综述
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2025, 74 (2): 027702.
doi: 10.7498/aps.74.20240906
摘要 +
压电振动传感器与其他振动传感技术相比具有频率范围宽、动态范围大、结构简单、工作可靠、体积小等优点, 在核电行业、航空航天、轨道交通及国防军工等多个领域有着广泛的应用. 然而, 随着振动测试技术的飞速发展以及应用领域的不断拓宽, 对压电振动传感器在极端环境中长时服役的可靠性提出了更高要求, 如何提高压电振动传感器的服役温度满足极端环境下的应用需求是目前迫切解决的问题. 本文综述了高温压电传感技术应用场景和工作原理, 讨论了常见的高温压电陶瓷和晶体材料, 系统地总结了现有的压电振动传感器工作模式、不同类型压电振动传感器结构及传感器振动校准装置, 重点介绍了近年来国内外高温振动传感器的研究进展. 在此基础上, 探讨了高温压电振动传感器当前面临的问题及未来发展趋势, 为开发下一代极端环境应用的超高温振动传感器提供了思路, 有望促进国内高温压电振动传感技术的进一步研究.
数据论文
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2025, 74 (2): 023101.
doi: 10.7498/aps.74.20241435
摘要 +
本文采用完全活性空间自洽场(complete active space self-consistent field, CASSCF)和加戴维森校正的多参考组态相互作用(multireference configuration interaction with Davidson correction, MRCI+Q)方法, 研究了超氧阴离子(${\text{O}}_{2}^{{ - }}$)的低激发电子态及自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling, SOC)效应对电子态的影响. 使用aug-cc-pV5Z-dk基组, 计算了${\text{O}}_{2}^{{ - }}$第一和第二解离极限对应的42个Λ-S态的势能曲线(potential energy curves, PECs)以及束缚态的光谱常数. 同时考虑SOC效应, 计算了这42个Λ-S态分裂形成的84个Ω态的PECs和部分束缚态的光谱常数. 其中第一解离极限结果与已有文献高度一致, 第二解离极限结果为本文计算提供. 这些结果为研究${\text{O}}_{2}^{{ - }}$的电子结构和光谱性质提供了重要的理论依据. 针对${{\text{a}}^{4}}{{\Sigma }}_{\text{u}}^{{ - }}$态的双势阱现象, 本文通过比较不同基组下的计算结果, 证实了${{\text{a}}^{4}}{{\Sigma }}_{\text{u}}^{{ - }}$态的双势阱形成源于与${{2}^{4}}{{\Sigma }}_{\text{u}}^{{ - }}$态的避免交叉影响. 此外, 研究发现基组大小直接影响${{\text{a}}^{4}}{{\Sigma }}_{\text{u}}^{{ - }}$态的首个势阱深度, 这进一步表明基组选择对光谱常数计算的精确性至关重要. 本文数据集可在科学数据银行https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00076 中访问获取.
2025, 74 (2): 023102.
doi: 10.7498/aps.74.20241325
摘要 +
基于第一性原理计算方法研究不同浓度Fe掺杂对二维CuI半导体光电性质的影响. 研究结果表明, 本征二维CuI和Fe掺杂的二维CuI均为直接带隙半导体; 不同浓度Fe掺杂的二维CuI的总态密度和分波态密度图可知, 费米能级处能带数目增多是由于Fe元素掺杂后Fe-d和Fe-p轨道贡献所影响, 可以提高二维CuI的导电性. 随着Fe掺杂浓度的增大, ε1峰值逐渐减小, 且在能量相对较高的3 eV和6 eV附近的峰值向高能端移动, 浓度越大移动越明显; 这些均表明Fe掺杂可以增强二维CuI的耐高温性质; 当少量Fe掺杂时ε2峰值增大, 表明材料吸收电磁波的能力增强, 可以激发更多导电电子, 且随着Fe掺杂浓度的增加, 吸收能力下降, 因此二维CuI的导电性受到抑制. 本征二维CuI和Fe掺杂后二维CuI的吸收系数表明该半导体在紫外区域均具有强的光子吸收能力. 掺杂Fe原子的二维CuI反射系数随掺杂元素金属性增加逐渐增大. 本文研究为二维半导体材料及二维CuI在光电子器件中的应用提供理论参考. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00060 中访问获取.
