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针对传统拉曼分布式光纤传感技术中由于米量级空间分辨率性能不足，导致传感光纤沿线亚空间分辨率长度探测光纤区域内系统测量精度下降的技术瓶颈，本研究提出一种基于一维寻峰方法的阈值系数拟合方法。该方法通过提取探测光纤区域内分布式温升曲线的峰值系数和半高全宽（full width at half maximum,FWHM） ，然后建立拉曼散射阈值系数拟合模型及“FWHM-传感距离-探测光纤尺寸”的定量映射模型，进而计算出最优拉曼散射阈值系数，最终重构光纤沿线分布式温度场信号。实验结果表明：应用该技术后，在10 km传感距离下，系统在30 cm探测光纤上的测温误差相较于传统温度解调技术（34.7℃）显著降低，温度精度达到1.5℃。此外，FWHM与传感距离呈线性正相关，且独立于温度变化，该特性确保了该技术在不同环境温度下的稳定性和适应性。本论文通过纯算法方案重构光纤沿线拉曼散射信号，无须增加额外器件，为高精度分布式温度监测在长距离基础设施健康诊断等领域的应用提供了一种新方案。
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量子电池是一种基于量子力学原理设计的新型储能装置，旨在克服传统电化学电池在能量密度、充电速度和效率等方面的性能极限。本综述系统梳理了该领域近年来在理论和实验方面的研究进展，重点阐述了其理论框架和核心物理机制，包括量子纠缠和量子相干在能量存储、传输与提取过程中的关键作用。同时，回顾了现有的量子多体电池模型及其开放系统特性中的关键问题，探讨了远距离无线充电的实现路径和发展前景，并介绍了具有潜力的实验实现平台。量子电池研究处于快速发展阶段，其成果不仅对下一代高性能储能技术具有潜在变革性意义，也为量子热力学和量子资源理论提供了重要的实验验证平台。
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类地系外行星的视向速度法探测要求新一代高分辨率天文光谱仪具备10cm/s以上的仪器测量精度。对高分辨率光谱仪的仪器轮廓进行准确建模和刻画，有望显著提高光谱仪波长定标精度，突破测量精度瓶颈。针对简单高斯模型无法准确表征实际光谱仪仪器轮廓的问题，本文提出一种基于高斯过程回归的高分辨天文光谱仪仪器轮廓精细建模方法，结合实测激光频率梳定标数据，对兴隆2.16米望远镜高分辨率光纤光谱仪的仪器轮廓进行了建模分析，并成功将相关仪器轮廓模型应用于光谱仪的波长定标，实现了波长定标精度和双通道一致性的提高。
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传统区熔制备的Bi2Te3基材料力学性能较差，尽管粉末冶金热挤压制备技术有效改善了材料的力学性能，但其包括制粉、烧结、热挤压等工序，工艺流程冗长，严重制约了多晶Bi2Te3基材料的发展及其在微型热电器件的应用。本研究采用熔体旋甩方法制备p型Bi2Te3基薄带材料，然后通过直接平铺结合放电等离子活化烧结制备了系列高织构p型Bi2Te3基块体材料。熔体旋甩制备的薄带具有强的织构、丰富纳米结构和缺陷结构，采用不研磨平铺直接快速放电等离子活化烧结有效保留了薄带的取向特征，获得与传统球磨制粉放电等离子活化烧结不一样的沿垂直烧结压力方向强（1 1 0）织构特征，743 K烧结样品取向因子与热挤压样品基本相当，(1 1 0)面取向因子达到0.37。由于这种强取向特征，样品在平行于压力方向上获得了优异的电传输性能，室温下功率因子达到3.79 mW m-1 K-2，此外晶粒细化显著降低了材料的热导率，最终743 K烧结样品在398 K下获得了最高ZT值为1.30，相较于传统区熔样品提升了46%。本研究开发出一种快速、便捷的制备策略，用以合成具备强织构、细晶粒特征的高性能Bi2Te3基热电材料，为该类材料在微型热电器件领域的技术转化与部署奠定了重要基础。
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随着三维异构集成技术的兴起与大规模应用，电感型集成电压调节器在移动终端及高算力设备中的重要性日益凸显，同时也为高频软磁薄膜材料带来了重要的发展机遇。本文基于片上薄膜功率电感的应用需求，首先梳理了坡莫合金、Co基非晶金属薄膜以及FeCo基纳米复合颗粒膜三类磁芯膜材料的优势与局限性，重点探讨了微米级厚度叠层磁芯膜所面临的技术要求与挑战。其次，几乎所有的片上电感都工作在难轴激发模式，即电感激发磁场的方向要与磁芯膜的难磁化方向平行。本文对比了两种制备大面积均匀单轴各向异性磁芯膜的工艺方法、各自特点及对静态和高频软磁性能的影响，并且分析了图形化对于磁芯膜磁畴结构、高频磁损耗的作用机制以及相应的优化策略。随后，从工艺兼容与长期服役两个维度，探讨了磁芯膜磁导率与各向异性的温度稳定性问题。尽管三类磁芯膜的居里温度和晶化温度较高，但是实际制程温度的上限会受到热对于磁性原子对取向、微观结构缺陷和晶粒尺寸的影响。最后，针对当前高频、大信号条件下磁芯膜磁损耗测试中存在的瓶颈问题进行了总结，并展望了为满足片上功率电感对更高饱和电流和更低磁损耗需求，未来磁芯膜发展的技术路径。
