优先出版
为提高时效性，文章一经录用即全文上网，内容未经编辑或有瑕疵，请以最终出版的版本为准。
摘要 +
光量子存储器在量子计算、量子传感、量子通信等领域有非常重要的地位。冷原子系统因其优异的量子相干特性、可控性和极佳的弱光场处理能力，成为实现高质量光量子态存储的重要平台之一。其中雪茄型结构的冷原子系综由于其光学深度可达 100 以上而具备高效的存储性能。然而外界不均匀的剩余磁场，使其存储寿命在实用过程中受到了极大地限制。本文研究了由囚禁线圈关断残余及环境涡旋电流产生的非均匀磁场引发的原子自旋退相干问题。理论和实验表明，直流磁场能提供量子化轴而且可抑制非均匀磁场的影响，并调控自旋退相干与重相干周期。进一步地，本文演示了在磁子能级的光学泵浦过程中泵浦光功率可有效控制原子布居占比，从而精准控制退相干和重相干发生的强度。基于以上磁场调控结果，本文提出了一种双时间点的光子纠缠态的产生、存储和测量方案。基于冷原子系综制备的光子对是窄线宽的，其在时间点上编码的光子纠缠态在长距离传输中更稳定。利用外加磁场的方式调控原子自旋波退相干重相干的周期时间，可以选择性地将双时间点的原子自旋波转化为对应时间的读光子，从而构建正交的时间点测量基矢。
摘要 +
作为新一代的纤锌矿铁电材料, Al1–xScxN具有高的剩余极化强度、理想的矩形电滞回线、与CMOS后道工艺兼容、稳定的铁电相等优点. 作为近几年铁电领域的热点材料, 国内外科研人员进行了深入研究. 本文对Al1–xScxN铁电薄膜的研究进展进行了全面的综述. 在Al1–xScxN铁电性的影响因素方面, 讨论了Sc含量、衬底类型、沉积条件、薄膜厚度、测试频率及温度等因素对薄膜的作用. 在极化翻转机制方面, 详细阐述Al1–xScxN电畴特性、翻转动力学、形核位置等微观物理机制. 在应用前景上, Al1–xScxN薄膜在铁电随机存储器、铁电场效应管和铁电隧道结等铁电存储器中表现出巨大潜力, 为新一代高密度、低功耗铁电存储器及纳米电子器件的发展提供有力支持.
摘要 +
本文基于磁热效应的绿色磁制冷技术, 并以Ni-Mn-Ga Heusler合金为对象, 系统地探索其作为磁制冷工质的潜力. 为阐明富Mn成分对合金磁性与磁热性能的调控机制, 采用第一性原理计算与蒙特卡罗模拟相结合的多尺度方法, 重点分析Mn原子分别占据Ni与Ga位时, 对合金微观结构、原子磁矩、交换作用及宏观磁热行为的影响. 结果表明, Mn占位方式对磁性能具有关键调控作用: Mn占据Ni位会降低总磁矩与居里温度, 并减小磁熵变; 而Mn占据Ga位则显著提升总磁矩与磁熵变, 其中Ni8Mn7Ga1合金在2 T磁场下的最大磁熵变高达2.32 J·kg–1·K–1, 远高于化学计量比Ni8Mn4Ga4合金. 态密度与交换作用分析进一步表明, Mn含量变化可调控其在费米能级附近的电子结构, 优化轨道杂化与铁磁交换作用, 影响磁相变行为. 临界指数分析显示合金中磁相互作用具有长程特性, 并随成分变化趋近于平均场行为. 本工作从微观层面建立了“成分-结构-磁性-磁热性能”之间的构效关系, 为设计高性能、低滞后磁制冷材料提供了理论依据.
摘要 +
晶格模式是周期性结构的固有特性, 通过改变阵列结构的周期可以对其进行有效调控. 本文提出了一种基于金纳米条与以VO2为衬底的金S型开口环的杂化太赫兹超表面结构, 该结构能够同时激发宽带的局域表面等离子体共振(明模式)和受晶格模式影响的窄带表面晶格共振(暗模式). 通过干涉相消效应, 在阵列结构单元中实现了明-明模式与明-暗模式的双诱导透明现象, 两个透明窗口的透射率分别达到66.03%和59.4%. 进一步研究表明, 通过调节阵列结构周期, 不仅可以有效调控透明窗口的形成, 还可以利用VO2电导率的动态变化, 实现透明窗 “ON/OFF” 的动态开关特性. 值得注意的是, 在受晶格模式影响的高频透明窗频点处, 观测到了8.1 ps的群延时. 此外, 周期调节还能显著优化共振性能, 可使低频点杂化共振的品质因子实现一个数量级的提升. 该研究为慢光器件、超灵敏传感器以及多频带窄带滤波器的设计提供了新的思路.
