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非平衡稠密等离子体中电子离子能量弛豫对理解惯性约束聚变、实验室等离子体和天体物理中的非平衡演化以及宏观热力学和输运性质至关重要. 受密度及温度等环境效应的影响, 等离子体中多种物理效应之间的竞合作用共同主导电子离子能量弛豫过程. 本文从量子Lenard-Balescu动理学方程出发, 建立了考虑电子和离子集体激发及其耦合效应的能量弛豫模型, 并在此基础上采用电子离子解耦、静态极限和长波近似构建了不同的简化模型, 系统研究了静态屏蔽、动态屏蔽、电子和离子等离激元激发及其耦合等效应对电子离子能量弛豫的影响机制. 通过不同模型之间的对比, 发现中等波长和短波区间的屏蔽效应以及电子离子集体激发之间的耦合效应对温热稠密等离子体中电子离子能量弛豫有着显著的影响. 这一结论表明, 准确描述等离子体中的动态响应和屏蔽效应将制约着相关物理体系中非平衡演化建模的精确性和有效性.
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本文利用塑料闪烁体探测器进行了宇宙线缪子计数谱及各向异性特性的观测实验。实验采用双端符合测量和标准γ源进行能量刻度，显著减小了探测器的噪声干扰，提高了测量数据的可靠性。通过引入温度与气压修正函数，对计数结果进行了气象效应校正。实验结果显示，缪子在塑料闪烁体探测器中的能量损失呈现出随时间和太阳活动变化的周期性特征，反映出太阳对宇宙线各向异性的调制效应。此外，实验数据与羊八井观测站中子-缪子望远镜的观测结果在缪子计数的日周期变化趋势上表现出较高的一致性。本研究为深入探索宇宙线缪子的能量分布及太阳调制效应提供了可靠的实验依据，同时为宇宙线探测技术的应用与发展提供了重要参考。
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水下流光放电在降解水中有机污染物、改良农作物种子等方面有良好的应用前景，其放电形态对实际应用效果有重要影响。本文利用四分幅超高速相机观测了不同水电导率、外加电压条件下水下微秒脉冲流光放电过程，发现在高水电导率条件下存在两种不同的放电形态：扇形丝丛和单根长丝。在本文研究范围内水电导率800µS/cm是两种形态出现率的分界点：水电导率小于800µS/cm时，单根长丝形态的出现率为100%；当水电导率大于800µS/cm时，随着水电导率的增加，单根长丝形态的出现率降低，扇形丝丛形态的出现率增加；水电导率大于1000µS/cm后，主导放电形态为扇形丝丛形态，随水电导率的增大反转两种放电形态的出现率所需的电压增大。扇形丝丛流光传播速度~1.7 km/s，单根长丝流光早期传播速度~25 km/s，后期传播速度下降至~0.8 km/s，水电导率和外加电压对两种形态的传播速度没有显著影响。扇形丝丛形态的放电延迟时间总是比单根长丝形态的大~8%，单脉冲注入能量比单根长丝形态的小~20%。
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本文对第四代双沟槽型碳化硅场效应晶体管开展了不同栅极偏置电压下的60Co-γ辐照试验，并在辐照后进行了室温退火试验。实验结果表明辐照后器件的阈值电压负向漂移，且在正向栅极偏压下电学性能退化尤为明显。通过分析器件的1/f噪声特性发现，在不同栅极偏置条件下辐照后器件的漏极电流噪声归一化功率谱密度升高了4~9个数量级，这表明辐照后器件内部缺陷密度显著增加。对辐照后器件进行了24、48和168小时的室温退火实验，退火后器件阈值电压有所升高，表明器件的电学性能在室温下可以部分恢复，主要因为辐照产生的浅氧化物陷阱电荷在室温下退火，而深氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷在室温难以恢复。结合TCAD仿真模拟进一步分析器件总剂量效应微观机制，结果表明辐照在氧化层中诱生的大量氧化物陷阱电荷造成栅极氧化层中靠近沟道一侧的电场强度增大，导致器件的阈值电压负向漂移，影响器件性能。
