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SmCo12磁能积大，是当前备受关注的一种极具应用潜力的高温永磁体，但该体系普遍存在的ThMn12型晶体结构面临严峻的稳定性挑战，严重制约其实际工程应用。探索兼具稳定性和优良磁性能的SmCo12新结构是突破这一瓶颈的关键。本文采用局域粒子群优化算法结合第一性原理计算，系统探索了SmCo12体系的亚稳相。理论计算发现了一种六方相结构（空间群 $P \overline{3} 1 m$），其形成能较传统ThMn12型SmCo12低90 meV/atom。声子谱和分子动力学模拟也证实其具有动力学和热力学稳定性。此外，理论预测六方相SmCo12结构表现出非常优异的磁性能，最大磁能积、各向异性场以及居里温度可达54.56 MGOe、15.01 MA/m以及1180 K。本文新发现的六方相SmCo12为解决ThMn12型结构的稳定性难题提供了新方向。
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本文提出一种双吸收层钙钛矿异质结(dual-absorption-layer perovskite heterojunction, DPHJ)策略, 即通过将能带交错的II型钙钛矿异质结(p-pCsPbI2Br-CsPbIBr2)应用到全钙钛矿叠层太阳电池作为顶电池的双层结构的吸收层. 电池模拟结果表明, 与顶电池为单一吸收层CsPbI2Br的全钙钛矿叠层太阳电池相比, DPHJ的引入使得叠层太阳电池的开路电压显著增强(从2.16到2.25 V)、短路电流密度进一步提升(从15.96到16.76 mA⋅cm–2). 这主要归因于顶电池的双层结构的吸收层在CsPbI2Br/CsPbIBr2界面处形成能带弯曲, 诱导产生增强的内建电场, 促进载流子输运, 抑制了吸收层体内的非辐射复合. 由此基于DPHJ策略的叠层太阳电池可达到高的理论能量转换效率(32.47%). 进一步实验结果表明, 相比于单层CsPbI2Br(激子结合能E2 = 101.9 meV、电子-声子耦合强度$ {\gamma }_{\text{ac}}=1.2\times {10}^{-2}, {\gamma }_{\text{LO}}=6.9\times {10}^{3} $), 双吸收层薄膜展现出更高的激子结合能(E2 = 110.7 meV)和更低的电子-声子耦合强度($ {\gamma }_{\text{ac}}=1.1\times {10}^{-2}, {\gamma }_{\text{LO}}=6.3\times {10}^{3} $), 表现出更强的光、热稳定性, 这有利于制备长效稳定的全钙钛矿叠层太阳电池.
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光场的聚束和反聚束效应反映了光子的时空关联性, 是判别量子统计经典性与非经典性的关键指标, 在量子信息处理和精密测量中发挥着重要作用. 本文基于多级联Hanbury Brown-Twiss单光子探测方案研究了压缩热态与压缩数态光场全时延高阶相干函数$ {g^{(n)}} $的超聚束与反聚束效应. 分析了不同压缩参数$ r $、平均光子数$ \alpha $和压缩光子数$ n $条件下, 压缩热态与压缩数态光场的高阶相干性, 结果表明压缩热态光场具有显著的超聚束效应, 最大超聚束值为$ {g^{({5})}} $= 2.24 × 1014; 而压缩数态光场呈明显的反聚束特性, 最小反聚束值为$ {g^{({5})}} $ = 9.39 × 10–6. 并考虑实验条件下背景噪声$\gamma $和探测效率$\eta $的影响, 在探测效率较低、背景噪声较大的情况下, 平均光子数$ \alpha $较小的压缩热态光场仍可保持良好的超聚束特性, 当平均光子数$ \alpha $ = 0.5时, 通过调控压缩度$ S $, 最大超聚束值为$ {g^{({4})}} $ = 42.60. 另外, 通过调控压缩数态光场的压缩光子数$ n $和压缩度$ S $, 可实现高阶相干函数从反聚束到超聚束效应的连续大范围变化, 且其高阶相干度对环境噪声与探测效率有较强的鲁棒性. 进而研究了压缩热态光场在全时延条件下, 尤其是在相干时间范围内的高阶相干函数的变化特性, 其高阶相干度$ {g^{(n)}} $显著高于经典热态光场. 上述研究结果表明, 压缩热态光场的高阶光子超聚束特性, 及压缩数态光场的高阶相干度大范围连续可调性, 有助于高效量子态的制备调控与高分辨量子成像.