封面文章
2025, 74 (2): 027701.
doi: 10.7498/aps.74.20241520
摘要 +
自发极化强度是衡量铁电材料极化能力的关键指标. 新兴的纤锌矿铁电材料因较高的自发极化而受到广泛关注, 但目前对影响这一性质的关键因素的理解仍然不足. 本文旨在通过结合机器学习和第一性原理方法来解决这一问题. 首先, 计算了40种二元和89种简单三元纤锌矿材料的自发极化强度, 并从元素基本属性、晶体结构参数和电子性质中提取了多种特征. 随后, 采用Boruta算法和距离相关系数分析方法进行特征筛选, 提出了一个全面而精确的纤锌矿材料自发极化强度的机器学习预测模型. 进一步借助SHapley Additive exPlanations分析方法, 阐明了影响自发极化强度的关键因素是阳离子离子势的均值IPi_Aave和晶胞参数a等. 本研究弥补了目前对自发极化强度多因素的影响机制理解的缺乏, 为系统评估新兴纤锌矿材料的自发极化强度提供了帮助, 有助于加快性能优异的纤锌矿铁电材料的筛选. 本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00073 中访问获取.
总论
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2025, 74 (2): 020201.
doi: 10.7498/aps.74.20241275
摘要 +
锂离子电池中的电极总是处于特定的约束当中, 这些约束既包括电池内部不可避免的被动结构约束, 又包括一些新兴技术应用场景可能赋予的外部主动约束. 本文主要利用化学-力学双向耦合的基本假设建立描述双层电极结构的理论模型, 考虑4种不同强弱的理想化变形约束作为其边界条件, 并通过数值求解研究在充电过程中这些外部约束对双层电极中Li扩散和应力的影响. 从力学的角度, 所研究的双层电极结构存在侧向伸缩和弯曲变形两个自由度, 弱化的约束条件能够部分或完全激活这些应力释放机制, 从而降低电极结构整体的应力水平, 并提升结构的力学稳定性. 然而, 从电化学的角度, 电极结构的正向弯曲变形所产生的应力梯度会阻碍嵌Li过程, 强化的约束能够部分或完全抑制电极的正向弯曲, 使活性层内Li浓度更加均匀, 从而提高活性层的容量利用率. 这些结果不仅为进一步理解双层电极在更加真实或极端服役条件下的化学-力学响应提供理论参考, 还从设计的角度表明折中的外部约束有利于平衡电极的结构耐久性和电化学性能.
2025, 74 (2): 020301.
doi: 10.7498/aps.74.20241592
摘要 +
Anderson局域化是凝聚态物理中一个影响深远的现象, 它代表了由无序引发的本征态的根本性转变. 本文提出了一个基于超冷原子动量态晶格系统的实验方案, 用以实现弯曲时空下的Aubry-André-Harper (AAH) 模型, 并研究其中的Anderson局域化. 得益于每对相邻动量态之间耦合的单独可操控性, 动量态晶格中的耦合强度可以被编辑成幂律位置依赖的形式$J_n \propto n^{\sigma}$, 从而能够有效模拟弯曲时空. 动量态晶格中波包演化的数值计算结果表现出初始格点依赖的局域化性质, 符合理论预测的相分离现象. 通过分析波包演化动力学数据, 可以观测到相分离临界格点的移动. 同时, 本文还提出了通过调制时空弯曲参数σ来制备本征态的方案, 并在动量态晶格中进行了数值仿真. 最后, 在不同准周期调制相位下制备能谱中所有本征态, 分析了本征态的局域化性质, 验证了在能谱中共存的局域相、延展相和摇摆相. 本文为在实验中研究弯曲时空下的Anderson局域化物理提供了新的可行途径.
