2022-07-28 来源 : Fundamental Research
Fundamental Research 2022年第4期正式在线出版，本期发表“走向自旋的未来信息时代”专题文章5篇，专题主编为高松院士、沈保根院士、杨金龙院士和侯仰龙教授，文章作者包括杨金龙、赵巍胜、赵瑾、罗锋等科学家，另外发表物理、化学与化工、生命科学、地球学科、工程与材料科学、信息科学、管理科学以及健康与医学领域文章共14篇。欢迎阅读并下载全文！查看更多期刊信息，请点击文末“阅读原文”，本期网址为：https://www.sciencedirect.com/journal/fundamental-research/vol/2/issue/4
Fundamental Research 2022年第4期封面
当今世界已进入"大数据 "时代，巨大的数据集合让人们开始将人工智能应用于各个领域，较为典型的包括，医学科学的研究人员使用人工智能来分析当前药物数据库，以发现新药物；材料科学的研究人员使用人工智能来分析现有数据库以发现新材料；在物理学领域，研究人员试图利用人工智能来帮助理解高温超导的物理机制等。随着研究的逐渐深入，人们普遍认为，高性能的信息存储和计算在人工智能的应用上发挥着关键作用。然而，当前基于传统冯-诺依曼架构的技术，在存储和计算之间的信息传递需要的时间过长并会产生较大损耗，这成为性能进一步提高的核心瓶颈。针对这一问题，人们已开始寻找超越冯-诺依曼架构的高性能信息存储和计算技术。
自旋电子学器件利用电子的自旋属性，具有低能耗、高速和高集成度的特点，能够实现更高效率的信息存储、传递和处理，成为打破或者规避上述壁垒的重要途径。因而自旋电子学器件有望实现超越冯-诺依曼架构的高性能信息存储和计算，越来越受到学术界、技术界和工业界的高度关注。回顾历史，自旋电子技术带来了信息存储领域的快速发展。20世纪80年代，阿尔贝·费尔教授和彼得·格林贝格尔教授（2007年诺贝尔物理学奖获得者）在磁性多层异质结构中发现了巨磁电阻效应，为巨磁电阻传感器实现应用奠定了基础。基于该技术，硬盘的存储密度在2007年大幅提高了两个数量级以上，达到~300 GB/in2。
二十一世纪以来，自旋电子学作为一项前沿技术得到了快速发展，并有望大大促进新一代信息存储和逻辑运算技术的快速发展，比较有代表性的是，基于自旋电子学的内存计算（一种将存储和计算整合到同一单元的新技术）。2022年初，三星电子宣布研发出世界首个基于磁性随机存取存储器（MRAM）的内存计算器件，该器件有望用来构建超越冯-诺依曼架构的新型人工智能芯片。此外，半导体自旋阀逻辑计算器件利用半导体作为自旋通道来进行信息逻辑计算，并利用铁磁电极进行信息存储，也有望实现超越冯-诺依曼架构的高性能信息存储和计算。研究人员发现石墨烯在砷化镓和硅半导体这一类材料中具有最长的自旋传输距离。
自旋电子学的发展不仅有利于科学研究，而且会促进全世界的技术进步，并提高人们的生活水平。尽管已经取得了巨大的进展，但自旋电子学要在未来的技术革命中充分发挥其作用，还有很长的路要走。例如，铁磁材料的磁化需要进一步减少其电驱动反转时间和功率；新的自旋电子材料迫切需要更大的自旋极化率和更有效的自旋轨道扭力；技术改造和产业化也仍然是巨大的挑战。
目前，自旋电子学的发展已出现与其他学科深度交叉融合的趋势, 可能正处于革命性突破的前夜。新自旋电子技术的发展需要物理、化学、材料、信息科学等多学科的共同努力。
Special Topic: Advanced Spintronics - From Materials Design to Devices
Editorial
Advanced spintronics: From materials design to devices
走向自旋的未来信息时代
Xin-Cheng Xie
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微信号 |Fundamental Research
谢心澄 北京大学讲席教授，中国科学院院士，发展中国家院士，美国物理学会会士。现任国家自然科学基金委员会副主任，《中国科学：物理学 力学 天文学》主编。长期从事凝聚态物理理论研究。主要研究领域包括量子霍尔效应、电荷及自旋输运、低维量子体系以及强关联电子体系等。
Research Article
Excited electron and spin dynamics in topological insulator: A perspective from ab initio non-adiabatic molecular dynamics
拓扑绝缘体中的激发态电子与自旋动力学-基于第一性原理非绝热分子动力学
Chuanyu Zhao, Qijing Zheng, Jin Zhao
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微信号 |Fundamental Research
赵 瑾 中国科学技术大学教授。先后于美国匹兹堡大学从事博士后研究及研究助理教授工作（2004年-2010年）。主要研究方向是凝聚态体系中的激发态动力学相关工作，研发了激发态动力学第一性原理计算软件Hefei-NAMD。
