高被引论文 （被引数据来源于全网，每月更新）
2024, 73 (9): 095203.
doi: 10.7498/aps.73.20240017
摘要 +
在微波离子推力器的磁场结构设计中, 一般认为增大磁镜区的面积能够约束更多电子, 有利于提高能量利用率; 减小发散区面积能够减少电子在壁面的损失, 有利于降低放电损耗. 随着一体化仿真研究深入, 发现利用Child-Langmuir鞘层的特性可约束电子, 使其在鞘层与磁镜间往复运动获能. 对此, 本文设计了适用于1 cm磁阵列微波离子推力器的磁场结构, 并对其初始放电和束流引出过程进行了一体化仿真, 对比阐明了电子在磁场发散区受Child-Langmuir鞘层、天线表面鞘层和磁镜共同约束下的获能模式. 该获能模式可提升磁场发散区的电子温度, 促进电离, 提升栅极前等离子体密度, 进而提升束流密度. 仿真结果表明, 在氙气流量0.3 sccm (1 sccm= 1 mL/min), 微波功率为1 W, 栅极电压$ {\varphi }_{{\mathrm{s}}{\mathrm{c}}}/{\varphi }_{{\mathrm{a}}{\mathrm{c}}} $ = 300 V/–50 V条件下, 磁阵列微波离子推力器的电流密度较2 cm微波离子推力器提升57.9%. 本文从理论上对磁场发散区电子加热模式进行了验证, 研究结果将为微波离子推力器优化设计提供理论依据, 促进微波离子推力器性能提升.
2024, 73 (1): 017505.
doi: 10.7498/aps.73.20231166
摘要 +
拓扑材料和二维材料等新型量子材料, 为自旋电子器件的研究与发展提供了新契机. 这些量子材料不但有助于提高电荷-自旋转换效率及提供高质量异质结界面, 从而改善器件表现, 更由于它们丰富的相互作用和耦合关系, 能提供新奇物理现象和新的物性调控机制, 在自旋电子器件方面具有潜在的应用价值. 拓扑材料和二维材料, 尤其是层状拓扑材料、二维磁性材料以及它们组成的异质结的相关研究, 取得了丰硕的成果, 兼顾了启发性与及时的实用性. 本文将综述这些新型量子材料的近期研究成果: 首先重点介绍拓扑材料在自旋轨道力矩器件中实现的突破; 其次着重总结二维磁性材料的特性及其在自旋电子器件中的应用; 最后将进一步讨论由拓扑材料/二维磁性材料组成的全范德瓦耳斯异质结的研究进展.
2024, 73 (2): 026102.
doi: 10.7498/aps.73.20231357
摘要 +
由于碳纳米管具有优异的电学和光学特性, 因此在光电子学领域具有广泛的应用前景. 本文使用真空抽滤法, 将单壁碳纳米管粉末分散液通过真空过滤的方式, 制备了一种各向同性的单壁碳纳米管薄膜; 进而提取了薄膜在0.4—2.0 THz范围内介电参数, 并设计了一种基于单壁碳纳米管薄膜的新型太赫兹超表面窄带吸收器, 这种超表面吸收器是由方形与工字形狭缝谐振器构成. 实验和仿真结果表明, 提出的太赫兹超表面吸收器在0.65, 0.85, 1.16和1.31 THz处存在4个明显的共振吸收峰, 实现了最高可达90%的完美吸收. 利用多重反射干涉理论阐明了这种多频带新型太赫兹超表面的吸收机制. 通过在超表面器件表面覆盖具有不同折射率的介质层, 深入研究了超表面作为折射率传感器的传感性能. 研究结果表明, 这种新型超表面吸收器用于折射率传感具有较高的灵敏度, 为进一步开发新型碳基太赫兹超表面吸收器提供了新的思路和方案 .
2024, 73 (7): 073101.
doi: 10.7498/aps.73.20231432
摘要 +
基于第一性原理计算研究了Ti2CO2和金属Sc修饰的Ti2CO2的几何结构和电子性质, 分析了不同有害气体(CO, NH3, NO, SO2, CH4, H2S)在这两种材料表面的吸附过程, 讨论了金属修饰对Ti2CO2二维过渡金属碳化物(MXene)电子性能和气体吸附性能的影响. 计算结果表明, Sc原子位于空心位C原子上方的结构具有较大的结合能, 但小于固体Sc的内聚能实验值(3.90 eV), Sc原子可以有效避免成簇. 表面Sc金属为气体吸附提供了活性位点. 通过分析不同气体的最佳吸附点位、吸附能等参数, 分析金属Sc修饰的Ti2CO2对这些气体的吸附效果. 其中对SO2的吸附效果更好, 吸附能从–0.314 eV提升到–2.043 eV, 其他气体的吸附效果均有改善. 通过电荷转移、态密度和功函数等参数解释了其吸附能增加的原因. 由于在表面引入了新的原子, 增大了材料的载流子密度和载流子迁移率, 从而提高了材料表面的电荷转移, 为金属Sc修饰的Ti2CO2材料的气敏性能提供理论参考.
