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随着低空经济的快速发展，无人机、电动垂直起降飞行器(eVTOL)等低空飞行器的辐射环境安全问题日益凸显。传统研究多聚焦于中子、质子等粒子的影响，而对µ子诱发的单粒子效应(SEE)风险，尤其是在极端太阳事件下的影响，尚缺乏系统评估。本研究首次采用本地化大气模型，利用CORSIKA蒙特卡洛程序模拟了不同城市上空的大气簇射过程，并结合其他先进半导体器件的电子学模拟工作，量化评估了我国不同地区低空飞行器在静态宇宙射线背景及地面增强事件（GLE）下的µ子SEE风险。结果表明，在静态情况下，采用先进制程（≤ 45nm）体硅(Bulk)工艺芯片的飞控系统（1 MB内存）在我国所有城市均面临不可忽视的µ子SEE风险；相比之下，采用全耗尽硅绝缘体（FD-SOI）晶体管的系统则能有效规避该风险。而对于内存较大的系统（1GB），无论选用何种工艺，都必须采用冗余等加固措施。针对地面增强事件(GLE)，本研究创新性地提出了µ子危害等级概念以评估区域风险差异，结果显示，GLE期间，中低纬度地区的µ子SEE风险加剧可忽略，但高纬度地区风险显著增加。
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非厄米物理是近年来快速发展的重要前沿研究领域,揭示了诸多新奇物理现象与功能应用.然而,当前非厄米物理的研究多集中于经典系统,非厄米特性对量子效应的影响作为亟待探索的关键科学问题,已发展为非厄米物理与量子物理交叉领域的新兴研究方向.无耗散二次型玻色系统中的压缩作用,既能使系统动力学演化呈现等效非厄米特性,又能诱导系统产生量子关联效应.因此,该系统不仅为实现量子体系中多样化的非厄米动力学提供了天然载体,更为深入探究非厄米动力学与量子关联等效应的内在联系、实现基于非厄米特性的量子调控提供了重要平台.本综述将介绍二次型玻色系统中实现非厄米动力学的物理原理,回顾非厄米动力学诱导的典型物理效应,并总结基于非厄米动力学调控系统量子关联的近期研究进展.
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双态转换材料可在两稳定状态间可逆切换，是下一代信息存储、光电器件与量子调控的核心载体。高压因其通用性与可控性，可用于调控晶体结构、晶体场与电子结构，是实现多种物理性质双态转换的有效外场手段。本文综述了利用高压技术实现材料光、电等双态转换现象的研究进展，包括压致倍频转换、发光/变色转换、绝缘体-金属相变，半导体载流子类型的n-p转换和自旋交叉的调控，并重点讨论其中的构效关系研究以及原位表征方法。此外，部分体系还可在更复杂能量势面上表现出多态转换特征，可视作双态调控的延伸，为实现多进制信息编码与高密度数据存储提供新的可能。最后针对该领域目前在低压化与器件化和相变的可逆性等方向面临的困难，提出发展金刚石对顶砧集成微纳电极、光纤耦合及片上高压腔、降低转换压力到实用范围等潜在方向，以推动双态材料在超低功耗存储与可重构光电器件中的工程化应用。
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原子核质量是反映核结构与稳定性的重要物理量，在核结构研究与天体核物理过程中均具有关键作用。目前，基于神经网络的研究多集中于结合能或中子、质子分离能的单一预测，较少关注结合能与分离能之间的物理约束关系。本研究基于相对论平均场点耦合模型PCF-PK1，结合神经网络对原子核结合能以及单、双中子和单、双质子分离能进行了系统预测。在训练过程中引入分离能约束，以保持结合能与分离能之间的物理自洽性。结果表明，神经网络能够显著提升结合能的整体预测精度。其中，在特定损失函数权重组合下，结合能的预测均方根偏差可达到0.140 MeV。进一步分析发现，在保持物理自洽性的前提下，引入分离能约束能够同时对结合能和分离能的预测结果实现小幅优化。支撑本研究成果的数据集可在科学数据银行https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00239中访问获取.（为便于审稿，我们同时提供了审稿期间可访问的私有链接： https://www.scidb.cn/s/bqyemq。）
