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超重核的裂变势垒高度和基态结合能是影响熔合反应中存活概率的关键物理量, 其准确性是存活概率计算中不确定性的主要来源. 本工作应用迁移学习技术来训练神经网络模型, 通过结合理论模型预测数据和实验数据, 改进了有限程液滴模型(FRLDM)和WS4理论模型对裂变势垒高度的预测. 结果显示, FRLDM模型的均方根误差从1.03 MeV降低到0.60 MeV, WS4模型的均方根误差从0.97 MeV降低到0.61 MeV. 对于结合能, 本文优化了AME2020的实验值与WS4理论预测之间的差值. 在测试集上, 均方根误差从0.33 MeV降低到0.17 MeV, 而在整个数据集上, 其从0.29 MeV降低到0.26 MeV. 本研究为提高裂变势垒高度和结合能预测的准确性提供了一种具有前景的方法, 这将有助于提高核反应存活概率计算的精度. 本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.28388 中访问获取.
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基于广义约化 R 矩阵理论, 使用RAC程序( R -matrix analysis code)综合分析了6He系统中所有可以利用的实验数据, 给出了氚核入射10–2—20 MeV能量范围内主要反应道的评价核数据. 其中积分截面包括T(t, 2n)4He, T(t, n)5He, T(t, d)4H; 微分截面包括T(t, 2n)4He, T(t, n)5He, T(t, d)4H, T(t, t)T. 结果表明, RAC的评价结果与实验数据和ENDF/B-VIII.1的评价数据整体符合良好. 重点关注T(t, 2n)4He反应, 评价值在10–2—20 MeV范围内与已有实验数据一致, 在2.9 MeV附近出现由2+能级主导的共振, 在1.9 MeV处, 已有实验同时测量了积分截面和角分布, 本工作的评价结果在两类数据上均表现出良好的一致性, 积分截面与微分截面的联合约束有效提升了 R 矩阵参数的稳定性和评价结果的可靠性. 基于6He系统的整体评价, 进一步补充了T(t, n)5He和T(t, d)4H反应的截面数据. 本工作完善了聚变反应相关的数据基础, 并为后续与镜像系统6Be系统的联合分析奠定了基础. 本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00202 中访问获取
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针对反射信号携带有效信息的太赫兹系统, 如太赫兹时域反射系统、全双工通信系统等, 现有非互易太赫兹器件在实现隔离过程中常将反射信号视为干扰信号而进行削减, 无法适配上述系统对于在隔离的同时定向导出并检测反射信号的需求. 针对这一局限, 本研究创新性地提出一种基于磁光选择-多端口架构的太赫兹隔离器, 该器件通过正交双重光栅将线偏振光转换为特定圆偏振态, 结合InSb材料的磁光选择性, 构建非互易传输路径; 并在磁光调控机制中创新融入分支波导多端口特性, 同步实现入射/反射信号隔离与反射信号定向导出. 通过仿真结构尺寸与外界环境对该器件非互易特性的影响得到: 在温度为250 K, 磁场0.3 T条件下, 该器件在0.73 THz处实现了63.12 dB的高隔离度, 且在0.78 THz处双向传输效率达到36.31%, 3 dB带宽达到0.25 THz. 该器件具有高隔离度、低工作磁场强度、集成双重功能等优势, 为太赫兹应用于无损检测、通信等更多领域提供必要支撑.
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GeSn合金作为一种新型硅基光电材料, 因其带隙可调特性以及兼容硅基CMOS工艺等优点, 在红外光子学领域展现出显著的应用潜力. 尽管GeSn激光器在低温条件下的实验性能已得到初步验证, 但该器件的优化与实际应用仍面临着对材料特性的认识尚不充分等挑战. 本文针对GeSn合金在红外光子学应用中存在的载流子动力学机制不明等问题, 通过建立包含能带参数、非平衡态载流子输运和辐射复合的唯象理论模型, 系统研究了变温条件下热激发和声子辅助过程对GeSn合金直接带自发发射影响的机理. 研究结果表明, GeSn合金ΓCBM与LCBM能谷间的载流子转移过程表现出显著的组分依赖性: 对于Sn组分小于10%的低组分GeSn合金, 温度诱导的LCBM→ΓCBM电子转移占主导, 导致直接带发光效率随着温度的升高而增强; 而在Sn组分在10%—20%的高组分GeSn合金中, ΓCBM→LCBM的电子逃逸过程更为显著, 造成直接带发光效率随着温度的升高而降低. 改进型Arrhenius模型分析载流子谷间输运与辐射复合的竞争机制进一步表明, 热激发和声子辅助对ΓCBM能谷电子注入或者逃逸均有促进作用, 是提升或者降低GeSn合金直接带隙辐射复合效率的关键因素. GeSn合金自发发射谱的峰位红移主要源于带隙收缩效应; 同时声子辅助过程会降低载流子能量分布的离散性, 导致直接带发射谱谱线窄化效应明显. 量化研究结果进一步揭示了GeSn合金中载流子的热激发和声子辅助对直接带隙发光影响的机制, 可为其在红外光电器件中的性能调控提供理论参考.