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2025, 74 (2): 020701.
doi: 10.7498/aps.74.20241542
摘要 +
基于室温原子的超外差太赫兹电场探测, 场强灵敏度可达5.76 μV/(cm·Hz1/2), 线性动态范围优于60 dB. 原子超外差太赫兹探测具有极高的灵敏度, 可用于精确测量材料的透射率, 实现对材料厚度的高精度测量. 本文实验测量了蓝宝石晶体材料和聚四氟乙烯有机材料的厚度, 而且由太赫兹透射信号可以清晰地分辨出单层石墨烯与少层石墨烯. 甚至对于厚度达到1 μm的超导金属铌薄膜也可以探测到微弱的太赫兹透射信号, 这都得益于原子超外差太赫兹探测器的高灵敏度. 总之, 本文采用的基于原子超外差探测太赫兹测厚技术, 在有机材料缺陷检测、涂层材料测厚及二维材料参数测量等方面都具有重要的应用价值.
基本粒子物理学与场
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2025, 74 (2): 021401.
doi: 10.7498/aps.74.20241529
摘要 +
快中子多重性测量技术是军控核查领域一项重要的无损检测技术, 可用于核材料的质量衡算. 但该方法是基于点模型假设建立的, 会造成系统偏差. 为修正偏差提升测量精度, 本文对两种不同形状的样品进行了快中子多重性模拟测量, 得到了材料空间体积内中子产生、吸收和净增长随位置的变化关系, 发现了中子泄漏增殖系数的空间变化规律. 根据中子多重性阶乘矩与待测参数间的函数关系, 提出了一种基于空间增殖系数修正的方法, 通过引入修正因子$ {g_n} $, 推导了快中子多重性加权点模型方程. 为验证该方法的准确性, 本文通过Geant4搭建了一套测量模型, 对球体和圆柱体两种形状的公斤级钚样品进行了模拟测量. 结果表明, 快中子多重性加权点模型方程的测量精度高于点模型方程, 测量偏差缩小至6%以内, 提供了一种求解公斤级钚样品质量的优化方法, 推动了快中子多重性测量技术向前发展.
原子和分子物理学
2025, 74 (2): 023201.
doi: 10.7498/aps.74.20240618
摘要 +
本研究运用经典闭合轨道理论(COT)深入探究了扩展量子阱中的氢负离子的光剥离动力学, 并推导出了相应的光剥离截面(PCS)表达式. 由于量子囚禁效应, 剥离截面上出现一个与量子阱有关的振荡因子. 结果显示光剥离截面的振荡因子对扩展量子阱的阱壁速率的依赖极为敏感: 当量子阱处于静态时, 光剥离截面呈现出规则的锯齿状结构. 当阱壁开始移动后, 这种规则的锯齿结构变得不规则. 随着阱壁移动速率的增大, PCS中的振荡结构变化复杂. 此外光剥离截面中的振荡还与氢负离子与两个运动阱壁之间的初始距离即阱宽紧密相关: 阱宽越窄, 电子被局域的空间越狭小, 电子受到的量子约束越强, 截面上的振荡振幅越大, 当阱宽增大时, 电子受到的量子约束效应就会减弱, 当阱宽增大到一定程度时, 量子阱不再体现出明显的量子约束效应, 光剥离截面趋向光滑背景项. 因此, 通过调整量子阱的初始尺寸、量子阱的扩展速率可实现对扩展量子阱中氢负离子光剥离截面的精确调控. 本研究所揭示的现象颇具趣味性, 且所采用的方法具有普适性, 可为未来针对更复杂动态量子阱中光剥离截面的研究提供指导.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
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2025, 74 (2): 024101.
