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 +
为满足重力梯度测量卫星无拖曳飞行任务和近地轨道高分辨率观测卫星精确维轨任务对离子推力器连续变推力能力及其高分辨率特性的应用需求, 对高分辨率宽范围变推力离子推力器开展了技术研究与应用验证. 基于Kaufman型离子推力器等离子体放电与离子束流引出两大关键物理过程之间的弱耦合性和相对分离性, 提出了发散场构型的宽范围变推力离子推力器技术方案, 开展了放电室宽范围放电稳定性设计、兼顾宽温域启动和高密度引出需求的凹球面离子光学系统构型设计以及空心阴极电流发射连续性设计等技术研究工作. 基于此, 完成了10 cm口径高分辨率宽范围连续变推力离子推力器的设计优化与地面性能评测, 并在2023年实现在轨飞行应用. 卫星在轨测试结果表明: 10 cm口径高分辨率宽范围连续变推力离子推力器可在98.3—585.3 W功率范围内实现1.39—20.05 mN的推力调节, 比冲保持在547—3056 s范围内, 与地面测试结果相当; 推力响应速率约为3 mN/s, 推力分辨率不低于15 μN, 较地面测试结果更佳. 相比同类型传统化学推进模式下的卫星轨道控制效果, 基于10 cm口径高分辨率宽范围连续变推力离子推力器的卫星维轨精度提高2个数量级, 有效保障了卫星在轨工程任务的实施.
摘要 +
本文系统研究了过渡金属二硫化物3R相MoS2的声子性质，并与常见的2H相进行了对比。研究通过拉曼光谱实验结合线性链模型、力常数模型和键极化模型，对不同堆垛结构的振动模式、峰位及强度演化规律进行了深入分析。结果表明，高频拉曼光谱难以有效区分两种相，但二次谐波对晶体对称性极为敏感，可清晰实现堆垛相的鉴别；在低频区域，线性链模型能够刻画剪切模与呼吸模的层数依赖性，而力常数模型因引入层内和层间的力常数后能更准确地拟合实验趋势；键极化模型进一步解释了不同堆垛结构下拉曼散射强度的差异；在高频区域，3R相的峰位差对层数变化更加敏感，因而在层数判定中具有更高的可靠性，同时表面效应在其高频声子行为中起着更为关键的作用。综上所述，本文全面揭示了3R相MoS2的独特声子特征及层数依赖性，为低维材料的堆垛结构识别和物性调控提供了重要依据，并为其在光电器件、量子器件中的应用奠定了基础。
摘要 +
压力下双层镍氧超导体展现出高达80 K的超导临界温度，使Ruddlesden-Popper（RP）相层状镍氧化物成为研究非常规高温超导机制的新平台。本综述从弱耦合理论计算角度出发，系统回顾了近期在RP相层状镍酸盐中非常规超导配对机制的理论研究进展，内容涵盖配对对称性、主导轨道成分及其自旋涨落特征等方面，涉及加压条件下的La3Ni2O7、La4Ni3O10、La5Ni3O11块材以及常压条件下的La3Ni2O7薄膜等多个体系。这些材料普遍表现出以Ni-3dz2与3dx2-y2轨道为主导的低能电子自由度。在RP块材中，无规相近似、泛函重整化群和涨落交换近似等弱耦合方法普遍支持一种由自旋涨落介导、以层间dz2轨道为主导的s±波配对机制。其中，La3Ni2O7块材的超导可能与费米面上γ口袋的出现密切相关，该口袋源于dz2轨道成键态的金属化过程。另一方面，La4Ni3O10的超导特性主要取决于洪特耦合强度和掺杂浓度，而非能带细节；而La5Ni3O11则因层间约瑟夫森效应，呈现出穹顶型的压力-超导相图。对于La3Ni2O7薄膜，理论研究表明其可能存在s±波与dxy波竞争的配对特征。此外，常压下的自旋密度波序与超导存在紧密联系。整体而言，弱耦合理论不仅解释了实验现象，还为在常压下实现高温超导提供了理论思路。
摘要 +
本文研究具有集体耗散的里德堡原子系统中的非平衡相变。结合平均场理论与刘维尔谱分析，发现集体耗散可诱导原子间关联,并引发一种新型双稳态：系统或收敛于某不动点或保持自激周期性振荡，区别于传统相互作用导致的双稳态。结果表明刘维尔能谱方法在有限维系统中提取的非平衡相变特征与热力学极限下的平均场结果基本一致。该研究不仅能解释里德堡原子实验中观测到的自激振荡现象，还预言了新的相结构，也验证了刘维尔能谱方法在量子多体研究中的有效性，为探索耗散系统中的非平衡相变提供了理论框架。
