摘要：Xinyun Xiong(熊馨筠), Sichen Jiao(焦思晨), Qinghua Zhang(张庆华), Luyao Wang(王璐瑶), Kun Zhou(周坤), Bowei Cao(曹博维), Xilin Xu(徐熙林), Xiqian Yu(禹

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Synergistic Bulk and Surface Engineering via Rapid Quenching for High-performance Li-Rich Layered Manganese Oxide Cathodes

Xinyun Xiong(熊馨筠), Sichen Jiao(焦思晨), Qinghua Zhang(张庆华), Luyao Wang(王璐瑶), Kun Zhou(周坤), Bowei Cao(曹博维), Xilin Xu(徐熙林), Xiqian Yu(禹习谦), and Hong Li(李泓)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 058201

文章亮点介绍

当前，电动汽车、便携式电子设备和电网级储能系统等领域的快速发展持续推动市场对高能量密度锂离子电池的需求，迫切要求开发具有更高比容量和工作电压的先进正极材料。尽管传统层状三元氧化物（尤其是富镍层状氧化物正极）目前可实现300–400 Wh/kg的能量密度，满足基本需求，但远程电动交通和下一代航空移动系统等新兴技术领域要求电池能量密度突破500 Wh/kg，这需要材料体系的根本性变革。富锂锰基正极（LRMs）通过阳离子（过渡金属）与阴离子（氧）的协同氧化还原反应，实现了超过300mAh/g的超高比容量，展现出了巨大的潜力。然而，氧参与氧化还原的机制带来了严峻挑战：氧释放及其引发的过渡金属迁移会导致不可逆相变，进而引发低首效、电压衰减和容量衰退等电化学失效问题。

传统LRMs优化策略多局限于单一表面或体相改性，且常需复杂后处理工序。本工作研究思路与常规思路不同，创新性地将冶金工业中成熟的淬火技术引入正极材料制备，采用经济环保的冰水混合物（0 ℃）作为淬火介质，在实现LRMs体相-表面协同改性的同时，省去了正极生产过程中高能耗的水洗步骤。针对低锂含量前驱体在自然冷却过程中易发生热力学驱动的相分离和杂相生成问题，通过快速热淬火技术，在体相过渡金属层诱导部分阳离子无序化，同时在表面构筑岩盐/尖晶石复合钝化层。这种双重改性产生协同效应：增强的结构稳定性与优化的氧氧化还原活性达到平衡，既有效抑制不可逆氧损失，又缓解正极-电解液界面副反应，更重要的是抑制了长循环过程中有害相变（如尖晶石/岩盐相转变）的发生。优化后的LRM正极展现出307.14 mAh/g的较高的首次放电容量，200周循环后容量保持率达94.12%。该研究为开发高性能锂离子电池用高容量、高结构稳定性LRMs提供了可规模化应用的解决方案。

Fig. 1. (a) Schematic of the bulk and surface structures of the LRM cathode before and after quenching treatment. (b) Initial charge/discharge profiles at 0.1 C (1 C = 250 mAh/g). (c) Cycling stability at 1 C under room temperature. (d) Comparative evaluation of electrochemical performance between this work and reported representative modified LRMs.

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Shear viscosity of an ultracold Fermi gas in the BCS–BEC crossover

Jing Min(闵靖), Xiangchuan Yan(严祥传), Da-Li Sun(孙大立), Lu Wang(王璐), Xin Xie(谢馨),Xizhi Wu(吴熙至), Shi-Guo Peng(彭世国), and Kaijun Jiang(江开军)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 053103

文章亮点介绍

剪切黏度作为表征量子多体系统非平衡动力学输运特性的核心参量，在决定阻尼或耗散行为方面起着至关重要的作用。本文通过激发各向同性谐振势阱中超冷费米气体的四极模振荡，结合流体力学理论，实现了对BCS-BEC渡越区域剪切黏度的精确测量。实验表明，在幺正区域，剪切黏度的温度依赖性与高温极限下基于新定义截断半径的理论计算结果吻合。进一步通过绝热扫描相互作用强度，观测到剪切黏度最小值显著偏向BEC区域，并且剪切黏度在最小值两侧随相互作用强度的变化呈现非对称行为。

本研究通过建立集体模式衰减率与剪切黏度的定量映射关系，揭示了超冷费米气体中多体关联与输运特性的内在关联，为阐明相互作用对输运行为的调控机制提供了关键实验依据。

Fig. 4.

