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镍基超导体的发现, 为高温超导研究开辟了新的方向. 深入探索其物理机制, 不仅有助于揭示高温超导的奥秘, 也将拓展超导材料的潜在应用范围. 镍基超导作为一个新兴的研究领域, 在短短几年内取得了显著的研究进展. 例如, 双层镍氧化物在压力下转变温度超过液氮沸点, 而无限层和双层镍氧化物体系的薄膜样品则实现了常压超导. 从新材料的发现、物理性质的深入研究, 到理论模型的不断提出和完善, 这些进展都为理解高温超导机制提供了新的视角.
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纳米线-基底界面黏附能对微纳器件的性能至关重要. 然而, 现有测量方法普遍存在操作复杂、误差大等问题. 本文提出一种基于光学显微镜微纳操纵技术的交叉堆叠拱形测试法, 实现了大气环境下纳米线-基底界面黏附能的定量测量. 利用该方法, 成功测定了SiC, ZnO和ZnS纳米线与Si基底之间的界面黏附能. 测试结果显示: SiC纳米线/Si基底的界面黏附能测量值((0.154 ± 0.030) J/m2)与范德瓦耳斯力理论预测值(~0.148 J/m2)吻合良好; 而ZnO纳米线/Si基底((0.120 ± 0.034) J/m2)和ZnS纳米线/Si基底((0.192 ± 0.043) J/m2)的测量值, 则显著高于其对应的范德瓦耳斯理论预测值(分别为~0.090 J/m2和~0.122 J/m2). 分析表明, 这种差异源于ZnO和ZnS表面极化产生的附加静电吸附作用. 本文提出的方法操作简便、准确性高、普适性强, 为研究一维纳米结构与基底间的界面黏附行为提供了一种高效可靠的新途径.
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发射源的高度扫频线性是调频连续波激光雷达实现高精确测量的必备条件. 针对目前基于电流调制分布式反馈半导体激光器产生的调频连续波信号存在扫频非线性问题, 本文提出了基于前馈神经网络的扫频非线性预失真方案. 该方案首先通过实验获取分布式反馈半导体激光器在调制电流为锯齿波情形下输出的时频曲线; 将锯齿波调制电流作为输入, 时频曲线作为输出, 基于前馈神经网络获取输入到输出的非线性映射关系; 接下来, 利用反向传播算法生成能补偿分布式反馈半导体激光器输出非线性的预失真调制电流波形. 针对调制电流频率处于1—10 kHz的情形进行实验研究, 结果表明, 采用基于前馈神经网络的扫频非线性矫正方案后, 分布式反馈半导体激光器所产生的调频连续波信号的扫频非线性从之前的10–3量级降低到10–5量级; 残差均方根值从之前的百MHz量级降低到十MHz量级. 本文提出的扫频非线性预失真校正方案有望为高精度的调频连续波激光雷达系统的扫频信号线性化技术提供新思路.
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本文设计了一种特殊的完全条纹水电极介质阻挡放电装置, 通过求解拉普拉斯方程发现其产生了条纹状非均匀电场. 采用该装置在空气和氩气的混合气体放电中, 观测到了多种具有D2h对称性的条纹斑图, 其中4种条纹超点阵斑图为首次获得. 选取其中结构最复杂的大小点蜂窝条纹超点阵斑图进行研究, 该斑图由小点、大点和蜂窝框架三套放电丝子结构嵌套构成. 实验利用光谱仪测量了不同子结构的发射光谱, 发现其处于不同的等离子体状态; 采用高速照相机和光电倍增管对其时空动力学进行测量, 发现放电顺序为小点→大点→蜂窝框架, 其中蜂窝框架由随机放电丝叠加而成. 理论上, 通过求解泊松方程模拟了不同时刻的电场分布, 很好地解释了上述斑图的形成机制.
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里德伯原子具有较大的电偶极矩, 对电磁信号较为敏感, 基于里德伯原子的接收机, 是一种全新的接收体制, 在通信领域展现出广阔的应用前景. 根据香农公式建立了里德伯原子接收机信道容量模型, 分析了原子数密度、激光束腰及耦合光拉比频率对里德伯原子接收机信道容量的影响. 提出了调整耦合光拉比频率以优化信道容量的策略, 推导出使信道容量最大的耦合光拉比频率的解析解. 本研究为高性能里德伯原子接收机的设计与信道容量优化提供了理论指导.