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激光-等离子体极紫外 (LPP-EUV) 光源是先进光刻系统中的核心子系统之一. 近年来, 固体激光逐渐成为新一代LPP-EUV光源的候选驱动激光方案. 然而, 由于工作波长较短, 固体激光具有较高的等离子体临界密度和光厚, 导致激光-极紫外光能量转换效率(CE)较低. 针对这一问题, 本工作提出采用波长为0.532 μm的预脉冲激光对等离子体密度进行调制, 对预脉冲和波长为1.064 μm的Nd:YAG驱动激光(主脉冲)在不同延时下与Sn靶作用的辐射特性进行了测量. 实验结果证明, 0.532 μm预脉冲对Nd:YAG驱动激光在26°和39°上CE的提升分别达到4%和18%; 实现了极紫外光能量角分布的有效调节, 形成各向同性发射; 实现了光谱形状优化, 在预脉冲作用下光谱纯度达到12.2%, 相较于仅主脉冲提升69%. 此外, 实验中还通过对等离子体发光轮廓进行时间分辨成像, 证明了极紫外光能量角分布与等离子体形态的相关性. 这表明0.532 μm预脉冲能够改变等离子体形态, 进而影响EUV能量角分布特性. 以上研究结果对固体激光驱动极紫外光源的辐射特性优化具有指导性意义.
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利用无狭缝摄谱技术获取了中国广东一次人工触发闪电通道等离子体的光谱. 基于光谱诊断方法确定了该触发闪电通道电流的最大值与最小值分别为30.9 kA和25.6 kA, 并采用线性电流衰减传输线模型(modified transmission line with linear current decay, MTLL)对电流进行了模拟. 在此基础上, 采用时域有限差分方法(finite-difference time-domain, FDTD)和传输线模型研究了不同距离处的电场分布特征, 并对58 m处产生的电场进了比较. 结果发现: 当回击速度取1.3×108 m/s时, 辐射电场与实验垂直电场偏差较大, 但与FDTD方法模拟的垂直电场符合一致. 进一步, 采用FDTD方法、偶极子方法、电荷-磁场极限估算法研究了58 m, 90 m, 1.6 km的磁场分布. 与实验数据比较发现: 不同计算方法与实验值在58 m和90 m处有一定差异, 但在1.6 km处符合一致.
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由单层过渡金属硫族化合物构成的二维平面异质结在低功耗、高性能和柔性电子器件方面具有重要应用潜力, 其界面局域原子结构和缺陷决定电、磁、光、催化和拓扑量子性质, 但迄今为止尚缺乏界面原子结构的精确表征. 本研究利用球差校正电镜及分区探头成像数据, 通过自行编写积分相位差分衬度(integrated differential phase contrast, iDPC)算法程序, 对WS2-MoSe2单层异质结界面进行了原子结构表征, 同时成像了W, Se, Mo, S四种原子序数差异较大的原子, 确定了异质结界面上的原子位置, 发现了几种常见的界面原子构型. 本研究结果为单层过渡金属硫族化合物平面异质结研究提供了精确表征方法, 对单原子水平界面构效关系研究具有重要意义.
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水蒸气凝结是自然界中一种普遍存在的物理现象, 在各类工业生产过程中扮演着重要的角色. 因此, 针对水蒸气凝结过程的调控机制, 近年来受到学者们广泛关注. 本文采用分子动力学模拟方法以铜表面为研究对象, 构建二级微结构模型进行水蒸气凝结行为的研究, 讨论了不同几何特性对凝结过程的影响. 发现随着柱宽度或柱高比的增大, 凝结量先增大后减小; 随着柱间距的增大凝结量随之减小; 第2级微结构形状对凝结能力的提升由强至弱依次为圆柱、矩形、圆台, 第1级微结构形状对凝结能力的提升由强至弱依次为矩形、圆柱、圆台; 水蒸气凝结受第1和第2级微结构的共同影响.
