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基于量子存储辅助的测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议原理上能有效提升量子密钥分发系统的传输距离和密钥率, 但现有三强度诱骗态方案受有限长效应影响严重, 仍存在密钥率低、安全传输距离受限等问题. 针对以上问题, 本文提出了一种基于双参数扫描的量子存储辅助MDI-QKD协议, 一方面, 通过使用四强度诱骗态方法降低有限长效应的影响; 另一方面, 结合集体约束模型与双参数扫描算法来优化有限样本下的单光子计数率和相位误码率的估算精度, 从而有效提升系统的整体性能. 同时, 本文开展了相关数值仿真计算, 仿真结果显示, 本方案与现有其他同类MDI-QKD方案, 比如基于存储辅助的三强度诱骗态方案以及不使用存储的四强度诱骗态方案相比, 在相同的实验条件下, 分别提升了超过30 km和100 km的安全传输距离. 因此, 本文工作将为未来发展远距离量子通信网络提供重要的参考价值.
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超导量子处理器芯片的制造工艺面临特殊的金属污染挑战, 其材料体系和工艺特性与传统半导体芯片存在显著差异. 本研究系统分析了量子芯片中金属污染的来源、扩散机制及防控策略, 重点探讨了超导材料(如Ta, Nb, Al, TiN等)在蓝宝石和硅衬底上的体扩散与表面迁移行为. 研究发现, 蓝宝石衬底因其致密晶格结构表现出优异的抗扩散性能, 而硅衬底需重点关注Au, In, Sn等易迁移金属的污染风险. 通过实验验证, Ti/Au结构的凸点下金属化层在硅衬底上易发生Au穿透扩散, 且增加Ti层厚度无法显著改善阻挡效果. 量子芯片的低温工艺(<250 ℃)和超低温工作环境(mK级)有效抑制了金属扩散, 但暴露的金属表面和材料多样性仍带来独特挑战. 研究建议建立量子芯片专属的金属污染防控体系, 并提出了后续在新型材料评估、表面态调控及长期可靠性研究等方向的发展路径. 本文为超导量子芯片的工艺优化和性能提升提供了重要理论支撑和技术指导.
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应变率、温度和应变量是影响镍基高温合金微结构演化的重要因素.本文采用分离式霍普金森压杆冲击实验研究了GH4738镍基高温合金在温度为RT~500℃、应变率为1000~7500 s-1条件下的压缩力学特性.利用中子衍射技术对应变率为3000 s-1、冻结应变为-0.02,-0.05,-0.10,-0.20和-0.25的平行试样进行晶胞参数和点阵应变测试.随冻结应变增加,水平方向的γ-γ'晶格错配度为正值且呈增大趋势,而垂直方向的γ-γ'晶格错配度由正值转为负值;γ'相的弹性点阵应变一致增大,而γ相的弹性点阵应变几乎不变.{111}和{220}晶面的点阵应变在RT下为正值,400℃和500℃下为负值,{200}晶面的点阵应变在RT~500℃均出现正负交替演化,而{311}晶面的点阵应变在RT~500℃下均为负值,但在冻结应变为-0.25时RT和500℃下{311}晶面的点阵应变出现明显回弹.结合透射电镜缺陷表征发现,晶格错配度和晶格应变在位错剪切γ'相时增幅较小,而在位错绕过或塞积于γ'相时则增幅较大,且大变形量下与残余应力相关的弹性点阵应变随位错持续增殖而部分释放.