摘要 +
基于量子存储辅助的测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议原理上能有效提升量子密钥分发系统的传输距离和密钥率, 但现有三强度诱骗态方案受有限长效应影响严重, 仍存在密钥率低、安全传输距离受限等问题. 针对以上问题, 本文提出了一种基于双参数扫描的量子存储辅助MDI-QKD协议, 一方面, 通过使用四强度诱骗态方法降低有限长效应的影响; 另一方面, 结合集体约束模型与双参数扫描算法来优化有限样本下的单光子计数率和相位误码率的估算精度, 从而有效提升系统的整体性能. 同时, 本文开展了相关数值仿真计算, 仿真结果显示, 本方案与现有其他同类MDI-QKD方案, 比如基于存储辅助的三强度诱骗态方案以及不使用存储的四强度诱骗态方案相比, 在相同的实验条件下, 分别提升了超过30 km和100 km的安全传输距离. 因此, 本文工作将为未来发展远距离量子通信网络提供重要的参考价值.
摘要 +
La3Ni2O7在高压条件下表现出近80 K的超导电性, 是继铜氧化物高温超导体之后第二类超导转变温度进入液氮温区的层状非常规超导体, 其发现引起了国际上的广泛关注. 利用最近发展的金刚石对顶砧(DAC)准静水压技术, 本课题组在La3Ni2O7高压电输运测量方面的取得了一些重要进展, 率先发现了其高温超导零电阻现象, 并揭示了超导与奇异金属态之间的内在联系. 本文简单概述我们在该方面取得的一些研究进展, 包括DAC准静水压技术的发展、La3Ni2O7超导零电阻的发现过程、超导转变温度Tc与线性电阻系数之间的联系、以及修正后的压力–温度相图等. 结合后续发现的其他类型的镍基高温超导材料的压力-温度相图, 本文还系统分析了镍基高温超导与密度波转变和结构相变之间的可能联系, 为后续镍基高温超导的研究提供借鉴.
摘要 +
低温感应耦合射频等离子体作为半导体制造中的关键等离子体源, 其中性气体温度通过调控化学反应动力学、活性自由基分布以及等离子体-表面相互作用, 对高质量芯片制造工艺具有重要影响. 本文通过光谱法、布拉格光栅和光纤传感测温等3种测温手段, 系统研究了氮气以及氮氩混合等离子体在不同射频功率、气体压力和气体组分条件下的中性气体温度(Tg)的变化规律. 另外, 还结合Langmuir探针测量的电子密度、电子温度、电子能量概率函数以及整体模型模拟, 分析了中性气体加热的物理机制. 结果表明, 当射频功率增大时, 耦合到等离子体的能量增大, 电离反应增强, 电子-中性粒子之间的碰撞过程和能量传递增大, 使Tg呈单调递增趋势. 而当气压升高初期, 电子密度和背景气体密度增大共同提升了加热效率, Tg快速上升, 但在气压超过3 Pa后, 电子平均自由程缩短, 电子密度下降, 而背景气体密度持续增大, 因而导致Tg 增大变缓. 在氮/氩混合体系放电中, 氩气比例增大显著提高了Tg的上升速率, 这是由于随着氩气比例增大, 高能电子比例和电子密度上升, 增强了电离和中性气体加热, 同时氩亚稳态原子通过 Penning过程提高了氮激发态粒子密度, 并促使氮分子向高能级激发, 进一步加热气体. 此外, 研究发现纯氮等离子体的径向温度分布在轴向高度增大时呈现由抛物线形向马鞍形的转变, 这是因为离线圈越近, 受到电磁场的影响电子碰撞激发反应越强. 研究还发现了径向边缘处的Tg随气压的升高几乎不发生变化, 这是由于当气压不断升高时, 线圈下方的电子很难运动到径向边缘处与中性粒子发生碰撞, 从而限制了边缘中性粒子的加热.
摘要 +
磁共振无线电能传输(wireless power transfer, WPT)技术是近年来近场调控的研究重点之一, 其在移动电话、植入式医疗设备以及电动汽车等诸多方面都具有重要的应用价值. 对于复杂传能通道需求(例如机械臂等), 通常需要引入中继线圈构造多米诺耦合阵列. 然而, 传统的多米诺耦合阵列存在明显的局限性: 近场耦合导致的多重频率劈裂, 使得系统无法保持固定的工作频率; 耦合阵列易受到构造误差及参数扰动影响; 目前研究多数集中在单负载传输, 多负载传输系统仍然亟待开发; 能量传输方向难以灵活控制. 近年来, 光子人工微结构为拓扑物理提供了良好的研究平台, 使得拓扑特性得到了广泛的研究. 拓扑结构的最显著特征是具有非零的拓扑不变量以及由体边对应确定的鲁棒性边界态, 这一天然特性能够免疫制造缺陷和无序扰动. 不仅如此, 通过调整拓扑态的波函数分布能够使能量精准局域, 从而实现定向的WPT. 因此, 将拓扑模式用于耦合阵列WPT具有重要的科学意义. 本文主要阐明了基于宇称-时间(parity-time, PT)对称的通用型双线圈和三线圈WPT的基本原理, 并且介绍了不同拓扑构型下的多米诺线圈阵列能够实现鲁棒的WPT, 包括一维周期性模型(SSH链组成的有效二阶PT对称和有效三阶PT对称系统)、一维非周期性模型(拓扑缺陷态、类SSH链、准周期Harper链)以及高阶拓扑模型, 最后对拓扑模式在WPT的应用方向进行了展望.