赵传寓 博士，合肥微尺度国家研究中心从事博士后研究工作（2018年-2021年）。主要研究方向是利用第一性原理计算研究凝聚态体系相关工作。
Review
A review of bipolar magnetic semiconductors from theoretical aspects
双极磁性半导体的研究进展
Junyao Li, Xingxing Li, Jinlong Yang
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杨金龙 中国科学院院士，中国科学技术大学副校长、教授，国家自然科学基金委员会创新群体负责人，国家重点研发计划项目首席科学家。兼任The Journal of Physical Chemistry、WIREs Computational Molecular Science 和物理化学学报副主编，Theoretical Chemistry Accounts、中国科学和化学物理学报编委。入选美国物理学会（APS）和中国化学会（CCS）的Fellow。主要研究方向包括第一性原理方法的发展及其在团簇、纳米结构、固体材料、表面和界面方面的应用。发表学术研究论文500余篇，论文被引用20 000余次。
李俊瑶 中国科学技术大学化学物理专业在读博士研究生。主要研究方向是自旋电子学材料的第一性原理设计。
Review
Antiferromagnetic spintronics: An overview and outlook
反铁磁自旋电子学：综述与展望
Danrong Xiong, Yufao Jiang, Kewen Shi, Ao Du, Yuxuan Yao, Zongxia Guo, Daoqian Zhu, Kaihua Cao, Shouzhong Peng, Wenlong Cai, Dapeng Zhu, Weisheng Zhao
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微信号 |Fundamental Research
赵巍胜 北京航空航天大学教授，费尔北京研究院院长，IEEE Fellow，2009年获法国国家科学院研究员（终身职位）与法国南巴黎大学客座教授。主要从事自旋电子学、新型信息器件、非易失存储器等领域的交叉研究。目前主持国家自然科学基金重大仪器项目、国家重大专项核高基研发计划等项目。近五年以第一作者/通讯作者已在Nature Electronics、Proceedings of the IEEE、PRL、PNAS 等期刊发表论文200余篇，其中ESI高被引论文10篇，总索引超过 15 000次，H因子65，国际会议邀请报告（TMRC，NVMST，DATE等）90余次。2020-2021年连续入选爱思唯尔(Elsevier) “中国高被引学者” (Highly Cited Chinese Researchers)。
熊丹荣 北京航空航天大学微电子与固体电子学在读博士研究生。主要研究方向是自旋轨道力矩和反铁磁自旋电子学。
Perspective
Challenges and opportunities for spintronics based on spin orbit torque
基于自旋轨道矩的自旋电子学材料与器件的机遇与挑战
Shuai Ning, Haoliang Liu, Jingxiong Wu, Feng Luo
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微信号 |Fundamental Research
罗 锋 南开大学材料科学与工程学院讲席教授，西班牙马德里高等研究院纳米所资深研究教授（2010年-2020年）。主要研究方向包括微纳加工、光刻与刻蚀工艺、磁随机存储器件及磁光传感、自旋电子学材料与器件、材料性能调控与先进表征工艺等。
宁 帅 南开大学材料科学与工程学院副研究员，美国麻省理工学院材料系从事博士后研究工作（2017年-2021年）。主要从事于新型氧化物信息功能薄膜材料与器件方向相关的研究。
Physics
Research Article
Generation of arbitrarily polarized GeV lepton beams via nonlinear Breit-Wheeler process
利用非线性Breit-Wheeler效应产生并调控任意自旋极化正负电子束
Kun Xue, Ren-Tong Guo, Feng Wan, Rashid Shaisultanov, Yue-Yue Chen, Zhong-Feng Xu, Xue-Guang Ren, Karen Z. Hatsagortsyan, Christoph H. Keitel, Jian-Xing Li
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微信号 |Fundamental Research
