拓撲邊界態的案例
《自然·材料》重磅：中美合作制備出石墨烯兄弟——單層錫烯！
更為重要的是，由于襯底的外延作用，這一純平錫烯的晶格常數高達0.51納米，故存在因晶格拉伸導致的s-p軌道拓撲能帶反轉，即具有拓撲特性。超高真空掃描隧道顯微學以及角分辨光電子能譜學結果與第一性原理計算的能態結構一致，充分證實了其由于自旋-軌道耦合和拓撲能帶反轉所導致的拓撲能隙以及拓撲邊界電子態。其中，角分辨光電子能譜結果表明，錫烯由于自旋軌道耦合打開的拓撲能隙約0.3電子伏特，遠超室溫熱漲落能量，使其具備應用于近室溫的拓撲量子器件的潛質。進一步的理論計算還預言了在純平蜂窩結構的鍺烯和鉛烯中也存在類似的拓撲特性，從而構成了一類新型的二維拓撲量子材料家族。
具有拓撲能帶反轉和大拓撲能隙的純平錫烯的實驗實現，為類石墨烯的拓撲物性研究開辟了一條新的研究路線，將對二維量子材料的研究和應用開發起到重要推動作用。后續擬開展的研究工作將通過優化襯底和增加柵極以隔絕襯底電子相互作用并實現拓撲能隙的調控，為最終制備可實用的室溫拓撲器件提供研究基礎。
中國科大博士生鄧家良、清華大學博士生夏炳煜以及中國科大博士生馬曉川為論文的共同第一作者。此項研究得到科技部、教育部、中組部、國家自然科學基金委、中國科大、清華大學等機構的大力支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0203-5
來源：高分子科學前沿
展開 二維錫烯拓撲材料研究取得重要進展！
更為重要的是，由于襯底的外延作用，這一純平錫烯的晶格常數高達0.51納米，故存在因晶格拉伸導致的s-p軌道拓撲能帶反轉，即具有拓撲特性。超高真空掃描隧道顯微學以及角分辨光電子能譜學結果與第一性原理計算的能態結構一致，充分證實了其由于自旋-軌道耦合和拓撲能帶反轉所導致的拓撲能隙以及拓撲邊界電子態。其中，角分辨光電子能譜結果表明，錫烯由于自旋軌道耦合打開的拓撲能隙約0.3電子伏特，遠超室溫熱漲落能量，使其具備應用于近室溫的拓撲量子器件的潛質。進一步的理論計算還預言了在純平蜂窩結構的鍺烯和鉛烯中也存在類似的拓撲特性，從而構成了一類新型的二維拓撲量子材料家族。
純平蜂窩結構錫烯的制備和原子尺度形貌圖（1-3）、結構模型（4-5）、理論計算（6）和實驗觀測到的電子能帶結構（7-8）。
具有拓撲能帶反轉和大拓撲能隙的純平錫烯的實驗實現，為類石墨烯的拓撲物性研究開辟了一條新的研究路線，將對二維量子材料的研究和應用開發起到重要推動作用。后續擬開展的研究工作將通過優化襯底和增加柵極以隔絕襯底電子相互作用并實現拓撲能隙的調控，為最終制備可實用的室溫拓撲器件提供研究基礎。
中國科大博士生鄧家良、清華大學博士生夏炳煜以及中國科大博士生馬曉川為論文的共同第一作者。此項研究得到了科技部、教育部、中組部、國家自然科學基金委、中國科學技術大學、清華大學等機構的大力支持。
展開 Nature Mater. 中科大等在二維材料方面重要進展！
近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心王兵教授和趙愛迪副教授研究團隊與清華大學徐勇助理教授、段文暉教授以及美國斯坦福大學張首晟教授合作，成功制備出具有純平蜂窩結構的單層錫烯，并結合第一性原理計算證實了其存在拓撲能帶反轉及拓撲邊界態。相關研究成果11月5日在線發表在頂刊《Nature Materials》雜志上。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41563-018-0203-5
類石墨烯結構的IV族元素二維晶體材料及其物性研究，是當前凝聚態物理學和材料科學領域的重要焦點。其中，基于元素錫(Sn)的二維類石墨烯晶體錫烯(Stanene)因其具有很強的電子自旋-軌道耦合，被認為是繼石墨烯后又一種具有優越物理性質的新型量子材料。2013年前后理論物理學家們預言，錫烯中由于pxy軌道具有遠強于pz軌道的自旋軌道耦合效應，因此s-p軌道的能帶反轉可以在布里淵區中心打開數百毫電子伏的巨大能隙；更巧妙的是，由于pxy軌道是平面內的，所以其拓撲性更為魯棒，不易受到襯底和吸附物的影響和破壞。因此，錫烯是一種理想的大能隙二維拓撲絕緣體，有望實現室溫量子自旋霍爾效應，在拓撲電子學器件應用方面具有重要的意義。