摘要 +
本文成功研制了一种基于稀土掺杂铯铅氯(CsPbCl3)无机闪烁晶体的新型高性能探测器。该晶体具备亚纳秒量级的荧光上升时间、纳秒级衰减时间及及通过掺杂优化的高荧光产额。通过将其与具有亚纳秒级渡越时间的微通道板光电倍增管（MCP-PMT）及自研的2.5 吉赫兹(GHz)高速采集系统集成，构建了一套完整的超快探测系统。基于光学分频的等效GHz激光脉冲测试表明，该系统能够清晰分辨平均峰值间隔仅0.79 ns的连续荧光脉冲，成功实现了1.26 GHz量级的高重频探测能力，在高速辐射探测领域展现出显著优势。在上海光源软X射线自由电子激光（SXFEL）装置中的实地应用表明，其X射线脉冲响应宽度窄至4 ns以下，远优于LYSO对比晶体，为超快时间分辨探测提供了可靠的技术方案。
摘要 +
晶界特征及受载行为是影响多晶陶瓷强度与塑性的关键因素。本文基于第一性原理计算研究了(HfNbTaTiZr)C高熵碳化物陶瓷（High-entropy carbide ceramic，HECC）及其组分二元过渡金属碳化物（Transition metal carbides, TMCs）中Σ5 {310}[001]晶界的稳定性及其在外载下的力学响应。结果显示：各体系均存在Open与Compact型两类晶界，Open型晶界能较低，结构更稳定。剪切变形下，除IVB族TMCs的Open型晶界因形成C–C键而发生TM–C键断裂失效外，其余体系均表现为晶界迁移。HECC中Open型晶界的首次迁移应力高于TMCs，体现出多主元晶界的强化作用。拉伸作用下，含Compact型晶界的TMCs主要以石墨化方式失效，而HECC同时出现石墨化与沿晶断裂。对于Open型晶界，IVB族TMCs因晶界过剩体积增大而屈服，VB族TMCs则发生沿晶断裂，两类机制在HECC中均可观察到。值得注意的是，含Compact型晶界HECC的屈服强度接近TMCs的峰值，应力水平突破了理想状态下“短板效应”的限制。本研究揭示了晶界结构与多主元效应在力学响应中的协同作用，研究结果可为HECC的晶界调控与力学性能优化提供理论依据。
摘要 +
近年来，随着阿秒脉冲与偏振整形技术的发展，原子和分子光电离产生的光电子动量分布中具有阿基米德螺旋特征涡旋结构引起了人们的广泛关注。本文综述了阿秒光电离中电子涡旋的产生机制、超快动力学行为及其应用前景。理论研究表明，电子涡旋源于不同磁量子数光电子波包之间的量子干涉，其旋臂数目与空间分布对激光脉冲的偏振、时间延迟、啁啾特性以及靶体系的轨道对称性高度敏感。实验上，通过结合偏振整形脉冲与高分辨率光电子成像技术，已成功观测并验证了多种涡旋结构。电子涡旋不仅在干涉测量、载波包络相位提取、电子位移与时间延迟测定等方面展现出重要应用价值，还可为分子轨道成像与量子态操控提供新途径。本文还展望了电子涡旋在强场电离、分子解离等领域的潜在研究方向与应用前景。
摘要 +
金刚石氮空位色心凭借室温毫秒级自旋相干、原子级空间尺寸、非侵入无破坏性、化学结构稳定、生物无毒与多物理场耦合强度可调等特性，迅速成长为横跨凝聚态物理、新兴量子技术、纳米科技和生命科学的最具活力的多功能固态量子平台。其电子自旋可被激光高效极化，也能通过微波共振实现量子态操控，已实现了磁场、电场、温度、应力、自旋等物理场的高灵敏度测量，部分实验已实现单核自旋或单电子电荷的识别。在这篇综述中，我们首先对金刚石NV色心的基本性质做一个简明的概述，阐明自旋轨道耦合、超精细耦合等对系统能级的影响，然后系统梳理了NV色心的制造方法，详细描述了如何利用NV色心进行纳米尺度的传感测量和应用。
摘要 +