栗建兴 西安交通大学物理学院教授，德国马普核物理所从事博士后研究工作（2011年-2017年）。主要从事强激光驱动的QED效应及其潜在应用研究。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（2020年）。
薛 坤 西安交通大学物理学院博士。主要研究方向是强激光场驱动的QED效应及其应用。
Chemistry and Chemical Engineering
Research Article
Hydration of iodine adsorbed on the Au(111) surface
表面上的碘离子水合
Yuanqi Ding, Lei Xie, Xinyi Yao, Chi Zhang, Wei Xu
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微信号 |Fundamental Research
许 维 同济大学特聘教授，材料科学与工程学院院长，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事表面物理化学基础研究方向的工作。课题组主页：https://xuweilab.tongji.edu.cn/
丁元琪 同济大学材料科学与工程学院在站博士后。主要研究方向是表面分子组装及相互作用。
Agriculture
Research Article
Multi-tissue scRNA-seq reveals immune cell landscape of turbot (Scophthalmus maximus)
迄今为止种类最丰富的鱼类免疫细胞图谱
Weijie Chen, Jianchang Huang, Wei Wang, Ying Wang, Hao Chen, Qiyao Wang, Yuanxing Zhang, Qin Liu, Dahai Yang
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微信号 |Fundamental Research
阳大海 华东理工大学生物工程学院副教授。主要从事水产动物免疫学基础研究方向工作。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目。以第一作者/通讯作者身份在Immunity、Nature Communications、Cell Reports、Fundamental Research 等国内外期刊发表学术论文多篇。
陈伟杰 华东理工大学生物工程学院在读博士研究生。主要研究方向包括单细胞测序数据分析、病原感染介导免疫细胞变化规律的精细化定位评价。
Biology
Research Article
CEBIT screening for inhibitors of the interaction between SARS-CoV-2 spike and ACE2
CEBIT筛选SARS-CoV-2刺突蛋白与ACE2相互作用的抑制剂
Gaofeng Pei, Weifan Xu, Jun Lan, Xinquan Wang, Pilong Li
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微信号 |Fundamental Research
李丕龙 清华大学副教授、博士研究生导师，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事蛋白质液-液相分离领域的相关研究，最早在体外重建液-液相分离的科学家之一。研究结果主要发表在Nature、Cell Research、Molecular Cell、Nature Communications 及Cell Reports 等学术期刊上。
裴高峰 清华大学在读博士研究生。主要研究方向是蛋白质液-液相分离机理研究，同时利用基于液-液相分离所开发的蛋白质互作研究方法探究SARS-CoV-2病毒蛋白质互作网络及筛选互作抑制剂。研究结果主要发表在Cell Research、Cell Reports 及Fundamental Research 等学术期刊上。
Earth Sciences
Research Article
Elastic properties of Fe-bearing Akimotoite at mantle conditions: Implications for composition and temperature in lower mantle transition zone
揭示以往地幔岩模型无法解释地幔过渡带波速的原因
Yajie Zhao, Zhongqing Wu, Shangqin Hao, Wenzhong Wang, Xin Deng, Jian Song
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微信号 |Fundamental Research
吴忠庆 中国科学技术大学教授，国家杰出青年科学基金获得者，兼任地球物理学报编委。主要从事矿物高温高压物性的计算研究方向的工作，用弹性等特性揭示波速异常成因和深部水分布等。在Nature、 NG、NC、PNAS、EPSL、GRL 等学术期刊发表论文80多篇。
