观点和展望
编辑推荐
2024, 73 (24): 240501.
doi: 10.7498/aps.73.20241039
摘要 +
1934年, 就读于普林斯顿大学的Eugene Wigner预言了电子晶体的存在. 电子同时具有动能和相互作用的势能, 当电子态密度满足一定的条件时, 由于电子之间的排斥作用, 电子会倾向于按规则的晶格结构排布, 形成电子晶体, 也称为维格纳晶体. 近90年来, 维格纳晶体一直吸引着凝聚态物理学家. 1979年, 实验发现在液氦表面存在从电子液体到电子晶体的相变. 之后的实验中观察到在强磁场下的二维电子气中存在二维维格纳晶体的特征. 然而, 在实空间中直接观测二维维格纳晶体仍然是一项艰巨的挑战. 通过WSe2/WS2 moiré超晶格的石墨烯传感层, Li等在实验中观察到了维格纳晶体的实空间形貌. 而在最近的研究中,Tsui等使用高分辨率扫描隧道显微镜测量技术, 直接对贝纳尔堆叠(Bernal stacking)双层石墨烯中的磁场诱导维格纳晶体进行成像, 并研究其结构特性与电子密度、磁场和温度的函数关系. 本文将通过4篇代表性工作, 简要介绍维格纳晶体的进展和发展前景.
特邀综述
编辑推荐
2024, 73 (24): 241401.
doi: 10.7498/aps.73.20241207
摘要 +
希格斯物理是高能物理最重要的研究方向之一. 希格斯机制赋予了基本粒子质量, 并预言了希格斯玻色子的存在. 大型强子对撞机(LHC)上的ATLAS和CMS实验在2012年发现了希格斯玻色子, 完成了标准模型的基本粒子谱. 高能物理学家研究了希格斯玻色子的各种性质, 来检验标准模型的希格斯机制是否正确, 并探寻是否存在新的希格斯机制. 高能物理学家也提出了希格斯工厂的计划, 进行了大量的预研工作. 本文回顾了希格斯玻色子的发现历程, 介绍了其物理性质的研究现状, 并讨论了未来希格斯工厂的物理前景.
专题: 极端条件原子分子动力学
编辑推荐
2024, 73 (24): 244202.
doi: 10.7498/aps.73.20241456
摘要 +
20世纪80年代中期, 啁啾脉冲放大技术(2018年诺贝尔物理学奖)突破了激光强度提升的瓶颈, 激光强度跨越了原子单位的门槛(1个原子单位激光强度对应功率密度3.5×1016 W/cm2). 这样强的激光场可以在原子、分子中诱导出高阶非线性响应, 导致一系列新的物理现象, 其中尤其重要的是高次谐波辐射和阿秒光脉冲产生(2023年诺贝尔物理学奖). 随着强激光技术的进步, 当前激光强度已达到1023 W/cm2量级, 并在进一步提升中. 这样强的激光场能否在原子核中诱导出类似的高阶非线性响应、将“强场原子物理”推进至“强场原子核物理”? 最近的研究发现, 当前的强激光至少可以在一个特殊的原子核, 即钍-229原子核诱导出高阶非线性响应. 这得益于该原子核存在一个能量极低的激发态和超精细混合效应对于光核耦合的增强. 高阶非线性响应的触发可以极大地提升原子核的激发概率和调控效率. 类似原子, 被强激光驱动的原子核也会向外辐射高次谐波. “强场原子核物理”开始成为光与物质相互作用以及核物理研究的新前沿, 提供基于强激光的原子核激发和调控新方案, 以及基于原子核跃迁的相干光辐射新途径.
编辑推荐
2024, 73 (24): 246101.
doi: 10.7498/aps.73.20241218
摘要 +
随着X射线光源品质的提升, X射线波段的量子调控成为了新兴的前沿领域, 基于薄膜平面腔的X射线腔量子光学是其中一个重要分支. X射线腔量子光学研究始于原子核跃迁体系, 近期兴起了调控原子内壳层跃迁的研究工作. 原子内壳层跃迁存在丰富的候选体系和退激通道, 极大地拓宽了X射线腔量子光学的研究范围. 此外, 内壳层激发及其退激通道对应着多种X射线谱学表征技术, 促进X射线腔量子光学和谱学技术的融合, 有望促成X射线谱学新技术的出现. 本文概述了基于原子内壳层跃迁的X射线腔量子光学, 介绍了基本的实验体系和实验方法、经典和量子理论模型以及已经实现的一些量子光学现象. 最后, 本文简要介绍了内壳层X射线腔量子光学仍需要解决的一些问题, 同时展望了未来的发展方向.
