1.浙江大学杨易教授团队：大语言模型和领域特定模型协作的智慧教育方法；

2.中科院量子材料新突破：单层二硒化钨中的神奇拓扑激子密度波；

3.北京大学潘锋团队在《自然·通信》发文，揭示锂电池无钴高镍正极材料锂占位的调控；

4.北理工课题组在各向异性共振隧穿晶体管研究方面取得重要进展；

1.浙江大学杨易教授团队：大语言模型和领域特定模型协作的智慧教育方法；

浙江大学杨易教授团队在FITEE 2024年25卷第3期发表题为“Large language model and domain-specific model collaboration for smart education”的观点文章，提出一种名为“大语言模型（LLM）与领域特定模型（DSM）协作框架（LDMC）”的新型智能教育范式，旨在通过整合多种模型优势，提供个性化、精准且自适应的教育支持。

现代教育追求个性化、精确化和无处不在的学习指导。领域特定模型虽在专业任务中表现优异，但受限于狭窄的知识边界和有限的数据范围，难以处理复杂推理任务。大语言模型虽具备广泛的知识覆盖和自然语言生成能力，但存在知识过时、幻觉生成以及与学生认知水平不匹配等问题。通过结合大语言模型的通用知识、领域特定模型的专业知识及教育学理论模型，实现互补优势，可以提升教育场景的智能化和适应性。

图1 大语言模型与领域特定模型协作（LDMC）框架

LDMC框架结合了各种模型的优势，融合大语言模型的通用知识、领域特定模型的领域知识以及教育学模型的教学策略，形成多重知识表达，通过强化学习实时调整学习风格模型的权重，适应学生个性化需求和学习阶段变化。将领域特定模型作为轻量模块嵌入大语言模型，通过微调或提示工程增强大语言模型的领域任务能力。利用领域特定模型的结构化知识约束大语言模型输出，减少幻觉并提升专业性。通过领域特定模型的判别器限制大语言模型生成内容的边界，确保符合学科范围和学生认知水平。

图2 大语言模型（LLM）与领域特定模型（DSM）的合作模式

这种新型智能教育范式在智能教育多个场景具有应用潜力。小组学习通过目标对齐、沟通激励和进度同步功能，提升协作效率。根据学生学习风格生成定制化内容，支持资源访问、自我评估及终身学习。课堂管理辅助教师制定规则、自动化评估反馈，并优化教案设计。实验表明，完整LDMC框架在小组学习中的满意度评分（72/90）显著高于单独大语言模型（59/90）以及未整合学习风格模型的LDMC框架（62/90）。

2.中科院量子材料新突破：单层二硒化钨中的神奇拓扑激子密度波；

拓扑激子绝缘体是激子绝缘体叠加了拓扑性质后诞生的新奇量子物态，在量子计算、新型光电器件、柔性电子设备等前沿科技领域极具应用潜力。

中国科学院半导体研究所（以下简称半导体所）与浙江大学合作，通过理论计算，在单层二硒化钨（WSe₂）中发现了具有极强稳定性的拓扑激子绝缘体。研究还发现，当大量激子凝聚时，材料表面呈现出一张神奇的“量子条纹地毯”——拓扑激子密度波，这为量子材料研究提供了新的体系和思路。

潜力候选者：拓扑激子绝缘体

要认识拓扑激子绝缘体，需要先了解什么是激子。

当光照射半导体材料时，会形成电子和空穴（电子的“空缺位”）。电子和空穴通过库仑力紧紧“绑定”，形成一种准粒子束缚态，这就是激子。激子的形成，显著影响着半导体的光学性质和相关器件的性能。

把激子拆分成自由的电子和空穴所需的能量，被称为激子的束缚能。20世纪60年代，诺贝尔物理学奖获得者莫特教授曾预言，当激子的束缚能大于半导体能隙时，大量激子将“抱团”凝聚，进而产生一种宏观相干的量子物态——激子绝缘体。

理解激子绝缘体，不仅对于理解半导体物理、多体物理等相关领域的基本原理具有重要意义，还有望应用于优化半导体器件。如今，激子绝缘体已成为凝聚态物理领域的研究热点，科学家不断发现新的低维系统和量子结构。

