摘要：在过去的几十年中，通过在基于陶瓷的弛豫铁电材料中构建准同型相界（MPB）行为，成功实现了压电系数的显著提升，使其在执行器、换能器和传感器应用中表现出色。然而，在柔性铁电聚合物，如聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）(P(VDF-TrFE))中，由于缺乏对聚合物链结构和组
锚定“卡脖子”难题
西安交大科研人员
在柔性压电聚合物领域、
单分子磁体自旋波激发研究、
核反应堆堆芯物理分析技术全过程自主化领域、
反铁磁体系光致自旋扭矩理论研究中
取得重要突破！
跟着交小童一起了解详情 ⬇ ⬇ ⬇
内容导览
研究背景
在过去的几十年中，通过在基于陶瓷的弛豫铁电材料中构建准同型相界（MPB）行为，成功实现了压电系数的显著提升，使其在执行器、换能器和传感器应用中表现出色。然而，在柔性铁电聚合物，如聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）(P(VDF-TrFE))中，由于缺乏对聚合物链结构和组成的合理设计，仅在正常的铁电状态下实现了类似MPB的行为，其压电系数（d33）最高约为-63.5 pC/N。
科研创新
针对这一问题，西安交大化学学院张志成教授联合电子科学与工程学院魏晓勇教授通过完全氢化聚（偏二氟乙烯-三氟氯乙烯）(P(VDF-CTFE))合成制备了弛豫铁电聚合物H-P(VDF-TrFE)，兼具优异的弛豫特性和高的剩余极化强度，并且当TrFE含量为23 mol%时，诱导了H-P(VDF-TrFE)表现出类似于陶瓷的MPB行为，d33高达-107 pC/N，比商业PVDF(-20 pC/N)高出五倍以上，为开发具有超高压电性能的柔性铁电聚合物提供了新的策略。
■ 与直接共聚法制备的C-P(VDF-TrFE)中VDF和TrFE单元主要以头-尾(H-T)连接不同，H-P(VDF-TrFE)中的VDF和TrFE单元主要以头-头/尾-尾(H-H/T-T)的方式连接，且TrFE单元沿分子链随机分布。
■ 在这种H-H/T-T结构中，与TrFE相邻的VDF单元更倾向于形成旁氏(g)构象，而不是C-P(VDF-TrFE)中的反式(t)构象。这种差异导致在低TrFE含量下H-P(VDF-TrFE)表现出强弛豫特性(γ指数为1.75)，而C-P(VDF-TrFE)在类似TrFE含量下表现出典型的铁电行为(γ指数为1.21)。此外，低的TrFE含量还使H-P(VDF-TrFE)保持了相对较高的Pr(5.2 μC/cm2)，有利于产生更高的d33。
■ 更重要的是，当TrFE含量为23 mol%时，可以诱导H-P(VDF-TrFE)从all-trans构象转变为3/1 helix构象，表现出类似陶瓷的MPB行为。这项工作为制备高性能柔性压电聚合物提供了新的思考。
图为调节P(VDF-TrFE)的序列和纳米畴结构实现超高的压电系数
科研成果
成果与发表期刊
研究成果以《通过调节P(VDF-TrFE)的序列和纳米畴结构实现超高的压电系数》（Ultrahigh Piezoelectric Coefficients Achieved by Tailoring the Sequence and Nano-domain Structure of P(VDF-TrFE)）为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。
论文作者及资助支持
西安交通大学化学学院为第一通讯单位。西安交通大学博士研究生秦霸（共一第一）和西安石油大学硕士研究生丁国通（共一第二）为论文共同第一作者，西安交通大学张志成教授、魏晓勇教授和谭少博教授为论文通讯作者。工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