摘要 +
本文综述了布里渊光散射(Brillouin Light Scattering,BLS)技术的基本原理、发展历程及实验装置演化，并深入探讨了其在现代科学研究中的多领域应用。BLS技术基于光子与材料中元激发(如磁子、声子)的非弹性散射过程，通过精确测量散射光的频移，可获取这些准粒子的能量、动量及相互作用等关键物理信息。自1914年布里渊首次提出理论预测以来，BLS技术经历了显著的技术演进：从早期仅能实现单一波矢的选择性测量，逐步发展为兼具微米级空间分辨率、纳秒时间分辨率和相位测量能力的高精度表征手段。这一技术演化过程不仅拓展了布里渊光散射在凝聚态物理研究中的应用范围，更使其成为研究磁子动力学和声子输运现象的重要工具。本文详细阐述了串联法布里-珀罗干涉仪的工作原理及其在BLS高精度光谱分析中的核心作用，并结合近年来一系列前沿研究案例，系统展示了BLS技术在自旋波色散关系测量、非互易传播特性研究、非线性动力学表征、磁声耦合效应以及生物力学分析等领域的独特优势。随着BLS技术的持续优化及其与新兴表征方法的交叉融合，布里渊光散射作为一种多维度、高灵敏度的光学无损探测平台，将在材料科学、量子信息、生物医学等前沿领域发挥更加关键的作用。
摘要 +
容性耦合等离子体源具备结构简单、造价低、能产生大面积均匀等离子体的优点，被广泛应用于半导体芯片制造的刻蚀、沉积等工艺中。为了满足先进生产工艺的需求，人们常常需要对等离子体源实施流体模拟，从而对等离子体的密度、均匀性等重要参数进行优化。本文采用自主研发的容性耦合等离子体快速模拟程序对双频容性耦合Ar/CF4等离子体源进行了三维流体模拟，以对程序在该问题中的有效性进行初步验证，并研究气压、高低频电压、低频频率、气体组分比例等放电参数对等离子体产生的影响。模拟结果显示，该程序具有极高的模拟速度；随着低频电压的增加，等离子体密度先近似不变，后显著增大，而等离子体的均匀性先上升，后显著下降，在此过程中低频电源带来的γ模式加热逐渐增加，直到取代高频电源的α模式加热成为主导；随着低频频率的增加，等离子体密度先近似不变，后略微增大，而等离子体的均匀性变化不大，这是因为低频电源的γ模式加热与频率无关，而α模式加热远远低于高频电源；随着高频电压的增加，等离子体密度显著增大，而等离子体的均匀性先上升，后显著下降，在此过程中高频电源的α模式加热显著增强；随着气压的增加，等离子体密度明显增大，同时等离子体的均匀性也明显上升，原因是粒子与背景气体间碰撞更为充分；随着背景气体中Ar比例的增加，等离子体密度变化较小，Ar相关粒子的密度总体呈上升趋势，CF4相关粒子的密度总体呈下降趋势，但部分粒子的密度变化存在非单调的情况，这体现了部分组分的电离、解离间具有相互促进的作用。
摘要 +
偏振探测是获取光矢量信息的重要手段，广泛应用于光通信、智能感知与生物传感等领域。二维范德瓦尔斯材料因其独特的各向异性与可调电学特性，为实现高性能偏振探测提供了新的材料平台，但这类材料存在本征吸收弱、响应效率有限等局限性。等离激元结构可在微纳尺度实现强局域光场调控，是突破上述局限性、提升探测性能的重要手段。本文系统梳理了等离激元微纳结构与范德瓦尔斯材料的光学耦合机制，分析了不同类型等离激元结构在各类偏振光探测中的作用与优势。最后，讨论了该方向在偏振敏感光通信、片上光计算与信息处理、仿真视觉与图像识别等前沿领域的应用前景，展望了未来研究面临的机遇与挑战。
摘要 +
固态电池凭借能量密度大，安全系数高等优势，近年来逐渐成为人们关注和研究的焦点。锂枝晶是影响电池安全性和使用寿命的关键因素，严重时会发生电池短路的情况。相较于液态电池，固态电池依赖于机械强度更高的固态电解质，能有效的抑制锂枝晶的生长，然而随着充放电循环次数的增加，由于锂枝晶未完全溶解而产生的死锂逐渐累积，电池的性能逐渐降低。本文针对固态电池中的死锂问题，采用相场法模拟了力-热-电化学三种物理场耦合下的锂枝晶溶解和死锂产生过程。结论显示，当在相场模型中耦合入传热模型或者力学场后，枝晶溶解截止时间和死锂面积都会发生变化。同时，在此基础上升高温度或是施加低外压、高外压时，死锂面积都会降低。而对于改变电化学参数，减小扩散系数、增大界面迁移率以及减小各向异性强度都能有效减少死锂面积。