微气泡在超声场中的相互作用是声流控与空化应用的核心问题. 本研究提出一种利用低强度超声，以疏水表面作为稳定气泡源，释放表面微气泡的实验方法，游离出的气泡向声压波腹聚集. 通过高速摄像技术，系统观测并分析了气泡聚集区域内耦合双气泡的相向平移行为，识别出了四种具有显著特征的平移模式. 研究表明，由于平移模式与气泡径向振荡的强耦合效应：模式Ⅰ和Ⅲ表现为气泡速度弹跳与径向收缩驱动的加速碰撞，模式Ⅱ和Ⅳ为气泡速度弹跳与径向膨胀诱导的减速碰撞. 双气泡平移碰撞数据统计分析表明，随着功率增加，气泡径向振荡幅度增大，速度弹跳次数减少，平移碰撞进程显著加快，且在较高功率下模式Ⅲ和Ⅳ有向模式Ⅰ和Ⅱ退化的趋势. 双气泡模型的理论预测与实验得到的速度弹跳趋势一致，揭示了双气泡径向振荡对其平移碰撞行为的调控机制. 双气泡初始半径比、初始间距以及碰撞雷诺数是调控平移模式的关键参数，而取向角的影响并不显著. 低强度超声场中双气泡的平移运动规律，为多气泡系统动力学建模提供了关键实验依据，对声流控及超声空化的应用优化具有重要指导意义.
摘要 +
光学频率梳是光钟频率传递的核心技术，其梳齿线宽是决定频率测量精度的关键参数。因此，对线宽的压缩与优化，始终是该研究领域的核心挑战与关键目标。本文结合色散管理技术搭建了保偏9字腔锁模激光器(F9L)，重复频率197.8-200.65 MHz连续可调。与先前实验搭建的重复频率相同的非线性偏振旋转(NPR)锁模激光器的相位噪声进行对比，以探究不同锁模机制对激光器噪声的影响。实验结果表明在1 Hz-1 MHz积分范围内，F9L表现出更优的相位噪声性能。在F9L的基础上构建全保偏光学频率梳系统，采用共线f-2f干涉仪成功获得47 dB信噪比的载波包络偏移频率(fceo)信号。在NPR和F9L两种锁模机制下自由运转的fceo线宽分别为221.5 kHz和11.4 kHz。此外，探究了泵浦电流噪声和F9L腔内波片角度对fceo线宽的影响，经优化后自由运转下fceo线宽压缩至6.6 kHz。最后，在两天连续锁定下重复频率和fceo的标准频率偏差分别为0.376 mHz和0.263 mHz。
摘要 +
近场热光伏器件是一种能够将热辐射能直接高效转换为电能的新型能量转换技术，在废热回收、太阳能利用及微纳能源系统等领域具有广阔的应用前景.为进一步提升近场热光伏系统的能量转换效率，本文提出了一种基于hBN/BP/InSb异质结构的近场热光伏器件，其中hBN和BP的极化激元杂化特性为实现高效光谱匹配提供了新的途径.该系统采用hBN作为热发射器、InSb作为光伏电池，BP层引入各向异性表面等离极化激元，与hBN中的双曲声子极化激元发生杂化，从而实现与InSb带间跃迁的高效光谱匹配.本文系统比较了InSb-hBN、InSb/BP-hBN、InSb-BP/hBN及InSb/BP-BP/hBN四种构型的光伏性能，分析了真空间隙对输出功率密度与能量转换效率的影响.结果表明，在真空间隙为10 nm、发射器温度为900 K时，InSb/BP-hBN结构表现出最优性能，其输出功率密度可达1.2×106 W/m2，能量转换效率约为卡诺极限的60%，均较之前研究的InSb-BP/CaCO3结构显著提升.进一步的理论分析表明，BP在系统中的空间位置是影响近场热辐射的关键因素：其位于热发射器侧或光伏电池侧的不同配置，会显著改变光子隧穿概率，从而导致系统输出功率与转换效率的差异化表现.此外，研究还揭示了BP自由电子浓度对系统性能的调控机制.当自由电子浓度从5×1012 cm-2增加至5×1013 cm-2时，表面等离极化激元与双曲声子极化激元的杂化效应发生显著变化，导致带隙频率上下区域的辐射能量呈现差异化增强：带隙以上区域的辐射增强提升了电流密度，而带隙以下区域的增强则引入寄生损耗，两者共同影响热光伏系统的性能.本研究系统揭示了极化激元杂化增强NFTPV性能的物理机制，为高性能近场热光伏器件的设计提供了新的思路与理论依据.
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- ...
- 16
- 17