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本研究采用直流电弧等离子体直接氮化法，成功制备了Eu2+掺杂Si3N4（Si3N4:Eu2+）纳米线，并基于其发光峰位红移、半高宽展宽及色坐标变化，开发出一种新型非接触式光学压力传感器。该纳米线在紫外光激发下呈现明亮的黄色发射，中心波长约589 nm，来源于Eu2+离子的4f65d1→4f7跃迁。通过X射线衍射、能量色散光谱、扫描/透射电子显微镜及发光光谱等系统表征，表明纳米线具备良好的结晶性与发光性能。原位高压光致发光测试显示，在0-30 GPa范围内，发射带呈现显著单调红移（dλ/dP=1.45 nm·GPa-1），发射谱带宽度同步展宽（dFWHM/dP=0.8%·GPa-1），色坐标亦呈现规律性变化（Sr(y)=0.78%·GPa-1）。以上光学参数均能与压力建立稳定对应关系，实现了高精度压力传感。该传感器具备高灵敏度、宽压力量程（可达30 GPa）及优异信号稳定性（23 GPa下仍保持38%初始发光强度），在深海探测、行星内部研究与超重型建筑监测等极端环境传感中展示出重要应用前景。
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自旋原子团与里德堡原子系综通过位置依赖的非共振偶极交换相互作用相耦合，构成具有偶极交换诱导透明的复合量子系统。飞行自旋原子团与目标里德堡原子系综具有宏观相对运动，诱导目标里德堡原子系综产生光学非互易性。涡旋光束不仅携带轨道角动量且具有复杂的三维空间结构，其与位置依赖的相干原子系统的耦合有望展现出新颖的物理现象。本文深入探讨了受飞行自旋原子团控制的里德堡原子系综中涡旋光束非互易传播的动态调控。通过分步傅里叶传播方法，对探测光束在系综中的空间演化进行了详细分析，结果表明自旋原子团运动速度以及探测场失谐是影响涡旋光束非互易性的关键因素。通过对二者进行协同调节，可以灵活控制涡旋光束二维波阵面经非互易传输后的强度和相位分布。本研究不仅拓宽了非互易光学器件设计和优化思路，同时指出此类光学非互易调控可作为二维涡旋光束整形的潜在技术手段，其在光信息处理和量子通信等领域具有潜在应用价值。
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拓扑材料因其受对称性保护的狄拉克或外尔能带结构,在量子输运、自旋电子学及非线性光学等领域具有重要应用潜力.超快泵浦–探测光谱技术可在飞秒至纳秒时间尺度内直接探测光激发载流子的非平衡动力学过程,从而揭示电荷、自旋与晶格等自由度之间的耦合机制.本文系统综述了该技术在拓扑绝缘体、拓扑半金属及磁性拓扑材料中的研究进展,重点讨论了表面态–体态相互作用、自旋极化动力学、相干声子与磁振子激发,以及光诱导拓扑相变的电子机制、晶格机制和磁序相关机制.最后,展望了多维谱学联合测量与理论模拟相结合在超快调控拓扑物态领域的应用前景.本综述旨在为拓扑材料非平衡物理研究及其在光电、自旋器件中的应用提供参考.
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绝缘强度（Er）是筛选和评估六氟化硫（SF6）替代气体的关键指标。本研究基于机器学习方法，构建了SF6替代气体的Er预测模型。首先，收集了88个气体分子相对SF6的Er数据并计算了这些分子的全局参数和静电势参数，并将其作为描述符。采用5种经过五折交叉验证和超参数优化后的机器学习方法，在Er数据及描述符之间建立Er预测模型。研究表明，自适应增强回归模型表现突出，其决定系数达到了0.90，平均绝对误差和均方根误差分别为0.17和0.18。结合Shapley加性解释量化了描述符特征对Er的贡献，发现极化率是影响Er的主要因素。最后，利用SF6及已知的六种环保替代气体对自适应增强回归模型的Er进行了验证，其绝对误差均在0.02-0.33之间，进一步证实了该模型的可靠性。本研究有望为筛选SF6替代气体提供一种可行的路径。
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本文将多单元级联热辐射器件(TRD)应用于汽车尾气余热回收，建立光子辐射传热、伏安特性与流体换热的耦合模型，分析能量耦合机制，旨在实现性能的协同优化。基于傅里叶热传导定律与热辐射传递理论，导出系统的能量约束方程、输出总功率和转换效率。通过数值模拟，获取尾气温度、TRD工作温度、环境温度随单元序号的变化规律，进而揭示电压与半导体带隙对能量转换性能的调控机制。研究表明，尾气及TRD高温端温度均随单元序号而递减，且同序号下随电流增大而降低； TRD低温端及环境温度因热累积和级联加热效应上升，并随电流增加而升高，体现了电学输出与热过程的耦合关系。电压升高会抑制辐射复合，导致电流下降，电功率在特定工作点达到局域最优。系统总热流随电压升高而降低，热电效率因电功和热流的非线性关系，在特定电压下取得最优值，实现电能输出与热耗散的平衡。研究表明，局域最优功率在带隙为0.06 eV时取得全局最大值170.45 W，而局域最优效率随带隙增大呈先单调递增而后渐趋饱和的变化趋势。为此，本文引入以局部最优功率与效率的乘积为目标函数Z。分析表明，该函数在带隙为0.105 eV处取得最大值49.74 W，有效协调了功率与转换效率之间的竞争关系，为系统的多目标性能优化提供了新途径。