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本文针对空间引力波探测中抑制0.1 mHz-1 Hz频段激光强度噪声需求，基于光电二极管在光伏模式下具有低暗电流的特点，采用零偏置电压方案，结合零失调电压漂移的集成运放及低温漂金属箔电阻组成跨阻放大电路，优化跨阻电容以及跟随电路；并进一步通过主动温控对光电二极管控温来稳定光电二极管响应度，研发出在0.1 mHz-1 Hz频段内超低电子学噪声的光电探测器。利用自研的强度噪声评估系统对其噪声进行时域及频域全面评估测试，实验结果表明：所研发探测器的电子学噪声谱密度达到2×10-6 V/Hz1/2@0.1 mHz-1 Hz，探测器增益能够达到35 kV/W@1064 nm。该探测器噪声性能小于空间引力波探测中对激光强度噪声（10-4/Hz1/2）要求两个数量级，为高增益光电反馈控制以及空间引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件及技术支撑。
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本文基于格子Boltzmann方法，使用三维数值模拟研究了复杂多孔介质中大密度比气泡运动行为，重点探讨Eötvös数(Eo)、接触角(θ)和Reynolds数(Re)耦合作用对气泡速度、形态演化及停滞现象的影响规律 ． 研究发现，在多孔介质中，接触角增大降低了气泡速度，并加剧速度波动，使气泡趋于扁平化 ． Eo的增加则可显著抑制扁平化趋势，稳定气泡速度，使其形态更接近子弹头状 ． 当接触角较大且Eo较小时，黏附力增强会导致气泡停滞于多孔介质内部 ． 此外，Re与接触角在阻力构成中呈竞争关系，对气泡的平均速度有相互增强的作用，而在较大接触角下，Re增大会导致气泡尾部不稳定并易断裂 ． 研究还表明，低Eo和低Re条件下气泡速度随Eo增加而下降，而在高Eo和高Re条件下则呈相反趋势，这一现象源于气泡形态的不稳定性对浮力和速度的影响。
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本文针对N型和P型碳纳米管场效应晶体管（Carbon nanotube field-effect transistor，CNTFET）开展了10 keV-X射线的总剂量效应研究。结果表明，不同类型的晶体管在辐照后均出现阈值电压漂移、跨导下降、亚阈值摆幅上升和饱和电流下降的现象；辐照过程中，施加浮空偏置的N型器件较开态偏置损伤更严重，而施加开态偏置的P型器件较浮空偏置损伤更严重；N型器件辐照后回滞宽度减小且随着沟道尺寸的增大总剂量损伤愈发严重。辐照过程中产生的陷阱电荷是造成器件参数退化的主要原因；不同类型器件在辐照过程中施加的栅极偏置会影响栅极介质层中陷阱对电子或空穴的捕获，从而使器件呈现不同的辐射损伤特征；辐照后N型器件回滞宽度减小可能是因为辐照产生的带负电陷阱电荷阻碍了水分子、OH基团和栅极介质层中陷阱对电子的捕获；此外，晶体管的沟道尺寸也会影响辐射响应，尺寸越大，辐照过程中栅极介质层中和界面处产生陷阱电荷越多，导致晶体管损伤更为严重。
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超高强度马氏体时效不锈钢同时拥有优异的强度及易加工等良好性能，广泛应用于如飞机起落架等关键承载部件中。然而，由于析出的纳米粒子通常与BCC马氏体基体呈半共格或非共格关系，传统马氏体时效不锈钢在追求超高强度的同时依然面临材料强韧性制衡这一难题。本工作通过团簇式设计方法设计了一种新型共格析出强化的超高强度马氏体时效不锈钢(Fe-7.95Cr-13.47Ni-3.10Al-1.83Mo-0.03C-0.23Nb，wt.%)。实验结果表明，该冷轧态不锈钢时效后马氏体组织晶粒发生破碎，拉长，同时BCC马氏体基体中存在高密度位错(~1.8×10-3 nm-2)和大量的共格析出的B2-NiAl纳米粒子(<5 nm)。力学性能方面，该不锈钢在时效过程后表现出明显的时效硬化，峰值时效硬度达到651 HV。并且该不锈钢不仅具有极高的屈服强度(s YS=2.3 GPa)，而且具有良好的断后延伸率(El=3.6%)，表明实现了良好的强塑性匹配。最后，我们对该不锈钢的超高强度来源进行了深入讨论，发现该不锈钢的超高强度来自于各不同微观结构的强化作用。本工作为进一步设计开发出高性能超高强度马氏体时效不锈钢提供了有价值的参考 。