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力致发光（ Mechanoluminescence,简记为ML）是一种在机械刺激下可直接发光的现象。因其具备高空间选择性、快速响应及多模式发光协同等特性，在结构健康监测、智能传感与光学防伪等领域展现出巨大的应用潜力。然而，该领域仍面临机理尚不明确、性能优异的可应用材料数量有限，以及测试标准尚未建立等挑战。近年来，高压科学技术（尤其是动态加载技术）的持续突破与创新，为ML研究提供了新的探索途径。在GPa级高压条件下，通过调控ML材料的原子间距、电子轨道和晶体结构，不仅实现了对其发光强度与颜色的高效调控，还成功捕获到从微秒到秒量级的发光动力学演化过程，为揭示ML微观机制提供了关键实验数据支撑。本文概述了高压技术在ML材料性能优化与机理研究方面的应用进展，总结了其在提高发射强度、调控发光光谱、揭示动态过程等方面的成果，并对未来高压力致发光研究的发展方向与挑战进行展望。
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忆阻器作为新一代非易失性存储存储器，可应用于神经形态计算等新型计算范式。TiO2材料因其高介电常数与热稳定性被广泛应用于忆阻器的功能层，然而TiO2基忆阻器仍存在稳定性较差及模拟性能欠优等瓶颈。本文引入非晶态的二维材料MoS2（（a-MoS2）与非晶态TiO2（（a-TiO2）构建了异质结结构，获得了超200次循环、高数据保持时间（>104 s）的模拟忆阻器。此外，W/a-MoS2/a-TiO2/Pt器件可通过控制扫描电压实现多级电导调制功能，通过导电机制拟合分析构建了一种基于局部纳米点诱导的导电细丝形成及断裂的物理开关模型，分析了器件实现多级电导调制的物理机制。最后，本文在W/a-MoS2/a-TiO2/Pt器件上实现了LTP、LTD功能。本文设计构建了W/a-MoS2/a-TiO2/Pt异质结结构，为过渡金属氧化物基忆阻器性能改进与应用提供了有效方案。
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银是考古领域十分常见的材料，其中子全截面在基于中子共振透射分析（Neutron Resonance Transmission Analysis，NRTA）的科技考古场景中具有重要应用。本工作基于中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source，CSNS）反角白光中子实验装置（Back-n），利用基于235U的快裂变电离室，测量了天然银样品在10-100 eV范围内共振能区的中子全截面数据，并结合R矩阵理论对天然银样品的中子透射率进行了拟合，得到了相应的共振参数。本工作为CSNS Backn上开展的NRTA方法学研究提供了新的数据支撑，同时丰富了天然银的中子全截面实验测量数据。本文数据集可在https://www.scidb.cn/s/mu2Mjq中访问获取。
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高性能表面电极离子阱是构建可扩展离子阱量子计算机的关键平台. 在室温下实现多离子相干操控, 是迈向量子纠错与大规模集成的关键步骤. 本文报道了在自主研制的室温表面电极离子阱中, 单离子与多离子相干操控的研究进展. 该芯片阱在轴向与横向分别实现了低至0.074(8) quanta/ms(@833 kHz)与0.237(51) quanta/ms(@1.3 MHz)的加热率. 结合电磁诱导透明(EIT)冷却与边带冷却, 单离子被冷却至平均声子数0.04(2)以下. 在此基础上, 我们利用载波与边带跃迁对多达20个离子进行了全局相干操控, 观测到由集体振动模式介导的离子间耦合, 并清晰地展示了不同位置离子因高阶振动模式向量差异而呈现出的特异相干演化行为. 本工作充分验证了在微型表面电极离子阱的单势阱中囚禁与相干操控链状和二维多离子的能力, 为在芯片电极离子阱中实现高效的多离子纠缠态制备和量子模拟奠定了物理基础.