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金属玻璃变形行为的起源被认为是局域结构的重排，但是变形过程中不同原子键和团簇类型带来的结构响应机制仍然不明。我们使用同步辐射高能X射线全散射技术结合对分布函数分析方法原位研究了金属-类金属键体系与金属-金属键体系的金属玻璃拉伸变形过程中的局域结构演变。结果表明，在拉伸弹性应变状态下，金属-金属键体系的金属玻璃的短程和中程有序结构堆积密度均变得更加的松散，且结构趋于无序化。在金属-类金属体系中，虽然短程有序结构的堆积密度在应变作用下整体结构趋于松散，但是局域原子键的协同重排使其短程有序结构有序度增加，并且延伸至中程序尺度。研究发现金属玻璃原子键的类型显著影响了原子间关联长度与局域结构有序度的变化，进而影响微观结构的非均匀性与变形行为。研究结果为揭示金属玻璃变形的微观结构起源提供了新的理解。
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GaN外延生长中的高位错密度与界面缺陷会加速器件可靠性退化。尤其在高温条件下，深能级缺陷被激活、载流子散射增强，使电学与射频特性进一步恶化，成为制约GaN HEMT性能提升的关键瓶颈。为此，本研究在AlGaN/GaN异质结与衬底之间引入由范德华外延的BN缓冲层，并与传统外延结构进行了全面对比。在动态偏压条件下，该结构展现出显著的陷阱抑制能力，电流崩塌仅约9.2%，阈值电压漂移低至0.09 V，导通电阻与跨导基本保持稳定。在125℃高温测试中，器件仍表现出良好可靠性，电流崩塌约31%，阈值仅负漂约0.5 V，跨导衰减和导通电阻升幅均明显低于对照器件。在室温静态特性方面，该结构使导通电阻降低约40%，最大输出电流与跨导峰值显著提升。射频性能同样增强： fT由48GHz提升至90 GHz，fmax由114 GHz提升至133 GHz。结果表明，该界面优化策略可同时改善载流子输运、抑制陷阱效应并提升射频性能，为实现高频、高功率、高可靠性的GaN HEMT提供了有效路径。
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作为一种广受欢迎的低温等离子体源,介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)因其广泛的应用前景而备受关注.为了探究不同放电模式的形成机制,本文采用二维轴对称流体模型对大气压氩气DBD的放电模式进行了数值模拟.结果表明,随着电压幅值(Va)增大,放电功率(Pdis)增大,DBD经历了从离散丝状模式、弥散模式、互补丝状模式到柱状模式的演变过程.外加电压与放电电流的波形图表明,无论在哪种放电模式下,正负放电半周期的电流波形都始终保持对称.当Va (及Pdis)较小时,放电电流在每半个周期内呈现单脉冲特性.随着Va (及Pdis)的增大,其演变为双脉冲、三脉冲乃至多脉冲特性.电子密度(ne)与电场(E)的时空演化揭示残余电子在放电模式中起关键作用.E主要由其轴向分量构成,其径向分量在弥散模式下仅会在电极边缘出现.在互补丝状模式中,强微放电(micro-discharges,MDs)与弱MDs的位置在连续的两个半周期内交替出现.在柱状模式中,强MD通道在连续的两个半周期会在固定的位置出现.此外,柱状模式中残余电子通道的直径大于丝状模式.