doi: 10.7498/aps.74.20241196
摘要 +
研究了2 keV电子在直径为800 nm, 长度为10 μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)纳米通道中的输运过程. 结果表明, 当纳米微通道倾角为0°时, 穿透电子的穿透率可达10%, 而当倾角大于几何张角时, 穿透电子的透射率小于1%. 穿透电子角分布中心没有随微孔倾角的变化而移动, 因此没有如在正离子的情况下那样观察到绝缘微孔对电子的导向效应. 在充电达到稳态时, 当微孔倾角小于几何张角时, 电子分裂成上下两个电子斑. 穿透电子的全角分布的时间演化表明, 在充电开始时, 穿透电子为单电子斑. 随着入射电荷量(充电时间)的累积, 穿透电子被上下拉伸, 并逐渐分裂成两个电子斑. 当纳米微孔的倾角超过几何张角时, 穿透电子的分裂趋于消失. 对电子造成微孔内壁上的电荷沉积的模拟计算表明, 微孔表面被激发出大量空穴, 形成正电荷累积; 而部分入射电子沉积于表面以下更深处, 形成负电荷层, 因此不利于产生类似正离子的导向效应. 本文还讨论了造成穿透电子角分布上下分裂的可能原因, 并据此提出验证电子和离子充电机制不同的新的实验方法. 研究结果为利用绝缘微通道控制电子传输技术的发展提供了支撑.
2025, 74 (2): 024201.
doi: 10.7498/aps.74.20241371
摘要 +
报道了基于种子脉冲预整形实现的百微焦1550 nm线偏振脉冲单频光纤激光器. 通过设计三角形脉冲种子波形, 优化其前沿上升趋势及低强度持续时间, 缓解脉冲激光在放大过程中因增益饱和效应引起的脉冲宽度压缩、激光峰值功率快速增长问题, 实现高能量脉冲单频激光放大. 实验中基于优化设计的脉冲种子波形, 在纤芯直径为12 μm的铒镱共掺光纤中, 实现了脉冲宽度608 ns、能量130 μJ、光谱线宽542 kHz的1550 nm线偏振脉冲单频激光输出.
2025, 74 (2): 024202.
doi: 10.7498/aps.74.20241243
摘要 +
提出一种紧凑的基于多模干涉效应的氧化钽($ {{\rm{Ta_2}} {\rm{O_5}}}$)波长双工器, 用于实现980和1550 nm波长的复用和解复用. 该器件采用对称干涉和配对干涉级联的混合多模干涉波导结构, 在不利用亚波长光栅等复杂结构调控泵浦光和信号光拍长的基础上, 将分段多模干涉波导的总长度缩短为普通配对型多模干涉波导结构的1/3. 采用三维有限时域差分(3D-FDTD)工具对建立的模型进行分析和优化, 结果表明所设计的MMI型双工器具有较低的插损和较高的工艺容差性, 在980 nm处插损为0.4 dB, 1550 nm处插损为0.8 dB, 消光比均优于16 dB. 该器件在1550 nm波长周围的1 dB带宽达150 nm, 在980 nm波长周围的1 dB带宽达70 nm. 文中设计的多级干涉结构极大地降低了MMI器件的设计难度并缩小了980/1550 nm波分复用/解复用器的整体尺寸, 有望应用在片上集成的掺铒波导放大器和激光器领域. 此外, 不同多模干涉机制级联的设计思路为分离两个中心波长相隔较远的光信号提供了技术参考, 在通信波段和中红外波段波分复用/解复用器件上具有潜在的应用价值.
2025, 74 (2): 024203.
doi: 10.7498/aps.74.20241352
摘要 +
本文通过辐照实验和TCAD仿真, 研究了质子累积辐照导致四晶体管钳位光电二极管(4T PPD)CMOS图像传感器的饱和输出变化机理. 实验采用的质子能量为12 MeV和60 MeV, 最高质子注量为2×1012 cm–2. 实验结果表明: 12 MeV和60 MeV质子最高注量辐照后分别导致转换增益增大8.2%和7.3%, 满阱容量分别减小7.3%和3.8%. 饱和输出在12 MeV质子辐照下变化趋势不显著, 在60 MeV质子辐照下增大3%. 在TCAD仿真中, 建立了单个三维4T PPD像元模型, 开展了质子累积辐照效应仿真来分析损伤机理. 仿真结果表明像元饱和输出的变化由满阱容量、复位晶体管的物理特性和浮置扩散区的电容决定, 但它们具有不同的影响. 具体而言, 满阱容量的降低导致饱和输出减小, 而复位晶体管的辐照效应导致饱和输出增大. 辐照导致浮置扩散区的电容减小, 从而使转换增益增大, 进而饱和输出增大. 上述工作较为全面地揭示和分析了辐照后饱和输出的变化机理, 研究成果对CMOS图像传感器的辐射损伤分析具有一定的指导意义.