赵亚婕 中国科学技术大学在读博士研究生。主要研究方向是利用第一性原理计算矿物高温高压下弹性性质。
Review
A database for deliquescence and efflorescence relative humidities of compounds with atmospheric relevance
大气颗粒物的潮解点与风化点数据库
Chao Peng, Lanxiadi Chen, Mingjin Tang
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微信号 |Fundamental Research
唐明金 中国科学院广州地球化学研究所研究员。主要从事气溶胶化学与地球化学方向的研究工作。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目。发表SCI论文70余篇。曾获侯德封矿物岩石地球化学青年科学家奖、中国颗粒学会气溶胶青年科学家奖。
彭 超 中国科学院广州地球化学研究所环境科学与工程在站博士后。主要研究方向是气溶胶的形成机制及理化性质。主持中国博士后科学基金面上资助项目和国际交流计划派出项目。发表SCI论文30余篇。
Engineering
Research Article
Efficient recovery and enrichment of rare earth elements by a continuous flow micro-extraction system
连续微萃取技术高效富集回收稀土元素
Zhuo Chen, Jifang Yuan, Yuhang Dong, Haipeng Liu, Fuxin Liang, Zhenzhong Yang, Yundong Wang, Jianhong Xu
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微信号 |Fundamental Research
徐建鸿 清华大学化工系教授，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事微化工过程与多相微流控技术研究方向的工作。先后主持包括国家自然科学基金委员会资助等项目20余项。在 AIChE J、Chem Eng Sci、Lab Chip 等本领域主流学术期刊上共发表学术论文 160 余篇。获国家技术发明二等奖（第5完成人）和中国化工学会科学技术一等奖（第1完成人）等多项国家/省部级科学技术奖。
陈 卓 清华大学化工系助理研究员。主要研究方向包括微流控技术、微化工技术、微反应连续安全生产和萃取分离技术。在AIChE J.、Chem. Eng. Sci.、Sep. Puri. Tech. 等学术期刊上发表SCI论文20余篇，申请或授权专利3项。曾获北京理工大学优秀毕业生、博士生国家奖学金、清华大学“水木学者”等荣誉。
Research Article
Explore artificial neural networks for solving complex hydrocarbon chemistry in turbulent reactive flows
探索深度学习在碳氢燃料湍流燃烧化学反应求解中的应用
Jian An, Fei Qin, Jian Zhang, Zhuyin Ren
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微信号 |Fundamental Research
任祝寅 清华大学航空发动机研究院教授，国家杰出青年科学基金获得者，兼任J. Propul. Power 副主编、Combust. Theory Modelling 编委，先后任ANSYS Fluent、Siemens CD-Adapco等燃烧模型顾问。主要研究方向包括发动机湍流燃烧建模、高保真模拟和高效低排放燃烧。主持国家自然科学基金委员会“面向发动机湍流燃烧基础研究”重大研究计划重点项目、集成项目、两机基础研究课题。已在Combust. Flame、Proc. Combust. Inst.、AIAA J.、J. Propul. Power 等期刊上发表SCI论文100余篇。曾获国际燃烧学会Bernard Lewis Fellowship，吴仲华优秀青年学者奖，AIAA Associate Fellow。
安 健 清华大学航空发动机研究院在站博士后，入选博士后创新人才支持计划。主要研究方向包括超声速湍流燃烧建模、高保真模拟和高超声速组合动力设计。主持国家自然科学基金青年科学基金项目、博士后面上项目及国防重点项目共5项。已在Combust. Flame 等期刊上发表SCI论文7篇。
Research Article
N-doped ZrO2 nanoparticles embedded in a N-doped carbon matrix as a highly active and durable electrocatalyst for oxygen reduction
