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玻色-爱因斯坦凝聚体内的准粒子激发导致系统里真实的玻色原子间产生量子纠缠. 采用谱展开的方法, 本文在准一维无限深方势阱下数值求解了Bogoliubov–de Gennes方程的本征值和本征态. 针对准粒子低能激发态, 我们研究了玻色-爱因斯坦凝聚体的量子纠缠熵随散射长度的变化. 我们的结果表明纠缠熵随散射长度增加缓慢增大, 并且这种增大趋势可以近似用幂函数模型描述.
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量子光-物质相互作用系统的非平衡热能输运近来引起密切关注. 本文研究非平衡各向异性Dicke模型中的量子热流及热整流行为. 通过引入量子缀饰态主方程处理光子-量子比特强耦合. 研究结果表明, 各向异性光子-量子比特强耦合能有效调节热流. 量子比特数增多有利于增强热流. 在热力学极限近似和极限各向异性系数下, 得到热流的解析表达式. 该热流解析式为有限尺寸各向异性Dicke模型的热流上限. 较大的各向异性系数和光子-量子比特非弱耦合有助于实现显著的热整流效应.笔者希望这些结果能够加深对各向异性光-物质相互作用系统中非平衡热能输运的理解.
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近年来，机器学习在材料科学中的应用显著加快了新材料的发现，特别是在结合第一性原理计算等传统方法后，能够高效筛选已有数据库中的潜在高性能材料.然而，此类方法大多局限于已有化学空间，难以实现对全新材料结构的主动设计.为突破这一瓶颈，基于生成模型的材料逆向设计方法逐渐兴起，成为探索未知结构与性质空间的重要手段.尽管当前生成模型在晶体结构生成方面取得了初步进展，但如何实现目标性质导向的材料生成仍面临显著挑战.本文首先介绍了近年来在材料生成领域中具有代表性的生成模型，包括 CDVAE、 MatGAN 以及 MatterGen，分析其在结构生成上的基本能力与局限.随后重点探讨如何将目标性质有效引入生成模型，实现性质导向的结构生成， 具体包括： 基于目标性质向量的 Con-CDVAE、 融合结构约束与引导机制的 SCIGEN、 通过适配器实现性质调控的微调版 MatterGen 以及结合隐空间搜索优化的 CDVAE隐变量优化策略.最后总结当前性质导向生成机制面临的挑战，并展望其未来的发展方向.本文旨在为研究者深入理解和拓展性质驱动的材料生成方法提供系统性参考和启发.
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利用分数阶涡旋光束（Fractional vortex beams, FVBs）作为信息载体可显著提高通信系统容量，但由于相邻分数阶轨道角动量（ Fractional Orbital AngularMomentum, FOAM） 模态之间的间隔差异较小，使得 FVBs 极易受到大气湍流影响，因此精确测量失真的 FOAM 模态对实际基于 FVBs 的通信系统而言至关重要。本文提出了一种基于卷积神经网络-Transformer 混合架构的双通道深度学习模型，通过学习并融合 FVBs 光强分布与其衍射图样的互补特征信息，实现对大气湍流环境下 FOAM 模态的有效识别。 结果表明，在 1000m 传输距离之内，本文构建模型在弱、中湍流强度下识别 101 个 FOAM 模态的准确率可达 100%，强湍流时也能达到 98.12%， 并且在未知湍流强度下也表现出良好的泛化能力，为准确识别 FOAM 模态提供了一种新方法。
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为了进一步提高混沌系统的复杂性，本文构建了一个新型四维忆阻超混沌系统，其中磁控忆阻器的存在提高了系统的复杂性，使其能够产生更丰富、更复杂的动态行为。所提出的系统有无数多个平衡点，产生的吸引子属于隐藏吸引子。我们讨论了随着参数变化系统的分岔行为、吸引子共存行为、瞬态现象、以及系统依赖于忆阻初始条件变化产生无限多共存吸引子的超级多稳定现象，分析表明新系统具有丰富的动力学行为。同时我们也分析了系统的不稳定周期轨道，建立了适当的符号编码，并探索了周期的修剪规则。此外，我们还提出了一种基于新的忆阻超混沌系统的数字图像加密方法，并验证其具有良好的加密效果。最后，利用 DSP 数字电路对新系统进行了实验验证，结果与数值仿真一致，验证了忆阻系统的正确性与可实现性。
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温稠密和热稠密端条件下的物质粘性在诸多场景有着重要应用, 例如: 惯性约束聚变靶丸设计, 天体结构演化研究, 极端条件下界面不稳定性和混合发展规律研究等. 由于粘性实验技术能够达到的温压范围非常有限, 因而, 极端条件下物质粘性数据的获取方式主要是通过理论计算. 本文阐述了计算温稠密和热稠密极端条件下物质粘性的多种理论方法, 包括以量子分子动力学模拟(QMD) 为代表的数值模拟方法和以随机游走屏蔽势粘性模型 (RWSP-VM) 为代表的解析公式.通过评估从低原子序数到高原子序数的多种单质 (H, C, Al, Fe, Ge, W, U) 的粘性数据, 讨论了各种方法的适用条件, 评估了各种解析公式的可靠性和适用范围. 可以看到, 数值模拟方法获得的数据量以及覆盖范围仍然有限, 不同的数值模拟方法之间还存在一定分歧, 解析公式仍然是快速获取大量粘性数据的可靠方式. 基于物理建模和模拟数据的拟合公式, 例如单质等离子体模型 (OCP),集成的 Yukawa 粘性模型 (IYVM) 等, 兼顾了模拟数据的精度和解析计算的效率. 基于物理建模的 RWSP-VM 模型, 不依赖于模拟数据, 却在较宽温压范围内具有与模拟数据相当的精度, 是获取温稠密和热稠密物质的粘性数据的高效方法. 本文数据集可在 https://www.scidb.cn/s/ZrERJf访问获取.