摘要 +
多光子显微镜(MPM)已成为生物医学领域的重要研究工具。目前，MPM的驱动激光基于钛蓝宝石激光器，可提供720-950 nm的波长可调谐飞秒脉冲。为覆盖1000-1350 nm的第二生物透射窗口，通常需要引入复杂的光学参量振荡器。而为增加成像深度，位于1600-1750 nm的第三生物透射窗口的光源同样也得到了广泛的关注。然而，迄今为止还没有能够同时覆盖三个透射窗口的超快激光源，这阻碍了MPM在生医领域的广泛应用。在本论文中，我们发展了一种基于双波长光纤激光器的超快光源，输出波长在800 nm到1650 nm之间可调谐的四色飞秒脉冲，覆盖了适合驱动MPM的全部波段。利用该超倍频程的超快光源驱动MPM，我们成功实现了对多种生物医学样品的无标记多模态成像。
摘要 +
常压镍基高温超导电性的发现，为深入探索镍基超导机理带来了新平台。然而，Ruddlesden-Popper镍氧化物在热力学上处于亚稳态，对其结构和氧含量的精准控制极具挑战。本文介绍了利用强氧化原子逐层外延生长技术在LaAlO3和SrLaAlO4衬底上制备单相、高质量的Ln3Ni2O7（Ln为镧系元素）薄膜的系统方法。其中，(La,Pr,Sm)3Ni2O7/SrLaAlO4超导薄膜的超导起始转变温度（Tc,onset）达到50 K。阳离子化学计量偏差、逐层原子覆盖度、薄膜与衬底界面重构和氧化条件是影响薄膜Ln3Ni2O7晶体质量和超导性能的四个重要因素： 1）精准的阳离子化学计量控制会抑制晶体杂相的产生； 2）原子逐层的完整覆盖和3）优化的界面重构可以减少薄膜的堆垛层错； 4）准确的氧含量调控则是实现超导单转变和高Tc,onset的关键。这些发现对各类氧化物高温超导薄膜的逐层外延生长具有借鉴意义。
摘要 +
二维材料的发光特性与各向异性构成了微纳偏振发光器件实现与性能优化的物理基础．然而，并非所有天然二维材料体系同时具备强本征发光与强各向异性，这在很大程度上限制了其在偏振可控发光器件中的应用潜力．针对这一问题，本研究基于范德华工程策略，构建了由单层MoS2与低对称性NbIrTe4组成的异质结，从而实现了高效发光特性与强各向异性响应的协同耦合．角分辨偏振光致发光测试结果表明，NbIrTe4中固有的各向异性势场能够有效改变单层MoS2的面内晶格对称性，诱导其光致发光过程呈现明显的偏振依赖性，并显著提升激子的各向异性辐射强度．本研究不仅揭示了范德华异质结中发光各向异性产生的微观物理机制，还为新一代高性能偏振发光器件的结构设计与性能调控提供了可行的理论指导与实验依据．
摘要 +
二维铁电半导体α-In2Se3在新型电子器件中具有重要应用前景.然而采用化学气相沉积法(CVD),该材料通常需要高于650℃的高温.本研究提出一种低温合成策略,通过引入KCl/LiCl/NH4Cl三元催化剂体系,在400-460℃(优化条件440℃)制备α-In2Se3薄膜,该工艺较传统方法降低温度200℃以上.扫描电子显微镜(SEM)表征显示材料形貌可通过温度与气体流速协同调控,从六边形薄片转变为连续均匀薄膜;能量色散谱仪(EDS)分析表明元素比例接近理想化学计量比(In∶Se=36.38∶63.62);拉曼光谱(特征峰103/180/195 cm-1)与X射线光电子能谱(XPS)(In∶Se=1.92∶3.00)共同证实材料为纯α相、化学计量比接近理想值.基于此材料构建的阻变器件表现出模拟阻变的特性,模拟了生物突触的长时程增强/抑制行为.在人工神经网络仿真中,对MNIST数据集的图像识别准确率均在90%以上.该低温合成工艺突破高温限制,为α-In2Se3在硅基神经形态计算芯片中的规模化集成提供可行路径.