负载于导电碳基底的氮掺杂二氧化锆纳米颗粒电催化剂实现高效的氧还原反应
Xuejie Cao, Siyu Zheng, Tongzhou Wang, Fei Lin, Jinhong Li, Lifang Jiao
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微信号 |Fundamental Research
焦丽芳 南开大学化学学院教授，博士研究生生导师，国家杰出青年科学基金获得者，eScience 期刊编委。主要从事于新能源材料的储存与转化研究方向的工作，包括锂离子电池、钠离子电池及电催化制氢。
曹雪洁 南开大学化学学院在读博士研究生。主要研究方向包括电解水催化剂的制备和机理研究。
Materials Science
Research Article
Wide-temperature rechargeable Li metal batteries enabled by an in-situ fabricated composite gel electrolyte with a hierarchical structure
多层结构复合原位凝胶电解质保护金属锂用于宽温区工作锂金属电池
Chao Ma, Xizheng Liu, Hui Geng, Xiaoshu Qu, Wei Lv, Yi Ding
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微信号 |Fundamental Research
刘喜正 天津理工大学教授、博士研究生导师，天津市青年特聘教授。主要从事金属基电极材料、电解质原位固态化技术以及基于上述技术的新型电池器件设计相关工作。相关结果已授权多项专利，并在Angew. Chem. Int. Ed.、 Adv. Mater.、 Fundamental Research、ACS Cent. Sci. 等学术期刊发表论文90余篇，被引3600余次。
马 超 天津理工大学材料科学与工程专业博士研究生。主要从事金属负极表面修饰与复合凝胶电解质相关研究工作，致力于提升电池在宽温度区间范围下的电化学性能。
Research Article
Stretchable graded multichannel self-powered respiratory sensor inspired by shark gill
受鲨鱼鳃启发的可拉伸自驱动分级呼吸传感器
Yang Zou, Yansong Gai, Puchuan Tan, Dongjie Jiang, Xuecheng Qu, Jiangtao Xue, Han Ouyang, Bojing Shi, Linlin Li, Dan Luo, Yulin Deng, Zhou Li, Zhong Lin Wang
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微信号 |Fundamental Research
李 舟 中国科学院北京纳米能源与系统研究所生物与环境平台主任、研究员。国家杰出青年科学基金获得者，担任学术期刊Nano Select 和Smart Materials in Medicine 副主编。主要从事于生物电子器件、植入/穿戴的电子医疗器件、细胞生物力学等方向的研究工作。获科技部、教育部、军委科技委、国家自然科学基金委员会、北京市科委、北京市自然科学基金和华为技术公司等多项基金项目资助。已在Nature Reviews Cardiology、Nature Communications、Science Advances 等学术期刊发表论文180余篇，影响因子大于10的第一作者/通讯作者论文90余篇。获北京市科学技术二等奖（第一完成人）、国际医学与生物工程联合会（IFMBE）青年科学家奖、富士VisualSonics青年科学家奖、中国发明协会金奖等。
邹 洋 北京理工大学在站博士后。主要从事仿生型电子器件、可穿戴式能量采集与传感系统方向的研究工作。目前以第一作者/共同一作身份在Nature Communications、Advanced Energy Materials、Nano Energy、EcoMat 等学术期刊发表论文9篇(1篇入选ESI高被引论文，同时入选0.1%热点论文），参与发表学术论文20余篇。
Information Sciences
Research Article
Physical mechanism of field modulation effects in ion implanted edge termination of vertical GaN Schottky barrier diodes
氮化镓垂直结构肖特基二极管离子注入结终端的电场调节机制研究
Ruiyuan Yin, Chiachia Li, Bin Zhang, Jinyan Wang, Yunyi Fu, Cheng P. Wen, Yilong Hao, Bo Shen, Maojun Wang
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微信号 |Fundamental Research