2025, 74 (2): 024701.
doi: 10.7498/aps.74.20241307
摘要 +
以轨道再入实验飞行器为研究对象, 采用热化学非平衡磁流体动力学模型对高超声速飞行器的表面热流进行数值模拟, 分析了不同飞行工况下壁面催化条件对气动热环境影响规律, 研究了外加磁场条件对热化学非平衡流场影响机制. 结果表明: 再入过程中, 表面热流随催化复合系数的增加呈单调递增分布, 壁面催化条件显著影响磁流体动力学控制效果, 总热流密度与壁面附近原子组分堆积量、扩散梯度及温度梯度密切相关. 外加磁场作用下, 壁面附近氧原子、氮原子组分堆积量减少; 洛伦兹力导致激波脱体距离增大, 组分扩散梯度、壁面温度梯度降低. 磁控热防护系统“电磁冷却”能力从大到小依次为全催化、有限催化、非催化壁面.
2025, 74 (2): 024702.
doi: 10.7498/aps.74.20241487
摘要 +
界面纳米气泡的存在已被证实, 其在矿物浮选、水产养殖、废水处理等多个领域极具应用潜力, 但纳米气泡微观成核过程仍未明晰. 本研究基于气体扩散理论建立了纳米气泡生长动力学模型, 并借助分子动力学模拟研究了表面粗糙度和气体过饱和对纳米气泡成核和生长动力学的影响机制. 结果表明: 光滑均质表面上, 随着气体过饱和度从100增大至150, 纳米气泡的成核时间逐渐缩短, 生长速率逐渐加快, 且理论模型可以较好地拟合纳米气泡的生长动力学过程. 然而, 当气体过饱和度降低至50时, 纳米气泡在200 ns模拟时间内始终未成核, 这是由于低气体过饱和度时纳米气泡临界成核尺寸较大导致成核难度增加. 在凹坑宽度为1—10 nm的粗糙表面上, 气体过饱和度为50时, 表面凹坑均迅速生成气核, 但凹坑宽度在2 nm以下时气核难以生长为纳米气泡. 理论分析表明: 只有凹坑尺寸所对应的最小气泡半径达到纳米气泡临界成核半径时, 凹坑中的气核才能生长为纳米气泡. 研究结果将进一步完善纳米气泡成核理论体系, 同时为纳米气泡生成调控及应用提供理论支撑.
气体、等离子体和放电物理
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2025, 74 (2): 025201.