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摩擦纳米发电机（TENG）问世以来在自供能传感和环境能量收集领域展现出巨大潜力，但其长期运行的可靠性受制于摩擦层的磨损问题。本文提出一种基于滑槽-转轴间歇接触结构的摩擦纳米发电机（SR-TENG），通过在转动轴上制备特定的滑槽结构，使旋转盘沿滑槽作周期性的接触分离运动，从而将电极层与摩擦层之间由持续接触变为周期性短暂接触，这一滑槽-转轴结构有效减少了90%的接触摩擦时间。SR-TENG在200rpm转速下可稳定输出40 V的电压，经28.8万次循环后表面微结构仍存在且性能保持超过95%。作为自供能转速传感器，SR-TENG展现出优异的线性响应特性和快速动态响应。本研究不仅为解决TENG在长期运行中的磨损问题提供了有效结构设计策略，也为构建长效稳定的自供能传感系统开辟了新路径，在工业状态监测、智能物联网设备等领域具有重要的应用价值。
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金刚石以其低介电损耗的优势在微波和深空观测窗口领域有重要应用前景。本文通过对不同物性的微波等离子体化学气相沉积设备制备的单晶金刚石开展介电特性测试，结合双折射显微镜、拉曼、PL和XRD等手段对单晶金刚石材料特性的表征结果，系统研究了影响单晶金刚石介电损耗的关键因素。测试得到单晶金刚石的介电损耗tan δ值最低达到4.94×10-5。分析认为，单晶金刚石介电损耗与金刚石内部缺陷分布、金刚石内部分层以及外电场作用下晶格振动引起的声子极化有关。金刚石的缺陷密度是影响单晶金刚石介电损耗的主要因素，随着测试频率提高，缺陷极化损耗和界面极化损耗会进一步提高单晶金刚石的介电损耗。金刚石内部的周期性缺陷可以一定程度上抑制声子极化损耗从而减小单晶金刚石介电损耗。本研究能够为进一步提高金刚石的介电特性提供参考。
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量子隐形传态可以实现未知量子态在用户之间的安全传递，是量子信息科学中的关键技术。连续变量纠缠态光场能够用于构建量子隐形传态网络，扩展城域范围量子隐形传态的用户数。本文分析了基于三种连续变量纠缠态（ EPR纠缠态、GHZ纠缠态和线性cluster纠缠态）的量子隐形传态网络方案。结果表明，由于不同类型纠缠态具有不同的关联特性，这些量子隐形传态网络在量子隐形传态的保真度、传输距离和压缩资源消耗量等方面各具优势。该研究为多用户的城域量子隐形传态网络提供了参考。
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本文基于梯度提升决策树 (Gradient Boosting Decision Tree, GBDT) 的机器学习算法, 构建了一种用于预测$^{99-103}{\rm{Mo}}^*$熔合反应截面 (Cross Section, CS) 的模型, 旨在探索医用同位素$^{99}{\rm{Mo}}$的最优合成路径. 模型输入包括反应能量、质子数、质量数及结合能等特征量, 以及基于唯象理论模型计算的相关参数, 输出量为熔合反应截面. 研究发现, 在测试集上机器学习预测的CS与实验值的平均绝对误差 (Mean Absolute Error, MAE) 为0.0615, 优于EBD2模型预测的0.1103. 在此基础上, 结合GEMINI++程序计算了$^{100-103}{\rm{Mo}}^*$的中子衰变道的存活几率进而得到$^{99}{\rm{Mo}}$的蒸发剩余截面, 发现$^{4}{\rm{He}}$+$^{97}{\rm{Zr}}$在质心能量为18.51 MeV时的2n退激反应道的蒸发剩余截面为1199.80 mb, 是合成$^{99}{\rm{Mo}}$的最优路径. 该研究验证了基于物理信息的机器学习方法在熔合反应截面预测中的可靠性, 可为优化反应体系选择及在重离子加速器上通过熔合反应产生医用同位素提供参考. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00244 中访问获取.
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硼氢化物($\mathrm{XBH_4}$, $\mathrm{X=Li,\;Na,\;K}$)具有“元素协同”(硼吸收截面高、氢的慢化能力好)效应, 可以视为良好的中子屏蔽材料. 但是, 目前国际评价数据库中缺少硼氢化物实验和评价热散射数据, 不利于该材料的屏蔽和慢化性能评估. 本文基于密度泛函的第一性原理计算了晶格参数、电子结构和声子态密度等材料性质, 并研制了相应的$S(\alpha,\beta)$数据和热中子散射截面. 模拟得到的晶格参数与实验符合较好, 对比了$\mathrm{XBH_4}$的电子结构和声子态密度, 给出了硼氢化物中阳离子X、B、H对应的相干弹性散射截面、非相干弹性散射截面和非弹性散射截面, 结果表明, 由于阳离子X的不同, 硼氢化物$\mathrm{XBH_4}$中各核素的热中子截面存在明显差异. 为评估硼氢化物热散射数据对中子屏蔽效应的影响, 本研究采用简化聚变源模型, 使用OpenMC程序对比了不同物理模型下的泄漏中子能谱. 结果显示, 自由气体模型(FGM)由于忽略了晶格束缚效应, 对中子的慢化能力描述不准确, 此外, 由于氢元素较大的非相干散射截面, 各核素相干弹性散射截面对中子能谱的影响较小. 本文的研究结果填补了硼氢化物热中子截面数据的缺失, 为进一步研究硼氢化物作为中子屏蔽材料的应用奠定了基础. 本文数据集可在科学数据银行数据库https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00219 中访问.