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利用分数阶涡旋光束(fractional vortex beams, FVBs)作为信息载体可显著提高通信系统容量, 但由于相邻分数阶轨道角动量(fractional orbital angular momentum, FOAM)模态之间的间隔差异较小, 使得FVBs极易受到大气湍流影响, 因此精确地测量失真的FOAM模态对实际基于FVBs的通信系统而言至关重要. 本文提出了一种基于卷积神经网络-Transformer混合架构的双通道深度学习模型, 通过学习并融合FVBs光强分布与其衍射图样的互补特征信息, 实现对大气湍流环境下FOAM模态的有效识别. 结果表明, 在1000 m传输距离之内, 本文构建模型在弱、中湍流强度下识别101个FOAM模态的准确率可达100%, 强湍流时也能达到98.12%, 并且在未知湍流强度下也表现出良好的泛化能力, 为准确识别FOAM模态提供了一种新方法.
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近年来, 机器学习在材料科学中的应用显著加快了新材料的发现, 特别是在结合第一性原理计算等传统方法后, 能够高效筛选已有数据库中的潜在高性能材料. 然而, 此类方法大多局限于已有化学空间, 难以实现对全新材料结构的主动设计. 为突破这一瓶颈, 基于生成模型的材料逆向设计方法逐渐兴起, 成为探索未知结构与性质空间的重要手段. 尽管当前生成模型在晶体结构生成方面取得了初步进展, 但如何实现目标性质导向的材料生成仍面临显著挑战. 本文首先介绍了近年来在材料生成领域中具有代表性的生成模型, 包括CDVAE, MatGAN以及MatterGen, 分析其在结构生成上的基本能力与局限. 随后重点探讨如何将目标性质有效引入生成模型, 实现性质导向的结构生成, 具体包括基于目标性质向量的Con-CDVAE、融合结构约束与引导机制的SCIGEN、通过适配器实现性质调控的微调版MatterGen以及结合隐空间搜索优化的CDVAE隐变量优化策略. 最后总结当前性质导向生成机制面临的挑战, 并展望其未来的发展方向. 本文旨在为研究者深入理解和拓展性质驱动的材料生成方法提供系统性参考和启发.
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钯(Pd)合金较低的摩擦系数和较好的力学性能使得其在用于长时间稳定工作的高精度仪器仪表中具备潜在优势, 但是因为高昂的原料和实验成本导致基础数据缺乏, 无法进行高性能Pd合金的设计. 因此, 本研究利用第一性原理计算了Pd的晶格常数和弹性模量, 并建立Pd与Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni等33种合金元素形成的稀固溶体模型, 计算了混合焓、弹性常数和弹性模量. 研究结果表明, 除Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Os和Ir外, 其他合金元素都可以固溶到Pd中, 元素周期表两侧的合金元素能提高Pd固溶体的延展性, 其中La, Ag和Zn的作用最明显. 通过差分电荷密度分析, Ag掺杂后形成的电子云呈球形分布, 造成延展性提高, Hf掺杂后周围的离域程度最大, 表明Hf与Pd的键合存在较强的离子性, 导致Pd31Hf硬度较高. 本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00186 中访问获取.
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氢能是最具发展前景的清洁可再生能源之一, 绿色制氢技术备受关注. 电解水制氢因反应过程环保、产物纯度高且操作简便, 被视为实现规模化绿氢生产的重要途径. 然而, 电解水催化剂普遍存在成本高昂、合成工艺复杂等问题, 严重制约了该技术在新能源领域的产业化应用. 低温等离子体技术凭借其低温高效、高反应活性及独特的电磁场效应, 在功能材料表面改性领域展现出显著优势. 本文系统综述了低温等离子体技术在电解水催化材料制备与改性中的应用, 重点探讨等离子体改性的作用机制, 对电催化反应效率的提升效果. 首先阐述了典型非平衡低温等离子体的物理特性与作用原理; 继而分类评述了近年来该技术在催化材料改性中的研究进展, 包括表面微结构调控、表面物性调控及界面优化等策略; 最后, 基于当前改性机理与应用研究的局限性, 对低温等离子体技术在催化剂设计中的未来发展方向提出了展望.