2024, 73 (5): 054401.
doi: 10.7498/aps.73.20231415
摘要 +
微通道流动沸腾冷却技术兼具相变潜热和微尺度效应的诸多优点, 是解决微电子器件热致失效问题的重要方法之一. HFE-7100是一种安全环保的电子氟化液, 特别适用于微电子器件的冷却. 本文在水力直径为0.5 mm的矩形平行微通道内, 对HFE-7100的流动沸腾传热和两相流动特性进行了实验研究， 测量范围为常压下质量流率88.9—277.8 kg·m–2·s–1、入口过冷度20.5—35.5 ℃和有效热流密度12—279 kW·m–2. 本文分析了质量流率、入口过冷度、有效热流密度和干度对传热系数和压降的影响, 发现在较低的入口过冷度下HFE-7100出现了沸腾迟滞现象, 且增大入口过冷度和质量流率会延缓沸腾起始点的发生, 且会提高传热系数和临界热流密度. 两相压降受有效热流密度影响较大, 且在定干度下不同质量流率的两相压降在塞状流和环状流阶段有明显差异. 同时, 通过观测两相流型, 对流动沸腾传热现象进行了分析. 本文还将两相压降实验数据与文献关联式预测值进行了对比, 与Lockhart提出的关联式预测值偏差为19.6%. 本文研究结果可为微电子器件散热设备的优化设计提供理论指导: 以HFE-7100作为传热工质并将微通道流动沸腾冷却技术应用于微电子器件散热设备, 可以提高设备的稳定性和可靠性; 在不同热流密度的设备中通过控制入口过冷度和质量流率可有效地提升其散热性能; 采用Lockhart提出的两相压降关联式可预测散热设备所需的泵功.
2024, 73 (6): 068701.
doi: 10.7498/aps.73.20231695
摘要 +
单分子定位技术可以绕过光学系统的衍射限制, 在生物样品的单粒子追踪和超分辨显微成像中得到了广泛应用. 多通道单分子定位采用多个成像通道, 可以实现对不同目标的同时追踪或多色超分辨成像, 也可以提升单粒子追踪的轴向深度或实现更高的定位精度和密度. 但各通道图像间的差异会影响协同定位或定量分析, 因此图像配准是其图像数据预处理的关键环节; 且由于单分子定位精度高, 其对多通道图像配准精度的要求也很高. 现有技术一般采用基于控制点的配准方法, 且多采用复杂而精密的方式来获取基准物网格图像用于定位得到控制点对, 以实现高精度图像配准, 对样品或实验设备要求高, 难以直接推广. 为此, 本文基于局部非线性变换和误匹配点剔除, 发展了一种可以直接采用随机分布荧光珠样品作为基准物的高精度图像配准方法, 通过在特征匹配和变换模型参数估计的过程中对控制点进行监测和迭代筛选, 以剔除因单分子定位不准确或精度差而导致未精确匹配的控制点对, 从而消除以随机分布荧光珠样品作为基准物时对于控制点准确获取和精确匹配所带来的不良影响, 同时采用基于局部加权平均的二阶多项式拟合进行变换模型参数估计, 以更好地适用于不同通道间存在局部非线性形变的情形. 结果表明, 采用该方法只需要3次迭代, 就可以将未准确定位和精确匹配的控制点对找到并剔除, 从而实现更准确的变换模型参数估计, 将配准精度提高一个数量级, 在图像局部非线性形变情况严重的正交像散双通道单分子定位成像系统中实现了约6 nm的配准精度.
2024, 73 (6): 069301.
doi: 10.7498/aps.73.20231618
摘要 +
蛋白质计算一直以来都是科学领域中的重要课题, 而近年来其与机器学习的结合, 更是极大地推进了相关学科的发展. 本综述主要讨论了机器学习在四个重要的蛋白质计算领域内的研究进展, 这四个领域包括：分子动力学模拟、结构预测、性质预测和分子设计. 分子动力学模拟依赖于力场参数, 准确的力场参数是分子动力学模拟的必需品, 而机器学习可以帮助研究者得到更加准确的力场参数. 在分子动力学模拟中, 机器学习也可以从复杂的体系中以较小的代价计算出所需求解的自由能. 结构预测一般是给定蛋白质序列预测其结构. 结构预测复杂度高、数据量大, 而这恰恰是机器学习所擅长的. 在机器学习的协助下, 近年来科研人员已经在单个蛋白质三维结构预测上取得了不错的成果. 性质预测则是指通过给定的已知蛋白质信息, 推断其可能拥有的性质, 这对于蛋白质的研究也是至关重要的. 更具挑战性的是分子设计, 虽然近年来机器学习在蛋白质设计上取得突破, 但这一领域还有很大空间值得探索. 本综述将针对以上四点分别展开论述, 并对蛋白质计算中的机器学习研究进行展望.