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超声溶栓的核心机制源于空化气泡溃灭产生的瞬态冲击波与微射流对血栓结构的破坏作用. 尽管该效应已在实验与临床中被证实具备溶栓潜力, 但其疗效受限于空化作用能量传递效率低和损伤可控性差等问题, 其本质在于单气泡空蚀效应不足与多气泡协同作用规律不明确. 本研究通过构建气-液-固多物理场耦合模型来量化分析血栓附近空化气泡溃灭动力学特性, 流-固耦合部分引入结构阻尼项来表征血栓运动过程中的能量耗散; 在此基础上, 结合参数分析详细讨论了多气泡射流序列冲击作用下的协同效应, 其对应力累积的影响完全考虑了血栓的力学特性, 即结合实验确定的超-黏弹性血栓本构模型. 数值模拟表明射流冲击强度与血栓质量、超声振幅正相关, 与无量纲距离、超声频率、气泡初始半径负相关; 多气泡协同效应存在相对优化的半径分布范围, 通过射流序列匹配可使血栓内部正应力或剪应力获得显著增幅. 建议给出的协同空蚀效应预测方程为超声溶栓控制策略提供了理论依据.
, 最后更新时间: , 收稿日期: 2025-03-18
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本文通过实验系统研究了Heusler合金Co2FeAlxSi1–x (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1)体系中原子占位有序度与磁致伸缩的关联机制. 研究发现, Al掺杂可导致体系从高度有序的L21结构向B2无序结构转变, 并在x = 0.25—0.5时诱导L21/B2两相共存界面态的形成, 此时有序度计算结果显示SL21/SB2 = 0.5—0.9. 实验结果表明, 这种界面态的出现显著增强了饱和磁致伸缩系数并在过渡到B2结构后再次减小. 该结果定量揭示了原子的局部无序占位可通过降低立方对称性、引入局域晶格畸变并改变磁畴结构, 从而提升磁弹耦合的物理机制. 本研究报道了12种Co基Heusler合金的磁致伸缩系数, 其中Co2MnGa和Co2CrGa展现出优于其他Co基Heusler合金的潜力, 填补了该体系磁致伸缩性能参数的空白, 并验证了该多晶材料的线性正磁致伸缩特性; 提出了基于原子占位有序度调控的磁致伸缩性能优化策略, 为开发耐高温、高自旋极化率的磁致伸缩材料提供了新方向.
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随着脉冲神经网络(spiking neural network, SNN)在硬件部署优化方面的发展, 基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)的SNN处理器因其高效性与灵活性成为研究热点. 然而, 现有方法依赖多时间步训练和可重配置计算架构, 增大了计算与存储压力, 降低了部署效率. 本文设计并实现了一种高能效、轻量化的残差SNN硬件加速器, 采用算法与硬件协同设计策略, 以优化SNN推理过程中的能效表现. 在算法上, 采用单时间步训练方法, 并引入分组卷积和批归一化(batch normalization, BN)层融合技术, 有效压缩网络规模至0.69M. 此外, 采用量化感知训练(quantization-aware training, QAT), 将网络参数精度限制为8 bit. 在硬件设计上, 本文通过层内资源复用提高FPGA资源利用率, 采用全流水层间架构提升计算吞吐率, 并利用块随机存取存储器(block random access memory, BRAM)存储网络参数和计算结果, 以提高存储效率. 实验表明, 该处理器在CIFAR-10数据集上分类准确率达到87.11%, 单张图片推理时间为3.98 ms, 能效为183.5 frames/(s·W), 较主流图形处理单元(graphics processing unit, GPU)平台能效提升至2倍以上, 与其他SNN处理器相比, 推理速度至少提升了4倍, 能效至少提升了5倍.