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采用高性能银包铜浆料进行金属化电极制备是晶硅异质结（SHJ：Silicon Heterojunction）太阳电池降本增效的有效手段，但受限于银包铜粉的粒径通常在较大的微米量级，银包铜浆料性能仍有待改善。本文通过将纳米银粉引入银包铜浆料中，利用其优异的低温烧结活性来提升浆料的导电性能，并系统地分析了纳米银粉对浆料特性及电池性能的影响机理。研究发现，纳米银粉在浆料固化中因其更强的收缩效应，产生了对大粒径银包铜粉间隙改善的有利影响，降低了浆料体电阻率；但也同时在粉体和SHJ电池接触界面产生了新的孔隙，增大了浆料接触电阻率，由此还导致界面处的有机层相对较厚，降低了SHJ电池的开路电压。纳米银粉可以增强浆料的触变性，使得印刷电极的宽度减小，降低了遮光面积，从而增大了短路电流密度；印刷电极的高度增高，电极横截面积增大，提高了填充因子。最终，在银包铜浆料中纳米银粉添加量为15%时，所得电池转换效率与纯银电极相当，验证了银包铜浆料在降低HJT电池成本方面具备重要潜力。
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具有复杂角向和径向空间偏振纹理的斯托克斯矢量斯格明子被视为拓展光通信信息维度与容量的理想载体。然而，在太赫兹（THz）频段，其可控生成与稳定传输仍缺乏高效方案。本文提出一种多层超表面结构，借助微电机(MEMS)驱动调节相邻层之间的相对旋转角度，实现不同径向阶数斯格明子的生成，例如双层超表面可以产生三种不同径向阶数的斯格明子，显著突破了传统依赖相变材料的局限性。同时，本文提出一种基于扭转可调双层莫尔超表面设计，通过旋转角度实现对斯格明子径向阶数的连续动态调控。几何相位与动态相位的协同设计不仅锁定了拓扑不变量，还确保了光束在自由空间中的远程传播稳定性。进一步地，本文验证了多层结构可在无需外部环境调控的前提下灵活生成多类斯格明子拓扑光场，尤其在不同斯格明子数与径向缠绕数之间展现出良好的正交性，为实现多维度光场调控及远距离THz光通信系统提供了高度集成、高自由度的技术路径。
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本文采用相场-格子玻尔兹曼耦合模型，研究了强制对流作用下Al-Cu合金层片状共晶生长行为。结果表明，外部引入的强制对流显著改变了共晶生长形态，使片层生长方向发生倾斜，且倾斜方向与流速方向一致。熔体流动增大了溶质扩散速度，溶质浓度偏离固相中心线，不再关于固相中心线对称分布。随着对流强度增大，界面不对称性加剧。此外，过冷度增强会增大生长驱动力，减弱对流效应，使片层倾斜角度减小，同时，片层宽度增大，也会减弱对流效应，使片层倾斜角度减小。该研究揭示了强制对流与热物性参数共同作用下层片状共晶生长的协同调控机制。
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调频连续波测距技术在工业制造领域应用广泛，尤其被广泛用于大型高端装备尺寸测量与系统装配等。但测量现场由于存在微小振动，振动产生的多普勒频移导致拍频信号展宽，无法实现准确测量，从而影响测距系统的测量精度。本文采用一种基于四波混频效应的振动抑制方法，单频激光器发出的单频激光和可调谐激光器出射的调频光经过高非线性光纤，产生四波混频效应形成转换光，调频光与转换光形成了完全同步的对称扫频光源，可以抑制振动引起的多普勒频移。基于马赫-曾德干涉测量原理构建了一套四波混频效应的调频连续波测量系统，利用该系统对6.9m处静态目标进行测量，测距峰峰值由抑制前的199.8μm降低到16μm，提升12.4倍；在6m~7.2m范围内的测距精度比对实验结果高于9.4μm。实验结果表明，基于四波混频效应的振动抑制方法能够有效提高调频连续测距的测量精度，对解决工业测量现场振动干扰导致的测距精度遇到的应用问题具有重要意义。
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光学测压技术是基于对荧光材料受压强影响的发光特性进行非接触式测量而实现对压强的监测,一直以来都广受欢迎.因此,开发具有高压强灵敏度、高精确性和宽压强适用范围的荧光材料成为重点.本文报道了一种Mn2+基辉石型结构荧光材料（CaZnGe2O6:0.02Mn2+）的光学压强传感性能.在0.33~9.49 GPa范围内,借助光谱移动和荧光强度比两种方法,此材料均体现出较高的测压灵敏度和出色的循环可重复性.随压强改变,基质内不同位点Mn2+的红光与绿光发射中心峰位所达到的最大绝对压强灵敏度Sa（dλ/dP）数值分别为10.47 nm/GPa和4.83 nm/GPa,是红宝石压标（Al2O3:Cr3+）的28.7和13.2倍.相较于传统的单荧光峰传感方式,这种双重荧光发射峰位移动测压法能够更有效地提高测压的精确程度和可靠程度.此外，利用选区光谱积分强度比法计算Mn2+基荧光材料的压强灵敏度尚属首次,得到的最大压强相对灵敏度（Sr）数值为64.28%/GPa,且在极其宽的压强范围内Sr均高于16.06%/GPa.毫无疑问,CaZnGe2O6:0.02Mn2+呈现出极为出色的光学测压性能,证明其在光学压强传感领域具备极大的应用潜力.