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中子全截面是最基础且重要的核数据之一，不仅是核反应理论研究的重要参数，也是共振参数提取和核数据库评价所必须的关键数据。然而，在低能共振区，由于实验本底复杂、样品自屏蔽效应和仪器展宽影响，不同实验的测量结果存在数据分歧。本工作是首次在中国散裂中子源反角白光中子束线（CSNS Back-n）开展 169Tm 的中子全截面测量。采用翼形锂玻璃探测器对 0.5 mm 和 4.5 mm 厚度样品进行了透射实验，并结合锂玻璃闪烁体与饱和共振吸收技术，定量评估并扣除了束内伽马本底，获得了 1–100 eV 能区的中子透射率和全截面数据，结果与已有实验数据库符合较好。结合任杰等人在 Back-n 获得的中子俘获实验数据，利用 SAMMY 程序对透射率进行了 R 矩阵拟合，提取了该能区的共振参数，初步验证了 I. Knapová 等人观测到的 8.037 eV 处的新共振峰。基于提取的参数，采用 Reich–Moore 近似重构了 169Tm 全截面，结果与 ENDF/B-VIII.1 共振参数重构的截面符合较好，为核数据库提供了新的参考。本文数据集可在（科学数据银行）https://www.doi.org/10.57760/Sciencedb.j00213.00192中访问获取 (审稿阶段请通过私有访问链接查看本文数据集https://www.scidb.cn/s/MrUVry) 。
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超重原子核的合成是当前核物理领域的前沿问题。反应体系的选取和最佳入射能量的确定 对超重核的实验合成至关重要。利用稳定弹核能够合成的超重核非常有限，而放射性弹核熔合 蒸发反应有望成为合成超重核的新途径，有必要对这类反应进行全面、深入的探索。本工作基 于双核模型，开展放射性弹核熔合蒸发反应系统研究。根据合成 Z = 104–122 超重元素同位 素的 4969 个反应体系的计算结果，建立了超重核合成截面数据集。数据集包含这些反应体系 2 到 5 中子蒸发道合成的超重核素、最佳入射能和最大蒸发剩余截面。这一数据集可为实验合 成超重新核素乃至超重新元素提供关键支撑，具有较大应用价值。本工作深入探讨了计算结果 中蕴含的系统性规律。结果表明，众多反应体系的合成截面差异甚大，复合体系的内熔合位垒 和复合核的裂变位垒，是影响反应体系截面的重要因素。本文数据集可通过访问科学数据银行 http://www.doi.org/10.57760/sciencedb.27854 获取(审稿阶段请通过私有访问链接查看本文数据 集 https://www.scidb.cn/s/bimY7j)。
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可变比冲磁等离子体发动机具有大推力、高比冲、长寿命、可变比冲、和高效率等技术优势，是未来深空探测、载人航天所必须的先进动力装置。可变比冲磁等离子体发动机内螺旋波等离子体源与离子回旋共振单元相互串联，探究发动机内电离过程对离子加热过程的影响规律对发动机性能测试与优化具有重要意义。本文建立了串联螺旋波等离子体源与离子回旋共振单元的多组分流体模型，并在不同螺旋波等离子体源输入电流与气压条件下进行了数值模拟，探究了螺旋波等离子体源工作状态对离子回旋共振单元离子能量密度的影响规律。研究结果表明：螺旋波等离子体源放电模式随输入电流与背景气压增大逐渐转变，计算区域内等离子体密度与离子回旋共振单元内的离子能量密度出现跳变现象；在本文模型及输入条件下，螺旋波等离子体源中的工质电离过程与离子回旋共振单元的离子加热过程是解耦的，螺旋波等离子体源的工作模式并不影响单个离子通过离子回旋共振单元所获得的能量增益，发动机进而可以实现多模态工作。
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超导量子处理器芯片的制造工艺面临特殊的金属污染挑战，其材料体系和工艺特性与传统半导体芯片存在显著差异。本研究系统分析了量子芯片中金属污染的来源、扩散机制及防控策略，重点探讨了超导材料（如Ta、Nb、Al、TiN等）在蓝宝石和硅衬底上的体扩散与表面迁移行为。研究发现，蓝宝石衬底因其致密晶格结构表现出优异的抗扩散性能，而硅衬底需重点关注Au、In、Sn等易迁移金属的污染风险。通过实验验证，Ti/Au结构的凸点下金属化层在硅衬底上易发生Au穿透扩散，且增加Ti层厚度无法显著改善阻挡效果。量子芯片的低温工艺（<250 °C）和超低温工作环境（mK级）有效抑制了金属扩散，但暴露的金属表面和材料多样性仍带来独特挑战。研究建议建立量子芯片专属的金属污染防控体系，并提出了后续在新型材料评估、表面态调控及长期可靠性研究等方向的发展路径。本文为超导量子芯片的工艺优化和性能提升提供了重要理论支撑和技术指导。
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硅光电倍增管(SiPM)在微弱光探测领域已获得广泛应用. 然而基于小尺寸G-APD单元的SiPM存在有效GFF受限问题, 使其光子探测效率(PDE)相对较低. 此外, 受硅材料本征特性制约, 其在近红外波段的PDE亦相对不足. 针对上述问题, 本文提出一种基于拓扑光子晶体(TPC)的分区域光场调控方案, 旨在不改变SiPM内部结构的前提下提升其PDE. 通过COMSOL电磁波频域仿真, 揭示了死区拓扑边缘态引导、光敏区慢光效应及布拉格散射的多波段协同机制: 在460—700 nm波段, 死区蜂窝晶格通过Floquet周期性分析诱导拓扑边缘态, 同时利用晶格周期性介电分布激发布拉格散射, 减少光子在金属表面的反射损耗, 将光子精准耦合至光敏区, 其在621 nm处的有效GFF从46.4%提升至63.1%; 在700—1100 nm波段, 蜂窝晶格周期性介电分布进一步激发布拉格共振, 减少金属表面反射损耗, 同时多重散射机制显著延长光子在死区的传播路径, 提升与光敏区耦合概率; 设计的光敏区周期性硅柱结构通过慢光效应有效延长了光子横向传播路径, 同时布拉格散射减少反射损耗, 其在900 nm处的吸收效率由41.19%显著提升至51.37%. 仿真结果表明, 该设计方案使SiPM在460—1100 nm波段PDE平均提升50%(峰值达81%), 可以通过主流的刻蚀工艺(电子束光刻+反应离子刻蚀)实现. 与传统微透镜及等离激元结构相比, TPC在宽光谱响应与工艺简化方面具有显著优势. 本研究为SiPM的光子回收与PDE增强提供了拓扑光子学新路径.