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III-V族氮化物半导体通常采用金属有机气相外延（MOCVD）方法进行生长，但其复杂的生长动力学及缺陷控制问题仍是制备高质量材料所面临的核心挑战。尤其对于GaN基材料，系统揭示其晶体结构演化规律及外延生长机制，对提升材料质量和器件性能具有重要的科学意义和应用价值。近年来，原位X射线表征技术的快速发展，使研究人员能够实现对外延生长过程的实时监测，深入解析氮化物材料表界面结构的演化过程，从而为材料结构与性能的精准调控提供了可能。借助具有高时空分辨率的同步辐射光源，原位X射线技术已成为研究氮化物生长动力学的重要手段。本文系统回顾了近年来国际上在氮化物半导体原位X射线研究方面的最新进展，重点介绍了原位MOCVD生长系统的构建、原位X射线表征方法的发展与应用，以及外延过程中表界面结构演化的实时观测与动力学分析。最后，结合当前研究热点与挑战，对该领域未来的发展方向进行了展望。
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针对模式复用器难以兼容低损耗、小尺寸、多通道的难题，本文结合数字结构与波导结构，设计、加工、测试了一种超紧凑8通道模式-偏振复用器，以大幅度提升光互连的集成度和传输容量. 数字结构是由新颖的自适应直接二进制搜索(Adaptive direct-binary-search,ADBS)算法优化，用于TE0、TE1、TE2和TE3模式的复用和解复用. ADBS算法通过引入池化算子和变异算子可以自适应地调节局部收敛，在保障器件小尺寸的前提下，大幅降低优化时间成本. 波导结构是由非对称定向耦合器(asymmetrical directional coupler,ADC)设计，用于TM1、TM2、TM3和TM4模式的复用和解复用. ADC结构通过级联策略，在数字结构的基础上，进一步扩展通道数量. 基于现有研究来看，所设计数字-波导结构有效长度约为100 μm，是尺寸最小的8通道复用器. 测试结果显示，在1550 nm处，测量的插入损耗(insertion loss,IL)和串扰(crosstalk,CT)分别小于1. 2dB和-12. 5 dB. 同时，在1540 nm到1560 nm波长范围内，IL和CT分别小于1. 7 dB和-9. 3 dB. 此外，在256 Gbps数据传输实验中，测试所得眼图呈现出清晰且开放的特征，直观地反映出该器件具有优异的数据传输能力.
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本文研究了一类分段光滑不连续一维映象的动力学, 该映象左支是一线性函数, 右支是指数为z的幂率函数. 在$x=0$处存在间断$[\mu,\mu+\delta]$, 其中μ为控制参数. 当周期轨道失稳时, 系统会进入混沌状态. 而不连续性的出现导致了边界碰撞分岔的发生, 可以使稳定的周期轨道转变为混沌状态或者另外一个稳定的周期状态. 在这类转变点的附近, 常常伴随着吸引子共存现象. 此外, 随控制参数减小出现周期递增现象. 得到了求解这类不连续映象在任意参数z和δ下边界碰撞分岔临界控制参数的一般方法, 将其归结为求解无量纲控制参数($\mu/\mu_0$, 其中$\mu_0$为$\delta=0$时的控制参数)的代数方程, 该方程对于简单的有理数或者较小的整数z, 可以解析求解; 对于任意实数z, 可以数值求解. 据此, 我们解析得到了$L^{n-1}R$周期轨道的稳定性和边界碰撞分岔的临界控制参数. 基于稳定性和边界碰撞分岔的解析分析, 获得了双参数$\mu-\delta$平面中系统动力学的相平面, 讨论了系统的动力学行为, 发现了三类余维-2分岔点, 并给出了其坐标通式. 同时, 在相平面中还发现了余维分岔点的融合, 构成一类特殊的三相点, 并解析得到其存在的条件.
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密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）在当代电子结构计算中占据主导地位，然而其计算复杂度随体系规模呈立方增长，制约了其在复杂体系或高精度计算中的应用。近年来，机器学习（Machine Learning，ML）与第一性原理计算的结合，为这一问题提供了新的解决方案。本文对ML加速电子结构计算的方法进行了综述,重点讨论现有研究在加速材料电子结构计算中所取得的重要进展。此外,对未来研究中基于ML技术进一步克服电子结构计算的精度和效率瓶颈、扩展适用范围、实现在大尺度材料体系中计算模拟与实验测量的深度融合做了展望。
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