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原子分子中的光电离时间延迟是阿秒物理学中的基本现象, 它编码了原子分子中的电子结构和动力学信息. 本文主要研究了一氧化碳(CO)分子最高占据轨道$ 5\sigma \to k\sigma$通道光电离时间延迟的核间距依赖性. 采用基于李普曼-施温格方程的量子散射理论, 计算了不同核间距下的微分光电离截面和时间延迟. 结果表明, 在截面峰值和极小值能量附近, 光电离时间延迟出现明显极值, 且随核间距显著变化. 分波分析表明, $ l=3$分波的形状共振是光电离截面与时间延迟出现峰值的原因, 其有效势场的核间距依赖性决定了光电离时间延迟的峰值能量位置和大小的变化. 在截面极小值附近, 利用双中心干涉模型解释了沿O端和C端出射时的光电离时间延迟分别出现正、负峰值的现象, 并阐明了其随核间距变化的物理机制. 本文的工作揭示了CO分子光电离时间延迟的核间距依赖规律, 有助于推动光电离时间延迟在分子结构及电子动力学探测中的应用.
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拓扑材料近年来得到了飞速的发展，利用铁磁材料对其进行磁近邻作为通向拓扑量子计算道路中的重要一环，持续吸引着凝聚态物理学界的关注. 本实验利用电子束蒸镀的手段在二维拓扑绝缘体InAs/GaInSb双量子阱表面生长铁磁绝缘体硫化铕（EuS），形成铁磁绝缘体/二维拓扑绝缘体（EuS/InAs/GaInSb）异质结构并制作霍尔器件，在低温下进行了系统的输运测量. 实验中发现，随着InAs中电子波函数的空间分布趋近EuS，EuS对其的磁近邻效应逐渐增强. 表现为霍尔器件在垂直磁场下的奇宇称磁阻的斜率逐渐增大，零场附近的正磁阻会向负磁阻转变，同时，平行磁场下的负磁阻效应亦会随之变强．结合电阻-温度曲线在低温段（低于20K）符合近藤效应的电阻上升行为，本文分析并得出InAs中电子气在磁场下的负磁阻可以解释为由近藤效应而引起的结论. 综合实验数据和分析，本工作给出了InAs/GaInSb中电子被EuS磁近邻的输运证据．
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本文利用时域太赫兹光谱技术研究了a-cut YbFeO3单晶在温度(1.6-300 K)与磁场(0-7 T)调控下的自旋重取向(spin-reorientation transition，SRT)行为与稀土离子的电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance，EPR)跃迁。实验观察到在约7 K附近发生温度诱导的SRT，表现为磁共振模式的突变。在20 K下，沿a轴施加磁场时，样品经历由Γ4相向Γ2相的不完全相变，在Γ24中间相中同时激发准反铁磁模(quasi-AntiFerroMagnetic，q-AFM)与准铁磁模(quasi-FerroMagnetic，q-FM)，并在低频区(<0.8 THz)识别出Yb3+的Zeeman子能级间的EPR跃迁。基于自旋动力学模型与晶体场理论，所有观测模式均获得和实验一致的定量拟合。该模型揭示了Fe3+宏观磁化强度在磁场中的连续转动行为，阐明了SRT的微观机制，SRT过程源于外磁场与Fe3+-Yb3+各向异性交换相互作用之间的竞争与协同，它们共同调制了系统的内部有效场，决定了中间相的稳定性和SRT行为。本研究证实了温度与磁场对YbFeO3自旋构型的有效调控，深化了对Fe3+-Yb3+交换作用机制的理解，为稀土正铁氧体太赫兹磁光器件的开发提供了重要依据。
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