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本文研究了人工巨原子与三个微腔耦合系统中的光子阻塞效应. 首先讨论了弱驱动腔模的情况, 分析了单光子和双光子激发时系统的能级结构和跃迁路径, 研究了系统中光子的统计特性. 其次, 考虑同时驱动人工巨原子和腔模, 探讨了利用量子干涉效应进一步增强光子阻塞. 研究结果表明, 系统的两个腔中出现了对弱驱动具有鲁棒性的光子阻塞效应, 等时二阶关联函数的值为$g^{(2)}(0)\approx 10^{-3.4} $. 另外在同时驱动人工巨原子和腔模的情况下, 本研究实现了最佳光子阻塞, 等时二阶关联函数可达到$g^{(2)}(0)\approx 10^{-6.5} $. 该研究结果可为单光子源的实验实现提供新的可行方案.
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本文结合实验与理论研究, 探索了在多光子区域($ \gamma > 1 $)短脉冲激光作用下氩原子的光电离过程. 通过建立包含隧穿出口处电子初始纵向动量的半经典模型, 我们模拟了光电子动量分布. 该方法基于费曼路径积分理论框架, 为每条电子轨迹赋予动力学相位, 从而实现了量子干涉效应的研究. 模拟结果与含时薛定谔方程(TDSE)数值解高度吻合, 同时我们发现, 初始纵向动量的引入对于精确重现电离阈值附近观测到的光电子谱干涉结构至关重要, 并揭示出离子实极化对低能谱影响甚微. 我们的研究结果强调了超短脉冲光电离中非绝热势垒下动力学的重要性, 并提供了基于量子轨道的清晰物理图像.
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二维磁性材料是指厚度极薄且能够维持长程磁有序的纳米材料。这类材料展现出明显的磁各向异性，并由于量子限制效应与高比表面积特性，导致电子能带结构与表面状态发生显著变化，因此具有丰富而可调控的磁性，并在自旋电子学领域展现出巨大的应用潜力。二维磁性材料包含层间通过弱范德华力堆叠而成的层状材料和三维方向均通过化学键结合的非层状材料。当前大多数研究都集中在二维层状材料，而这些材料的居里温度普遍远低于室温，且空气稳定性差。相比之下，非层状结构增强了材料的结构稳定性，同时表面丰富的悬挂键增加了修饰其物理性质的维度。这类材料正日益受到学术界的广泛关注，并且它们的合成与应用已取得了重大进展。本综述首先梳理了各种二维非层状磁性材料的制备方法,并系统介绍了近五年来在各类材料中获得的二维非层状本征磁性材料以及它们在超薄极限下涌现出的一系列新奇物理现象，同时也讨论了理论计算在揭示这些新奇现象时的关键作用以及修饰磁性的一些重要手段。最后展望了二维非层状磁性材料在自旋电子器件中的应用潜力与发展方向。
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非热等离子体 (Non-Thermal Plasma, NTP) 作为一种在接近室温条件下高效实现材料制备与改性的先进技术, 近年来在能源材料领域备受关注. 由于其电子温度高而整体气体温度低, NTP能够在避免热损伤的前提下, 通过引入空位、杂原子掺杂, 调控孔隙率和表面粗糙程度等多尺度缺陷, 显著改善电极材料的电化学性能. 等离子体-材料表面相互作用是一个复杂的体系, 涉及等离子体与材料之间的相互影响规律, 深入理解该作用机制对实现NTP改性精准调控材料缺陷类型、密度、空间分布至关重要. 本综述系统总结了NTP在能源材料刻蚀和掺杂领域的应用, 重点阐述了缺陷的生成及其对等离子体与材料表面相互作用中的影响. 最后, 分析了NTP技术规模化应用过程中面临的主要挑战并对其未来发展进行了展望.