理論同時還預言了錫烯有可能被調控實現拓撲超導態、優越的熱電效應、近室溫的量子反常霍爾效應等新奇特性。過去幾年中，國內外多個研究組在不同的襯底表面制備了單層錫烯，但由于受襯底影響，這些已制備出的錫烯都具有非平面的翹曲結構且均未表現出拓撲物性。如何制備出具有拓撲特性的錫烯，成為二維類石墨烯材料物性研究亟待突破的重要難題。
展開 基于粘彈性人工邊界的網架結構的摸態分析和地震分析（原創，如轉載，請注明出處）
分析類型：基于WORKBENCH的網架結構的摸態分析和地震分析
分析平臺：WORKBENCH17
技術難點：粘彈性人工邊界在WORKBENCH中的實現；WORKBENCH中的梁體單元連接
實現過程：
1、網架，柱采用梁單元188；
2、地基采用solid185
3/在網格邊界上所有結點加法向和切向combin14號單元用以模擬粘彈性人工邊界（有關理論可參考劉晶波老師的相關文章）。combine14單元的兩個結點，其中一個與實體單元相連，另一個結點固定。
(粘彈性人工邊界在ANSYS中的實現可參考我以前發的帖子《ANSYS知識普及系列15——粘彈性人工邊界在ANSYS中的實現》，網址為http://www.yqgqt.org.cn/content/post/292722)
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：考慮粘彈性人工邊界的建筑抗震分析。提高分析精度。
工程意義：建筑結構抗震
研究對象：網殼結構
代做業務：地震動力學分析
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帶接觸邊界條件的拓撲優化
在早期設計開發階段引入結構最優化工具將充分發揮CAE設計分析的潛力，其拓撲最優化技術將提高開發效率并提升產品性能。您的產品將更輕、更強、更穩定，從而使您的公司具有無以倫比的競爭優勢。
通過直接調用當今所有主要有限元求解器，Tosca最優化系統為解決實際結構的最優化問題提了一套綜合的解決方案，這已得到了業界的廣泛贊同。通過與非線性軟件ABAQUS的接口，Tosca就能夠輕而易舉的解決帶接觸條件的結構優化問題。
下面將通過某型發動曲軸連接案例為例演示帶接觸分析的拓撲優化問題解決方案。
帶接觸邊界條件的拓撲優化.pdf
用 Tosca 求解帶接觸邊界條件的拓撲和外形優化問題
背景介紹
1.1 Tosca 最優化系統
Tosca 是標準的非參數優化系統，可以對有限元模型進行任意載荷和約束條件的拓撲、
外形優化及薄壁結構條紋優化。Tosca 在優化過程中無需對模型進行參數化，這就大大減少
了工作量提高了最優化結構的適應性。其基于力學最優化標準的優化算法使其優化過程快速
而穩定。
使用Tosca進行結構最優化設計是一個反復迭代的過程，在每一個迭代步中都采用外部
的有限元求解器計算結構的力學響應。通過采用業界認可的標準求解器而獲得高質量的計算
結果，這些求解器包括：ABAQUS，ANSYS，I-DEAS以及MSC.NASTRAN、MARC等。這
樣做的另一大優點是用戶可以在自己熟悉的求解器以及前后處理環境下工作，而不需培訓來
熟悉另外一個陌生的軟件環境，現有的有限元模型可以直接應用于優化計算中。
通過Tosca內部各程序的相互作用可以完成新產品結構CAD/CAE系統中從概念到成品
的閉環優化設計過程。如圖1所示。
1.2 帶邊界條件的結構優化問題
在一個新零件的設計過程中，通常不會給定精確的邊界條件，這就可能會出現涉及接
觸問題的非線性接觸條件問題。在零部件優化迭代過程中隨著幾何外形的不斷修正，接觸條
件和傳力路徑都會有所變化，因此必須考慮到接觸條件的影響。
一個簡單的方法是將接觸條件簡化為節點力，但這將導致出現不理想的優化分析結
果，況且，這是一個耗時耗力的過程，是在快速、高效的開發過程中必須盡量避免的。因此，
在結構最優化設計的優化區域允許添加直接的接觸條件是大勢所趨。
Tosca 的建模方式使得我們能夠像往常那樣在各種有限元求解器中處理這個問題。使用
者首先基于自己使用的求解器建立帶所需接觸條件的分析模型，然后定義優化任務。在優化
算法中無需專門處理模型中已存在的接觸條件。通過接觸力及其結果應力，接觸問題就被隱
含在了最優化過程當中。
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