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离子与物质相互作用中的电荷转移过程研究对于离子束驱动高能量密度物理、材料离子辐照损伤、离子束电荷剥离技术等领域至关重要．本文利用激光驱动靶背鞘层场加速机制产生了能量在数MeV量级的碳离子束，测量了碳离子束穿过具有孔状结构的C9H16O8泡沫靶后的电荷态分布．实验结果与理论对比发现，只有同时考虑了电离、俘获、激发和退激等过程的速率方程结果与实验符合很好．采用气体靶截面数据求解速率方程获得的平衡电荷态低估了实验值，原因在于泡沫结构靶中固态纤维丝引起的靶密度效应导致离子电荷态升高．当离子能量高于3 MeV以上时，实验值与采用了固态靶截面数据的速率方程理论预期一致，但在低能区出现明显偏差，原因在于当入射能量小于3 MeV时，离子激发态寿命小于碰撞时间尺度，激发态电子在发生第二次碰撞之前退激发回到基态，靶密度效应减弱，平均电荷态降低，实验结果与详细考虑了激发和退激过程的ETACHA程序预期吻合．该工作为理解离子束与物质相互作用微观机制以及电荷转移模型检验提供了数据和参考．
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超纠缠作为一种多自由度上的高维量子纠缠现象, 在量子通信、量子计算和高维量子态操控中发挥着关键作用. 与单一自由度纠缠态不同, 超纠缠态在偏振、路径、轨道角动量等多个自由度上同时建立纠缠关系, 通过纠缠操控分发技术, 可以构建出高维量子信息网络. 基于此, 本文构建了一个超纠缠的全连接量子网络, 通过周期极化薄膜铌酸锂(PPLN)波导级联二次谐波产生和自发参量下转换过程实现偏振和time-bin自由度的超纠缠, 并使用密集波分复用(DWDM)技术, 将超纠缠态复用到单模光纤中传输给终端用户. 使用Franson-type干涉和双光子符合测量技术对纠缠态的质量进行表征, 同时对偏振纠缠态进行了量子态层析, 并利用纠缠分发技术在网络中实现长距离分发及量子密钥传输. 实验结果表明, 偏振纠缠和time-bin纠缠的双光子干涉对比度均大于95%, 并且在经过100 km纠缠分发后, 两种自由度的量子态保真度依旧高于88%, 证明了该网络具有高质量的超纠缠, 并且可以实现远距离的纠缠分发. 本文的方法为构建支持量子隐形传态、超密集编码等量子任务的大规模超纠缠的量子网络提供了一种新的方案.
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拓扑泵浦模型可以在光学波导阵列体系中调控光场, 有望实现高抗干扰能力的片上光子器件. 本文从Rice-Mele拓扑泵浦模型出发, 分析了当系统绝热演化条件随结构长度缩短被破坏后的光场演化过程, 利用能带理论研究了其物理本质. 发现受绝热属性调控, 在特定参数下光场模式会经历非绝热演化但最终以边界态输出. 该演化结果与绝热演化一致, 可被称为等效绝热演化过程, 后利用微扰理论证明了该特殊现象的物理本质是能带干涉. 同时表明了绝热属性可以有效调控系统演化末态与边界态的一致程度, 实现完全一致或完全相异的两种输出结果. 该工作补充了拓扑泵浦非绝热演化的理论分析方法, 拓展了拓扑泵浦模型的光场调控能力, 可以作为光学波导阵列体系的基础设计理论, 有望设计高抗干扰且小型化的片上光子器件.
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圈比作为一种基于圈结构的量化指标, 已在无权无向网络中展现出其在识别关键节点方面的显著优势. 传统的圈比未能充分考虑边权信息对网络结构的影响, 限制了其在更广泛网络分析中的应用. 为了解决这一问题, 本文提出了一种加权网络中新的网络分析指标——加权圈比, 旨在提升识别加权网络中关键节点的准确性. 通过对示例网络的分析, 验证了加权圈比的可行性; 进一步的实验在多个真实世界的网络中表明, 加权圈比不仅与现有的基准指标存在显著差异, 而且在评估网络连通性及早期传播覆盖范围方面, 总体表现优于包括传统圈比在内的其他基准指标. 这些发现强调了加权圈比在网络分析中的潜在价值, 尤其是在处理加权网络时的有效性 .
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我们的工作研究了周期驱动下含次近邻跃迁的非厄米系统的拓扑相变行为。通过结合广义布里渊区理论与Floquet拓扑不变量方法，发现周期驱动不仅改变了零模的拓扑相边界，还诱导出独特的π模能隙，形成由零模相和π模相共同表征的复合拓扑相结构。次近邻跃迁的引入可以诱导大拓扑数，但与静态体系不同，周期驱动下大拓扑数仅在特定参数区间出现。即随着次近邻跃迁强度的增大，大拓扑数相反而消失，表明动态体系具有区别于平衡态的非单调调控特性。此外，次近邻跃迁相位的引入，能够改变拓扑相的边界，这为实验上实现拓扑态的可控调制提供了新思路。这些结果揭示了长程跃迁与外部周期驱动对拓扑性质的独特影响，为非厄米体系中长程与动态调控的交叉研究奠定了理论基础。
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