封面文章
2024, 73 (24): 240701.
doi: 10.7498/aps.73.20241290
摘要 +
高电荷态离子俘获靶原子、分子中的电子是一个多原子中心束缚态电子跃迁相关的基本原子物理过程, 所形成的高激发态离子的退激辐射对于X射线天文建模、聚变等离子体诊断及离子束与物质作用机理研究等方面至关重要. 经过不断的完善和发展, 冷靶反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)技术已经广泛应用于测量电子俘获过程中的量子态选择布居. 基于复旦大学150 kV高电荷态离子碰撞实验平台及冷靶反冲离子动量谱仪, 本文开展了1.4—20.0 keV/u的Ar8+ 炮弹离子与He原子碰撞过程中双电子俘获量子态选择截面的系统测量, 并获得了3l 3l'至3l 7l' 双激发态的相对截面. 研究发现Ar8+-He双电子俘获过程中, 随着碰撞能量的增大, 更多的量子态转移反应通道被打开, 而且量子态选择布居的相对截面对炮弹离子能量呈现强烈的依赖关系.
编辑推荐
2024, 73 (24): 243201.
doi: 10.7498/aps.73.20241222
摘要 +
强激光相干激发为Rydberg态的产生和调控提供了新的手段. 本文主要研究不对称包络强激光场中Rydberg态产生的动力学过程, 发现Rydberg态的产率随激光包络上升沿的持续时间延长而增加. 利用电离率与随时间变化的再捕获率的乘积计算Rydberg态的布居, 将定量再散射理论推广到强场激发过程中. 通过分析Rydberg态的产生窗口, 得到了再捕获率的解析公式, 发现再捕获率与包络形状呈负相关, 并随剩余相互作用时间的延长而减小. 利用激光包络影响Rydberg态产生的新机理, 为强场激发原子分子的超快动力学提供了新的调控手段, 也为基于Rydberg原子的超快量子信息技术提供了新的方案.
编辑推荐
2024, 73 (24): 243301.
doi: 10.7498/aps.73.20241401
摘要 +
超快强场相干调控分子解离在原子与分子物理、物理化学、量子调控等多个领域引起了重要关注, 在现象理解、机理探究和调控方案等多个方面仍然存在许多值得深入研究的问题. 近期研究表明, 在保持光谱振幅分布不变的条件下, 对最初处于基电子态纯本征态的分子, 通过调制单个超快强紫外激光脉冲的光谱相位分布, 可以有效调控总解离概率和分支比. 本文采用含时量子波包方法, 进一步探讨了光谱相位调控氯溴甲烷(CH2BrCl)分子的光解离反应, 着重探究了初始振动态对解离反应的影响. 为了凸显超快强场脉冲调控解离机理与弱场的不同, 本文展示了在弱场极限下, 改变单个超快脉冲的谱相位不会影响总解离概率和分支比; 然而在强场极限下, 总解离概率和分支比对单个超快脉冲的谱相位有明显依赖性. 通过分析基电子态振动态布居分布, 发现啁啾脉冲可以有效调控强场极限下诱导的共振拉曼散射(resonance Raman scattering, RRS)现象, 从而导致解离概率和分支比对初始振动态的选择性. 研究结果进一步表明, 通过选择合适的初始振动态并调控啁啾率的值和符号, 可以实现Cl+CH2Br键的优先断裂. 该研究为理解超快光场相干控制多原子分子光解反应提供了新的视角.
