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随着半导体工艺的发展, 具有深沟槽隔离(DTI)技术的双极晶体管因其优异的电气性能和隔离效果, 逐步应用于性能和集成度要求更高的先进半导体器件. 现有的双极晶体管单粒子效应研究表明, 深沟槽隔离技术会导致双极器件产生新的单粒子效应机制. 本文针对深沟槽隔离结构的多晶硅发射极双极晶体管, 开展了质子入射角度对其单粒子效应的影响研究. 实验结果表明, 质子入射角度会显著影响晶体管集电极的单粒子瞬态电压脉冲振幅. 利用Sentaurus TCAD软件模拟了多晶硅发射极双极晶体管的单粒子效应电荷收集过程, 根据模拟结果分析了深沟槽隔离器件的灵敏体积, 并基于Geant4蒙特卡罗模拟方法开展了质子不同角度入射深沟槽器件灵敏体积的模拟, 结果表明, 次级离子在灵敏体积内的积分截面会随着入射角度的增加而增大, 为深沟槽隔离双极晶体管的单粒子效应抗辐射加固提供了理论支撑.
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飞秒激光激发的太赫兹波在很多领域得到了广泛的应用. 本文演示了一种新的太赫兹辐射产生方式, 利用飞秒激光与透明固体介质作用产生的红外超连续辐射(>1 μm)泵浦太赫兹电光晶体, 产生了单周期、低频、宽带的太赫兹辐射. 飞秒激光电离介质过程会同时产生红外超连续辐射和太赫兹辐射, 如果产生的红外超连续辐射和太赫兹辐射一同进入电光晶体, 那么红外超连续辐射的存在会干扰原有太赫兹辐射的探测. 但通过窄带滤光片过滤出红外超连续辐射的特定成分, 可以用来测量电光晶体在红外波段的响应特征, 这为电光晶体的红外响应研究提供了新的思路.
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电介质激光加速器作为一种微型加速器, 其结构设计直接影响加速粒子束的能量增益和束流品质. 多数设计基于波长约1 μm的近红外激光驱动光源. 采用10倍波长的长波红外激光作为驱动光源, 有望在保持加速梯度的前提下获得更高束流品质. 受长距离加速限制, 相关波段下的结构设计仍较为缺失. 为此, 本研究提出一种基于深度学习技术的长波红外介电光栅加速器结构设计方法, 建立包含几何参数、材料性质、光场能量等多个参数的综合评估方法, 通过精准预测粒子能量增幅, 综合提取最优粒子能量增幅对应的结构参数以实现结构设计. 结果表明, 本研究所设计的光栅加速器粒子能量增幅高达99.5 keV, 同比增长19.9%, 可实现100%的传输效率, 束斑半径14.5 μm, 加速的平均粒子束电流为20.4 fA, 对比近红外光栅结构高出了6.9倍, 且粒子束亮度与近红外光栅结构相当. 本研究为长波红外高净增益介电光栅加速器的设计提供了潜在的技术路线, 同时为复杂光电器件结构设计提供一个新思路.