当激子绝缘体被“拓扑性质”（材料在连续变形下保持不变的结构特征）加持，其电子态会变得异常稳定，即便遭遇外界微小扰动也能维持原状。这种拓扑激子绝缘体既能抵抗干扰，又能高效传递量子信息，被视为量子计算与柔性电子设备的潜力候选者。

激子物理的“理想实验室”

2017年，半导体所联合北京大学等通过实验和理论研究，在铟砷/镓锑（InAs/GaSb）量子阱里发现了拓扑激子绝缘相，但一直未找到相关材料。

此前预言的“激子束缚能大于半导体能隙”，使得激子绝缘相通常只在窄带隙半导体或半金属里出现，这为寻找拓扑激子绝缘体造成了困难。为此，半导体所科研团队瞄准了特别的二维材料——单层二硒化钨。

单层二硒化钨被看作是研究激子物理的“理想实验室”，这源于它的三大优势。

首先，它可以在实验室中成功制备，且厚度极薄，仅有三个原子层。因此，其激子效应非常显著，激子束缚能也很大。

其次，它有局域价带平带，这意味着电子在价带顶部运动的速度极慢，就像空穴发生了“堵车”一样。而这使得电子和空穴之间的吸引力变得更强。

最后，常规半导体中，激子寿命相对较短（纳秒量级），难以开展激子物理的实验研究。而二硒化钨间接带隙大，形成的间接激子寿命更长。

▲拓扑激子绝缘相的计算

为量子器件研发推开一扇门

科研团队通过第一性原理计算和求解Bethe-Salpeter方程发现：单层二硒化钨是人们一直寻找的拓扑激子绝缘体的候选材料。

值得注意的是，其激子能带最低点偏离了常规的零动量位置，而在有限动量处形成了能量“洼地”。

也就是说，这些激子被称为“暗激子”，几乎不发光，且能量更低、更稳定，这也是形成拓扑激子绝缘相的关键。

科研团队通过计算进一步发现，即使对材料施加3%的面内应变，其拓扑性质依然稳定，这为柔性电子器件开发提供了可能。

通过求解方程，科研团队进一步发现：当大量激子凝聚时，会自发形成条纹图案的密度波，仿佛在材料表面织出一张“量子条纹地毯”——这种神奇的拓扑激子密度波效应此前仅在少数材料体系中观察到。

并且，当激子在材料中“集体起舞”时，它们的密度会呈现周期性条纹。这种图案源于两个动量相反的激子分支（位于动量空间的±Λ点）的量子干涉效应。通过调控这种集体运动模式，科学家有望设计出低能耗的量子传输器件。

▲非零速度的条纹相的拓扑激子密度波

该研究不仅首次在单层二硒化钨中实现了拓扑激子绝缘体，更揭示了激子关联与拓扑物理的深层联系。这一工作为探索激子绝缘体及其他激子相关物性在二维材料中的应用推开了一扇门。

未来，随着实验技术的进步，这类“量子条纹地毯”将从理论走进现实，推动发现更多性能优越的激子绝缘体。

3.北京大学潘锋团队在《自然·通信》发文，揭示锂电池无钴高镍正极材料锂占位的调控；

开发高性能无钴高镍锂电池正极材料是实现锂离子电池能量密度提升的关键。然而，高镍正极材料在循环过程中常面临晶体结构退化和表面副反应活性过高等问题，严重制约了其商业化应用。针对这一挑战，北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授研究团队通过联合运用多种先进表征手段，首次系统地揭示了锂占位对高镍正极材料电化学性能的影响机制，并设计出两种具有高循环稳定性的正极材料。

