春暖花開(kāi)，萬(wàn)物復(fù)蘇，一切都是欣欣向榮的樣子。萬(wàn)物更迭，科研工作當(dāng)然也不例外，蟄伏了一個(gè)冬季，讓我們也來(lái)看看科研工作者的最新動(dòng)態(tài)吧。

1.Nature Communications：近尹辛鐵磁鏈中的磁Bloch振蕩和疇壁動(dòng)力學(xué)

當(dāng)周期晶格中的帶電粒子，受到恒定電場(chǎng)的作用時(shí)，它們會(huì)振蕩。在此，來(lái)自丹麥哥本哈根大學(xué)的Ursula B. Hansen等研究者，證明了這些布洛赫振蕩的磁性模擬是在鐵磁易軸鏈中實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，在磁場(chǎng)存在下進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)的“粒子”就是疇壁。非彈性中子散射，揭示了低能量自旋動(dòng)力學(xué)的三個(gè)不同組成部分，包括一個(gè)特征的Bloch振蕩模式。使用無(wú)參數(shù)理論計(jì)算，研究者能夠解釋激發(fā)譜中的所有特征，從而為自旋各向異性鏈的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)提供了詳細(xì)的見(jiàn)解。

參考文獻(xiàn)：

Hansen, U.B., Sylju?sen, O.F., Jensen, J. et al. MAgnetic Bloch oscillations and domain wall dynamics in a near-Ising ferromAgnetic chain.?Nat Commun?13,?2547 (2022).?

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29854-9

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29854-9

2.Nature Communications：具有隨機(jī)突觸的神經(jīng)采樣機(jī)獲得類似大腦的學(xué)習(xí)和推理

許多現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用，需要從嘈雜的數(shù)據(jù)中持續(xù)在線學(xué)習(xí)，并在確定的置信度下進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。大腦啟發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概率模型，可以明確地處理數(shù)據(jù)中的不確定性，并允許動(dòng)態(tài)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)。然而，在一個(gè)緊湊、低功耗的硬件中實(shí)現(xiàn)它們?nèi)匀皇且粋€(gè)挑戰(zhàn)。在此，來(lái)自美國(guó)圣母大學(xué)的Sourav Dutta等研究者，介紹了一種新的硬件結(jié)構(gòu)，它可以實(shí)現(xiàn)一種新的隨機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，稱為神經(jīng)采樣機(jī)(NSM)，利用突觸連接中的隨機(jī)性進(jìn)行近似貝葉斯推理。

研究者通過(guò)將鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)為基礎(chǔ)的模擬重電池與兩端隨機(jī)選擇元件配對(duì)，實(shí)驗(yàn)證明了硅中雜化隨機(jī)突觸。研究者表明絕緣子態(tài)和金屬態(tài)之間選擇器的隨機(jī)切換特性，類似于NSM的倍增突觸噪聲。研究者執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)級(jí)的模擬，以突出隨機(jī)NSM提供的顯著特征，例如對(duì)連續(xù)在線學(xué)習(xí)和貝葉斯推理執(zhí)行自主權(quán)歸一化。研究表明，隨機(jī)NSM不僅可以在標(biāo)準(zhǔn)MNIST數(shù)據(jù)集上進(jìn)行高精度的圖像分類，準(zhǔn)確率為98.25%，而且可以估計(jì)MNIST數(shù)據(jù)集旋轉(zhuǎn)時(shí)的預(yù)測(cè)不確定性(以預(yù)測(cè)熵衡量)。構(gòu)建這樣一個(gè)支持神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)模型的概率硬件平臺(tái)，可以增強(qiáng)當(dāng)前人工智能(AI)的學(xué)習(xí)和推理能力。

參考文獻(xiàn)：

Dutta, S., Detorakis, G., Khanna, A. et al. Neural sampling machine with stochastic synapse allows brain-like learning and inference.?Nat Commun?13,?2571 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30305-8

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30305-8

3.JACS：呋喃和噻吩納米線的理論研究：結(jié)構(gòu)、環(huán)加成能壘和活化體積

在此，來(lái)自美國(guó)康納爾大學(xué)的Roald Hoffmann等研究者，考察了兩種來(lái)自呋喃和噻吩最有序的納米線的形成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。通過(guò)Diels-Alder機(jī)制研究了寡聚化前兩個(gè)步驟的能量結(jié)果和激活能了。合成壓力相差約20 GPa(呋喃較低)，是因?yàn)猷绶缘姆枷阈該p失更大。通過(guò)沿反應(yīng)坐標(biāo)的體積減小，說(shuō)明了壓力對(duì)反應(yīng)分布的影響。在一個(gè)或兩個(gè)方向進(jìn)行聚合的有趣選擇，打開(kāi)了具有相反的、累積偶極矩的聚合物的可能性。隨著呋喃聚合起始?jí)毫Φ臏p小，呋喃的活化體積的負(fù)性更大。研究者分析了三種有序聚合物結(jié)構(gòu)的能量學(xué)。所有O/S原子都在同一側(cè)的syn聚合物，如果不允許扭曲，由于O/S孤對(duì)的排斥，相對(duì)于其他兩個(gè)具有較高的能量，可以理解，在2.8/2.6 ?分離時(shí)，S的能量大于O的能量。釋放后，同分異構(gòu)體以二維或三維(螺旋)的方式彎曲或拱起，詳細(xì)地追蹤其能量變化。合成聚合物也可以通過(guò)扭轉(zhuǎn)成之字形或螺旋能量極小來(lái)穩(wěn)定自身。當(dāng)壓力放松到1 atm時(shí)，線狀絲線中的應(yīng)變釋放，隨之而來(lái)的絲線彎曲，這是觀察到的聚合物在恢復(fù)到環(huán)境壓力時(shí)結(jié)晶順序丟失的可能機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