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三维超声场中实现了(FeCoNiCrMn)92Mo8高熵合金的动态凝固过程，研究了其组织演变规律和力学性能提升机制。静态凝固组织由FCC结构的初生γ相枝晶与四方结构的条状σ相组成。随着超声振幅的增加，瞬态空化大幅提升了初生γ相的形核率，使其晶粒发生显著细化。声流效应加速了固/液界面前沿溶质原子扩散，导致初生γ相中Cr和Mo元素含量降低，由此引发液相成分改变和(γ+σ)共晶组织形成。液相中Cr元素的进一步富集使凝固组织中出现了亚稳μ相。超声凝固条件下，合金压缩屈服强度最高可达876.2 MPa，比静态下提高了近2倍，同时保持了33.2%的变形量，(γ+σ)共晶组织形成及其体积分数增大是合金屈服强度提升的主导因素。
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回收利用是稀土资源高效利用的可持续方案。氢化破碎技术因其高效环保特性被广泛采用，但氢破过程中产生的混合相会显著降低回收效率，这对工艺的优化提出了新的挑战。本文采用基于第一性原理计算结合机器学习方法，通过德拜模型系统地探究了氢化破碎过程中关键稀土氢化物（如NdH2、NdH3、Nd2H5）的热力学行为。研究结果表明，在600 kPa压强下，630 K左右的温度区间有望为氢化破碎工艺提供一个较为理想的操作条件，在此条件下，NdH2能够实现自发氢化，且能够有效抑制非稳定相的形成，有助于提高稀土回收效率。本研究还揭示了过高温度对NdH2热力学性质可能产生的不利影响，进一步强调了在特定温度区间操作的重要性。这些发现不仅为理解钕铁硼氢化过程的热力学机理提供了新的视角，而且为工业应用中氢化破碎工艺参数的优化提供了理论参考。
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湍流直接数值模拟受限于计算域尺寸，无法完全解析湍动能谱低波数区的所有波数，造成计算数据中部分大尺度信息丢失.随着湍流的演化，湍动能谱的峰值波数会向低波数迁移，使得低波数缺失现象进一步加剧，导致所计算的积分尺度和湍流耗散相关统计量偏离物理真实.本研究基于von Kármán谱模型的推广形式，充分考虑数值计算未完全解析的低波数区湍动能谱，并利用该模型对均匀各向同性自由衰减湍流的积分尺度和湍流耗散相关统计量进行修正.研究结果表明：修正后的积分尺度L显著高于未修正值，且其随时间的变化规律符合Saffmann理论预测的$L \propto t^{2 / 5}$幂律关系；修正前湍流耗散系数Cε为常数，说明此时湍流为均衡状态，而修正后耗散系数Cε的演化满足湍流非均衡耗散规律$C_{\varepsilon} \sim R e_\lambda^{-1}$.将数值计算缺失的低波数区湍动能谱引入后，湍流状态由均衡向非均衡转变，说明大尺度对湍流耗散有很强的调控作用，这与学术界普遍认为的大尺度结构是造成湍流非均衡性本质原因的结论相一致.在有限雷诺数或者受初始条件影响较大的湍流流动中，大尺度结构对流动的影响显著，湍流无法在全尺度实现均衡.
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磁化同轴枪是一种高效的等离子体注入装置，在核聚变注料、宇宙射流模拟和磁重联研究中具有重要的应用价值。本文基于高速成像和磁场测量技术，观察到球马克、扩散与射流三种磁化同轴枪放电过程中的典型模式，并系统研究了不同模式下等离子体的动力学特征。其后结合理想磁流体力学（MHD）理论，对不同模式下等离子体的磁场位形、旋转行为与轴向运动的内在机制进行了深入分析。结果表明，球马克模式下，等离子体达到泰勒弛豫状态，实现整体匀速旋转，形成稳定的紧凑环（CT）结构；在扩散模式中，偏置磁场较强导致旋转速度较大，离心力增强，进而引发剧烈的径向扩散；射流模式中，由于偏置磁场较弱，等离子体聚集于内电极头部，呈现 箍缩 效应，最终形成具有轴向不稳定性的射流柱结构。该研究结果不仅加深了对磁化同轴枪放电物理过程的认识，也为数值模拟与高效等离子体源的设计提供了一定的实验基础和理论支持。