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多孔氧化铝薄膜因其优异的介电、机械和光学性能, 广泛应用于电子器件、催化载体等领域. 阳极氧化是制备高质量多孔氧化铝薄膜的主要方法, 常用的碳棒对电极的导电行为和机制是影响薄膜微结构及其物性的一个重要因素. 本文选取质量分数为6%的磷酸为电解液, 圆形铝箔为阳极, 碳棒作为对电极, 电极间距为15 cm, 氧化时间为40 s, 实验研究了氧化电压在100—140 V下碳棒的导电行为. 实验结果显示, 氧化铝薄膜的孔洞深度和孔径由薄膜中心向外呈对称性递减分布. 当氧化电压低于110 V时, 制备的氧化铝薄膜孔深和孔径由薄膜中心向外渐变梯度较小, 宏观上呈现均一的结构色; 当氧化电压达到110 V时, 氧化铝薄膜孔深和孔径渐变梯度较大, 薄膜呈现虹彩环形的结构色, 随着氧化电压的增大, 薄膜孔深和孔径渐变梯度增加, 结构色环的数量增多, 可见光内色域宽度显著增大. 利用电磁学和电化学理论计算了碳棒在不同氧化电压下的导电行为并分析了其导电机制, 得到了碳棒具有“准点电极”导电特性的结论, 揭示了碳棒上点电极位置的选择遵循两极间的电阻最小原则. 这一发现不仅丰富了阳极氧化的电化学理论, 还为制备多功能的氧化铝薄膜提供了理论和实验支撑.
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为提升钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材的临界载流能力, 本研究创新性地采用质子辐照技术对工程实用化YBCO带材进行缺陷调控. 基于4.5 MV静电加速器材料辐照终端, 系统开展了3 MeV质子束流在不同注量下的辐照实验, 成功在超导体中构建高密度、低维度的可控人工钉扎中心. 这种缺陷工程通过为磁通线创造低能量钉扎位点, 显著抑制了磁通蠕动现象并增强钉扎作用, 从而显著削弱外磁场对临界电流(Ic)的抑制作用. 实验数据显示, 在注量率为8×1016 p/cm2的辐照条件下, 样品在4.2 K@6.5 T极端工况下的临界电流实现了8倍的突破性提升, 同时在20 K@5 T, 30 K@4 T下临界电流密度最大提升因子分别也达到5.5倍、4.8倍. 这一性能突破显著增强了超导带材在低温高场环境中的应用潜力, 尤其适用于离子加速器、聚变反应堆等对高性能超导磁体有迫切需求的前沿领域. 研究证实, 离子辐照技术无需改变YBCO带材的现有制备工艺, 即可通过缺陷工程实现临界性能的高效优化, 为超导材料的实用化性能调控提供了一条工艺兼容性强、可行性高的技术路径.
