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 +
层间激子是由范德瓦耳斯异质结构中相邻材料层内的电子与空穴通过库仑作用束缚形成的激子, 通常表现出空间间接性, 因而具有较大结合能、长寿命及主要沿垂直方向分布的电偶极矩, 在低维激子物理与新型光电器件研究中具有重要意义. 过渡金属二硫族化合物异质结构因其天然的能带对齐特性成为理想研究平台. 本文综述了层间激子的形成机制与判定方法, 总结了在典型能带结构下激子的能量分布、空间归属与态属性, 并归纳了光致发光光谱分析、瞬态吸收和电调制吸收等表征手段的识别特征. 在此基础上, 系统梳理了电场、磁场、光场、应力、扭转角等外部条件对激子能级、复合行为与光谱特征的调控规律, 并介绍了温度变化、多激子作用和多层堆叠结构等辅助策略, 揭示了层间激子的行为受能带结构、界面耦合影响及局域势场共同作用的复杂性, 对构建可控激子态与激子功能器件具有重要意义, 有望推动其在低功耗逻辑、量子光源与集成光电子芯片等领域的实际应用.
摘要 +
低温感应耦合射频等离子体作为半导体制造中的关键等离子体源，其中性气体温度通过调控化学反应动力学、活性自由基分布以及等离子体-表面相互作用，对高质量芯片制造工艺具有重要影响. 本工作通过光谱法、布拉格光栅和光纤传感测温等三种测温手段，系统研究了氮气以及氮氩混合等离子体在不同射频功率、气体压力和气体组分条件下的中性气体温度（Tg）的变化规律. 另外，还结合 Langmuir 探针测量的电子密度、电子温度、电子能量概率函数以及整体模型模拟，分析了中性气体加热的物理机制. 结果表明，当射频功率增大时，耦合到等离子体的能量增多，电离反应增强，电子-中性粒子之间的碰撞过程和能量传递增多，使 Tg 呈单调递增趋势. 而当气压升高初期，电子密度和背景气体密度增加共同提升了加热效率，Tg 快速上升，但在气压超过 3 Pa后，电子平均自由程缩短，电子密度下降，而背景气体密度持续增加，因而导致 Tg 增加变缓. 在氮/氩混合体系放电中，氩气比例增加显著提高了 Tg 的上升速率，这是由于随着氩气比例增加，高能电子比例和电子密度上升，增强了电离和中性气体加热，同时氩亚稳态原子通过 Penning 过程提高了氮激发态粒子密度，并促使氮分子向高能级激发，进一步加热气体. 此外，研究发现纯氮等离子体的径向温度分布在轴向高度增加时呈现由抛物线形向马鞍形的转变，这是因为离线圈越近，受到电磁场的影响电子碰撞激发反应越强.研究还发现了径向边缘处的Tg随气压的升高几乎不发生变化，这是由于当气压不断升高时，线圈下方的电子很难运动到径向边缘处与中性粒子发生碰撞，从而限制了边缘中性粒子的加热.
摘要 +
弛豫铁电体钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3,NBT）具有优异的铁电性能，被广泛认为是极具应用前景的无铅铁电材料。深入阐明其在高压下的结构演化规律与相变机理，对于推动这类环境友好型铁电材料的应用至关重要。本研究结合原位高压中子衍射实验与第一性原理计算，研究了NBT在高压下的结构演化规律。高压中子衍射实验结果表明，NBT的常压相R3c相和高压相Pnma相的共存压力区间为1.1-4.6 GPa，其体积模量分别为89.3 GPa和108.6 GPa。通过分析压力诱导的微观结构演变，本研究阐明了NBT高压相与常压相在微观结构特征上的差异及对体积模量的影响，建立了高压下NBT的微观结构响应与宏观物理性能的内在联系。获得的相关结论为无铅压电材料的高压性能调控提供了重要的实验依据与参考。
摘要 +