王茂俊 北京大学集成电路学院副教授。主要从事宽禁带半导体材料和电子器件研究方向的工作，包括GaN射频微波功率器件、基于HEMT结构的GaN横向功率开关器件、垂直结构GaN功率器件和氧化镓功率电子器件等。主持并参与了国家自然科学基金、国家重大专项、重点研发计划等科研项目。在IEEE EDL、 IEEE TED、APL、JAP 等国际物理及器件学术期刊上发表学术论文40余篇，在GaN器件方向申请发明专利10余项。
尹瑞苑 北京大学集成电路学院博士研究生。主要从事GaN垂直结构二极管方向的研究工作。在IEEE EDL、ISPSD 等学术期刊和会议上发表多篇学术论文。
Management Sciences
Research Article
Operating pesticide use reduction within the boundary of food security in peri-urban settings
以都市食物保障为前提的城郊农药减量
Yuquan W. Zhang, Bruce A. McCarl, Zhengwei Cao, Qiang Li, Shaohua Yang, Huiwen Liu
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微信号 |Fundamental Research
张宇泉 上海交通大学中英国际低碳学院副教授，博士研究生导师。担任Climatic Change 期刊Associate Deputy Editor。主要从事局部均衡模型开发与应用研究方向的工作，侧重气候变化领域。在Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change、Agriculture、Ecosystems & Environment、中国环境科学等专业学术期刊发表论文20篇。近期成果被IPCC AR6第二工作组和FAO报告引用。
Health and Medical Sciences
Research Article
Degradation-resistant implanted biomaterials establish an immunosuppressive microenvironment that induces T cell exhaustion by recruiting myeloid cells
以都市食物保障为前提的城郊农药减量
Qin Fan, Huaxing Dai, Jinyu Bai, Jialu Xu, Qingle Ma, Ziying Fei, Xiaozhong Zhou, Kam W. Leong, Chao Wang
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微信号 |Fundamental Research
汪 超 苏州大学功能纳米与软物质研究院教授。主要从事生物材料与免疫工程交叉领域方向的研究工作。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目。发表学术论文100余篇，H指数70。入选MIT科技评论亚太区TR35，入选2018-2021年度科睿唯安(Clarivate) “全球高被引科学家”榜单。
范 亲 南京邮电大学材料科学与工程学院校聘副教授。主要从事细胞载体与免疫工程方向的研究工作。发表学术论文共计20余篇，其中以第一作者/共一作者或共同通讯作者身份在 Science Advances、Matter、Advanced Functional Materials、Biomaterials、Bioactive Materials 等学术期刊发表学术论文11篇。
关于本刊
国家自然科学基金委员会主管、主办的英文刊Fundamental Research 于2021年1月创刊，坚持依靠专家、精选主题、突出质量、对标一流的办刊理念，在各位编委和专家的倾力支持下，尽管刚刚起步但已经得到科技界和出版界届的认可。
Fundamental Research 立足展示国家自然科学基金资助的代表性成果，充分反映国内外基础研究前沿与动态，提升中国基础研究和中国科学家在国际科学界的显示度和影响力，为中外科学家打造一个高水平的基础研究国际交流学术平台。
期刊内容涵盖数学与物理、化学与化工、生命、地球、工程与材料、信息、管理、健康与医学、交叉科学等九大科学领域，包括：
1. Mathematics and Physics
2. Chemistry and Chemical Engineering
3. Life Sciences
4. Earth Sciences
5. Engineering and Materials Science
6. Information Sciences
7. Management Sciences
8. Health and Medical Sciences
9. Interdisciplinary Sciences
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