无钴高镍正极材料的锂占位调控策略

潘锋与德国卡尔斯鲁厄理工学院教授Helmut Ehrenberg和研究员Sylvio Indris研究团队合作采用多种锂敏感表征技术，包括中子衍射和锂同位素固态核磁共振等，深入分析了高镍正极材料中不同锂位的占据情况及其相关结构组分。研究发现，通过引入高价态掺杂元素（如Mo6+、Nb5+和W6+）并调整合成过程中的锂盐用量，可以有效调控材料中不同含锂结构组分的比例，进而优化材料的电化学性能。研究结果显示，随着材料中锂含量的增加，材料中锂/镍交换缺陷逐渐减少，而富锂结构单元（如LiaXOb和Li/Mn/X(Ni)有序相，X=Mo, Ni, W）逐渐增加。这两种结构单元通过抑制锂/镍交换和引入额外氧的氧化还原机制，显著提高了高镍正极材料的循环稳定性。该研究成果不仅为深入理解高镍正极材料的锂占位机制提供了新的视角，也为开发高性能无钴高镍正极材料提供了重要的理论指导。相关研究成果以“Tuning Li occupancy and local structures for advanced Co-free Ni-rich positive electrodes”为题，发表于国际知名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）（DOI: 10.1038/s41467-025-57063-7）。

该工作在潘锋、Helmut Ehrenberg和Sylvio Indris的共同指导下完成，新材料学院中德交流博士后李航为文章的第一作者。本研究工作为深圳市发展和改革委员会材料基因组大科学设施平台重大科技基础设施项目、广东省基础与应用基础研究基金项目、广东省软科学研究项目、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心项目以及深圳市科技研发资助项目。

4.北理工课题组在各向异性共振隧穿晶体管研究方面取得重要进展；

随着对二维范德华异质结构中共振隧穿的研究，其在能带结构探测、多值逻辑运算和振荡器等领域已得到广泛的应用。由于晶格对准决定着共振隧穿过程中的动量守恒条件，研究者通常不会在共振隧穿晶体管中采用大扭转角，避免扭转角引起的动量不匹配可能会破坏共振隧穿条件，从而影响负微分电阻和峰谷比（PVR）。然而，扭转角也可以提供控制层间耦合和能带对准的额外自由度。此外，一些二维材料的各向异性的能带结构，有望在动量空间中对共振隧穿和负微分电阻产生新颖的调制。因此，通过改变各向异性二维材料间的扭转角度以调整晶格取向来探索共振隧穿现象，有望为共振隧穿现象提供一个新的调控手段。

鉴于此，北京理工大学郑守君研究员、蒋伟教授、王秩伟教授和熊嫣博士共同合作在ACS Nano在线发表“Anisotropic resonant tunneling in twist-stacked van der Waals heterostructure”的研究成果。研究者通过利用扭曲堆叠的1T’二硒化铼设计了一种二硒化铼/六方氮化硼/二硒化铼（ReSe2/h-BN/ReSe2）扭曲堆叠共振隧穿晶体管，表现出ReSe2间扭转角度可调的PVR，并在扭转角度为102°时达到最大。这种对两个ReSe2层之间的扭转角度的强烈依赖性归因于扭转角在隧穿过程中对ReSe2层中两个各向异性带的联合态密度的调节，显著抑制了谷电流，从而增强了PVR，这也得到了理论计算的支持。此外，该器件对温度和520nm光照的敏感性，表明可以通过温度和光照进一步调控PVR，并将其集成到光电应用中。这一发现不仅为通过堆叠工程设计共振隧穿器件提供了一种新方法，还为共振隧穿器件与光电应用的结合提供了可能。

图1

图1展示的基于1T’-ReSe2的各向异性共振隧穿效应。图a展示了1T’-ReSe2的原子结构俯视图，展示了各向异性的晶格方向。图b展示了计算得到的第一导带（CB-1，左）和第二导带（CB-2，右）的能带图，显示了强烈的面内各向异性。图c 展示了单层ReSe2的能带结构，显示导带最小值位于Γ点。图d 展示了ReSe2/h-BN/ReSe2 共振隧穿晶体管在40°（左上）和108°（右上）扭转角度下的能带对准示意图。108° 共振隧穿晶体管中的联合态密度（右下角红点）低于40°的（左下角红阴影）。

