观点和展望
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2024, 73 (20): 206201.
doi: 10.7498/aps.73.20241129
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近年来, 以Ag2S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展. 该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能, 表现出优异的室温塑性, 并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升. 最新研究表明, Mg3Bi2基单晶材料在塑性变形能力和室温热电性能方面综合表现更佳. 微观结构表征及理论计算分析揭示了位错滑移在Mg3Bi2单晶塑性变形过程中的关键作用, 特别是多个滑移系表现出较低的滑移势垒. 这些发现不仅深化了对塑性热电材料微观变形机制的理解, 还为优化材料性能和开发新型柔性热电器件奠定了重要基础. 未来将这些材料应用于实际器件仍面临热稳定性、化学稳定性和界面接触等挑战, 这些问题的解决将推动塑性热电材料在柔性电子领域的应用.
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2024, 73 (20): 207303.
doi: 10.7498/aps.73.20241029
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带有分数化准粒子激发的分数量子霍尔态是一种奇特的强关联拓扑量子物态, 自1982年在强磁场二维电子气中被首次观测到以来一直是凝聚态物理重要的前沿方向. 去年来, 有多个团队在基于过渡金属硫族化合物和石墨烯的莫尔超晶格中观测到了零磁场分数量子霍尔效应, 在莫尔超晶格中还发现了分数量子自旋霍尔效应的迹象. 这表明莫尔超晶格体系能够有效调控能带及相互作用, 是在零磁场条件下实现分数化拓扑量子态的理想平台. 本文简要论述了与此相关的研究进展和存在的挑战, 并对该领域未来可能的发展方向做出展望.
专题: 少电子原子分子精密谱
2024, 73 (20): 200101.
doi: 10.7498/aps.73.200101
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量子电动力学(QED)作为原子分子精密谱的理论基础, 为理解微观物理世界提供了坚实的框架. 少电子原子分子体系由于其相对简单的电子结构, 成为高精度计算与测量的理想对象, 是检验束缚态QED理论的独特平台. 随着冷原子物理和激光技术的迅猛发展, 原子分子光谱的精密测量也不断取得突破. 精度的提升使得能级的位移揭示出越来越多的物理效应, 为检验QED理论、测量基本物理常数、揭示原子核结构以及探索新物理开辟了重要的科学路径. 可以说, 历经一个多世纪的发展, 少电子原子分子精密谱研究仍然在推动着物理学的前沿进展.
2024, 73 (20): 202101.
doi: 10.7498/aps.73.20241063
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精密原子光谱实验和理论在测量基本物理常数和检验量子电动力学理论中起着关键作用, 同时为研究原子核内部结构和发展高精度核结构理论提供重要观测平台. 许多原子光谱实验中, 核结构效应如电荷分布、磁矩分布和核极化度已被精确测定, 大大提高了核结构检测的精度. 本文系统论述了关于轻质量电子原子与缪子原子兰姆位移和超精细结构中的双光子交换效应的理论框架与研究发展. 着重介绍了先进的核力模型和核结构第一性原理计算方法在上述问题中的应用. 轻质量原子中双光子交换效应的理论研究对于从原子光谱测量中确定核电荷半径和Zemach半径具有重要作用. 这些研究结果不仅能加深对原子核内部结构以及核子-核子相互作用的理解, 还为未来实验提供重要的理论指导, 推进对质子半径难题以及其他轻核半径测量问题的理解.
2024, 73 (20): 203102.
doi: 10.7498/aps.73.20241190
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高电荷态离子(highly charged ion, HCI)的精细结构及辐射跃迁性质的精确测量不仅可以检验基本物理模型, 包括: 强场量子电动力学(quantum electrodynamics, QED)效应、电子关联效应、相对论效应、原子核效应等, 而且能够为天体物理和聚变等离子体物理提供关键原子物理参数. 相对于研究较多的类氢和类锂离子体系, 类硼离子的精细结构禁戒跃迁的相对论效应和QED效应的贡献很大, 高精度实验测量与理论计算为进一步检验多电子体系的基本物理模型提供了重要途径. 此外, 类硼离子也被认为是最佳的高电荷态离子光钟候选体系. 本文主要介绍了类硼离子基态2P3/2—2P1/2跃迁的实验和理论研究最新进展, 概述了其精细结构和超精细结构的研究现状, 并讨论了使用电子束离子阱结合高分辨光谱学实验技术开展类硼离子超精细分裂实验测量的方案, 为未来开展类硼离子超精细分裂实验研究并在更高精度上检验QED效应, 提取原子核磁化分布半径, 检验相关的核结构模型等研究提供了参考.