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本文通过数值模拟研究了在中国聚变工程实验堆(CFETR)偏滤器靶板偏压系统作用下等离子体边缘局域模(Edge Localized Modes,ELMs)的动力学演化过程。基于混合运行模式下的二维动力学平衡分布，采用电流丝模型结合磁力线追踪方法，计算偏压驱动下沿磁力线方向的刮削层(Scrape-Off Layer,SOL)电流丝分布，并利用毕奥–萨伐尔定律求解电流丝产生的三维扰动磁场。在真空场近似下，采用谱分析方法研究了三维扰动磁场的共振谱分布及其对边界磁拓扑的影响，从而确定在相同刮削层电流幅值下的最优偏压配置。基于该最优配置，利用三维非线性电阻性平衡求解程序HINT计算不同偏压电流条件下的平衡结构，并进一步采用三维非线性磁流体程序MIPS进行不稳定性分析。结果表明，在最优偏压配置下，当刮削层电流（ISOL）达到1 kA时，台基区的压强剖面发生显著改变，边缘局域模主导的不稳定性总动能饱和幅度降低约70%。研究结果预测了偏滤器靶板偏压系统在CFETR装置中实现ELM控制的可行性，为未来聚变堆中边缘不稳定性控制提供了物理依据与参考。
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二维拓扑材料因其无耗散的边界态成为低功耗电子器件的理想候选材料.作为典型的二维体系，理论预言石墨烯在自旋-轨道耦合相互作用下存在量子自旋霍尔效应，但其能隙仅为微电子伏量级，这严重制约了其在实际器件中的应用.本文基于第一性原理计算，研究了ⅣB族4d过渡金属元素Zr晶格掺杂石墨烯形成的Zr2C12体系在应变调控下的电子结构和拓扑性质.声子谱计算表明，处于自由状态的Zr2C12具有良好的动力学稳定性.电子结构研究表明，在不考虑自旋-轨道耦合相互作用时，处于自由状态的Zr2C12呈现出狄拉克半金属相，其狄拉克点处的费米速度比石墨烯的略低.考虑自旋-轨道耦合相互作用后，狄拉克点打开了4.09 meV的能隙，该能隙比未掺杂的石墨烯大三个数量级.通过宇称计算确认Z2拓扑不变量为1，体系转变为二维拓扑绝缘体.在-5%至6%的大范围应变内，体系始终保持动力学稳定，且仍为Z2=1的拓扑绝缘体相，展现出鲁棒的拓扑性质.其能隙大小随拉伸应变的增加而增加，当施加6%拉伸应变时，能隙达到最大值8.41 meV.计算发现在6%拉伸应变下体系有非平庸的拓扑边界态，这进一步验证了应变调控下体系的非平庸拓扑性质.本研究拓展了过渡金属掺杂石墨烯体系的研究范畴，为低能耗电子器件以及量子计算和通信等领域的进一步研究提供了良好的材料平台.
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由于马约拉纳费米子具有反粒子是其自身的基本属性和在量子计算应用中具有拓扑保护的可能性，在超导异质系统中实现马约拉纳费米子（零模）的理论和实验研究已成为凝聚态物理研究的前沿热点。然而，近年来，该领域的一些实验观测数据引发了广泛的争议，多篇声称实现马约拉纳费米子的关键实验论文因此被撤回。鉴于当前研究现状，本文旨在系统梳理该领域关于实验数据的争议及存在的问题，并从基础理论的视角深入分析当前围绕马约拉纳费米子的实验数据所产生的争议。同时，本文将进一步探讨未来实现马约拉纳费米子的精确条件。具体而言，本文将先介绍马约拉纳费米子的基本概念，以及在超导异质系统中的实现，进一步介绍超导异质结中的实验进展，以及存在的理论和实验比对的问题。最后介绍我们发展的理论及其对未来实验方向的分析。
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