常重要。最近，在自旋轨道耦合的Kagome晶格TbMn6Sn6中发现的拓扑Chern相引起了广泛关注。虽然发现了动量空间Berry曲率和Chern能隙对电子输运性质的卓越贡献，但人们对其本征实空间磁织构知之甚少，而这对于理解电子性质和进一步探索独特的量子行为至关重要。本文使用洛伦兹透射电镜(L-TEM) 直接观察到TbMn6Sn6在室温下拓扑磁skymion的稳定化，自旋在a轴和c轴之间经历了完全自旋重定向转变(SRT)。我们基于Ginzburg-Landau理论构建了一个有效的自旋哈密顿量，并进行了微磁模拟，阐明了RKKY相互作用对skymion晶格稳定的关键作用。本文结论不仅揭示了TbMn6Sn6中的非平庸自旋拓扑织构，而且为自旋拓扑与电子拓扑的相互作用研究提供了坚实基础。

PPMS Resistivity + MPMS

The longitudinal and Hall electrical resistivity were measured simultaneously using a standard five-probe configuration in Quantum Design PPMS-14T. Magnetization measurements were performed in Quantum Design MPMS3.

中科院物理所 靳长青等

Giant Exchange Bias-Like Effect at Low Cooling Fields Induced by Pinned Magnetic Domains in Y2NiIrO6 Double Perovskite. Adv Mater (2023) 

摘要

交换偏置具有广阔应用场景。传统的交换偏置异质结的偏置场是由铁磁层和反铁磁层界面的钉扎自旋产生，通常需要大冷却场才能产生足够的偏置场。而在小冷却场下获得相当大的交换偏置场对应用尤为重要。本文报道了双钙钛矿Y2NiIrO6具有类似交换偏置效应，在192 K以下具有长程亚铁磁有序。5 K温度下，在冷却场仅有15 Oe的情况下，展现出1.1 T的巨大偏置场。这一现象出现在170 K以下。经研究发现这种偏置效应是磁滞回线垂直移动的次要效应，可归因于Ir的强自旋轨道耦合以及Ni-和Ir-子点阵的反铁磁耦合导致的固定磁畴。Y2NiIrO6中的钉扎磁矩存在于整个体积中，而非传统双层体系那样只存在于界面处。

PPMS ACMS +MPMS 

dc magnetization was measured with a Quantum Design Superconducting Quantum Interference Device (SQUID, MPMS3). ac susceptibility and heat capacity measurements were conducted with a Quantum Design Physical Property Measurement System (PPMS).

 中科院硅酸盐所 黄富强等

Ultrathin Mo2S3 Nanowire Network for High-Sensitivity Breathable Piezoresistive Electronic Skins. ACS Nano (2023)

摘要

柔性压电传感电子皮肤(e-skin)因其在人体健康实时监测、人机交互和柔性仿生机器人感知等方面的应用而引起了广泛的关注。然而，制备同时具有高灵敏度、生物亲和性和良好渗透性的压电电子皮肤极具挑战。本文通过在MoS2层间插入∞1[Mo2+S]链，设计并合成了Mo2S3纳米线，具有高导电性(4.9 × 104 S m–1)和高纵横比(约200)。采用简单的液/液界面自组装方法，本文成功制备了超薄(约500 nm)的Mo2S3纳米线网络，具有较高的压阻灵敏度(5.65 kPa–1)、较低的压力检测极限(0.08 Pa)和良好的透气性。此外，该纳米线网络可以直接附着在人体皮肤上进行实时人体脉搏检测、手指运动监测和手语识别，在健康监测和人机交互方面表现出良好的潜力。

The electrical tests were conducted on a physical property measurement system (PPMS) using the four-point probe method.

