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這一強磁場下的不飽和磁性與非相對論型的拓撲平庸電子呈現的飽和磁性截然相反，是相對論型的電子所獨具的指針性屬性。 由于各種拓撲電子材料的能帶對于包括自旋軌道耦合以及化學勢在內的各種參數高度敏感，決定電子拓撲性質的能量尺度可能小至毫電子伏特量級，因此通常的譜學測量如角分辨光電子譜等往往無法分辨能帶的細節。而普通的電輸運測量只能表征費米面的貝里曲率，無法區分相對論型的電子能帶是否存在能隙。這項對于拓撲電子材料的磁性研究，結合了理論計算與強磁場下的實驗表征，提出了探測相對論型的電子的一種決定性指針。該工作已在《自然?通訊》上發表 Nature Communications 10, 1028 (2019).Magnetic responses of the non-relativistic and relativistic fermions a, b, c, d: The energy bands of non-relativistic (parabolic-band) fermions; g, i, h, j: The energy bands of -relativistic fermions; e, f: Calculated parallel magnetization (M||) and effective transverse magnetization (MT) of non-relativistic fermions are saturated in strong magnetic field. k, l: Non-saturated M of relativistic fermions.

環境溫濕度、光照強度、水分、鹽堿度、作物生理指標……這些參數關系農作物生長，現代農業通過農業信息智能感知技術便可輕松“一網打盡”。 然而實時監測這些指標需要電力驅動，電力無疑是智慧農業蓬勃發展的“源頭活水”。田間地頭常常難以鋪設管線，而電池有限續航能力和污染風險又比較突出。因此發展農業信息“無源感知”是未來智慧農業一大趨勢。 為更好地解決這一難題，浙江大學生物系統工程與食品科學學院IBE團隊平建峰研究員課題組，提出了一種簡便有效的方法，從農業環境中挖掘自然能源并將其高效轉化為電能。首次將摩擦納米發電機技術應用于農用紡織品中，并用于降雨時雨水能的收集，通過能量轉化獲取電能。 這項研究，近日發表在國際知名期刊《納米能源》（ Nano Energy ）上，論文第一作者為浙江大學生物系統工程與食品科學學院2020級博士研究生姜成美 ，通訊作者為平建峰研究員。 功能化紗線的制備流程及其在農業中的應用場景把摩擦納米發電機裝進農用紡織品的紗線里 南方地區經常暴雨成災，造成農業生產的巨大損失。農用紡織品在大棚設施中最為常見，它能夠遮陰擋雨，保護農作物。 如何從農業環境中挖掘能源？ 浙大科研人員將這兩者巧妙結合，通過紗線表面功能化，將摩擦納米發電機依附在紗線上，織成智能化農用紡織品，利用雨水沖刷時的電子轉移與流動產生電流，源源不斷地為智慧農業供能。裝載摩擦納米發電機的紗線可以說是智慧農業的“無源活水”。 這個研究靈感來自一場突如其來的大雨：仲夏時節，一場突如其來的傾盆大雨透過來不及關閉的窗戶摧殘了窗臺邊的綠植。這引起了研究人員的思考：“農作物所處的環境只會更惡劣，那么我們就想辦法利用它的惡劣。”大棚不僅可以作為作物、動物的“保護傘”，還可以作為雨滴能的收集器。 實驗數據顯示，在9.5牛頓的連續力作用下，3厘米長的紗線就能產生7.7伏的電壓。 平建峰介紹，未來通過連接儲能設備，這些被改造的農用紡織品，不僅可以為種植業和畜牧業提供保護以提高農畜產品質量與產量，還可以為物聯網感知器件源源不斷地輸送電能，從而開展農業信息的無源監測和實時提供天氣狀況。 功能化紗線在農用紡織品上的應用綠色能源在智慧農業中具有廣闊應用 為什么雨滴的能量可以轉化成電能呢？ 這是因為對農用紡織品的紗線進行了特殊改造。科研人員在其表面覆蓋了兩層特殊材料——導電的碳化鈦納米材料和不導電的聚二甲基硅氧烷（一種高分子聚合物）。 功能化紗線收集雨滴能的原理 該聚合物能夠防水并與環境中的雨水發生電子轉移。而碳化鈦感應電極，不僅具有高導電性能，還因其高電負性可以助力表面聚合物搶奪電子。因此在實現農用紡織品原有的農用保護材料、保溫、遮陽、水土保持、排水灌溉、種子培育基材的功能基礎上，還能從農業環境中源源不斷地獲取能源，為智慧農業提供驅動力，實現農業信息“無源實時感知”。 平建峰說，這兩種材料具有良好的生物相容性，而且整個制備過程易于規模化和工業化。