2024, 73 (20): 203103.
doi: 10.7498/aps.73.20240683
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少电子离子束缚态电子g因子的精密测量是借助原子分子体系研究束缚态量子电动力学(QED)理论的有效途径. 特别是在高电荷态重核体系中, 原子核与内壳层电子之间极强的电磁相互作用为研究极端电磁场环境下的QED效应提供了独一无二的条件. 通过精确测量束缚态电子g因子, 还可以分析核效应、测定核结构参数、确定基本物理常数等. 少电子离子束缚态电子g因子的研究已经成为精密谱学方向的前沿课题. 潘宁离子阱(借助稳态电磁场囚禁离子的系统)是进行g因子测量的有效实验装置之一. 本综述将对基于潘宁离子阱开展少电子离子束缚态电子g因子的实验研究进行全面回顾, 介绍基本实验原理与测量方法, 重点论述该领域在近几年中的重要实验成果, 并对未来发展进行简要展望.
2024, 73 (20): 203104.
doi: 10.7498/aps.73.20241101
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通过氢分子离子振转光谱的高精度实验测量和理论计算, 可以精确确定基本物理常数, 如质子-电子质量比、氘核-电子质量比、里德伯常数、以及质子和氘核的电荷半径. 氢分子离子光谱包含丰富的超精细结构, 为了从光谱中提取物理信息, 我们不仅需要研究振转光谱跃迁理论, 还需要研究超精细结构理论. 本文回顾了氢分子离子精密光谱的实验和理论研究历程, 着重介绍了氢分子离子超精细结构的研究历史和现状. 在20世纪的下半叶就有了关于氢分子离子超精细劈裂的领头项Breit-Pauli哈密顿量的理论. 随着21世纪初非相对论量子电动力学 (NRQED) 的发展, 氢分子离子超精细结构的高阶修正理论也得到了系统的发展, 并于最近应用到$\text{H}_2^+$和$\text{HD}^+$体系中, 其中包括$m\alpha^7\ln(\alpha)$阶量子电动力学(QED)修正. 对于$\text{H}_2^+$, 超精细结构理论计算经过数十年的发展, 可以与20世纪的相应实验测量符合. 对于$\text{HD}^+$, 最近发现超精细劈裂实验测量和理论计算存在一定的偏差, 且无法用$m\alpha^7$阶非对数项的理论误差来解释. 理解这种偏差一方面需要更多的实验来相互检验, 另一方面对理论也需要进行独立验证并发展$m\alpha^7$阶非对数项理论以进一步减小理论误差.
2024, 73 (20): 203301.
doi: 10.7498/aps.73.20241064
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由一个质子、一个氘核和一个电子组成的氢分子离子“HD+”是最简单的异核双原子分子, 其有着丰富的、可精确计算和测量的振转跃迁谱线. 通过HD+振转光谱实验测量和理论计算的对比, 可实现物理常数的精确确定, 量子电动力学理论的检验, 并开启了超越标准模型新物理的探寻. 目前, HD+的振转跃迁频率确定的相对精度已经进入了10–12量级, 并由此获得了当前最高精度的质子电子质量比, 相对精度达到20 ppt (1 ppt = 10–12). 本文全面介绍了目前HD+振转光谱的研究现状与理论背景, 阐述了基于Be+离子协同冷却HD+分子离子的高精度振转光谱测量方法, 包括Be+离子和HD+分子离子的产生与囚禁, HD+外态冷却与内态制备, 双组分库仑晶体中HD+数目的确定, 以及HD+振转跃迁的探测. 最后, 文章展望了进一步提高频率测量精度的光谱前沿技术, 及同位素氢分子离子的振转光谱在未来研究中的发展前景.