编辑推荐
2024, 73 (24): 243401.
doi: 10.7498/aps.73.20241377
摘要 +
基于从头算 R -矩阵方法, 在固定核近似下, 采用单态密耦合(close couple, CC)模型, 研究了低能电子与$ {{\mathrm{C}}}_{4}^{-} $负离子的散射过程. 研究结果预测了该负离子四种异构体在0—12 eV的能区内的电子弹性散射积分截面, 研究了存在的共振态以及构型变化对共振态位置与宽度的影响. 此外还对理论结果与现有实验数据进行了细致的比较和分析, 结果表明, 实验观测到的8.8 eV共振峰主要是异构体A的$ {{{\Sigma }}}_{{\mathrm{u}}}^{+} $和$ {{{\Sigma }}}_{{\mathrm{u}}}^{-} $共振态的贡献以及少部分来自异构体C的A2共振态的贡献. 散射截面上揭示了异构体A存在五个共振态, 异构体B有三个共振态, 异构体C和D各存在四个共振态. 最后, 根据玻尔兹曼分布计算了不同温度下各异构体的布居, 模拟了在常温条件下$ {{\mathrm{C}}}_{4}^{-} $的低能电子弹性散射积分截面, 与已有的实验结果符合较好. 同时还发现在3.3 eV的低能区处存在一个宽度为0.20 eV的势形共振态, 为实验的进一步证实提供了理论参考.
编辑推荐
2024, 73 (24): 244201.
doi: 10.7498/aps.73.20241378
摘要 +
涡旋光携带额外的轨道角动量, 在与原子分子相互作用时能揭示更深层次的动力学信息. 本文基于一阶Born近似构建了涡旋光电离原子分子的理论计算框架, 并以氦原子为例进行详细计算和分析. 系统地研究了涡旋光引起的光电离截面如何随入射能量及光电子发射角度变化, 特别分析了位于涡旋光中心相位奇点的电离现象, 揭示了涡旋光在引发光电离过程中的独特行为模式, 为进一步研究涡旋光电离过程及其应用奠定了一定的理论基础.
编辑推荐
2024, 73 (24): 248201.
doi: 10.7498/aps.73.20241283
摘要 +
通过数值求解薛定谔方程, 计算了具有时间延迟的泵浦及探测飞秒激光联合作用下氢分子离子解离的时间演化动力学. 研究发现, 通过调节探测光的脉宽长度可以对解离过程进行有效的操控; 同时, 结合延迟时间依赖的离子解离动能谱, 可以反演出解离过程中的电子与核的微观动力学行为. 另外, 基于能动量守恒发展了一个描述解离动力学的经典模型, 该模型能够定性地预言延迟时间依赖的解离动能谱. 利用离子动能谱对探测光频率的依赖关系, 提出了一个重构离子核间距的含时演化的方案.
综述
编辑推荐
2024, 73 (24): 248802.
doi: 10.7498/aps.73.20241187
摘要 +
单结太阳电池的能量转换效率受限于Shockley-Queisser理论极限, 而突破该极限的最有效策略是构建多结叠层太阳电池. 多结叠层太阳电池通过堆叠多个子电池, 可针对太阳光谱的特定部分进行优化. 钙钛矿材料具有连续可调的能带结构, 为多结叠层电池中的吸光材料组合提供了新的选项. 在钙钛矿基叠层太阳电池领域, 三结叠层太阳电池已经取得了一定进展, 在光伏产业中展现出巨大潜力. 本文首先重点介绍了三结叠层太阳能器件结构及面临的科学问题, 然后介绍了钙钛矿基三结叠层电池的研究进展, 包括钙钛矿/钙钛矿/硅叠层电池、钙钛矿/钙钛矿/有机叠层电池和全钙钛矿叠层电池. 最后, 本文分析了进一步提升三结叠层太阳电池性能的研究方向, 为制备高效三结电池提供了指导.
总论
编辑推荐
2024, 73 (24): 240301.
doi: 10.7498/aps.73.20241103
摘要 +
在双模Dicke模型的基础上, 研究了光场(模式1)与机械振子有非线性耦合的双模光机械腔中冷原子的量子相变. 利用自旋相干态及变分法得到了系统基态能量的泛函. 通过求解和判定稳定性, 得到了相变点和基态相图. 发现存在正常相和反转正常相的双稳态, 超辐射相和反转正常相的共存态, 以及单独存在的反转正常相. 原子与两模光场相互作用强度的不同对相变点的值有较大影响, 存在正常相经过相变点到超辐射相的量子相变. 光-声子非线性耦合对相变点没有影响, 但诱导了超辐射相的塌缩, 存在一个转折点, 经过转折点可以实现超辐射相到反转的正常相的量子相变. 超辐射相的区域随着光子-声子耦合的增加而减小, 在耦合的临界值处收缩为零, 即转折点和相变点重合, 并且有可能出现两个正常相之间的原子布居数的反转; 光-声子的非线性耦合还产生了不稳定的非零光子态, 它与超辐射态相对应. 在不含机械振子时, 回到双模Dicke模型的结果.