本文通过朗之万动力学模拟，研究了具有非互易相互作用的布朗粒子对不对称齿轮的驱动。结果表明，即便在没有自推进活性的情况下，非互易相互作用所产生的净力仍可作为一种有效的非平衡驱动力，驱动不对称齿轮发生可控的定向旋转。该系统展现出丰富的非平衡动力学行为：齿轮的旋转方向不仅受其自身结构不对称性调控，还可通过改变粒子的填充分数实现反转。此外，齿轮的角速度随粒子非互易强度的增强而增大，并随温度及粒子填充分数呈现非单调变化关系，在一定参数区间内存在使齿轮角速度达到最大的最优条件。这些发现为微纳尺度下的定向输运与控制提供了新思路。
摘要 +
磁控溅射沉积透明导电氧化物薄膜过程中，理解离子动力学过程是揭示“溅射损伤”机理并发展损伤抑制策略的关键。本研究在纯Ar气氛下，以氧化铟锡为阴极靶材，系统探讨辅助阳极正偏压对射频磁控放电中基底入射离子能量分布的影响。结果表明，入射正离子包括O+、Ar+、In+、Sn+及多种金属氧化物分子离子和双电荷离子，其能量由溅射原子的初始逸出能与等离子体电势共同决定，并随辅助阳极偏压的升高而增强。负离子源于阴极溅射，其中O-和O2-负离子能量分布宽广且呈多峰结构，与阴极电压、等离子体电势的射频振荡及离子输运的弛豫效应密切相关。金属氧化物负离子（InO-、InO2-、SnO-、SnO2-）对射频鞘响应滞后，其高能峰向阴极偏置电压收敛。高能负离子是导致“溅射损伤”的主要原因，施加辅助阳极正偏压能有效降低其能量，为透明导电氧化物薄膜损伤抑制提供潜在解决方案。
摘要 +
高能粒子（Energetic Particles, EP）驱动的不稳定性及其调控规律，是受控核聚变研究中亟需解决的关键科学问题之一。本文以京都大学Heliotron J装置为实验平台，系统研究了电子回旋加热（Electron Cyclotron Heating, ECH）对EP驱动不稳定性的影响。研究采用实验诊断与数值模拟相结合的方式，揭示了典型等离子体参数在不稳定性激发与抑制中的作用机制，以及磁场位型和等离子体参数耦合作用在ECH加热系统影响不稳定性中发挥的作用。文章通过FAR3D程序分析了随着ECH功率的变化，高能离子比压、热比压、电子温度以及电阻率对模态驱动和阻尼过程的影响规律。模拟结果与实验观测在模数和径向结构上高度一致，证实了快粒子比压对增长率的敏感性，以及电子温度对朗道阻尼和连续谱阻尼的增强效应。模拟结果表明有限Larmor半径（FLR）效应和高能离子减速时间的改变同样在模态演化中发挥重要作用。研究结果不仅为理解不同磁场位型下ECH加热系统对不稳定性的差异化作用提供了物理依据，也为未来螺旋器/仿星器类装置中优化加热方式、提升等离子体运行稳定性提供了重要参考。
摘要 +
理解原子尺度下氦浓度对低活化钢缺陷演化和力学性能的内在关联是设计兼具优异抗肿胀和抗脆化性能聚变材料的关键。本文通过分子动力学模拟研究氦浓度对单晶铁的影响。结果表明NHe<3.0%时，弗伦克尔缺陷对（Frenkel Pairs, FPs）数量都表现为线性增长至峰值后稳定；而当NHe≥3.0%，间隙大团簇的形成会吸收间隙原子长大并降低湮灭速率，导致FPs数量二次增长，被空位环绕后，不再阻碍复位，数量二次稳定。当NHe增加到3.0%时，单晶铁的弹性模量，屈服强度和韧性分别下降了21%、88%和57%，此后氦浓度增加，力学性能不再降低。这是由于NHe<3.0%时，随着氦浓度上升，氦致缺陷增多，导致韧性降低，促进位错形核，使弹性模量和屈服强度下降；而当NHe≥3.0%时，初始缺陷存在位错，且团簇数量变化甚微，韧性不再降低，不影响位错形核，弹性模量和屈服强度随之稳定。NHe=3.0%时出现的大团簇阻碍滑移系滑移，改变滑移平面方向，削弱主滑移系作用，导致小滑移带增多，塑性变形机制由交滑移转变为滑移带相遇后分解为离散位错和点缺陷。研究揭示了氦浓度对单晶铁缺陷演化及力学性能的影响规律和关键机制，为聚变铁基材料设计提供理论依据。
摘要 +