图2

图2展示了102°扭曲堆叠共振隧穿晶体管中的负微分电阻。图a展示了ReSe2/h-BN/ReSe2 共振隧穿晶体管的示意图，其中偏置电压施加在底层ReSe2上，共振隧穿效应发生在重叠区域（红色区域所示）。图b展示了102° 共振隧穿晶体管的光学图像，橙色和绿色五角星表示拉曼测试的位置。两层ReSe2通过几层h-BN（蓝色虚线）分隔。图c展示了在拉曼位移127 cm-1处，顶部（橙色圆圈）和底部（绿色圆圈）ReSe2层的偏振依赖性拉曼强度。拟合线（橙色和绿色线）显示两层ReSe2之间的扭转角度为102°。图d展示了共振隧穿晶体管的TEM横截面图，显示两层ReSe2的相对晶格方向。图e展示了在不同栅电压下的隧穿电流与偏置电压的关系，清楚地展示了栅电压依赖的负微分电阻。图f展示了共振隧穿晶体管的电导图，显示了负微分电阻峰值随栅电压的变化趋势。图g展示了PVR和负微分电阻峰值位置随栅电压的变化总结。图h展示了栅电压Vg=40 V时不同温度下的隧穿电流与偏置电压的关系，显示出负微分电阻对温度敏感。图i展示了102°TS-RTT与基于单层MoS2的未扭曲共振隧穿晶体管之间的温度依赖PVR比较，未扭曲共振隧穿晶体管对温度几乎不具有依赖性。图j展示了在不同激光功率的520 nm光照射下的隧穿电流与偏置电压的关系，显示出负微分电阻对光照敏感。

图3

图3展示了扭曲堆叠共振隧穿晶体管中的双重负微分电阻峰。图a-c展示了87° TS-RTT中双重负微分电阻峰对栅电压和温度的响应。图d-e展示了37° 扭曲堆叠共振隧穿晶体管中双重负微分电阻峰和双重PVR对栅电压的响应。图f展示了能带对准的示意图，解释了双重负微分电阻峰的来源。

图4

图4展示了不同扭转角度下的负微分电阻总结。图a-d展示了扭转角度为1.8°、31°、45°和158°时扭曲堆叠共振隧穿晶体管的隧穿电流与偏置电压的关系。图e展示了PVR随扭转角度变化的总结，显示在具有大扭转角度的扭曲堆叠共振隧穿晶体管中，PVR得到了增强（绿色虚线为参考线）。图f展示了计算的108°扭转角度扭曲堆叠共振隧穿晶体管的隧穿概率随能量偏移的变化。图g展示了理论计算的PVR随扭转角度变化，与（e）中的实验结果一致。

图5

图5展示了基于扭曲堆叠共振隧穿晶体管的三值逻辑逆变器和可调自供电光电探测器的应用。图a展示了由158°扭曲堆叠共振隧穿晶体管和ReSe2 场效应晶体管组成的三值逆变器示意图。图b展示了逆变器输入电压与输出电压的关系，展示了三值的识别。图c展示了逆变器增益与输入电压的关系。图d展示了1.8°扭曲堆叠共振隧穿晶体管的功率依赖光电流与偏置电压的关系。图e展示了栅电压依赖的光伏电流，展示了自供电光电探测器的可调性。图f展示了在±40 V栅电压下的光伏电流耐久性测量。

总之，我们提出了在ReSe2/h-BN/ReSe2 扭曲堆叠共振隧穿晶体管中的各向异性共振隧穿效应。由于ReSe2的能带各向异性，我们的器件通过调节扭转角度展示了明显的负微分电阻峰值和改善的PVR。归因于在特定的102°扭曲角度下，独特的能带对准和联合态密度的减少抑制了隧穿过程中的谷电流，这一结果得到了我们理论计算的验证。此外，我们还展示了我们的扭曲堆叠共振隧穿晶体管在具有三种逻辑状态的逆变器和可调自供电光电探测器中的应用。我们的研究不仅引入了一种通过扭转角度和动量匹配来改善共振隧穿晶体管性能的扭曲堆叠技术，还展示了其在可编程光电子学和类脑设备中的潜在应用。