编辑推荐
2024, 73 (24): 240302.
doi: 10.7498/aps.73.20241269
摘要 +
现有量子密钥分发系统的光源主要是弱相干态光源, 但是由于该类光源中含有大量的真空态脉冲, 并且在光源调制过程中可能存在一定信息泄漏, 从而限制了量子密钥分发系统的最远安全传输距离. 为克服这一局限, 本文提出了一种基于监控标记单光子源的量子密钥分发协议. 一方面, 通过借助标记单光子源中极低的真空态概率, 提升了系统的极限传输距离; 另一方面, 在系统发射端添加了Hong-Ou-Mandel (HOM)光源监控模块, 通过测量HOM干涉可见度的大小来精确刻画出源端可能泄漏信息量的大小, 从而更加准确地估算出系统可提取密钥率的大小. 此外, 将本工作与其他同类协议进行数值仿真对比, 仿真结果显示, 本协议在传输距离和密钥率等方面具有更加优越的性能. 因此, 本工作为未来发展更安全可靠的量子通信网络提供了重要的参考价值.
原子和分子物理学
2024, 73 (24): 243402.
doi: 10.7498/aps.73.20241355
摘要 +
弹性碰撞截面是研究粒子间相互作用的关键参数之一, 有助于揭示气体绝缘的微观机理. 本文基于 R 矩阵理论计算了24种气体分子在0—15 eV下的弹性碰撞截面, 提取了最低共振态能量、峰值等截面特征参数. 对比了SF6, CF2Cl2, i-C3F7CN碰撞截面的计算值与实验值, 首次给出了i-C3F7CN在0—1 eV的低能碰撞截面; 分析了F取代和碳链长度对截面参数的影响, 最终研究了截面特征与绝缘强度间的关联性. 结果表明, 计算得到的各分子最低shape共振态能量与现有研究数据一致, 均方误差为0.181; F取代时, 共振态能量逐渐增大、峰值逐渐减小; 碳链延长则与之相反. 分子最低共振态能量、截面峰值与气体绝缘强度有较强关联, 分子的最低共振态能量越低, 对应的截面峰值越大, 其绝缘强度越高. 通过分析分子中低能弹性碰撞截面特征, 可定性评估气体绝缘强度.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
2024, 73 (24): 244101.
doi: 10.7498/aps.73.20241346
摘要 +
提出了一种高效分析单轴/双轴双各向异性媒质电磁特性的快速传输矩阵法(rapid-transfer matrix method, R-TMM). 该方法基于旋度麦克斯韦方程, 构造了关于电场的齐次微分方程, 并通过复杂的矩阵运算, 导出用于特征值求解的布克四次方程. 随后, 从特征方程中提取单轴/双轴双各向异性媒质的特征值. 在此基础之上, 通过对层状结构中电磁场在分界面处切向连续性的深入研究, 构建了适用于多层媒质中平面波传播的传输矩阵. 结合上下行波在不同区域的传播关系, 推导出单轴/双轴双各向异性传播系数的计算公式. 最后, 设计了单轴/双轴双各向异性材料模型, 并对R-TMM和传统传输矩阵法(conventional-transfer matrix method, C-TMM)的计算结果进行了分析. 数值实验表明, R-TMM不仅能够精确计算单轴/双轴双各向异性媒质的传输系数, 而且可以实现计算效率的大幅度提升. 该方法为科研人员开展单轴/双各向异性媒质电磁特性的研究提供了可靠且高效的计算策略.