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光学加密技术因其并行处理、大容量和低功耗等优势在信息安全领域发挥着巨大的应用潜力。其中，偏振作为光的一个重要自由度，基于偏振操控和复用的光学加密技术受到广泛研究。然而当前基于像素化或交错式超表面设计的偏振操控方法，仍面临制备难度大及相邻单元结构间耦合引起串扰等问题，复用通道数量受限。本文提出了一种基于矢量焦点超构透镜的纵向可变、级联偏振结构加密新方法。该方法采用几何相位调控原理，通过相同结构尺寸但不同旋向的TiO2纳米柱的定制和排列，实现超构透镜所需的单相位轮廓，在纵向多个焦平面上生成多个矢量焦点，并重构级联的偏振结构。这里任意两个级联的偏振结构被编码相互正交的偏振旋转角，随着入射线偏振光的偏振方向发生变化，偏振结构上的偏振分布随之动态变化，因此，不同偏振方向的透射光强度分布也被动态调制，可实现十通道信息加密。只有通过正确的密钥（入射波长、入射偏振态、出射光偏振态和观察位置）才能解码加密信息。该方法结合了超构透镜的多焦点偏振旋转、偏振结构设计及纵向、级联控制，提升了信息容量和安全性，在光学信息显示、加密和防伪等领域具有重要的应用潜力。
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近年来，随着人类对可持续能源技术需求的不断增长，离子热电池作为实现热能与电能直接转换的关键技术，在低品位热能回收与利用领域日益受到关注。在关键性能参数中，有效热导率（κeff）对维持热电池内部温度梯度和提高热电池整体能量转换效率具有重要的作用。然而，与广泛研究的热功率（Stg）和电导率（σ）相比，κeff的系统性研究仍较薄弱。本综述系统研究了离子热电池中热导调控的最新进展，重点分析电极材料、电解质组成及器件结构设计对热传导行为的影响机制。结合典型的材料设计和结构工程策略，探讨热传导在热电性能提升中的作用，全面总结当前该领域的研究成果。最后，展望材料优化、界面工程与热导表征等未来研究方向，旨在为高性能热电池的设计提供理论基础和技术支撑。
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本文基于流体模型，探讨了大气压空气中快纳秒脉冲上升沿引发的弥散放电对等离子体计算域边界与泊松方程计算域边界范围的敏感性和影响机制.通过对比不同边界范围的仿真结果与实验数据发现，尤其是位于整个矩形计算域的最上方边界（上边界）和最右侧边界（右边界）：（1）当等离子体边界与泊松方程边界均采用比放电本身半径宽6倍以上的边界范围时，放电宽度与传播速度与实验吻合度较高，但放电到达板电极时刻仍存在流体模型所具有的普遍性延迟；（2）等离子体计算域边界的缩减仅使放电头部电场强度与电子密度产生可忽略的微弱波动，证明其对弥散放电宏观特性影响甚微；（3）泊松方程计算域右边界范围缩减导致放电宽度显著降低，其放电宽度-计算域比值递增，且放电在上、下半间隙呈现非对称传播特征，但适当缩减右边界可改善放电形貌与实验的匹配度；（4）泊松方程计算域上边界缩减会弱化放电头部电场“聚焦效应”，导致空间电场分布均匀化，延缓放电加速过程，使仿真结果偏离实验更显著.泊松方程边界范围对放电时空演化具有决定性影响，其中计算域上边界缩减会严重损害仿真精度，而右边界调整可权衡计算效率与结果可靠性.
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光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，简记为OCT）成像中不可避免的畸变常常会导致成像空间与真实空间之间的不匹配，影响测量的准确性。为解决这一问题，本研究提出了一种基于机器学习的OCT图像畸变校正方法。首先，将带有均匀分布圆孔阵列的校准板依次在不同标记平面进行成像。选取坐标与所有成像平面的平均坐标偏差最小的点作为参考标记点。然后，利用数学模型重构参考平面上所有标记点的坐标，从而建立校准板成像空间与真实物理空间之间的映射关系。采用多层感知机来学习这种映射关系。利用训练完成的模型推导整个空间点的分布规律，从而实现透镜OCT图像的畸变校正，并求出透镜中心厚度与曲率半径。校正后透镜曲率半径精度达到10μm，误差在1%以内。中心厚度精度可达3μm，相对误差为0.3%。