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针对传统拉曼分布式光纤传感技术中由于米量级空间分辨率性能不足，导致传感光纤沿线亚空间分辨率长度探测光纤区域内系统测量精度下降的技术瓶颈，本研究提出一种基于一维寻峰方法的阈值系数拟合方法。该方法通过提取探测光纤区域内分布式温升曲线的峰值系数和半高全宽（full width at half maximum,FWHM） ，然后建立拉曼散射阈值系数拟合模型及“FWHM-传感距离-探测光纤尺寸”的定量映射模型，进而计算出最优拉曼散射阈值系数，最终重构光纤沿线分布式温度场信号。实验结果表明：应用该技术后，在10 km传感距离下，系统在30 cm探测光纤上的测温误差相较于传统温度解调技术（34.7℃）显著降低，温度精度达到1.5℃。此外，FWHM与传感距离呈线性正相关，且独立于温度变化，该特性确保了该技术在不同环境温度下的稳定性和适应性。本论文通过纯算法方案重构光纤沿线拉曼散射信号，无须增加额外器件，为高精度分布式温度监测在长距离基础设施健康诊断等领域的应用提供了一种新方案。
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量子电池是一种基于量子力学原理设计的新型储能装置，旨在克服传统电化学电池在能量密度、充电速度和效率等方面的性能极限。本综述系统梳理了该领域近年来在理论和实验方面的研究进展，重点阐述了其理论框架和核心物理机制，包括量子纠缠和量子相干在能量存储、传输与提取过程中的关键作用。同时，回顾了现有的量子多体电池模型及其开放系统特性中的关键问题，探讨了远距离无线充电的实现路径和发展前景，并介绍了具有潜力的实验实现平台。量子电池研究处于快速发展阶段，其成果不仅对下一代高性能储能技术具有潜在变革性意义，也为量子热力学和量子资源理论提供了重要的实验验证平台。
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类地系外行星的视向速度法探测要求新一代高分辨率天文光谱仪具备10cm/s以上的仪器测量精度。对高分辨率光谱仪的仪器轮廓进行准确建模和刻画，有望显著提高光谱仪波长定标精度，突破测量精度瓶颈。针对简单高斯模型无法准确表征实际光谱仪仪器轮廓的问题，本文提出一种基于高斯过程回归的高分辨天文光谱仪仪器轮廓精细建模方法，结合实测激光频率梳定标数据，对兴隆2.16米望远镜高分辨率光纤光谱仪的仪器轮廓进行了建模分析，并成功将相关仪器轮廓模型应用于光谱仪的波长定标，实现了波长定标精度和双通道一致性的提高。
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传统区熔制备的Bi2Te3基材料力学性能较差，尽管粉末冶金热挤压制备技术有效改善了材料的力学性能，但其包括制粉、烧结、热挤压等工序，工艺流程冗长，严重制约了多晶Bi2Te3基材料的发展及其在微型热电器件的应用。本研究采用熔体旋甩方法制备p型Bi2Te3基薄带材料，然后通过直接平铺结合放电等离子活化烧结制备了系列高织构p型Bi2Te3基块体材料。熔体旋甩制备的薄带具有强的织构、丰富纳米结构和缺陷结构，采用不研磨平铺直接快速放电等离子活化烧结有效保留了薄带的取向特征，获得与传统球磨制粉放电等离子活化烧结不一样的沿垂直烧结压力方向强（1 1 0）织构特征，743 K烧结样品取向因子与热挤压样品基本相当，(1 1 0)面取向因子达到0.37。由于这种强取向特征，样品在平行于压力方向上获得了优异的电传输性能，室温下功率因子达到3.79 mW m-1 K-2，此外晶粒细化显著降低了材料的热导率，最终743 K烧结样品在398 K下获得了最高ZT值为1.30，相较于传统区熔样品提升了46%。本研究开发出一种快速、便捷的制备策略，用以合成具备强织构、细晶粒特征的高性能Bi2Te3基热电材料，为该类材料在微型热电器件领域的技术转化与部署奠定了重要基础。
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随着三维异构集成技术的兴起与大规模应用，电感型集成电压调节器在移动终端及高算力设备中的重要性日益凸显，同时也为高频软磁薄膜材料带来了重要的发展机遇。本文基于片上薄膜功率电感的应用需求，首先梳理了坡莫合金、Co基非晶金属薄膜以及FeCo基纳米复合颗粒膜三类磁芯膜材料的优势与局限性，重点探讨了微米级厚度叠层磁芯膜所面临的技术要求与挑战。其次，几乎所有的片上电感都工作在难轴激发模式，即电感激发磁场的方向要与磁芯膜的难磁化方向平行。本文对比了两种制备大面积均匀单轴各向异性磁芯膜的工艺方法、各自特点及对静态和高频软磁性能的影响，并且分析了图形化对于磁芯膜磁畴结构、高频磁损耗的作用机制以及相应的优化策略。随后，从工艺兼容与长期服役两个维度，探讨了磁芯膜磁导率与各向异性的温度稳定性问题。尽管三类磁芯膜的居里温度和晶化温度较高，但是实际制程温度的上限会受到热对于磁性原子对取向、微观结构缺陷和晶粒尺寸的影响。最后，针对当前高频、大信号条件下磁芯膜磁损耗测试中存在的瓶颈问题进行了总结，并展望了为满足片上功率电感对更高饱和电流和更低磁损耗需求，未来磁芯膜发展的技术路径。
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