亮点文章
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研究了两相重费米子超导体CeRh2As2在不同磁场下的电热输运行为. 零场电阻率显示, CeRh2As2在临界温度Tc = 0.34 K发生超导转变. 在外加磁场为1 T时, 电阻率在T0$ \approx $0.42 K附近出现极小值, 该特征可能源于费米面嵌套引发的能隙部分打开, 标志着体系进入磁有序态, 但在零场条件下未观察到这一现象. 在T0至2 K温区, 体系表现出$ \rho\sim{{T}}^{0.44} $的非费米液体行为, 说明其靠近量子临界点. 当外加磁场达到7 T时, 超导转变被完全压制, 电阻率在低温下恢复费米液体行为. CeRh2As2的零场热导率在Tc附近未观测到显著异常, 这一现象可能与样品较高的剩余电阻率以及伴随超导转变和T0相变发生的载流子浓度下降相关, 需要优化样品的制备从而减小晶格缺陷或化学无序对热输运测量的影响. 施加磁场后, 热导率曲线相较零场小幅上移. 当温度为0.15 K时, 热导率随磁场增大而升高, 随着外场升至5 T以上, 热导率趋于饱和. 在7 T的正常态, 我们发现电阻率和热导率满足Wiedemann-Franz定律, 表明电荷输运与热输运均由同一类准粒子主导, 这与该磁场下电阻率呈现的费米液体行为相吻合.
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量子通信和量子传感分别利用量子系统的独特特性, 比如量子态的叠加性或量子纠缠特性等, 能够实现信息论安全的通信以及对物理量的高精度测量. 量子通信和量子传感, 作为当前最接近实用化的两种量子技术, 成为学术界的研究热点. 然而, 这两种技术在走向实用化的过程中也面临着诸多挑战, 例如: 设备缺陷导致现实安全性问题, 环境噪声干扰大导致测量精度降低等, 使得系统的大规模部署受到严重限制. 人工智能凭借其强大的算力和数据处理能力, 已经在通信、计算和成像等领域发挥着重要作用. 本文首先综述了人工智能与量子通信和量子传感交叉领域的发展现状, 包括人工智能在量子密钥分发、量子存储、量子网络、量子传感等方向的具体结合与应用, 为提升系统的可靠性、安全性、智能化与可扩展性等方面提供了强有力的保障. 接着分析了人工智能在赋能量子通信和量子传感系统中目前存在的问题, 最后对该领域未来的发展前景进行了展望和讨论.
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无机晶体材料因具有优异的物理和化学特性, 在多个领域展现出广泛的应用潜力. 弹性性质(如体积模量和剪切模量)对预测材料的电导率、热导率及力学性能具有重要作用, 然而, 传统实验测量方法存在成本高、周期长等问题. 随着计算方法的进步, 理论模拟逐渐成为独立于实验的研究方法. 近年来, 基于图神经网络的机器学习方法在无机晶体材料的弹性性质预测中取得了显著成果, 尤其是晶体图卷积神经网络(CGCNN)在材料数据的预测和扩展方面表现出色. 本研究利用从Matbench v0.1数据集中收集的10987个材料的体积模量和剪切模量数据, 训练了两个CGCNN模型, 基于预训练的模型成功实现了对80664个无机晶体结构弹性模量的预测. 为保证数据质量, 筛选了材料电子带隙在0.1—3.0 eV之间, 并去除了含有放射性元素的化合物. 预测数据来源于两个主要数据集: 一是从Materials Project数据库中筛选出的54359个晶体结构, 构成MPED弹性数据集; 二是Merchant等(2023 Nature 624 80 )通过深度学习和图神经网络方法发现的26305种晶体结构, 构成NED弹性数据集. 最终, 本研究预测了80664种无机晶体的体积模量和剪切模量, 丰富了现有的材料弹性数据资源, 并为材料设计提供了更多的数据支持. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00104 中访问获取.
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一氧化碳分子离子(CO+)在大气及天体物理环境中起着关键作用, 其不透明度的理论研究对辐射输运建模具有重要意义. 本文基于实验观测数据, 采用Modified-Morse (MMorse)势函数改进并构建了CO+分子离子X2Σ+, A2Π和B2Σ+电子态的势能曲线, 进一步提取了振动能级和光谱常数. 同时, 利用考虑Davidson修正的多参考组态相互作用(MRCI+Q)方法计算了势能曲线和电偶极跃迁矩. 改进获得的MMorse势与计算得到的势能曲线非常吻合, 且光谱常数和振动能级与其他理论和实验数据符合较好. 结合MMorse势函数和从头计算获得的电偶极跃迁矩, 计算了CO+分子离子在100 atm (1 atm=1.01×105 Pa)压强下, 298—15000 K温度范围内的不透明度, 并探究了不同温度对高温谱的影响. 研究结果表明, 高温环境(T > 5000 K)会导致不同能带系统的谱线展宽与边界模糊, 这种混合效应在T > 10000 K时尤为突出, 揭示了高温下分子离子光谱退化的微观机制. 本研究可以为天体物理领域提供一些理论依据和数据支持. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00136 中访问获取.