Shear viscosity versus the interaction strength. The difference in trap-averaged shear viscosity coefficient on and off resonance,

versus interaction strength 1/(kFa), during the isentropic scanning of the magnetic field. The red curve represents the best fit of c0 + c1/(kFa) + c2/(kFa)2 + c3/(kFa)3 to the data with c0 = 0.12, c1 = −5.2, c2 = 11.04 and c3 = −3.86. From the fit, the minimum of the shear viscosity occurs at 1/(kFa) = 0.27. For comparison, the green curve illustrates the results of fitting the data with a second-order polynomial.

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Resolving gravitational redshift with sub-millimeter height differences using spin-squeezed optical clocks

Deshui Yu(于得水), Jia Zhang(张佳), Shougang Zhang(张首刚), Tiantian Shi(史田田), and Jingbiao Chen(陈景标)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 054208

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引力红移是爱因斯坦广义相对论的核心预言之一，位于较高重力势的时钟比位于较低重力势的时钟走得更快。引力红移最早于20世纪60年代在地面实验中通过伽马射线观测到，Pound-Rebka实验、卫星钟比对、光晶格钟比对等实验持续验证了广义相对论。借助超高频率准确度和频率稳定度的光晶格钟，能够在毫米级高度差上分辨引力红移。采用本文创新地提出了自旋压缩技术，有望进一步将钟间垂直距缩小至亚毫米级别，并显著缩短测量时间。

本文对光晶格囚禁的171Yb原子团中两个光钟之间的自旋压缩增强差分频率比对进行了理论研究。通过量子自旋压缩态降低投影噪声，这种量子增强技术可有效抑制晶格钟间共模噪声影响。对于典型的104个囚禁原子，钟间垂直距分辨率可达0.48 毫米（受限于原子之间的碰撞），对应的引力红移测量精度可达到10-20量级。此外，与受限于量子投影噪声的光钟相比，使用自旋压缩充分抑制统计不确定性，测量所需平均时间可缩短至传统方案的百分之一以下。本工作为未来基于自旋压缩增强技术的广义相对论验证开辟了新途径。

Fig. 1. Differential frequency comparison between two optical clocks within an ensemble of atoms. The lattice-trapped atoms present a Gaussian distribution along the gravity direction (acceleration of gravity g). The full width at half maximum of the atomic cloud along the lattice axis is lz. Clock 1 (2) contains the atoms on the lattice sites with the indices m ≤ 0 (m > 0).

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Enhancing p-d hybridization via synergistic regulation of spatial and energetic orbital overlaps in Ba-doped LaNiO3 epitaxial films for oxygen evolution activity

Yingjia Li(李莹嘉), Xiang Xu(徐翔), Xiaoyu Qiu(邱晓宇), Jie Tu(涂杰), Zijian Chen(陈子健), Yujie Zhou(周雨洁), Zhao Guan(关赵), Youyuan Zhang(张友圆), Wen-Yi Tong(童文旖), Shaohui Xu(徐少辉), Ni Zhong(钟妮), Pinghua Xiang(向平华), Chun-Gang Duan(段纯刚), and Binbin Chen(陈斌斌)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 057101

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过渡金属氧化物中金属离子d轨道与氧离子p轨道之间的杂化作用在很大程度上决定了氧化物的电子结构和性能。以稀土镍酸盐为例，Ni-3d和O-2p之间的轨道杂化被认为在钙钛矿相的金属绝缘体相变中扮演了关键角色，同时对于无限层和Ruddlesden-Popper超导相中的电子配对有重要作用。

本文以LaNiO₃为研究对象，利用脉冲激光沉积技术制备了一系列高质量的La1-xBaxNiO₃ (0 ≤ x ≤ 0.25)外延薄膜，结合X射线吸收谱测量和第一性原理计算揭示了p-d轨道杂化强度与Ba离子掺杂浓度之间的变化关系。研究表明，Ba大的离子半径导致的空间位阻效应引起Ni-O-Ni键角增大，p-d轨道之间的空间交叠随之增大；同时空穴注入导致O-2p和Ni-3d之间的电荷转移能减小，增大了p-d轨道之间的能量交叠。二者的协同作用使得La1-xBaxNiO₃薄膜中p-d杂化增强。本文的研究结果将为精细调控稀土稀酸盐中的电子相变、超导和催化等性质提供重要借鉴。

Fig. 4. (a) DOS of the O-2p and Ni-3d states near EF calculated for LNO, LCNO, LSNO, and LBNO. (b) The on-site energies of the O-2p and Ni-3d states as well as the mean Ni–O–Ni bond angle derived for LNO, LCNO, LSNO, and LBNO. (d) Schematic of the changes in band structure due to Ba2+ doping.