2024, 73 (20): 204203.
doi: 10.7498/aps.73.20241128
摘要 +
锂离子精密光谱为束缚态量子电动力学的验证以及原子核结构的研究提供了独特的平台. 本文综述了实验和理论联合研究团队近年来对6,7Li+离子$\,^3{\rm{S}}_1$和$\,^3{\rm{P}}_J$态超精细劈裂的高精度理论计算与实验测量的研究成果. 在理论方面, 理论团队采用束缚态量子电动力学方法对$\,^3{\rm{S}}_1$和$\,^3{\rm{P}}_J$态的超精细劈裂进行了计算, 精确至$m\alpha^6$阶. 在实验方面, 实验团队分别通过饱和荧光光谱法和光学Ramsey方法对7Li+和6Li+离子的超精细劈裂进行了高精度测量, 并由此提取了6,7Li核的Zemach半径. 结果显示, 6Li的Zemach半径与核模型计算值存在显著差异, 揭示了6Li核的奇异特性. 这不仅为原子核结构的探索提供了重要信息, 也将进一步推动少电子原子和分子的精密光谱研究.
2024, 73 (20): 204205.
doi: 10.7498/aps.73.20241231
摘要 +
基于少电子原子体系的精密光谱测量为 “质子半径之谜”、量子电动力学高精度检验等重大科学问题的解决带来曙光, 因此备受关注. 然而, 少电子体系许多重要的跃迁谱线位于真空/极紫外波段, 缺少合适的 窄线宽光源是阻碍其测量精度进一步提升的主要原因之一. 近年来, 基于稀有气体高次谐波过程产生的极紫外窄线宽相干光源为精密测量这些跃迁谱线带来了新的机遇. 最新研究表明, 极紫外光梳的最短波长可至12 nm, 最高功率可至mW量级, 线宽可至0.3 MHz; 而极紫外波段的拉姆齐光梳亦可以实现kHz量级的光谱精度, 且其工作波长有潜力覆盖整个极紫外波段. 本文重点介绍少电子原子极紫外波段精密光谱测量相关技术方法与研究进展. 首先简要介绍基于少电子原子体系精密光谱测量的科学意义; 随后介绍极紫外波段少电子原子体系精密光谱测量方法, 即基于极紫外光梳的直接频率梳光谱方法和极紫外波段的拉姆齐频率梳光谱方法; 然后介绍利用这些方法开展少电子原子体系精密光谱实验测量以及相关精密谱理论计算方面的研究进展, 以及这些方法在其他相关研究中面临的重要机遇; 最后给出未来工作展望.
综述
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2024, 73 (20): 201101.
doi: 10.7498/aps.73.20241079
摘要 +
近年来, 基于宇称-时间(parity-time, PT)对称的非厄密物理机制在磁谐振式无线电能传输(wireless power transfer, WPT)领域取得了显著进展. 非厄密物理不仅有效地解释了当前WPT领域基于电路理论分析的主要实验结果, 而且为进一步提升WPT器件的传输效率、距径比、鲁棒性等方面提供了全新的原理支撑. 本文主要综述了基于PT对称、高阶PT对称、高阶Anti-PT对称等条件下的高效稳定磁谐振式WPT的研究进展, 揭示了非厄密物理在该领域的独特作用机制及重要应用. 最后对非厄密物理在WPT领域的应用前景进行了展望.
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2024, 73 (20): 207302.
doi: 10.7498/aps.73.20241022
摘要 +
忆阻器是非易失性存储器和神经形态计算的优秀候选者. 电压调制作为其关键性能策略, 是获得纳瓦超低功耗、飞焦超低能耗工作的基础, 有助于打破功耗墙、突破后摩尔时代算力瓶颈. 然而基于高密度集成忆阻器阵列的类脑计算架构还需重点考虑开/关比、高速响应、保留时间和耐久性等器件稳定性参数. 因此如何在低电场下实现离子/电子的高效、稳定驱动, 构筑电压低于1 V的低电压、高性能忆阻器成为了当前实现类脑计算能效系统的关键问题. 本文综述了近年来面向类脑计算的低电压忆阻器的研究进展. 首先, 探讨了低电压忆阻器的机制, 包括电化学金属化机制和价态变化机制. 在此基础上, 系统总结了各材料体系在低电压忆阻器中的优势, 涵盖了过渡金属氧化物、二维材料和有机材料等. 进一步围绕材料工程、掺杂工程、界面工程提出了相应的低电压忆阻器实现策略, 最后, 展望了基于低电压忆阻器的类脑功能模拟及神经形态计算应用, 并对现存问题和未来研究方向进行了讨论.
