一文通吃！这篇nature子刊重磅综述通吃能带结构和动态掺杂效应

春暖花开，万物复苏，一切都是欣欣向荣的样子。万物更迭，科研工作当然也不例外，蛰伏了一个冬季，让我们也来看看科研工作者的最新动态吧。

1.Nature Communications：近尹辛铁磁链中的磁Bloch振荡和畴壁动力学

当周期晶格中的带电粒子，受到恒定电场的作用时，它们会振荡。在此，来自丹麦哥本哈根大学的Ursula B. Hansen等研究者，证明了这些布洛赫振荡的磁性模拟是在铁磁易轴链中实现的。在这种情况下，在磁场存在下进行振荡运动的“粒子”就是畴壁。非弹性中子散射，揭示了低能量自旋动力学的三个不同组成部分，包括一个特征的Bloch振荡模式。使用无参数理论计算，研究者能够解释激发谱中的所有特征，从而为自旋各向异性链的复杂动力学提供了详细的见解。

参考文献：

Hansen, U.B., Syljuåsen, 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

原文链接：

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

2.Nature Communications：具有随机突触的神经采样机获得类似大脑的学习和推理

许多现实世界的关键任务应用，需要从嘈杂的数据中持续在线学习，并在确定的置信度下进行实时决策。大脑启发的神经网络概率模型，可以明确地处理数据中的不确定性，并允许动态的自适应学习。然而，在一个紧凑、低功耗的硬件中实现它们仍然是一个挑战。在此，来自美国圣母大学的Sourav Dutta等研究者，介绍了一种新的硬件结构，它可以实现一种新的随机神经网络，称为神经采样机(NSM)，利用突触连接中的随机性进行近似贝叶斯推理。

研究者通过将铁电场效应晶体管(FeFET)为基础的模拟重电池与两端随机选择元件配对，实验证明了硅中杂化随机突触。研究者表明绝缘子态和金属态之间选择器的随机切换特性，类似于NSM的倍增突触噪声。研究者执行网络级的模拟，以突出随机NSM提供的显著特征，例如对连续在线学习和贝叶斯推理执行自主权归一化。研究表明，随机NSM不仅可以在标准MNIST数据集上进行高精度的图像分类，准确率为98.25%，而且可以估计MNIST数据集旋转时的预测不确定性(以预测熵衡量)。构建这样一个支持神经科学启发模型的概率硬件平台，可以增强当前人工智能(AI)的学习和推理能力。

参考文献：

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

原文链接：

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

3.JACS：呋喃和噻吩纳米线的理论研究：结构、环加成能垒和活化体积

在此，来自美国康纳尔大学的Roald Hoffmann等研究者，考察了两种来自呋喃和噻吩最有序的纳米线的形成、结构和稳定性。通过Diels-Alder机制研究了寡聚化前两个步骤的能量结果和激活能了。合成压力相差约20 GPa(呋喃较低)，是因为噻吩的芳香性损失更大。通过沿反应坐标的体积减小，说明了压力对反应分布的影响。在一个或两个方向进行聚合的有趣选择，打开了具有相反的、累积偶极矩的聚合物的可能性。随着呋喃聚合起始压力的减小，呋喃的活化体积的负性更大。研究者分析了三种有序聚合物结构的能量学。所有O/S原子都在同一侧的syn聚合物，如果不允许扭曲，由于O/S孤对的排斥，相对于其他两个具有较高的能量，可以理解，在2.8/2.6 Å分离时，S的能量大于O的能量。释放后，同分异构体以二维或三维(螺旋)的方式弯曲或拱起，详细地追踪其能量变化。合成聚合物也可以通过扭转成之字形或螺旋能量极小来稳定自身。当压力放松到1 atm时，线状丝线中的应变释放，随之而来的丝线弯曲，这是观察到的聚合物在恢复到环境压力时结晶顺序丢失的可能机制。

参考文献：

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

原文链接：

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

4.JACS：黄铜矿Cu1-xAgxGaTe2-ZnTe的高热电性能:非平凡能带结构和动态掺杂效应

三元 I-III-VI2 型(I = Cu, Ag;III = Ga, In;VI = Te)黄铜矿发育较差。黄铜矿的热输运性质已得到较好的研究，但电子能带结构与电荷输运性质之间的关系却鲜有探讨。在此，来自美国西北大学的Mercouri G. Kanatzidis等研究者，揭示了Cu1-xAgxGaTe2化合物不同寻常的电子能带结构和动态掺杂效应，这可能为其具有良好的热电性能奠定基础。密度泛函理论(DFT)计算和电子输运结果表明，Cu1-xAgxGaTe2化合物具有特殊的非抛物线能带结构，这对获得高的塞贝克系数很重要。此外，中等带隙Cu1-xAgxGaTe2杂质能级也观察到，导致一个强大的与温度有关的载体浓度和能够调节载体密度在宽温度区域的优化值，从而有利于获得高功率因数、高平均Cu1-xAgxGaTe2 ZT型化合物。通过引入Cu空位和ZnTe合金，研究者也证明了Cu1-xAgxGaTe2的热电性能有很大的改善。Cu空位有效地提高了空穴密度和电导率，而ZnTe合金化降低了热导率。结果表明，在850k时ZT最高为1.43，Cu0.68Ag0.3GaTe2-0.5%ZnTe化合物的ZT最高为0.81。

参考文献：

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

原文链接：

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

5.npj Computational Materials：交变扭曲多层石墨烯：一般分拆规则、双平坦带、轨道磁电效应

近年来，人们发现交错扭曲三层石墨烯具有非常规的超导性，这促使人们研究这类交错扭曲多层石墨烯(ATMG)系统的电子结构和可能的相关效应。在此，来自上海科技大学的Jianpeng Liu等研究者，考虑具有M-L-N叠加构型的一般ATMG系统，其中M (L)石墨烯层和L (N)层被θ(−θ)角扭曲。在简化的k·p模型分析基础上，研究者导出了低能电子结构的通用分带规则，该结构表现出不同的能带色散，包括两对平带和不同无隙费米子激励共存的平带。对于具有双平坦带的镜面对称ATMG系统，研究者进一步发现库仑相互作用，可以使系统进入电极化和轨道磁化阶数交织的状态，从而表现出相互作用驱动的轨道磁电效应。

参考文献：

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

原文链接：

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