doi: 10.7498/aps.74.20241330
摘要 +
在霍尔推力器中, 电子漂移、电子碰撞, 以及等离子体密度、温度、磁场梯度所蕴含的自由能会驱动各种频率和波长的不稳定性. 不稳定性的存在会破坏等离子体的稳定放电, 削弱推力器与电源处理单元的匹配度, 降低推力器的性能. 基于此, 本文利用基于流体模型推导的色散关系研究了霍尔推力器中由电子碰撞、等离子体密度和磁场梯度驱动的不稳定性. 结果表明: 1)在考虑电子惯性、电子与中性原子的碰撞, 以及电子${\boldsymbol{E}} \times {\boldsymbol{B}}$漂移时能够在推力器近阳极区到羽流区内的任一轴向位置处激发不稳定性. 随着角向波数${k_y}$的增大($k = 2{\text{π /}}\lambda $, $\lambda $为波长), 模式将从由碰撞激发的低杂波不稳定性转变为离子声波不稳定性. 当${k_y} = 10 {{\text{ m}}^{ - 1}}$时, 最大增长率${\gamma _{\max }}$对应频率${\omega _{\text{r}}}$随着碰撞频率${\nu _{{\text{en}}}}$的增大而轻微减小; 当$ {k_y} = 300 {{\text{ m}}^{ - 1}} $时, ${\gamma _{\max }}$对应的频率${\omega _{\text{r}}}$以及最大频率${\omega _{{\text{rmax}}}}$几乎不随碰撞频率变化. 不依赖于$ {k_y} $的大小, 对于碰撞激发的不稳定性, 模式的增长率随着碰撞频率的增大而增大. 2) 同时考虑电子惯性、电子碰撞效应, 以及密度梯度时, 密度梯度对驱动不稳定性占主导作用. 模式的动力学行为不会随${k_y}$的增大而变化, 但模式的本征值随${k_y}$的增大而增大. 在密度梯度${\kappa _{\text{N}}} = 0$的两侧, 由于密度梯度引起的抗磁性漂移频率${\omega _{\text{s}}}$的符号发生了变化, 模式的本征值在${\kappa _{\text{N}}} = 0$两侧有相反的变化趋势: 当${\omega _*}$与${\omega _{\text{r}}}$符号相反时, 密度梯度对不稳定性的激发有削弱作用(${\kappa _{\text{N}}} \gt 0$); 当${\omega _*}$与${\omega _{\text{r}}}$符号相同时, 密度梯度对不稳定性的激发有增强作用(${\kappa _{\text{N}}} \lt 0$). 3)在模型中同时考虑等离子体密度梯度、磁场梯度, 以及电子惯性和碰撞效应时, 模式本征值的变化依赖于电子的漂移频率, 以及密度和磁场梯度引起的抗磁性漂移频率的相对大小. 当仅包含密度梯度和磁场梯度时, 推力器放电通道内将出现稳定窗, 即增长率为0的区间; 包含电子惯性和碰撞效应后, 稳定窗消失.
2025, 74 (2): 025202.
doi: 10.7498/aps.74.20241241
摘要 +
本文基于PASSKEy(PArallel streamer solver with KinEtics)构建了一个多层介质球的二氧化碳填充式介质阻挡放电二维模型, 并对此模型的流注传播演化动态过程进行了深入系统的仿真研究. 研究指出第1层和第2层介质球的内侧不是二氧化碳解离等反应发生的主要区域, 主要区域为流注传播路径以及第1层介质球的外侧. 同时, 本文还对此模型的电子密度与电场的演化进行深入解析, 并给出了相应的物理机理和对应特征点的局部电场演化. 此外, 还分别研究了空间电荷和表面电荷的时空演化, 指出整体上空间中的负电荷随着流注的形成和传播, 不断收缩于流注内部和介质表面, 而正电荷主导放电空间的电荷分布. 并且通过展开特定介质球的表面, 给出了具体的分布角度范围和演变趋势. 最后研究了一氧化碳粒子和二氧化碳离子和氧气离子的时空演化机理, 并且对放电空间中所有的电子和二氧化碳离子的空间能量沉积进行积分, 数据表明在此模型中的总能量沉积值约为1.428 mJ/m, 二氧化碳离子的沉积能量约为0.1251 mJ/m, 占比达8.8%.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
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2025, 74 (2): 027501.
doi: 10.7498/aps.74.20241340
摘要 +
稀土元素具有相似的基态电子性质, 其独特的镧系收缩效应可以降低高熵材料中稀土元素的混合焓, 这对于制备廉价且高性能的高熵稀土金属间化合物至关重要. 本文在分析磁化和反磁化曲线的基础上, 辅以Henkel曲线和磁黏滞系数S计算, 研究了Nd11.76Fe82.36B5.88(NdFeB), 以及高熵稀土永磁合金化合物(La0.2Pr0.2Nd0.2Gd0.2Dy0.2)11.76Fe82.36B5.88和(La0.2Pr0.2Nd0.2Gd0.2Tb0.2)11.76Fe82.36B5.88等快淬条带的反磁化机理. 研究结果发现, 与纯NdFeB相比, 高熵稀土永磁材料的晶间耦合作用显著增强, 而磁偶极相互作用减弱. 这表明, 含重稀土的高熵材料中元素扩散机制在使样品均匀化的同时, 其矫顽力有大幅度提高, 矫顽力机制为硬磁相晶粒中的反磁化畴形核. (La0.2Pr0.2Nd0.2Gd0.2Dy0.2)11.76Fe82.36B5.88的磁黏滞系数大于纯NdFeB, (La0.2Pr0.2Nd0.2Gd0.2Tb0.2)11.76Fe82.36B5.88由于硬磁相反转与磁晶间耦合作用不同步, 导致样品在具有较大各向异性场的同时, 磁黏滞系数较小. 这表明高熵稀土永磁材料的反磁化机理与传统稀土永磁材料显著不同, 值得进一步深入研究.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
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2025, 74 (2): 028101.