数据论文
2024, 73 (20): 207801.
doi: 10.7498/aps.73.20240928
摘要 +
采用有限差分时域算法计算(AlxGa1–x)2O3薄膜衬底上的周期性三角晶格Al纳米孔阵列的透过率, 研究不同(AlxGa1–x)2O3衬底的Al组分x以及Al纳米孔阵列的厚度、孔径和周期对其光学传输特性的影响. 数值计算结果表明, 当x = 0时, 在263 nm和358 nm波长范围处出现两个强透射峰, 随着x的增大, 其中位于263 nm处的透射峰发生轻微蓝移, 强度则先增强后下降; 358 nm处的透射峰发生明显蓝移且不断加强. 若纳米孔阵列的周期不变, 随着空气柱孔径增大时, 紫外波段两强透射峰峰值位置分别位于244 nm和347 nm处, 两峰均先发生红移再蓝移, 透过率不断增大, 反射率减小. 随着周期扩大, 紫外波段两强透射峰分别位于249 nm和336 nm处, 两透射峰均发生明显红移, 其中249 nm处的透射峰红移至304 nm, 336 nm处的透射峰红移至417 nm, 并且透过率不断降低. 随着Al厚度的增大, 位于380 nm处的透射峰峰值位置发生蓝移, 且透过率不断下降. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00036 中访问获取.
总论
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2024, 73 (20): 200201.
doi: 10.7498/aps.73.20240686
摘要 +
近几年对活性粒子的研究已成为很多领域研究者关注的重要课题之一, 其中关于活性手征粒子的相分离问题具有重要的理论和实际意义. 本文通过朗之万动力学研究了具有不同扩散系数的活性手征粒子组成的二元混合系统中粒子的相分离. 较小的相对扩散系数有利于“冷”粒子形成大的团簇而分离, 较大的相对扩散系数则会减弱分离效果. 由于粒子特征(自驱动速度、自转角速度)和相对扩散系数对粒子间碰撞作用的影响, 系统要使“冷”“热”粒子达到相分离, 自驱动速度和自转角速度的增大(或减小)不能同步, 自驱动速度的相对变化率要小于自转角速度的相对变化率. 通过分析“冷”粒子有效扩散系数的变化, 系统相分离现象得到了很好的解释. 有效扩散系数较小意味着“冷”粒子会聚集形成较大的团簇, 系统可出现相分离现象, 而当有效扩散系数较大时“冷”粒子的扩散较强, 不会形成大的团簇产生相分离. 另外, 随着粒子填充率的增大“冷”粒子最大团簇粒子数占比曲线进行先增大后减小的非单调变化, 每条曲线存在一段最优粒子填充率宽度. 相对扩散系数和自驱动速度的增大, 会使曲线的最优填充率宽度变窄并向右偏移.
2024, 73 (20): 200701.
doi: 10.7498/aps.73.20240949
摘要 +
考虑到单纵模激光器作为多普勒测风激光雷达的激励光源需要复杂的种子注入技术和高精度的稳频锁频技术, 本文提出了以自由运转的多纵模激光器作为激励光源的直接多普勒测风激光雷达, 以降低激励光源的实现难度和复杂性. 针对典型Nd:YAG脉冲激光器, 研究了不同激光辐射线宽、光学谐振腔长和中心波长条件下多纵模激光激励的大气弹性散射回波光谱的分布模式. 为了综合利用大气风场导致的多纵模激光中每个纵模所激励大气弹性散射回波光谱的多普勒频移, 利用具有周期性透过率曲线且四个输出通道相位各相差π/2的可调谐四通道马赫-曾德尔干涉仪, 实现对多纵模大气弹性散射回波光谱多普勒频移的高精度鉴别. 在此基础上, 构建了多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术大气风场反演的数学模型. 仿真结果表明, 所提出的多纵模直接多普勒测风激光雷达能够实现对大气风场信息的高精度测量, 并且激光中心波长越大, 激光光学谐振腔长越短, 系统测风范围越大, 测风误差越小.