摘要 +
在大气压介质阻挡放电的某些应用场景中，待处理物表面附着的水滴会改变气隙宽度、介电分布、气相成分等条件，进而影响低温等离子体的应用效果。本文建立了大气压氦气介质阻挡放电仿真模型，探究了接触角为45°、90°、135°的水滴附着于待处理物表面时稳态放电结构与活性粒子分布受到的影响及其背后机制。结果表明，水滴表面与上方区域的稳态放电强度受到削弱，这是因为在负击穿中，水滴表面的极化电场增强了等离子体双极性扩散，促成环形放电抑制区；在次正放电阶段，水滴极化导致的种子电子清除效应抑制了水滴上方区域放电，上述放电抑制作用随水滴接触角变大而提升。在化学分布部分，待处理物和水滴表面的活性粒子与电子存在着协同分布关系，其中O与N的分布会因O2与N2键能的不同产生差异，OH与He+的分布则分别受到水滴蒸发与电场的影响。本文系统阐述了水滴附着对介质阻挡放电电化学过程的影响机制，为等离子体-液滴系统的相关应用提供了理论指导。
摘要 +
旋转辐条作为一种低频、长波长不稳定性，广泛存在于磁控管、霍尔推力器等E×B放电装置中。霍尔推力器中旋转辐条表现为位于放电通道中的明亮发光区域沿着角向旋转。旋转辐条不稳定性引起的空间电势扭曲，提高了在E×B作用下沿电势等势线漂移运动的电子到达阳极的概率，增加了电子的轴向输运。本文利用轴向-角向的二维粒子-流体混合模型研究了霍尔推力器放电通道中的轴向磁场梯度对旋转辐条不稳定性的影响。采用包含等离子体密度梯度和磁场梯度效应的色散关系，结合模拟得到的离子密度分布、电势分布、电场分布对模拟结果进行了分析。模拟结果表明，随着放电通道内磁场梯度的减小，模数m=1的旋转辐条不稳定性的频率和传播速度会轻微的增加，但不会对旋转辐条的传播方向和本质特征产生影响。结合色散关系的分析结果表明，密度梯度和磁场梯度共同驱动的角向漂移不稳定性是旋转辐条的诱发因素。磁场改变引起的离子密度分布的变化对诱发旋转辐条的角向漂移不稳定性出现的轴向位置有轻微的影响，但始终位于推力器出口下游附近。本文的研究结果表明旋转辐条不稳定性不属于电离不稳定性，且改变放电通道内的磁场分布不会对旋转辐条的传播方向和模数产生影响。本文的研究结果对明确旋转辐条的激发机制及其影响因素提供了理论支撑。
摘要 +
为满足日盲紫外通信等前沿应用对高性能光电探测器的迫切需求，本文设计并实现了一种基于背入射结构的全透明β-Ga2O3日盲光电探测器．该器件采用射频磁控溅射技术在双面抛光蓝宝石衬底上外延生长高质量β-Ga2O3薄膜，并构筑了能够与n型Ga2O3形成高效准欧姆接触的氧化铟锡(ITO)叉指电极．该结构的核心优势在于利用双抛蓝宝石衬底在深紫外波段的高透过率，使入射光子绕开紫外区吸收显著的ITO电极，彻底规避了传统正入射模式中由电极遮蔽效应所导致的光子损失．得益于此，器件展现出卓越的光电性能，如高响应度、高探测率与优异的紫外/可见光抑制比．在此高性能探测器平台基础上，我们进一步发掘了该器件的多功能应用潜力．基于β-Ga2O3单斜晶系的本征晶格各向异性，构建偏振探测实验系统，器件表现出显著的偏振光敏特性．同时，我们成功搭建了非视距(NLOS)紫外通信演示系统，验证了其在复杂信道下进行高保真信息传输的可行性．本研究为构建兼具高灵敏度与偏振分辨、非视距通信能力的新一代Ga2O3基光电器件提供了有效的物理思路和实验依据，在安全通信、偏振成像等领域展现出广阔的应用前景．
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- ...
- 13
- 14