论文链接
扫描二维码，查看论文
研究背景
在信息技术的飞速发展中，探索更快、更节能的信息存储与传输方式具有重要的科学意义。自旋波用于信息传递无需电荷参与，具有无焦耳热损耗的特点，因而基于自旋波激发和传递原理制作而成的电子设备的能耗将极大降低。基于此，能产生自旋波激发的材料备受关注。在此之前，该类材料多集中于无机块体材料，如钇铁石榴石、CoFeB合金和NiO薄膜等。
科研创新
近日，西安交大前沿院翟沅琦助理教授（郑彦臻团队）通过精准的配位化学设计，采用氟桥联策略与多齿醇胺配体协同作用，在溶剂热条件下成功合成了一例具有独特亚铁磁基态的3d-4f异金属团簇分子——{Cr2Dy4}（图1）。该团簇表现出典型的单分子磁体行为，磁滞回线具有软磁的特点（矫顽场为1000 Oe）；另外，利用非弹性中子散射技术，团队探测到该体系中离散的量子化自旋波激发峰（108−352 GHz），首次证实了单分子磁体中的量子自旋波激发。这一发现不仅拓展了单分子磁体的功能边界，也为量子自旋电子学的发展提供了新的方向。
图为{Dy4Cr2}的晶体结构、XPS、质谱、磁性及非弹性中子散射谱的示意图
科研成果
成果与发表期刊
上述研究成果近期以《Cr-Dy单分子磁体的量子自旋波激发》(Quantum Spin Wave Excited from a Cr–Dy Single-Molecule Magnet)为题发表在国际权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。
论文作者及资助支持
西安交通大学前沿院凌博恺博士为论文第一作者，翟沅琦助理教授、郑彦臻教授及松山湖材料实验室付振东副研究员为论文通讯作者，西安交通大学为本论文第一完成单位。
该工作的中子散射实验由日本质子加速器研究综合体（J-PARC）科学家古府麻衣子（Maiko Kofu）完成，质谱测试由广东工业大学邓洁薇完成。
工作得到国家自然科学基金、高等学校的学科创新引智计划资助，同时得到了西安交通大学分析测试中心的支持和帮助。
论文链接
扫描二维码，查看论文
研究背景
在全球能源转型的关键阶段，核能作为高效低碳能源的重要性日益凸显。核反应堆堆芯物理分析技术是保障反应堆安全运行的核心，但我国长期依赖进口软件与数据库，现已成为核电技术自主化发展的“卡脖子”难题。西安交通大学核科学与技术学院吴宏春教授领导的核工程计算物理团队（NECP团队）通过二十余年攻关，开展深入研究，成功实现基于国产核数据库、从核数据库制作到堆芯物理分析的全过程软件国产化，为我国核电技术自主化奠定了坚实基础。
堆芯物理分析的源头基础是不同能量中子与堆内材料原子核发生核反应的概率（核反应截面）以及发生核反应后次级粒子的能量、角度分布等数据，其源头依赖评价核数据库。国际上的评价数据库如美国的ENDF/B、日本的JENDL等长期主导市场，我国虽有自主的评价数据库CENDL-3.2，但缺乏轻水热散射律等关键数据。评价核数据库并不能直接用于堆芯物理分析，需要使用专门的核数据处理软件加工成堆芯物理分析软件所需的堆用核数据库，而我国长期以来主要依赖国外的核数据处理软件，堆用核数据库精度受到制约，影响核反应堆的安全性和经济性。
科研创新
NECP团队自主研发了核数据处理软件NECP-Atlas，补充了CENDL-3.2评价核数据库缺失的轻水热散射数据，并制作了后续核反应堆堆芯物理分析软件使用的多群核数据库。
基于自主的堆用核数据库，NECP团队研发了压水堆堆芯物理分析软件Bamboo-C，具备方形和六角形燃料组件堆芯计算能力, 能够实现堆芯稳态和瞬态、堆内和堆外探测器响应等工业应用分析。截至目前， Bamboo-C软件已累计服务我国各类堆型核电厂共238个运行循环，覆盖54%核电机组，生态环境部核与辐射安全中心将其中的堆芯分析软件选为国内唯一的国产替代的审核标准软件。