原子和分子物理学
2024, 73 (20): 203101.
doi: 10.7498/aps.73.20240992
摘要 +
为了研究NO2在未掺杂石墨烯和掺杂石墨烯(N掺杂、Zn掺杂、N-Zn双掺杂)上的吸附, 本工作采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势对其吸附过程进行模拟. 计算了石墨烯表面吸附NO2分子的吸附能、Mulliken分布、差分电荷密度、态密度和光学性质. 研究结果表明, 与未掺杂石墨烯表面相比, 掺杂石墨烯表面对吸附NO2表现出了更高的敏感性, 吸附能大小顺序为: N-Zn双掺杂表面 > Zn掺杂表面 > N掺杂表面 > 未掺杂表面. 未掺杂石墨烯和N掺杂石墨烯表面与NO2的相互作用较弱, 是物理吸附. Zn掺杂和N-Zn双掺杂石墨烯表面与NO2之间形成了化学键, 是化学吸附. 在可见光范围内, 3种掺杂方式中 N-Zn双掺杂表面对于提高石墨烯光学性能效果最佳, 其吸收系数和反射系数的峰值较未掺杂石墨烯表明分别提高了约1.12倍和3.42倍. N-Zn双掺杂石墨烯不但能增强表面与NO2的相互作用, 同时也能提高材料的光学性能, 这为基于石墨烯基底的NO2气体检测传感提供了理论支撑和实验指导.
2024, 73 (20): 203401.
doi: 10.7498/aps.73.20240859
摘要 +
本文基于2022年报道的一个SiH2(11A′)势能面, 运用切比雪夫波包方法对$ \text{H}{(}^{2}\text{S})+\text{SiH}({\text{X}}^{2}\Pi ; \nu = 0, $$ j = 0)\to \text{Si}{(}^{1}\text{D})+{\text{H}}_{2}({\text{X}}^{1} \Sigma_{g}^{+}) $反应体系在$ 1.0 \times {10^{ - 3}} $—1.0 eV的碰撞能量范围内进行动力学研究. 分别应用忽略科里奥利耦合效应的耦合态近似和精确量子力学计算得到该反应的反应概率、积分散射截面和速率 常数. 计算发现在J 较大时, 科里奥利耦合效应显著提升该反应的反应概率, 忽略科里奥利耦合效应会使H + SiH 反应的积分散射截面和速率常数减小, 对于速率常数而言, 温度越高, 两种计算方法所得结果的差距越大. 精确的量子力学计算结果表明, H + SiH 反应的速率常数在300—1000 K之间几乎不随温度改变, 这与H + CH 反应非常相似, 但是在数值上, 前者比后者大1个数量级.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
2024, 73 (20): 204201.
doi: 10.7498/aps.73.20240895
摘要 +
提出一种利用辅助光调控高功率掺镱光纤放大器中增益分布, 以控制信号光的受激拉曼散射(SRS)增益、提高SRS阈值的方法. 基于数值模拟分析了辅助光的波长以及辅助光和信号光的功率比例对放大器SRS阈值的影响规律. 计算结果显示, 通过引入适当波长和功率的辅助光可以有效提升放大器的SRS阈值.
2024, 73 (20): 204202.
doi: 10.7498/aps.73.20240816
摘要 +
光纤放大器在辐照环境中具有良好的应用前景, 而模式不稳定(transverse mode instability, TMI)效应则是制约光纤放大器功率提升的重要因素. 因此, 针对辐照效应对于掺镱光纤放大器TMI阈值的影响, 开展了理论研究. 通过将辐致损耗引入光纤放大器的TMI理论模型, 率先给出了考虑辐照效应的TMI阈值表达式, 探讨了TMI阈值随辐射剂量的变化规律, 研究表明: 辐照效应对于TMI阈值的影响, 不仅与光纤的抗辐照性能有关, 还与光纤放大器的增益系数有关. 增益系数的增大, 会减缓TMI阈值随辐射剂量的衰减, 但也会导致TMI阈值的整体下降. 通过对比辐照效应对于TMI阈值和输出功率的影响, 结果发现, TMI阈值随辐致损耗衰减更快. 这也使得TMI效应成为辐照条件下光纤放大器输出功率的限制因素. 相关研究结果, 对于辐射条件下光纤放大器的设计及应用研究具有指导意义.