北京大学 侯仰龙等

A general thermodynamics-triggered competitive growth model to guide the synthesis of two-dimensional nonlayered materials. Nat Commun (2023)

摘要

近来，二维(2D)非层状材料引起广泛关注，一方面其品类丰富，另外其优秀性能在催化、纳米电子学和自旋电子学方面具有广阔应用前景。然而，它们的2D各向异性生长仍面临着相当大的挑战，并且缺乏系统的理论指导。本文提出了一个通用的热力学触发竞争生长模型(TTCG)，提供了一个多变量定量标准来预测和指导2D非层状材料的生长。基于该模型，我们设计了一种通用的水合物辅助化学气相沉积方法，用于可控合成各种2D非层状过渡金属氧化物。四种不同拓扑结构的独特氧化铁相被选择性生长。更重要的是，超薄氧化物表现出高温磁有序和大矫顽力。MnxFeyCo3-x-yO4合金被证明是一种可能的室温磁性半导体。我们的工作为2D非层状材料的合成提供了思路，并促进了其在室温自旋电子器件中的应用。

PPMS Resistivity & VSM

Magnetism was characterized by the physical property measurement system (DynaCool, Quantum Design) equipped with vibrating sample magnetometry. Magneto-transport measurements were conducted by four-probe electrical measurements in a commercial physical property measurement system (DynaCool, Quantum Design) with magnetic field vertical to the sample and temperature from 260 K to 360 K.

中科院半导体所 赵建华等

Electrical and magnetic anisotropies in van der Waals multiferroic CuCrP2S6. Nat Commun (2023) 

摘要

多铁材料由于其铁电和铁磁共存的独特性质，在低功耗、超高密度信息存储的非易失器件方面极具潜力。对其固有各向异性的有效控制，有望调控存储“介质”的多重自由度。本文在范德华(vdW)多铁CuCrP2S6材料中发现了有趣的面内电、磁各向异性。单轴各向异性的电流整流、磁特性和磁子模式被证明可通过电流方向/极性、温度变化和磁场调控。更重要的是，我们发现了与特定谐振模式对应的自旋翻转相变，并通过一致的模型拟合和理论计算确定了各向异性参数。本篇工作对vdW多铁合金中具有相同易轴的电和磁各向异性进行了深入研究和定量分析，这将促进人工仿生突触、多端自旋电子芯片和磁电器件的研究。

PPMS VSM + MPMS 

All the measurements were performed in a superconducting quantum interference device (SQUID, Quantum Design) equipped with a 5 T magnet and a physical property measurement system (PPMS, Quantum Design) with a 14 T magnet.

中科院硅酸盐所 陈立东等

Incommensurately Modulated Structure in AgCuSe-Based Thermoelectric Materials for Intriguing Electrical, Thermal, and Mechanical Properties. Small (2023) 

摘要

AgCuSe基材料近来在热电(TE)领域引起了广泛关注，因其具有极高的电子迁移率、超低的晶格热导率以及室温下反常的“脆性-延性”相变。尽管对AgCuSe低温相（即β-AgCuSe）研究已有半个多世纪，但其晶体结构至今仍存在争议，极大地限制了对其有趣的电学、热学和力学性能的理解。本文采用先进的三维电子衍射技术，发现AgCuSe基材料具有非公度调制结构，隶属于正交Pmmn(0β1/2)s00超空间群。由于Ag 5s电子的离域和各向同性特征，非公度调制结构中的局域晶格畸变对导带底影响小，导致高的载流子迁移率。同样，不均匀、弱结合和各向异性的Ag-Se键导致了高度的非谐性和超低的晶格热导率。此外，在AgCuSe中加入S强化了相邻Ag-Se层之间的相互作用，在室温下产生了“脆性-延展性”相变。本工作很好地解释了AgCuSe基材料的结构-性能关系，为这类极具发展前景的TE材料的未来研究提供了思路。

PPMS HC 

The specific heat capacity (Cp) below 300 K was measured by using the heat capacity option on Physical Property Measurement System (PPMS, Quantum Design).

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