气体、等离子体和放电物理
2024, 73 (24): 245201.
doi: 10.7498/aps.73.20241300
摘要 +
为进一步研究光子晶体对电磁波传输的影响, 提出了等离子体光子晶体阵列结构波导模型, 以期能够实现对电磁波的传输调控. 该模型结构能够在W波段实现多频点高效传输, 在缺陷空位中心处加入等离子体柱后能够对电磁波进行限幅. 通过改变渐变结构参数、等离子体参数等因素可调控电磁波的传输效果. 研究结果表明, 电磁波在无等离子体干扰的情况下, 能实现85.2, 92.1, 98.5, 102.4, 106 GHz等多个频点的高效传输, 其传输系数均大于－0.42 dB. 构造的渐变结构能够使在谐振频率下缺陷空位周围形成不同的强电场, 致使气体击穿产生高浓度微波等离子体, 实现对电磁波的反射功率、传输功率和吸收功率的有效调控. 此外, 改变等离子体柱的尺寸大小, 可以进一步调节电磁波在不同频点下的传输特性. 该研究能够为高频电磁波的传输与微波器件的设计提供支撑依据.
2024, 73 (24): 245202.
doi: 10.7498/aps.73.20241331
摘要 +
磁场作为霍尔推力器的关键设计参数之一, 其通过直接影响电子输运、中性原子电离、等离子体分布等微观行为, 间接影响推力器的宏观性能. 目前, 针对霍尔推力器磁场影响的研究更多的是关注放电通道内磁场大小以及分布的影响, 而对羽流区磁场的影响研究相对较少. 基于此, 本文利用二维粒子-流体混合模型研究了霍尔推力器羽流区的轴向磁场分布对推力器性能的影响. 结果表明, 在放电通道内轴向磁场分布不变的情况下, 改变羽流区的轴向磁场梯度对推力具有显著的影响. 放电通道中的电势降随着羽流区轴向磁场梯度的减小而减小, 羽流区电场以及放电通道中的离子数密度峰值则随着羽流区轴向磁场梯度的减小而增加. 增加羽流区的磁感应强度, 有助于推力器性能的提升. 更明确地说, 羽流区的磁场梯度存在一个临界值, 当羽流区轴向磁场梯度大于临界值时, 推力随羽流区轴向磁场梯度的减小而增加. 当羽流区轴向磁场梯度小于临界值时, 推力随羽流区轴向磁场梯度的减小而轻微的减小. 通过对不同羽流区磁场分布下的等离子体电势、电场、离子数密度, 以及电离率分布的比较表明, 羽流区磁场通过影响电子迁移率改变电场的分布, 而电场分布的改变则会对推力产生影响. 本文的研究结果将对霍尔推力器性能优化, 以及磁场设计提供理论支撑.
编辑推荐
2024, 73 (24): 245203.
doi: 10.7498/aps.73.20241357
摘要 +
等离子体自发旋转对托卡马克装置的约束性能和稳定性十分重要. 能否有效地诱导等离子体自发旋转来致稳电阻壁模对国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)的稳定运行尤为关键. 在韩国先进超导托卡马克(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, KSTAR)装置上首次实验证明了在特定参数下, 共振磁扰动(resonant magnetic perturbation, RMP)产生的新经典环向黏滞(neoclassical torodial viscosity, NTV)力矩能够驱动等离子体旋转. 先前在东方超环托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST)的RMP实验中同样也观测到了RMP加入后等离子体旋转在同电流方向增加的实验现象, 然而与KSTAR不同, EAST上模拟计算的NTV力矩比中性束力矩小两个量级, 无法解释环向旋转速度的增加. 本文开展了进一步的研究, 首先通过实验方法测得了RMP产生的力矩分布, 与之前模拟得到的NTV力矩相比要大两个量级, 说明存在NTV以外的机制驱动等离子体旋转. 其次, 在实验中观察到旋转速度增大的同时也伴随有${\boldsymbol{E}}\times{\boldsymbol{B}}$速度的明显变化, 并且, 与实验测量得到的RMP产生的力矩分布一致, 表明${\boldsymbol{E}}\times{\boldsymbol{B}}$剪切的变化产生的残余应力可能是导致RMP加入后旋转速度增大的原因. 为了解释RMP加入后环向旋转速度的增大, 本文分析了RMP加入后随机磁场对大尺度湍流的影响, 发现各尺度湍流在随机磁场的背景下, 为了维持准中性条件, 小尺度湍流的增长可能会导致雷诺应力的增大. 在RMP加入期间, 雷诺应力驱动$ \boldsymbol{E}\times\boldsymbol{B} $剪切的增大会破坏湍流对称性, 产生残余应力驱动环向旋转. 最后，实验的统计结果也表明, RMP对环向旋转的驱动效果与湍流强度有关, 进一步验证了RMP加入${\boldsymbol{E}}\times{\boldsymbol{B}}$剪切产生的残余应力是驱动环向旋转变化的主要机制.