doi: 10.7498/aps.74.20241294
摘要 +
通过超薄层插入与掺杂相结合的方式, 分别以激光染料DCM (4-(Dicyanomethylene) -2-methyl-6-(4-dimethyl-aminostyryl)-4H-pyran)、铱配合物Ir(ppy)3 (tris(2-phenylpyridine) iridium)和联苯乙烯衍生物BCzVB(1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene)为红色、绿色和蓝色发射体, 制备了磷光敏化荧光白色有机电致发光器件(OLED). 通过改变DCM超薄层在CBP:Ir(ppy)3掺杂层中的插入位置实现了白色发光, 最高外量子效率为2.5%(电流效率为5.1 cd/A), 最高亮度为12400 cd/m2, 且其中一种器件在1 mA/cm2的电流密度下, 国际照明委员会(Commission Internationale de L'Eclairage, CIE)坐标达到了理想白光平衡点(0.33, 0.33). 白光的获得归因于Ir(ppy)3适合的掺杂比例和DCM适合的插入位置, 较好地均衡了红、绿、蓝三基色发光比例. 结果表明, 通过磷光敏化荧光实现三线态激子将部分能量传递给单线态激子, 可望实现高效率白色有机电致发光器件, 从而降低能耗并为促进OLED的应用提供更多空间.
2025, 74 (2): 028102.
doi: 10.7498/aps.74.20241438
摘要 +
金刚石氮-空位(NV)色心在室温下稳定性好, 电子自旋相干时间长, 能被激光和微波操控, 是量子探测领域最具潜力的结构. 本研究采用微波等离子化学气相沉积法(MPCVD)制备具有较高氮含量的金刚石单晶, 以构建高浓度NV色心. 通过在前驱体气体中掺杂不同含量的氮原子, 解决了高氮条件下长时间生长金刚石单晶出现的诸多问题, 制备氮含量约为0.205, 5, 8, 11, 15, 36和54 ppm (1 ppm = 10–6)的高氮金刚石单晶. 初步确定了前驱体气体中氮含量与进入到金刚石单晶晶格中氮含量的关系平均约为11, 氮原子在金刚石单晶中主要以聚集态氮和单个替位N+形式存在. 对高氮金刚石单晶进行电子辐照, 显著提升了金刚石NV色心浓度, 并对辐照后NV色心材料的磁探测性能进行验证.
2025, 74 (2): 028103.
doi: 10.7498/aps.74.20241581
摘要 +
合金凝固过程中的收缩行为是决定铸锭质量的关键因素之一, 利用数值模拟方法可以预测铸锭缩孔. 本文建立了一种基于机器学习的动网格模型, 能够模拟铸件凝固过程的动态收缩行为. 采用元胞自动机进行铸件凝固模拟, 采用径向基函数算法(radial basis function, RBF)和支持向量机算法(support vector machines, SVM)计算凝固收缩过程的网格运动位移, 从而对凝固过程收缩的动态模拟. 采用该模型计算了Al-4.7%Cu合金铸锭的缩孔形貌, 并进行了对应的浇铸实验验证, 模拟结果与实验结果的误差不超过2%, 符合较好. 说明该模型能够有效捕捉凝固收缩引起的铸件变形的动态过程, 且能够捕捉固液界面复杂形貌的演变, 为凝固过程数值模拟提供了一种新思路.