2024, 73 (2): 027703.
doi: 10.7498/aps.73.20230708
摘要 +
向环氧树脂基体中加入纳米填料是实现其多功能化的常用手段, 其中拥有一维纳米结构的氮化硼纳米管 (BNNTs), 因具有超高导热系数、宽能级带隙、高长径比、高力学强度而备受关注. 然而, 表面惰性、易团聚、与环氧树脂之间界面作用弱等缺点极大地制约了BNNTs进一步应用. 基于此, 本文提出采用表面包覆介孔二氧化硅 (mSiO2), 并接枝硅烷偶联剂功能分子的方法, 优化BNNTs表面特性. 结果表明, 通过表面结构设计及功能化, 可显著改善BNNTs的分散特性, 提升其与环氧树脂的界面作用. 以此所制备的环氧复合电介质可实现力学韧性和导热系数的同步提升, 并兼具较低的介电常数与损耗. 此外, mSiO2独特的纳米介孔结构赋予复合电介质大量的深陷阱, 有效阻碍了电子的迁移, 进而提高复合电介质的电气强度. 本文为环氧树脂的多功能化提供了新思路, 亦对揭示纳米填料表面特性-复合电介质微观结构-宏观性能之间的关联关系提供了一定实验数据支撑.
2024, 73 (4): 047801.
doi: 10.7498/aps.73.20231301
摘要 +
近十年来, 制备近紫外有机发光二极管成为有机电子学领域的研究热点之一. 但是当器件的电致发光波长延伸到400 nm以下后, 对器件中各功能层的材料选择提出了更高要求. 本实验中, 以宽带隙小分子材料BCPO(bis-4-(N-carbazolyl)phenyl)phenylphosphine oxide)为发光层, 基于BCPO的发射光谱确定了电子传输材料和空穴传输材料, 制备了电致发光峰位波长在384 nm附近的近紫外有机发光二极管. 在最佳的器件结构下, 器件的最大外量子效率达到2.98%, 最大辐射功率达到38.2 mW/cm2. 电致发光谱中波长在400 nm以下的近紫外光占比为57%. 结果表明器件在恒压模式下展示了良好的稳定性, 此外, 对影响器件稳定性的多个关键因素给予了深入的分析.
2024, 73 (1): 010501.
doi: 10.7498/aps.73.20231211
摘要 +
物理忆阻器具有不对称的紧磁滞回线, 为了更加简便地模拟物理忆阻器的不对称紧磁滞曲线, 本文提出了一种含有偏置电压源的分数阶二极管桥忆阻器模型, 其具有可连续调控磁滞回线的能力. 首先, 结合分数阶微积分理论, 建立了含有偏置电压源的二极管桥忆阻器的分数阶模型, 并对其电气特性进行分析. 其次, 将其与Jerk混沌电路相融合, 建立了含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路模型, 研究了偏置电压对其系统动态行为的影响. 再次, 在PSpice中搭建了分数阶的等效电路模型, 并对其进行电路仿真验证, 实验结果与数值仿真基本一致. 最后, 在LabVIEW中完成了电路实验, 验证了理论分析的正确性与可行性. 结果表明, 含有偏置电压源的分数阶忆阻器, 可以通过调控偏置电压源的电压, 连续获得不对称紧磁滞回线. 随着偏置电源电压的改变, 非齐次分数阶忆阻混沌系统由于对称性的破环, 表现出由倍周期分岔进入混沌的行为.
2024, 73 (6): 063101.
doi: 10.7498/aps.73.20231631
摘要 +
基于钙钛矿太阳能电池材料独特的光电特性, 特别是光电转换效率在初期短时间内的快速提升, 使其成为当前光伏领域中最富吸引力的光吸收材料之一. 然而, 近年来转换效率的增长步入缓慢阶段, 同时材料的长期稳定性也成为商业化应用的关键挑战, 这些问题背后的物理机制与材料缺陷密切相关. 为进一步提高电池效率和结构稳定性, 必须深刻理解和精准地掌握这些缺陷的特性. 本文全面回顾了钙钛矿材料中各类缺陷对光伏性能和稳定性的影响, 包括传统刚性模型缺陷、非常规性缺陷、复合型缺陷、离子迁移和缺陷对载流子寿命的影响, 论述了缺陷与材料结构稳定性之间的紧密关联性, 并对未来关于缺陷的研究方向进行了展望.