2024, 73 (24): 245204.
doi: 10.7498/aps.73.20240720
摘要 +
水下爆炸气泡脉动产生的压力波及滞后流可以对舰船的整体结构产生破坏作用. 本文介绍了采用电爆炸丝的技术途径开展水下爆炸气泡的初步实验研究工作, 重点聚焦于气泡的宏观物理特征、运动规律、以及与传统化爆气泡的差异. 实验装置主要由2个并联的储能放电模块和爆炸水箱组成. 每个模块由2台20 μF的电容器以及位于电容器之间的气体放电开关串联构成. 负载采用了1根直径0.9 mm、长度50 mm的纯铜丝. 实验结果显示, 铜丝被电离后形成等离子体的最高能量密度与TNT相当; 等离子体在膨胀过程中汽化周围的水介质并逐渐演变为气泡; 气泡的总脉动次数不超过4次, 内部的主要成分应该为铜蒸气和水蒸气, 并在能量耗尽后直接溃灭于水中. 通过实验数据与现有理论运动模型的比较发现, 气泡在膨胀阶段汽化水介质导致一定的内能损耗, 使得其运动轨迹的模拟结果与实验数据具有一定差异.
凝聚物质：结构、力学和热学性质
2024, 73 (24): 246102.
doi: 10.7498/aps.73.20241051
摘要 +
微结构特征和结构演化机制是非晶态材料的研究重点, 非晶合金的动力学行为可以揭示非晶合金的形成过程和结构演化机制. 本文采用分子动力学模拟方法探讨了在Pd-Si非晶合金体系中, Pd原子的浓度对Si原子扩散的阻碍作用及其对体系对称性和有序度的影响. 并对与原子扩散、体系的对称性及有序度有关的参数进行了分析, 结果表明, 增加Pd原子的浓度会导致Si原子的扩散受到更明显的阻碍, 表现为Si原子的非高斯参数异常峰的峰值增大和位移的标准差减小. 这一现象表明, 增加Pd原子浓度会增强了Si原子的牢笼效应, 限制Si原子的扩散. 此外, Pd原子浓度的增加促进了Pd-Si非晶合金中不饱和键型向饱和键型的转变, 且体系的构型熵降低, 提高了Pd-Si非晶合金的局域对称性和有序度, 使得Si原子处于封闭性更强、对称性更高、结构更加紧凑的团簇结构中, 增强了其牢笼效应和局域对称性. 本文探讨了Pd原子浓度对Si原子的扩散行为及局域环境的影响机制, 为深入理解非晶合金的结构演化提供了新的视角.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2024, 73 (24): 247801.
doi: 10.7498/aps.73.20240974
摘要 +
反式钙钛矿太阳电池(perovskite solar cell, PSC)是当前钙钛矿电池领域的重点发展方向, 其中, NiO作为一种无机空穴传输材料, 具有良好的化学稳定性, 被广泛用于制备反式结构器件. 然而, 由于NiO的电导率和空穴迁移率相对较低且与钙钛矿薄膜的界面接触较差, 使其在实现高性能反式PSC方面存在困难. 为克服上述问题, 本工作采用乙酸钾为钾源, 通过在NiO纳米晶中掺入钾离子(K+)有效提升了NiO的电导率和空穴迁移率. 此外, 掺杂K+后, NiO与钙钛矿薄膜之间具有更好的界面接触, 光生电荷的分离更有利. 实验结果表明, 最优的K+掺杂摩尔分数为3%, 经过K+掺杂后电池效率从15.15%提高到16.75%, 这主要得益于短路电流密度和填充因子的提升.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2024, 73 (24): 248101.