Bo Chen, Vincent H. Crespi, and Roald Hoffmann. Theoretical Studies of Furan and Thiophene Nanothreads: Structures, Cycloaddition Barriers, and Activation Volumes.?Journal of theAmerican Chemical Society?Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c01720

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13478

4.JACS：黃銅礦Cu1-xAgxGaTe2-ZnTe的高熱電性能:非平凡能帶結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)摻雜效應(yīng)

三元?I-III-VI2?型(I = Cu, Ag;III = Ga, In;VI = Te)黃銅礦發(fā)育較差。黃銅礦的熱輸運(yùn)性質(zhì)已得到較好的研究，但電子能帶結(jié)構(gòu)與電荷輸運(yùn)性質(zhì)之間的關(guān)系卻鮮有探討。在此，來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的Mercouri G. Kanatzidis等研究者，揭示了Cu1-xAgxGaTe2化合物不同尋常的電子能帶結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)摻雜效應(yīng)，這可能為其具有良好的熱電性能奠定基礎(chǔ)。密度泛函理論(DFT)計(jì)算和電子輸運(yùn)結(jié)果表明，Cu1-xAgxGaTe2化合物具有特殊的非拋物線能帶結(jié)構(gòu)，這對(duì)獲得高的塞貝克系數(shù)很重要。此外，中等帶隙Cu1-xAgxGaTe2雜質(zhì)能級(jí)也觀察到，導(dǎo)致一個(gè)強(qiáng)大的與溫度有關(guān)的載體濃度和能夠調(diào)節(jié)載體密度在寬溫度區(qū)域的優(yōu)化值，從而有利于獲得高功率因數(shù)、高平均Cu1-xAgxGaTe2?ZT型化合物。通過(guò)引入Cu空位和ZnTe合金，研究者也證明了Cu1-xAgxGaTe2的熱電性能有很大的改善。Cu空位有效地提高了空穴密度和電導(dǎo)率，而ZnTe合金化降低了熱導(dǎo)率。結(jié)果表明，在850k時(shí)ZT最高為1.43，Cu0.68Ag0.3GaTe2-0.5%ZnTe化合物的ZT最高為0.81。

參考文獻(xiàn)：

Hongyao Xie, Yukun Liu, Yinying Zhang, Shiqiang Hao, Zhi Li, Matthew Cheng, Songting Cai, G. Jeffrey Snyder, Christopher Wolverton, Ctirad Uher, Vinayak P. Dravid, and Mercouri G. Kanatzidis. High Thermoelectric Performance in Chalcopyrite Cu1–xAgxGaTe2–ZnTe: Nontrivial Band Structure and Dynamic Doping Effect.?Journal of the American Chemical Society?Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c02726

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02726

5.npj Computational Materials：交變扭曲多層石墨烯：一般分拆規(guī)則、雙平坦帶、軌道磁電效應(yīng)

近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)交錯(cuò)扭曲三層石墨烯具有非常規(guī)的超導(dǎo)性，這促使人們研究這類交錯(cuò)扭曲多層石墨烯(ATMG)系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和可能的相關(guān)效應(yīng)。在此，來(lái)自上海科技大學(xué)的Jianpeng Liu等研究者，考慮具有M-L-N疊加構(gòu)型的一般ATMG系統(tǒng)，其中M (L)石墨烯層和L (N)層被θ(?θ)角扭曲。在簡(jiǎn)化的k·p模型分析基礎(chǔ)上，研究者導(dǎo)出了低能電子結(jié)構(gòu)的通用分帶規(guī)則，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同的能帶色散，包括兩對(duì)平帶和不同無(wú)隙費(fèi)米子激勵(lì)共存的平帶。對(duì)于具有雙平坦帶的鏡面對(duì)稱ATMG系統(tǒng)，研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)庫(kù)侖相互作用，可以使系統(tǒng)進(jìn)入電極化和軌道磁化階數(shù)交織的狀態(tài)，從而表現(xiàn)出相互作用驅(qū)動(dòng)的軌道磁電效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

Xie, B., Peng, R., Zhang, S. et al. Alternating twisted multilayer graphene: generic partition rules, double flat bands, and orbital mAgnetoelectric effect.?npj Comput Mater?8,?110 (2022). https://doi.org/10.1038/s41524-022-00789-5

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00789-5