2024, 73 (20): 204204.
doi: 10.7498/aps.73.20240965
摘要 +
声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值. 本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式, 研究了驻波声场(19.8 kHz)中的液滴失稳现象及其动力学机制. 结果表明, 随着声场强度的增大, 液滴失稳模式由圆盘失稳转变为边缘锐化失稳, 更重要的是, 液滴在失稳过程中其赤道面扩张加速度存在自发增大的现象. 经分析, 本文揭示了液滴变形过程中其赤道处声辐射负压与长径比之间的正反馈机制, 前者与后者的二次方成正比, 阐明了液滴自加速失稳的形成原因. 之后, 建立了包含表面张力和考虑正反馈机制的声辐射压力的液滴界面平衡方程, 最终得到了声致液滴失稳的无量纲判据, 即当声韦伯数Wea ≤ 1时, 液滴界面保持平衡; Wea > 1时, 赤道声吸力大于表面张力, 液滴发生失稳, 该理论判据与实验结果吻合良好.
2024, 73 (20): 204701.
doi: 10.7498/aps.73.20241105
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采用分子动力学模拟方法研究纳米气泡逐渐凹陷并发展至溃灭的过程, 本文主要研究冲击速度和气泡尺寸对纳米气泡溃灭的动力学特性影响机制. 结果表明: 纳米气泡溃灭大体上经历三个阶段. 首先是气泡外侧水分子压缩阶段, 然后是冲击波导致液膜稳定结构被破坏阶段, 最终发展至气泡完全溃灭阶段; 在冲击速度较大时, 较小尺寸气泡在更强的冲击效果作用下, 气泡溃灭时间更短; 纳米气泡溃灭后高速射流后在速度等高线右端形成凸起, 随着气泡尺寸和冲击速度增大, 凸起程度就越大, 水分子向气泡中心汇集, 在气泡上方和下方形成涡旋结构, 有效的增强了流体内部传质作用; 随着气泡尺寸和冲击速度的增大, 气泡周围密度也逐渐增大, 气泡完全时溃灭时局部密度可达1.5 g/cm3附近; 当气泡体系衰减至一半时, 出现水锤冲击效应, 随着气泡尺寸和冲击速度的增大, 水锤冲击作用愈发明显, 对于up = 3.0 km/s, D = 10 nm的纳米气泡结构塌陷后射流水锤冲击所形成的局部压强可达30 GPa.
凝聚物质：结构、力学和热学性质
2024, 73 (20): 206801.
doi: 10.7498/aps.73.20241006
摘要 +
提高压电聚合物的耐温性, 且构建压电特异结构提高电学输出特性, 成为柔性耐高温压电/热释电双功能传感器制造的关键. 本文采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维薄膜, 通过程序控温对PAN纳米纤维膜进行热处理得到了耐高温的柔性纤维薄膜. 研究结果表明, PAN耐高温柔性纤维薄膜纳米传感器可以在高温环境(> 500 ℃)中使用, 其输出性能随热处理温度的升高先增大(< 260 ℃)后基本保持不变(260—450 ℃), 最后输出性能减小(> 450 ℃), 当热处理温度达到260 ℃时, 输出电压可达10.08 V, 输出电流达到2.89 μA, 与未进行热处理的PAN膜相比, 其输出电压和电流分别提高了3.54倍和2.83倍. 同时, 该传感器在高温环境下的输出不发生变化. 发现热处理的PAN具有热释电效应, 且热释电输出随着温度梯度的增大而变大. 在5000次的敲击循环测试中, 经过热处理的PAN纳米纤维薄膜传感器具有稳定的输出, 这表明该传感器有望应用在消防安全、航空航天等高温环境中.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2024, 73 (20): 207301.
doi: 10.7498/aps.73.20240871
摘要 +
本文通过T-型石墨烯结构的条带两侧分别施加单层或者双层具有宇称-时间(parity-time, PT)对称性的虚势能, 考察了非厄米机制对能谱和边缘态的调控作用. 结果发现, 当对条带最外侧单层格点施加虚势能时, 边缘态的能量出现虚部, 并且从局域在系统两侧变为一侧. 而拓扑平庸区出现PT对称相转变. 当虚势能达到临界值时, 体态的能隙中会有新的虚能边缘态. 另一方面, 当施加双层虚势能时, 体系中会出现两种不同的边缘态. 一种是出现在顶带和底带、局域在系统一侧的边缘态, 另一种是出现在第2条和第3条能带中间、局域性相对较弱的边缘态, 且不会进入能隙中. 本工作有助于理解PT对称的边缘虚势能对T-型石墨烯结构物性的调控作用.