doi: 10.7498/aps.73.20241368
摘要 +
晶界结构在石墨烯变形过程中的演变规律及作用机制对理解石墨烯变形行为具有重要意义. 本文采用三模晶体相场模型, 在原子尺度上深入研究了石墨烯小角对称倾侧晶界处位错在应变作用下的演化机理. 结果发现, 随着晶界角的增大, 晶界位错密度降低, 特定类型的位错(5|8|7位错和5|7位错)数量上升. 在与晶界平行的应力加载下, 晶界处位错因C—C键断裂或旋转, 转化为5|7或5|9型位错, 这是由于较大自由能的位错在拉伸下演化为小能量的位错, 这有利于石墨烯性能的提高. 拉伸载荷下, 含不同角度晶界的体系自由能变化呈现相同趋势: 初始下降至拐点后出现异常上升, 位错行为不能有效缓解体系因持续加载造成的应力集中, 导致失效. 本工作有助于从原子尺度理解石墨烯微观力学行为.
2024, 73 (24): 248401.
doi: 10.7498/aps.73.20241238
摘要 +
反式(p-i-n)钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其具有转化效率高、稳定性好等优点受到越来越多的关注. 制约反式钙钛矿电池效率提升的主要因素是钙钛矿层和电荷传输层之间的界面缺陷. 因此, 本文基于1, 3-二氨基丙烷二氢碘(PDADI)双修饰策略钝化钙钛矿薄膜与电荷传输层界面缺陷, 提高了钙钛矿薄膜成膜质量, 抑制了钙钛矿薄膜与电荷传输层之间的非辐射复合, 制备了转化效率为23.19%的反式钙钛矿太阳能电池, 为制备高效反式钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.
2024, 73 (24): 248801.
doi: 10.7498/aps.73.20241372
摘要 +
激光诱导烧结又称为激光增强接触优化(LECO), 可以显著降低TOPCon太阳电池金属电极与硅之间的接触电阻, 提高电池效率. 首先, 本文研究了反向偏压、激光强度等LECO工艺参数对TOPCon电池性能的影响, 并对其影响机理进行了详细的讨论与分析. 其次, 研究了二次高温烧结与二次LECO工艺对电池性能的影响. 当二次烧结温度从280 ℃升高至680 ℃时, 电池效率从26.35%急剧下降至1.3%. 但是, 对经过二次高温烧结的电池片再进行二次LECO处理, 电池效率可以恢复到二次高温烧结前的水平. 采用改良后的纯银浆料制备的TOPCon电池, 在没有经过LECO处理之前, 由于银电极与硅没有形成有效的金属半导体接触, 电池平均效率只有0.02%. 经过LECO处理后, 使用纯银浆料的电池效率提升至26.35%, 比使用传统银铝浆料的参考电池提高了0.41%. 最后提出了LECO工艺诱导银-硅接触形成的物理模型, 对二次高温烧结及二次LECO处理如何影响电池性能给出了合理的解释, 这对于进一步理解和优化LECO工艺在TOPCon太阳电池中的应用具有重要意义.
地球物理学、天文学和天体物理学
2024, 73 (24): 249601.
doi: 10.7498/aps.73.20241182
摘要 +
空间等离子体环境中的带电粒子附着和运动会在小行星表面形成可观测的电位, 这一表面充电现象阻碍了小行星的安全着陆和探索. 传统方法计算速度较低, 且聚焦于静态小行星, 缺少对实际情况中旋转小行星的充电机制研究. 为此, 本文提出了基于神经网络和有限元法的多尺度模型, 实现了对旋转小行星的三维动态模拟. 对小行星和周围环境的模拟和分析结果表明, 小行星表面的最大和最小电位均会随着自转周期增长而减小, 夜侧最小电位由周期为1 h的–4.96 V降低为周期为七天的–5.97 V, 当周期长于七天时, 这种下降趋势变缓, 七天到半年的周期增长仅能造成0.001 V的电位变化. 太阳风暴经过期间, 电子和离子的密度及温度升高, 自转周期导致的电位差异可达上百伏. 表面材料的组成也会影响小行星表面电位受周期影响的差异程度. 由斜长石或斜方辉石构成时, 不同自转周期小行星之间的表面电位差异较为明显, 而钛铁矿构成的小行星则更依赖于所处姿态. 研究自转小行星的表面充电现象, 对探究小行星与太阳风相互作用的性质至关重要.