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μSR and NMR studies on the van der Waals cluster magnet Nb3Cl8

Lin Yang(杨林), Detong Wu(吴德桐), Xin Han(韩鑫), Jun Luo(罗军), Bo Liu(刘波), Xiaoyan Ma(马肖燕), Huiqian Luo(罗会仟), Jie Yang(杨杰), Bing Shen(沈冰), Rhea Stewart, Devashibhai Adroja, Youguo Shi(石友国), Rui Zhou(周睿), and Shiliang Li(李世亮)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 057501

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量子自旋液体是凝聚态物理中的前沿领域，其核心特征在于量子自旋的强关联性导致体系即使在接近绝对零度时仍无法形成有序态，同时伴随着分数激发等独特现象。近年来，具有几何阻挫效应的二维笼目晶格结构（由交联三角形构成的蜂窝状晶格）被视为探索量子自旋液体的天然平台。值得注意的是，一种新型“呼吸笼目”结构（其六边形晶格中键长交替变化，形成两种不同三角形）已开始引起理论界的高度关注—该结构可通过三角形团簇中非局域的未配对电子产生净磁矩，显著区别于传统笼目晶格。理论研究认为，此类材料为揭示量子自旋液体的本质特性提供了独特窗口。

Nb₃Cl₈是一种具有呼吸笼目结构的团簇磁体，其层间通过范德瓦尔斯力结合。此前研究表明，该材料在室温下可用单带哈伯德模型描述，且由三个Nb离子构成的团簇具有1/2自旋。随着温度降低，单晶样品的磁性在经历一个结构相变后消失。而在多晶样品或沿c方向加压后的单晶中，其结构相变消失，而磁性可维持到极低温区，并且比热和磁化率行为均表现出量子自旋液体的特征。本文通过缪子自旋弛豫和核磁共振对多晶样品的磁基态展开研究，进一步确认了在低至0.075 K时，体系仍未形成磁长程序，且存在持续的动态自旋涨落。这些结果与量子自旋液体的理论预期一致，表明Nb3Cl8是极具潜力的量子自旋液体候选材料。

Fig. 3. (a) Time dependence of characteristic mSR spectra at zero field at 0.075 K, 1.0 K, 2.0 K and 4.0 K, respectively. Solid lines are fitted results by the static-Gaussian-zero-field Kubo-Toyabe function. (b) temperature dependence of the relaxation rate λ.

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Scaling corrections in driven critical dynamics: Application to the two-dimensional dimerized quantum Heisenberg model

Jing-Wen Liu(刘静雯), Shuai Yin(阴帅), and Yu-Rong Shu(舒玉蓉)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 057502

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量子临界动力学是理解非平衡态量子系统行为的重要前沿方向，尤其在量子计算与量子模拟的快速发展背景下具有广泛应用潜力。尽管传统的有限时间标度理论已在许多体系中取得成功，但实际系统中往往存在系统尺度和驱动速度引起的标度修正效应，使得对其普适动力学行为的刻画变得更加复杂。

本文以二维二聚化量子海森堡模型为例，使用非平衡量子蒙特卡洛模拟算法对该模型进行大规模的数值模拟，系统地研究了非平衡驱动过程中的临界动力学行为，并首次在该背景下引入并验证了由系统有限尺度和驱动速率共同引起的标度修正项。研究发现，不同初态（反铁磁有序态与柱状二聚态）在临界点处的驱动演化呈现出显著差异，其标度行为需同时考虑两个修正来源，才能在数值上实现良好的数据重标，并验证了标度修正的普适性。本研究不仅提出了适用于二维海森堡普适类的标度修正理论，也为更复杂量子系统中非平衡临界行为的标度修正提供了理论框架，加深了对海森堡普适类非平衡临界驱动行为的理解，为量子态调控和量子模拟实验中的动力学分析提供了理论基础。

Fig. 1. Sketch of the phase diagram and the driven critical dynamics with different initial states. J1 and J2 are the antiferromagnetic couplings on nearest-neighbor bonds 〈ij〉 (thin) and 〈ij〉' (thick), respectively. The initial states are prepared as the Néel AFM state and the columnar dimerized PM state with the colored bonds representing manual columnar dimerization. The arrows indicated by (a) and (b) represent the driving starting from the AFM state and PM state, respectively.

来源：科创中国一点号