項目成果/簡介:我校物質科學與信息技術研究院葛炳輝教授團隊在Nanoscale雜志封面在線發表了題為：“Direct visualization of spatially correlated displacive short-range ordering in Nb0.8CoSb” 的研究論文。結構決定性能。原子的短程有序（SRO）能夠為材料提供豐富的物理、化學特性以及相應的技術應用。對SRO進行精確測定，判斷SRO屬于位移型還是組分型，以及定量確定SRO的空間原子構型和組成，主要取決于實空間中的成像技術和倒易空間中的測量方法。目前，主流的方法是根據衍射數據并借助團簇模型搭建組分的短程有序，但由于SRO原子構型的多解性，材料科學工程中的合成-結構-性能的經典相關性仍然存在著不確定性。 基于球差矯正電鏡原子分辨率的高角環形暗場(HAADF)像和CalAtom等圖像處理軟件，課題組搭建了兩種極端情況的二維模型來分別研究原子位移和空位分布對短程有序的影響，即純組分變化模型和純位移變化模型，（注：實際過程可能是二者共同作用的結果）通過比對模型的FFT圖和實驗的電子衍射花樣，確定兩種模型對短程有序的貢獻。研究表明：Nb0.8CoSb中空位主要以長程有序形式存在，而位移則以短程有序形式存在，故首次在原子尺度觀察到一種以原子位移為主導的短程有序結構。華南農業大學林芳教授，美國Clemson大學賀健教授為共同通訊作者，浙江大學朱鐵軍教授研究組參與并提供試樣給本研究。

鈣鈦礦太陽能電池分為正式（n-i-p）和反式（p-i-n）兩種器件結構。相比于正式器件，反式結構器件因制備工藝更加簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應、適合與傳統太陽能電池（硅基電池、銅銦鎵硒等）結合制備疊層器件等優點，受到越來越多的關注。但是，反式結構器件也存在一些顯著不足，例如，開路電壓與理論值差距較大、光電轉換效率相對偏低，這主要是由于器件中存在大量的缺陷所導致。這些缺陷主要存在于鈣鈦礦活性層中、鈣鈦礦活性層與電荷收集層界面處，造成了光生載流子的非輻射復合，進而致使能量損失嚴重，最終限制了開路電壓的提升和光電轉換效率的改善，制約了該類結構器件的發展。針對反式結構鈣鈦礦太陽能電池在光電轉換效率上存在的瓶頸，朱瑞研究員、龔旗煌院士與合作者展開研究，首次提出了“胍鹽輔助二次生長”方法，開創性地實現了鈣鈦礦薄膜半導體特性的調控，顯著降低了器件中非輻射復合的能量損失，在提升器件開路電壓方面取得了突破，首次在反式結構器件中獲得了超過1.21 V的高開路電壓（材料帶隙寬度~1.6 eV）。同時，在不損失光電流和填充因子等性能參數的情況下，顯著提高了反式結構鈣鈦礦電池的光電轉換效率——實驗室最高效率達到21.51％。經中國計量科學研究院認證，器件的光電轉換效率也高達20.90%，這是目前反式結構鈣鈦礦太陽能電池器件效率的最高記錄。該結果為提升反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率、推進該類新型光伏器件的應用化發展提供了新思路。這種制備技術也有望進一步拓展到鈣鈦礦疊層太陽能電池以及鈣鈦礦發光器件中，具有潛在的應用前景和商業價值。