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Au/CeO2(111)作为一种重要的催化剂体系，在催化氧化、水气转换反应等多个领域展现出优异的催化性能。为了深入揭示其催化机理，特别是在原子尺度上理解活性组分的相互作用。本文采用密度泛函理论（DFT+U）计算方法，构建了Au/CeO₂(111)体系的原子尺度模型，通过计算该模型的吸附能、差分电荷密度、巴德电荷以及态密度，揭示了Au/CeO₂(111)的表面吸附行为。在CeO2(111)的平面区域内，经过结构弛豫与优化，确定了五个Au吸附位点。其中最为稳定的吸附位点并非传统上认为的氧顶位，而是氧-氧桥位。在这种吸附构型下，电荷从Au向Ce4+转移，导致Ce4+被还原为Ce3+，伴随着显著的电荷转移现象。过去的研究更多地关注了平面区域的吸附行为，而忽视了台阶边缘区域在催化过程中的重要性。因此，本研究进一步扩展了研究范围，深入探讨了四种不同台阶结构对Au吸附的影响，其中，Type II*和Type III台阶因高度欠配位的Ce原子增强了对Au原子的吸附，特别是Type III台阶通过显著的电荷转移成为Au的首选吸附位点。本研究通过构建更全面的Au/CeO₂模型，突破了以往仅关注平面吸附的局限性，揭示了Au/CeO₂在台阶边缘的吸附机制，为我们深入理解Au/CeO₂(111)的催化机理提供了新的视角。
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本文介绍了一种由超导带材机械冷剥离薄膜制备共面波导柔性传输线的工艺方法。剥离加工后的YBCO薄膜超导转变温度宽度为0.79 K，相较于原带材的转变宽度增加了0.3 K，在77 K、0 T下临界电流密度为7.7×105A/cm2，具有带材75%以上的临界电流密度。将剥离的YBCO薄膜制成长12 cm、宽1 cm PI-YBCO-PI三层结构的传输线，测得40 K-4.2 K的漏热值为0.238 mW。在1 cm宽的YBCO薄膜上制备5条信号通道，仿真得相邻信号通道间的串扰＜-40 dB，每条通道在9 GHz处的插损＜-2 dB，每条信号通道的漏热值为47.6μW。
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为了进一步揭示自脉冲放电机理，本文对氩气环境下的微空心阴极自脉冲放电进行了实验研究.结果表明，随着放电电流的升高，放电分为汤生放电、自脉冲放电和正常辉光放电三个阶段.一个完整的自脉冲放电周期可以分为电流的上升期、下降期以及放电的等待期.本文同时利用流体模型对自脉冲放电的时空动力学特性进行了模拟研究.模拟结果表明当自脉冲放电电流处于最小值时，放电被限制在阴极孔内，电场强度、电子密度和电子产生速率均较低，为汤生放电模式；随着放电电流的增高，孔内放电逐渐增强，同时放电由孔内逐渐向孔外延伸.当脉冲电流最高时，阴极孔外具有较强的放电，阴极外表面附近形成明显的阴极鞘层，阴极腔外部存在较高的电子产生速率.当放电电流降低时，放电由孔外向孔内收缩，并逐步恢复到汤生放电模式.模拟结果同时表明，不同自脉冲放电阶段电离源不同：电流较高时直接电离起主要作用，电流处于最低值时的脉冲等待期潘宁电离起主要作用.实验和模拟结果表明，微空心阴极自脉冲放电实质上是放电被限制在孔内的汤生放电模式与放电区域延伸到孔外的正常辉光放电模式相互转换的过程.