基于自主研制的核数据库，NECP团队利用Bamboo-C对我国现役的华龙一号、M310及其改进型、VVER1000等代表性堆型进行了堆芯分析，给出了临界硼浓度、温度系数、控制棒价值、组件功率分布等反应堆启动物理试验、功率运行期间测量的堆芯关键安全参数分析结果，结果误差均满足工业应用的限值要求。
以上研究成果标志着NECP团队首次实现了堆用核数据库制作、堆芯物理分析全过程技术的国产化应用。
图1 华龙一号第一循环临界硼浓度与测量结果误差的示意图 图1 华龙一号第一循环临界硼浓度与测量结果误差示意图
图2 华龙一号第二循环临界硼浓度与测量结果误差示意图
科研成果
成果与发表期刊
研究成果以《核反应堆堆芯物理分析技术自主化研究及在商用压水堆中的应用》为题发布在期刊《中国科学·技术科学》。
论文作者及资助支持
论文第一作者为西安交通大学核科学与技术学院吴宏春教授，研究获国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划资助支持。
论文链接
扫描二维码，查看论文
研究背景
磁性材料在自旋电子学及其应用中占据重要的地位。除了传统的铁磁体系外，反铁磁体系由于其可以提供超快自旋动力学、更精确的调控方案、没有漏磁场、不易被外磁场所干扰等特性，近年来获得了凝聚态物理和材料物理领域广泛的关注。然而由于反铁磁体系没有静磁矩，如何有效探测和调控其序参量——奈尔矢量是反铁磁自旋电子学中重要的科学问题之一。
另一方面，为了互补反铁磁和铁磁的各自优势，近年来人们提出了另一种非常规反铁磁体——交错磁体。与常规反铁磁体不同的是，它具有非相对论性自旋劈裂，从而在输运特征上可以展现新的行为。然而，这些输运行为并非交错磁体的充分条件。因此，如何探索新的探测和调控手段，例如从自旋电子学方面区分常规反铁磁和交错磁体，是凝聚态物理中另一个尚未解决的前沿课题。
科研创新
西安交大材料学院材料创新设计中心周健教授及合作者指出，解决这一问题的关键在于如何从理论上厘清常规反铁磁和交错磁的奈尔矢量与对称性之间的关系。他们提出光致局域自旋扭转这一隐藏模式可以有效地用于区分这两类行为相似的磁性体系。
通过对全部122个磁点群进行分类整理，团队列举出常规反铁磁和交错磁体所从属的磁群，并推导了其序参量奈尔矢量所遵从的磁子群。最终指出在线偏振光照下，前者可以发生奈尔矢量扭转（Neel torque），而后者同时伴随自旋倾斜（spin canting）。
与之前讨论的输运行为不同的是，这一光诱导自旋扭转的隐藏模式是充分必要条件，可以同时用于区分常规反铁磁、交错磁、非磁体系。在以上对称性理论指导下，团队通过低能哈密顿模型和第一性原理计算，揭示了这一过程中相对论效应的作用，并指出中等强度光照可诱导约0.01μB的局域磁矩，达到实验可探测的精度，为实验上诱导和区分它们奠定了理论和计算基础。
图为 a）本征状态以及光照下（b）常规反铁磁（c）交错磁自旋扭转隐藏模式示意图
科研成果
成果与发表期刊
研究成果以《反铁磁和交错磁中光诱导自旋扭矩的对比》（Contrasting Light-Induced Spin Torque in Antiferromagnetic and Altermagnetic Systems）为题发表于物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters 2025, 134, 176902）上。
论文作者及资助支持
西安交通大学金属材料强度全国重点实验室材料创新设计中心为论文第一完成单位，西安交通大学周健教授和西北大学物理学院张春梅教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金的支持。
论文链接
扫描二维码，查看论文
来源：西安交通大学v