锂-氧电池虽有超高的理论能量密度，但实际应用仍面临氧化反应动力学缓慢、充电过电位高等严峻问题。大多数应用于锂-氧电池的单原子催化剂主要是基于过渡金属不饱和配位的d轨道，而稀土元素Sm有丰富的4f轨道电子。最近研究表明Sm单原子催化剂在锂-硫电池中能提升多硫化物的转化，并在全电池实验中实现超稳定的循环性能。因此，本研究设计并优化了17种Sm单原子催化剂SmNxCy (x+y = 4, 6)，通过稳定性和催化活性筛选出SmN3C3-1催化剂应用于锂-氧电池。通过研究对Li2O2分子的催化氧化，发现Li2O2分子氧化的速率决定步为第二步，充电过电位为0.52 V。机理分析表明SmN3C3-1催化剂的d-f-p轨道杂化消除了对Sm原子4f轨道的屏蔽，促进了界面电荷转移，从而增强了对Li2O2分子的催化氧化。本工作为稀土单原子催化剂在锂-氧电池中的应用提供了新视角。
摘要 +
为提升超导磁体的抗冲击能力，使其适用于车载运输环境，本文进行了磁体三维冷质量支撑系统动载模型的推导，结合方向余弦平方和公式与高速公路卡车振动环境构造边界条件，通过引入应力差异的惩罚项对悬挂结构空间倾角进行优化。经过分析，在最优倾角分布下，冷质量支撑系统共呈现四类不同装配方式的空间姿态。结合车载运输激励频段分布，本文基于最大化一阶固有频率的原则设计出最优姿态，并确定了该姿态下悬挂结构的预紧力上下限。最后通过有限元仿真研究了高速公路谱随机振动激励下超导磁体的同轴度和应力变化特征。结果表明，当悬挂结构的三维空间角度为31.22°、68.50°和68.50°时，磁体力学性能达到最佳。该角度分布对应的最优空间姿态具有125.99Hz的一阶固有频率。仿真结果显示，在高速公路谱随机振动激励下，超导磁体同轴度变化量小于0.1mm，最大von Mises应力出现于碳纤维拉杆根部，其值远低于碳纤维复合材料的强度极限，表明该冷质量支撑系统满足车载运输环境的设计要求。
摘要 +
磁共振无线电能传输(Wireless power transfer，WPT)技术是近年来近场调控的研究重点之一，其在移动电话、植入式医疗设备以及电动汽车等诸多方面都具有重要应用价值。对于复杂传能通道需求（机械臂等），通常需要引入中继线圈构造多米诺耦合阵列。然而，传统的多米诺耦合阵列存在明显的局限性：近场耦合导致的多重频率劈裂，使得系统无法保持固定的工作频率；耦合阵列易受到构造误差及参数扰动影响；目前研究多数集中在单负载传输，多负载传输系统仍然亟待开发；能量传输方向难以灵活控制。近年来，光子人工微结构为拓扑物理提供了良好的研究平台，使得拓扑特性得到了广泛的研究。拓扑结构的最显著特征是具有非零的拓扑不变量以及由体边对应确定的鲁棒性边界态，这一天然特性能够免疫制造缺陷和无序扰动。不仅如此，通过调整拓扑态的波函数分布能够使能量精准局域，从而实现定向的WPT。因此，将拓扑模式用于耦合阵列WPT具有重要的科学意义。本文主要阐明了基于宇称-时间(Parity-time，PT)对称的通用型双线圈和三线圈WPT的基本原理，并且介绍了不同拓扑构型下的多米诺线圈阵列能够实现鲁棒的WPT，包括一维周期性模型（SSH链组成的有效二阶PT对称和有效三阶PT对称系统）、一维非周期性模型（拓扑缺陷态、类SSH链、准周期Harper链）以及高阶拓扑模型，最后对拓扑模式在WPT的应用方向进行了展望。
摘要 +
HfOX忆阻器因其低操作电压、良好的耐受性及循环特性等优异性能, 使其成为下一代非易失性存储器最有前景的候选者之一. 然而, 由于HfOX薄膜内氧空位导电细丝的形成和断裂的随机性, 器件阈值电压分布较为分散, 整体稳定性较差, 因此, 通过调控氧空位来提高HfOX器件的稳定性具有重要的研究意义. 本研究采用磁控溅射法制备了不同氩氧比的三组器件, 均表现出双极性阻变特性. 在三种不同氩氧比的W/HfOX/Pt 器件中, 氩氧比为45∶5的器件展现出最优的综合性能: I-V循环超过200次、开关比~103、在104 s内具有优异的数据保持特性且阈值电压分布集中, 表明器件稳定性显著提高. 通过构建氧空位调控与导电细丝演变的物理模型, 揭示了氧空位浓度对阻变机理的影响机制. 本研究明确了氧空位的调控HfOX忆阻器性能的关键作用, 为发展高性能、高可靠性的阻变存储器提供了有效途径.