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湍流非线性作用产生的等离子体流可以通过剪切抑制湍流及其驱动的输运，从而改善等离子体约束。湍流可以由局域梯度驱动及远大于其相关长度的径向位置的湍流传播。采用快速往复朗缪尔探针阵列在中国环流器2号A（HL-2A）托卡马克上首次观测了电子回旋共振加热(electron cyclotron resonance heating,ECRH)调制对边缘湍流驱动和传播的影响。边缘径向电场、湍流和雷诺协强在ECRH期间均增强且伴随着离子-离子碰撞率降低。分析表明边缘极向流的增强是由于湍流非线性驱动增加和阻尼减弱的共同作用结果。进一步分析发现ECRH开启后湍流驱动和传播率均增加，且湍流驱动率大于湍流传播率，并与湍流强度做比较。结果表明ECRH期间边缘湍流驱动和传播共同作用导致湍流强度增加，进而引起湍流雷诺协强增强并驱动更强的边缘等离子体流。这些结果阐明了ECRH调制期间边缘湍流驱动和传播对边缘等离子体流和湍流的重要影响。
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声学斯格明子模式是一种在声学结构表面产生的速度场矢量拓扑纹理结构，这种受保护的矢量分布为先进的声音信息处理、传输和数据存储提供了新的维度.在本文中，我们设计了一种波导和螺旋结构的组合结构，利用定向声源激发波导模式传输进而实现对局域型声学斯格明子模式的选择性激发.通过理论分析和数值仿真，我们研究了自旋声源，Huygens声源，Janus声源在此结构中激发的压力场分布以及速度场分布，展示了组合结构中声表面波的定向传输性质和选择性激发的声学斯格明子模式.这种波导激发方式是一种激发声学斯格明子模式的新手段，使得声学斯格明子模式的激发更加灵活.并且这种波导激发的方式在更复杂和更大规模的声学系统中有着重要的应用潜力，研究结果可能促进对声学近场物理的对称性理解，为利用声波操控粒子开辟新的路径，还可能为设计先进声学器件开辟新途径.
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硅通孔（TSV）作为实现三维集成电路互连的关键技术，其侧壁界面的完整性对TSV的漏电特性至关重要。本文开展了温度循环实验，结合漏电流I-V测试、微观结构观察和EDS元素分析，分析了温度循环对TSV侧壁界面完整性及对绝缘层漏电机制的影响。研究表明，随着温度循环次数的增加，TSV阻挡层的完整性逐渐降低，漏电流显著增加，绝缘层的漏电机制从肖特基发射机制转变为肖特基发射与Poole-Frenkel发射机制共同作用，这种转变在高电场条件下更为显著。进一步的TSV界面完整性分析表明，温度循环引起的热机械应力导致了TSV填充铜与阻挡层界面间缺陷产生，这些缺陷促进铜原子扩散到绝缘层，形成漏电路径，是导致绝缘层介电性能下降的主要原因之一。
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利用Skyrme HF+BCS理论以及自洽的QRPA方法研究了镍同位素链原子核的第一个2+态以及矮四极态的性质随中子数增加的演化情况. 研究中分别采用了SGII, SLy5以及SkM*三种能量密度泛函以及密度依赖的零程对相互作用. 计算得到的镍同位素链原子核第一个2+态的激发能以及电磁跃迁强度能较好地再现实验值. 发现$^{70-76}{\rm{Ni}}$的同位旋标量矮四极态共振能量 (跃迁强度) 随着中子数增加而降低 (增加). 这是由于中子$1{g}_{9/2}$态的占有几率的增加, 由该中子态产生的准粒子激发组态占比增加, 组态激发由质子主导渐变为由中子主导产生的. 并发现镍同位素链原子核矮四极态对壳结构的改变比较敏感, 可以为丰中子核的壳演化提供信息.
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