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金纳米棒作为生物医学探针因其可调谐等离激元特性备受关注，但其亚细胞尺度精准成像受限于衍射极限与现有超分辨技术的高光损伤、外源标记依赖性等瓶颈。本文提出相干调制振幅投影成像技术，通过飞秒脉冲对的空间相干调制与振幅-相位协同耦合机制，低功率激发就可实现金纳米棒取向分布超分辨探测，同时无需荧光分子标记。该方法将亚衍射极限信息编码至频域，利用傅里叶分析同步解析金纳米棒的空间定位、三维取向及局部微环境响应，规避了荧光分子标记干扰并显著抑制光热效应影响。实验证实相干调制振幅投影成像通过调控脉冲间延时与相位可精确操控金纳米棒光致发光相干态，为研究纳米-生物界面动态过程提供了多维度分析工具。
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液相是化学和生物反应的关键环境，由于溶剂化效应的存在，液相分子的化学、生物反应动力学表现出显著区别于气相孤立分子的演化行为。深入研究液相分子的超快激发态动力学对于揭示复杂化学和生物过程的微观机制具有重要意义。分子激发态的制备与演化通常发生在阿秒至皮秒的时间尺度，光电子能谱不仅能够表征激发态分子的电子结构，对分子构型的演化也很敏感，被广泛用来研究激发态分子的超快动力学过程。磁瓶式光电子谱仪、液体微束装置与高次谐波技术的结合，可以在高真空条件下直接测量出射电子的能量分布及动力学演化信息，是液相光电子能谱研究的核心手段。本文系统总结了该技术在液相超快动力学研究领域的最新进展，详细介绍了磁瓶式谱仪的基本工作原理、液体微束靶的制备方法；讨论了其在生物分子激发态动力学演化、液相分子激发态非绝热过程、分子间库仑衰变和芳香族化合物水溶液的气-液界面性质等研究中的典型应用；最后对技术瓶颈以及未来发展方向进行了探讨。
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毛细管放电等离子体射流点火装置结构简单可靠，点火效能强，是当前工业和学术领域的研究热点。射流瞬态辐射热流特性是表征射流点火能力的重要手段，本文搭建了基于薄膜量热计的瞬态辐射热流测量系统，针对薄膜探头的测量范围、响应时间和灵敏度提出设计与优化方法；研究了聚乙烯和聚四氟乙烯不同工质情况下，储能电容电压和毛细管直径对输出辐射热流特性的影响。结果表明，毛细管放电辐射热流密度相较于主放电电流具有滞后性，增大系统储能有助于提升主放电沉积能量效率与等离子体温度，进而提升输出辐射热流密度与热流持续时间；增大毛细管直径会减小放电时间常数进而缩短热流持续时间，当毛细管直径从 1.5mm 增加至 3mm 时，辐射热流密度显著提升，而当毛细管直径从 3mm增加至 6mm 时，辐射热流密度随之下降。此外，主放电能量沉积效率、等离子体射流扩展特性以及工质烧蚀特性均会影响辐射热流密度；聚乙烯工质毛细管放电较聚四氟乙烯工质辐射热流密度峰值更高，峰值时间提前且持续时间更短。
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针对环境扰动引起单光子偏振态随机漂移的问题, 本文提出了一种实时锁定1550 nm单光子线偏振态的实验系统. 通过使用单光子偏振调制技术操控偏振旋转器实时锁定任意1550 nm单光子线偏振态到同轴检偏器的光轴方向, 在2000 s内单光子偏振漂移限制在0.0011 rad以内, 这种具有稳定线偏振态的1550 nm单光子脉冲可以直接用作偏振编码或相位编码量子密钥分发系统的单光子源.
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本文采用反应显微成像谱仪研究了炮弹能量40 keV条件下Ar$^{2+}$离子与Ar与N$_{2}$气体碰撞体系的单电子俘获和双电子俘获动力学过程。通过高精度动量成像技术，实验成功测定了Ar$^{2+}$-Ar和Ar$^{2+}$-N$_{2}$碰撞体系中态分辨的单电子和双电子俘获截面，并获取了炮弹离子的散射角分布。实验数据分析表明：在单电子俘获过程中，Ar$^{2+}$与Ar原子作用时，电子主要被俘获至炮弹$3s3p^{6}$激发态；而与N$_{2}$分子相互作用时，电子优先占据$3s^{2}3p^{5}$态。值得注意的是，Ar原子体系的单电子俘获截面分布与分子库仑过垒模型预测的反应窗口呈现良好的一致性。在双电子俘获过程中，无论靶介质为Ar原子还是N$_{2}$分子，双电子俘获均以基态（$3s^{2}3p^{6}$）占据主导地位。此外，还对Ar$^{2+}$-Ar/N$_{2}$的单、双俘获过程的散射角分布进行了分析和定性解释。
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