2025, 74 (2): 028104.
doi: 10.7498/aps.74.20240972
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本文采用射频磁控溅射在蓝宝石衬底上室温下制备了非晶掺锡氧化镓薄膜, 而后在氮气氛围下进行不同温度(400—800 ℃)退火, 并基于退火前后薄膜制备了相应的日盲光电探测器, 探究退火温度对薄膜特性及器件性能的影响规律. 研究结果表明: 非晶掺锡氧化镓薄膜在700 ℃退火后开始出现氧化镓β相结晶, 且薄膜中晶格氧以及Sn4+离子比例随退火温度的升高而增大, 说明薄膜质量升高, 导电性增强. 然而, 随着退火温度升高至800 ℃时, 晶格氧以及Sn4+离子比例下降, 薄膜的质量及导电特性变差, 这可能归因于薄膜中Sn表面偏析以及Al从衬底中扩散进入薄膜. 综上, 薄膜的质量及其导电特性对掺锡氧化镓日盲探测器性能起到调控作用, 当退火温度为700 ℃, 器件获得最优的光电性能: 暗电流低至89.97 pA, 响应度为18.4 mA/W, 光暗电流比可达1264, 上升/下降时间低至0.93 s/0.87 s.
2025, 74 (2): 028401.
doi: 10.7498/aps.74.20241549
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二氧化锡是正式钙钛矿太阳电池理想的电子传输层材料. 二氧化锡与钙钛矿之间的界面缺陷是制约钙钛矿太阳电池转换效率提高的关键因素. 因此, 本文提出了一种基于埋底界面修饰策略制备正式钙钛矿太阳电池的方法. 通过在二氧化锡中掺杂甲基溴化胺, 形成埋底界面, 减少了二氧化锡与钙钛矿之间的界面缺陷, 提升了二氧化锡的电子迁移率, 并促进高质量钙钛矿材料的生长, 制备的正式钙钛矿太阳电池转换效率达23.12%, 为制备高效正式钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.
2025, 74 (2): 028501.
doi: 10.7498/aps.74.20241298
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采用磁控溅射的方法制备了Cu/MgO/Cu, Cu/MgO/MoS2/Cu和Cu/MoS2/MgO/Cu三种器件. 通过对器件的表征测试及I-V曲线的测量, 发现对于Cu/MgO/Cu器件, 加入MoS2插入层后, 器件的电阻开关特性会发生大的变化. 分析结果表明, MoS2插入层并没有改变器件的主要传导机制(空间电荷限制传导), 但影响了界面势垒的调控作用, 这种影响还与MoS2插入层的位置有关. Cu/MgO/Cu, Cu/MgO/MoS2/Cu和Cu/MoS2/MgO/Cu三种器件中, Cu/MgO/MoS2/Cu器件表现出更大的开关比(约为103)和更低的复位电压(约为0.21 V), 这可以归因于MgO与MoS2之间界面势垒的调控. 而Cu/MoS2/MgO/Cu器件表现出较好的可靠性和稳定性. 此外, MoS2层在插入到底电极Cu和MgO之间时, 器件的漏电流有明显的降低.
2025, 74 (2): 028701.
doi: 10.7498/aps.74.20241465
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传统编码超表面都是按照几何相位或传输相位理论来实现相位调控的, 然而几何相位具有自旋锁定特性, 传输相位具有单频特性, 限制了利用统一超表面同时调控几何相位和传输相位. 本文提出了一种弧度与旋转共同诱导相位调控超表面, 超表面单元能对左旋圆极化波(LCP波)和右旋圆极化波(RCP波)的交叉极化反射相位进行独立调控, 在1—1.2 THz范围内均满足要求. 通过相位卷积与共享孔径原理, 该超表面可以实现多通道涡旋、聚焦、完美涡旋等功能, 提高了电磁空间的利用率, 在未来太赫兹通信系统中具有广阔的应用前景.