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2024, 73 (20): 207304.
doi: 10.7498/aps.73.20241004
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基于硅基材料的逻辑器件由于其短沟道效应, 使摩尔定律失效, 二维半导体材料被认为是继续缩小晶体管尺寸以生产更多摩尔电子器件的潜在沟道材料. 最近在实验上突破了技术瓶颈的限制, 实现了二维场效应晶体管突破亚1 nm沟道极限, 并且表现出优异的器件性能. 这极大地鼓舞了在理论上进一步探索二维器件的性能. 二维SnS具有较高的载流子迁移率和各向异性的电子性能, 且材料性能环境稳定. 本文应用第一性原理研究了亚5 nm SnS 场效应晶体管的量子输运特性, 鉴于SnS的各向异性, 本文将器件沿单层SnS的armchair和zigzag两个方向进行构造, 发现p型zigzag方向的器件性能优于其他类型(包括n型、p型的armchair方向和n型的zigzag方向). p型zigzag方向器件的开态电流在栅长缩短到1 nm也能满足国际半导体技术路线图的高性能(HP)器件要求, 其值高达1934 μA/μm. 这在目前报道的1 nm栅长上的器件材料性能方面处于领先.
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2024, 73 (20): 208501.
doi: 10.7498/aps.73.20241075
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卤化物钙钛矿具有优异的电学和光学性能, 是光电子器件中理想的有源层候选材料, 特别是在高性能光探测方面显示出更具竞争力的发展前景, 其中全无机钙钛矿CsPbBr3因其良好的环境稳定性而被广泛关 注. 本文报道了一种具有快响应速度和低暗电流的垂直MSM型CsPbBr3薄膜光电探测器. 由于采用垂直 结构缩短了光生载流子的渡越距离, 器件具有超快的响应速度63 μs, 比传统平面MSM型光电探测器提高了两个数量级. 然后, 通过在p型CsPbBr3与Ag电极之间旋涂一层TiO2薄膜, 提升了界面光生载流子的分 离效率, 实现了钙钛矿薄膜与金属电极间的物理钝化, 从而大大降低了器件的暗电流, 在–1 V的偏压下暗电流只有–4.81×10–12 A. 此外, 该种垂直MSM型CsPbBr3薄膜光电探测器还具有线性动态范围大(122 dB)、探测率高(1.16×1012 Jones)和光稳定性好等诸多优点. 通过Sentaurus TCAD模拟发现, 电荷传输层可以选择性的阻挡载流子传输, 从而起到降低暗电流的作用, Sentaurus TCAD模拟结果与实验数据吻合, 揭示了电荷传输层降低器件暗电流的内在物理机制.
地球物理学、天文学和天体物理学
编辑推荐
2024, 73 (20): 209401.
doi: 10.7498/aps.73.20240975
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遍布全球的人工甚低频台站发射的信号主要用于对潜通信, 在夜间, 这些信号可以泄漏进磁层与内辐射带中几十至几百keV电子发生回旋共振, 从而导致电子沉降. 这一过程是导致内辐射带电子损失的重要原因, 也是磁层-电离层耦合过程中能量和物质输运的重要环节. 被台站信号散射的电子呈现出能量随L增加而减小的“条缕状”能谱结构, 与台站信号和电子的一阶回旋共振能量曲线相符. 低轨卫星可以对“条缕状”能谱结构进行清晰地观测, 为研究近地空间波粒相互作用提供了重要契机. 本文基于Drift-Diffusion-Source模型, 复现了DEMETER卫星于2009年3月19日多个轨道测量的NWC台站信号导致的“条缕状”能谱, 量化了NWC台站信号对辐射带电子的散射作用, 明晰了NWC台站信号的幅度和传播角, 揭示了内辐射带电子漂移过程中的动态变化规律, 为开发人工影响辐射带技术提供了重要理论参考.