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复杂网络是刻画和分析复杂系统强有力的工具, 广泛应用于交通运输、港口管理、物理学、管理学、社会学、技术和生物等领域. 在过去的二十多年, 网络科学取得了蓬勃发展, 从只考虑两个个体之间的相互作用的网络发展为刻画包含两个以上节点交互作用的超网络. 本文首先介绍超网络中集团等概念; 其次, 提出团随机驱动的超网络演化模型, 利用泊松过程理论获得节点度的累积分布解析表达式, 发现这个网络节点度分布是幂律的, 幂律指数与团驱动元数有关; 最后, 通过计算机仿真和实际数据实证验证理论分析. 结果表明, 团随机驱动的超网络演化模型连接机制简单, 但节点度分布表现出幂律现象; 反映出在高阶结构网络中, 增长和随机连接也涌现出标度律.
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近年来, 无限层镍氧化物薄膜作为首个实现超导电性的镍氧化物体系, 引起研究者广泛关注. 该材料通过将钙钛矿结构前驱体去除顶角氧获得. 传统的CaH2封管还原法虽简单有效, 但属于非原位手段且容易造成表面非晶化, 不适用于表面敏感实验的研究. 为了解决该问题, 本文在超高真空腔体中建立了3种不同的原位原子氢还原方式(科研用射频等离子体裂解源、工业用射频等离子体裂解源和热裂解源), 系统探索各自的最优还原条件, 并比较不同还原方式对薄膜表面形貌和超导转变温度等性质的影响. 多种原位还原方式的优化和对比对于进一步提升无限层镍氧化物的表面质量及超导性能至关重要. 结果表明, 3种原位手段在降低薄膜表面粗糙度方面相比于CaH2还原表现出优势, 工业用射频等离子体裂解源和热裂解源可实现优于CaH2的超导性能. 研究还系统介绍了各还原方式的参数优化结果, 为实现高质量无限层镍氧化物薄膜的可控还原提供了重要参考.
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液滴及液膜冻结广泛存在于自然界与工程应用中, 近年多组分液滴体系已揭示界面流动与溶质再分布的普遍机制. 然而, 液滴界面曲率与视场限制使对单个分离冰片的连续显微原位观测受限. 鉴于液滴与液膜在冻结过程中的界面传热与溶质传输机理具有相似性, 本文采用平坦多组分液膜体系, 观察在冷表面上对异丙醇-水二元液膜在不同过冷度下的冻结过程, 开展对单个分离冰片的显微原位研究. 实验发现冰片外形随过冷度由六棱锥逐渐转变为十二棱锥和圆锥形, 并伴随透明度下降. 建立了考虑溶质扩散、热扩散与马兰戈尼效应的物理模型, 揭示了冰片形貌变化的主导机制. 结果表明, 冰片结构演化受溶质浓度梯度主导, 流动与扩散的竞争控制其各向异性生长特征. 本文为多组分液膜冻结过程中的界面动力学提供了新见解.
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二维铁电半导体α-In2Se3在新型电子器件中具有重要应用前景. 然而采用化学气相沉积法(CVD), 该材料通常需要高于650 ℃的高温. 本研究提出一种低温合成策略, 通过引入KCl/LiCl/NH4Cl三元催化剂体系, 在400—460 ℃(优化条件440 ℃)制备α-In2Se3薄膜, 该工艺较传统方法降低温度200 ℃以上. 扫描电子显微镜(SEM)表征显示材料形貌可通过温度与气体流速协同调控, 从六边形薄片转变为连续均匀薄膜; 能量色散谱仪(EDS)分析表明元素比例接近理想化学计量比(In∶Se = 36.38∶63.62); 拉曼光谱(特征峰103/180/195 cm–1) 与X射线光电子能谱(XPS) (In∶Se = 1.92∶3.00) 共同证实材料为纯α相、化学计量比接近理想值. 基于此材料构建的阻变器件表现出模拟阻变的特性, 模拟了生物突触的长时程增强/抑制行为. 在人工神经网络仿真中, 对MNIST数据集的图像识别准确率均在90%以上. 该低温合成工艺突破高温限制, 为α-In2Se3在硅基神经形态计算芯片中的规模化集成提供可行路径.
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