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基于SiGe合金的电子器件具有广阔的空间应用前景，但是也会受到空间环境中粒子辐照损伤的威胁。本文通过蒙特卡罗模拟研究了1~1000 MeV质子对SiGe合金和SiGe/Si异质结构造成的位移损伤。结果表明，低能质子（1~100 MeV）在SiGe合金中主要通过库伦散射和弹性碰撞产生Si初级离位原子（primary knock-on atom,PKA）和Ge PKA，损伤能分布在质子射程末端形成一个明显的布拉格峰，而高能质子（300~1000 MeV）在SiGe合金中的非弹性碰撞更加显著，出现更多的PKA类型，损伤能主要分布在质子射程前端。同时，质子在SiGe/Si异质结构中的损伤能随质子能量的增大呈现出整体下降的趋势，反向入射质子（10 MeV和100 MeV）比正向入射质子在界面处Si基底一侧产生的损伤能更大，导致界面两侧的损伤能起伏更为剧烈，可能造成更加严重的位移损伤。此外，Ge含量会影响质子在SiGe合金中的PKA类型、损伤能分布和非电离能量损失，随着Ge含量的增大，高能质子在SiGe合金中的非电离能量损失逐渐变大，但是，Ge含量对质子在小尺寸SiGe/Si异质结构中总损伤能的影响不显著。总体上，这项工作说明了质子在SiGe合金和SiGe/Si异质结构中产生的位移损伤和质子能量密切相关，低能质子倾向于产生更多的自反冲原子，并在小尺寸SiGe/Si异质结构中产生位移损伤，为SiGe合金基电子器件的位移损伤效应研究和抗辐照加固技术提供了一定的指导意义。
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基于介电液体的两相换热技术已成为大功率电子器件高效热管理的可行方案之一。然而，受表面材质和工质热物理性质影响，介电液体实际应用中存在显著沸腾滞后现象，进而影响沸腾换热性能。由于气泡起始成核空间和时间尺度较小且气相压力在相变过程显著波动，宏观实验和模拟方法仍存在一定局限性。本研究结合非平衡分子动力学和机械控压方法，研究R1336mm (Z)液膜在不同加热表面材质（铜原子、铝原子和硅原子）下的气泡成核及沸腾换热规律。同时，从声子振动态密度和势能约束两个方面讨论了介电液体的异相成核机理。一方面，以铜原子为代表的高固-液相互作用力、低频振动（<10THz）表面材料在初始加热阶段可产生较大界面热通量（0.216×109W/m2）且能在壁面附近吸引大量液相分子，但不可避免提高了起始成核势垒。另一方面，相较铝表面（振动重叠度0.151）以硅原子为代表的弱固-液相互作用力、中高频振动表面材料可与介电液体产生合理的声子振动耦合（振动重叠度0.349）以桥接界面热输运，并降低液膜所受势能约束，有助于推动局部液体簇形成气泡胚核。
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量子密钥分发为远程安全通信提供了理论保障, 但现有的关联源量子密钥分发协议在处理源关联性时容忍能力较弱, 导致密钥率低、传输距离短, 限制了其应用. 本文提出了一种改进的关联源量子密钥分发协议, 摒弃传统的基于损耗容忍的安全性分析, 转而采用标准BB84协议进行安全性分析. 通过对比不同参数下的性能, 结果表明, 改进协议在密钥率和传输距离上具有显著提升, 展示了更强的应用潜力.
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在现代电子通信、人工智能产业快速变革的浪潮中, 第3代半导体的规模化应用推动着高性能高频软磁材料需求的日益增长. 然而, 传统软磁材料的基本性能之间存在着复杂的权衡关系, 例如饱和磁化强度与矫顽力、磁导率与损耗、机械强度与矫顽力往往不能同时兼得. 非晶基软磁材料以内部不同尺度序结构作为关键功能基元, 催生了极其丰富的物理特性. 序调控是一种通过优化序结构本征特性、序构形式来提升性能的理念, 为突破软磁性能的矛盾关系开拓了新的设计维度. 本文首先介绍了软磁材料的发展历程, 然后阐述了序调控的科学理论基础, 综述了基于序调控工程创制高性能非晶基软磁材料的最新进展, 重点介绍短程序、中程序、非晶-纳米晶双相等影响宏观物性的关键序构形式对软磁性能的影响及其作用机制, 最后指出了面向未来高精尖产业前沿的新一代高频软磁材料发展方向.
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