摘要 +
系统探究了刚性毛细管约束下微气泡在超声场中的弹跳行为及其动力学特性. 实验采用高速摄像技术捕捉了单泡、双泡及三泡系统在黏弹性介质中的运动轨迹, 并结合频谱分析揭示了气泡的振荡频率、迁移规律及多泡相互作用机制. 结果表明: 气泡的弹跳行为受超声驱动频率、管壁约束、流体黏性及气泡间耦合作用的协同调控; 单泡呈现周期性左右迁移, 其振荡频率略低于超声基频, 频谱表现出非对称边带分布; 双泡系统经历抑制、加速迁移、位置交换等5个阶段, 两个泡振荡存在相位差; 三泡系统则表现出更复杂的三角构型演化与时序性迁移, 多泡协同效应增强了非线性频域特征. 管径与流体黏度分别通过改变附加质量效应和黏性能量耗散影响气泡弹跳周期. 基于改进的耦合Keller-Miksis方程, 理论模型引入镜像气泡效应, 定量解析了管壁约束下气泡的共振频率偏移及非线性声响应特性. 数值分析进一步量化了泡间距、管壁位置及介质黏性对系统非线性共振频率与相位差的调控规律. 本研究为受限环境中气泡-声场-流固耦合机制提供了新见解, 对微流控器件优化与超声医学应用具有重要指导意义.
摘要 +
容性耦合等离子体（CCP）的流体模拟对于理解放电物理机制非常重要，但其高昂的计算成本制约了大范围参数化探索。为突破该限制，本研究开发了一种深度学习代理模型，旨在以近瞬时推理速度复现一维CCP流体模型的输出结果。该模型精确预测了容性耦合氩等离子体流体模拟中关键等离子体参数的空间分布，包括电子密度、电子温度及电场分布，并将所需计算时间从数小时压缩至毫秒量级。除加速优势外，代理模型学习过程还揭示了根植于等离子体物理的非对称推理能力。代理模型可从复杂的低压物理域外推至更简单的高压物理域，反之则不可行，表明低压状态具有更完整的物理信息。进一步，本研究建立一个模型推理的置信边界，确保预测结果的物理可靠性。最终，本研究为创建高保真、超快速的流体模拟等离子体替代提供了方案。
摘要 +
重子非轻子衰变研究中一个悬而未决的问题是描述该类衰变的s波振幅与p波振幅的理论值不能同时与实验值很好的符合。与以往的文献相比，本文将采用协变的手征有效理论框架，在扩展极小减除(extendedminimal subtraction,EMS)方案下计算该类衰变的s波、p波振幅的一圈图修正。为与实验数据相比，分别采用s波拟合和p波拟合两种途径获得协变理论预言值。采用s波拟合得到s波协变振幅理论预言值略逊于重重子框架下的理论预言值，但是由此得到p波协变振幅理论预言值较重重子框架下的理论预言值有较多改善；采用p波拟合得到p波协变振幅理论预言值贴近实验值，重重子框架下的理论预言值与实验值相差较大，由此得到s波协变振幅理论预言值与实验值有明显差距，但重重子框架下的理论预言值与实验值差距更大。由此可见，协变框架下一圈图完整计算中，s波振幅与p波振幅间的理论矛盾依然存在，但是两者之间矛盾程度与重重子相比得到部分缓解。
摘要 +
针对高速电子器件与光电器件的发展需求，探索并设计具有优异载流子输运特性的二维半导体材料已成为该领域的核心科学问题。本文基于密度泛函理论，采用第一性原理计算系统地探究了面内应力对单层FeGa2S4材料输运性质及光学性质的调控规律。结果表明，FeGa2S4易于剥离，其单层结构具有较好的动力学、热力学稳定性和面内各向同性的机械性能，较低的杨氏模量使其在外部应力下易于形变。与母相块材相似，单层FeGa2S4也是一种间接带隙半导体（能隙为1.65 eV），在单轴应力（应变范围±5%）调控下，空穴迁移率基本保持不变（∼103 cm2·V-1·s-1），电子迁移率（+5%应变）则提升超过一个数量级。双轴拉伸应力则能够有效提升材料在可见光范围内的光捕获能力。研究结果表明单层FeGa2S4在高速电子和柔性光电器件领域具有较大的应用前景。
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- ...
- 15
- 16