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采用高精度的多参考组态相互作用方法研究了ICl+分子离子的电子结构. 在计算过程中, 通过考虑Davidson修正、自旋-轨道耦合效应和芯-价电子关联提高计算结果的准确性. 获得了两条能量最低的解离极限相关的21个Λ-S态和42个Ω态势能曲线. 在计算的势能曲线基础上, 拟合了束缚态的光谱常数, 这些理论光谱常数与已知的实验结果吻合较好. 研究了ICl+分子离子的偶极矩, 并通过相同对称性电子态22Σ+/32Σ+和22Π/32Π在交叉区域中主要电子组态成分的变化阐明了偶极矩的变化规律. 计算了与22Π, 32Π, 12Δ, 22Δ态相关的自旋-轨道耦合矩阵元. 借助于22Π, 32Π, 12Δ, 22Δ态及邻近电子态的势能曲线, 讨论了相应的预解离通道. 最后对ICl+分子离子激发态至基态的跃迁性质展开了研究. 基于计算所得的跃迁偶极矩和Franck-Condon因子, 给出了激发态较低振动能级的自发辐射寿命. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00140 中访问获取.
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等离子体不透明度在辐射输运和辐射流体力学研究中具有重要的应用, 在实际应用中, 这些参数主要依赖于理论研究获得, 实验提供了对理论计算精度的检验. 在细致能级模型的理论框架下, 对铝、铁和金等离子体的辐射不透明度进行了系统的理论研究, 建立了在密度0.001—0.1 g/cm3和温度1—300 eV范围内光谱分辨的辐射不透明度和Rosseland和Planck平均不透明度数据库. 不透明度的理论研究涉及到特定等离子体条件下的大量量子态, 在复杂的金等离子体条件下, 量子态的数目可能以亿计, 甚至达到万亿乃至更大, 因而其精确的研究显然具有很大的挑战性. 对于高Z的金等离子体, 公开发表的不透明度数据非常少, 本工作提供的数据库为高Z不透明度研究提供了参考. 对中低Z的铝和铁等离子体, 本课题组以前公开发表的工作很好地解释了实验结果, 表明了理论方法的可靠性. 本文与国际上ATOMIC程序得到的理论结果进行比较, 分析两种方法得到结果的异同, 大部分等离子体条件下, 两者符合较好, 对于有差异的部分, 指出了差异的物理根源. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.22232 中访问获取.
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金属材料因其优异的电输运性能和良好的散热性能, 在工业领域应用广泛. 高温高压条件下, 实验测量金属的电热导率难度大且成本高, 数值模拟则是一种高效的方法. 本研究基于Kubo-Greenwood (KG) 公式结合第一性原理分子动力学开发了电导率和电子热导率计算软件TREX (TRansport at EXtremes). 采用该软件计算了镁及镁铝合金 AZ31B在300—1200 K和0—50 GPa温压范围内的电导率和电子热导率, 并与玻耳兹曼输运方程的计算结果进行了对比. 应用Slack方程计算其晶格热导率, 结合电子热导率得到了其总热导率. TREX 软件的计算结果与实验测试数据高度吻合, 充分验证了其计算电热导率的准确性, 并系统揭示了电热导率随温度与压强的变化规律. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00128 中访问获取.
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高质量的Si/SiGe异质结薄膜材料在集成电路和半导体量子计算等领域都有重要的应用. 本研究首先通过分子束外延(MBE)在SOI衬底上获得上下Si层厚度一致的Si/SiGe/Si异质结; 随后利用湿法刻蚀剥离该异质结, 并接着刻蚀上下Si层, 得到应力弛豫的SiGe薄膜; 最后, 将其转移到Si(001)衬底上并再次使用MBE在该转移SiGe薄膜上外延制备SiGe/Si/SiGe异质结. 原子力显微镜表征显示异质结表面均方根粗糙度仅为0.118 nm, 透射电子显微镜和电子通道衬度成像均未观察到任何位错. 研究显示基于转移SiGe薄膜上的Si/SiGe异质结完全消除了晶格失配引起的位错缺陷, 为高性能的量子比特器件奠定了重要的材料基础.
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空中飞行器在飞行过程中对邻近大气环境造成扰动, 形成明显有别于自然背景的大气密度空间分布特征. 本文提出基于大气扰动密度场远距离感知飞行器存在的构想, 针对性地设计了对大气扰动区域散射光进行三维层析成像的探测模式, 以及扰动光信号产生、传递和响应的全过程仿真链路. 重点解决了在短曝光条件和激光脉冲二次散射作用下的成像调制传递函数估算问题, 构建了飞行器扰动密度场的光散射回波成像仿真模型. 模拟了大气扰动密度场对主动光源的散射回波信号图像和与无扰动背景的差异图像, 并在此基础上讨论了不同系统参数下的仿真结果. 该模型可以为探测系统设计提供分析工具, 并为相关探测技术的发展提供基础.
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层流-湍流的转捩问题是飞行器设计研制面临的重要气动难题. 当飞行马赫数较高时, 飞行器表面同时存在高温气体热化学反应与微孔隙效应, 此时边界层失稳问题更加复杂, 其机理认识尚不清楚. 本文建立了同时考虑高温化学非平衡效应和表面微孔隙效应的线性稳定性分析方法, 并针对高空H = 25 km、马赫数10, 15和20的飞行工况, 对比分析了化学非平衡效应、微孔隙效应以及两种效应共存时对流动稳定性的影响. 研究发现, 化学非平衡效应能够促进边界层模态失稳, 微孔隙效应能够抑制第二模态失稳, 前者作用强于后者, 导致两者共存时整体上促进第二模态失稳. 化学非平衡效应能够降低孔隙效应抑制第二模态对应的频率范围, 造成在局部低频范围内化学非平衡效应可以增强微孔隙效应的抑制效果, 而在高频范围内减弱其抑制效果, 导致孔隙效应N值降低量整体上减小. 此外, 两种效应共存时马赫数变化对微孔隙效应抑制第二模态的能力影响不大.
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