氧化物超导体是非常规超导体最重要的表现形式之一,其中铊系、汞系和铜碳系列超导体 的超导临界转变温度 (Tc) 都可达到 110 K 及以上,高的超导转变温度和液氮温区较高的不可逆磁 场,以及广泛应用潜能备受人们关注。显然,高的超导临界温度使超导应用的冷却介质选择增多, 经济实用的冷却剂可望扩大这些高超导转变温度超导体的应用领域和增加长期运行可行性。本文对 110 K 超导临界温度超导材料包括铊系、汞系和铜碳系超导体的发展历程和超导性能进行介绍 和总结,并从理论上去分析超导转变温度的影响因素,定性解释高温超导体高 Tc 的原因。特别关 注分析了它们不可逆场的差异,展望这些高临界温度超导体的可能新型应用。
本文系统深入地梳理了粒子物理中量子纠缠的历史起源。1957 年,玻姆和阿哈诺罗夫 指出,1949 年吴健雄和萨克诺夫的实验实现了爱因斯坦–波多尔斯基–罗森关联。事实上,这是 历史上第一次在实验中明确实现空间分离的量子纠缠。惠勒最早建议这个实验,作为对量子电 动力学的检验,但是计算有误,正确的理论计算来自沃德和普赖斯,以及斯奈德、帕斯特纳克 和奥恩博斯特尔,也符合杨振宁 1949 年的选择定则。1964 年贝尔不等式发表后,人们考虑,它 是否可以通过吴–萨克诺夫实验检验。这推动了该领域的发展,吴健雄小组也做了新的实验。1957 年,李政道、厄梅和杨振宁确立了 K 介子的量子力学形式,并发现中性 K 介子是一个双态系统。 1958 年,基于与杨振宁 1949 年选择定则类似的方法,戈德哈贝尔、李政道和杨振宁最早写下 K 介子对的纠缠态,其中单个 K 介子可以带电,也可以电中性。这首次给出光子以外的高能粒子的 内部自由度纠缠。1960 年,作为没有发表的工作,李政道和杨振宁又讨论了中性 K 介子对的纠 缠态。本文也顺便介绍了几位物理学家,特别是沃德。
二阶非线性光学效应源于电子势函数的非谐性,可实现激光的频率转换,被广泛应用于基 础科学研究和现代激光技术。单层过渡金属硫族化合物具有极大的二阶非线性系数,作为基础单 元实现高效的非线性光学响应潜力巨大。如何保持单层材料的极大非线性系数,扩展材料厚度及 响应频段,提升非线性响应,是重要挑战。本文主要介绍了基于单层过渡金属硫族化合物的二阶 非线性光学效应的调控,包括单层过渡金属硫族化合物的频率依赖及不同对称性相的多层堆叠等, 并总结了过渡金属硫族化合物非线性光学效应的应用前景。
二维过渡金属硫族化合物具有独特、优异的电学和力学性能,已被广泛应用于基础研究以 及电子、自旋电子、光电子、能量收集捕获和催化等领域当中。然而,二维过渡金属硫族化合物在 苛刻的条件下不稳定,并且在环境中极易降解,这限制了其在大多数领域的应用。在本篇综述中, 我们总结了二维过渡金属硫族化合物环境稳定性研究的最新进展,包括最新的生长方法、稳定性 的基本机制以及保护二维过渡金属硫族化合物材料免受老化和性能衰退的方法。通过从生长过程 中分析影响二维过渡金属硫族化合物稳定性的关键因素,我们对优化生长方法以提高其稳定性进 行了回顾。最后,我们展望了生长稳定二维过渡金属硫族化合物的指导方法,这也为制备、设计 其他先进功能材料以及相应异质结结构带来可能。
回音壁模式微腔因模式体积小、超高 Q 值和低阈值的优点得到了广泛的关注,但是在旋 转对称的回音壁微腔中会产生多纵模激光辐射,并且辐射的方向性较差,在实际应用中受到限制, 寻求有效方法实现回音壁激光的单模辐射是微腔激光器走向实际应用的关键问题。本综述重点阐 述了近年来回音壁激光单模调控的几种方法,包括减小腔体尺寸、外加选模结构、基于游标效应、 基于宇称时间对称性破缺、变形微腔等,并对单模回音壁激光的发展前景进行了展望。通过本综 述以期为相关领域研究人员提供参考,深入理解回音壁激光单模调控的物理机理。
钙钛矿太阳能电池作为第三代新概念太阳能电池,具有光电转换效率高、成本低和加工灵 活等优点,近年来发展迅速,虽然其光电转换效率逐渐可与硅电池相媲美,已接近工业应用水平, 但钙钛矿太阳能电池工业应用核心问题是其稳定性。如何使钙钛矿太阳能电池长期保持高效率是 研究人员需要解决的最大问题。目前,封装作为解决钙钛矿太阳能电池外部稳定性问题的手段之 一已经被广泛研究,良好的封装不仅可以解决器件的稳定性问题,还可以保证器件的安全性,延 长使用寿命。本文简要介绍了影响钙钛矿太阳能电池稳定性的因素及稳定性测试的条件。最后介 绍了钙钛矿太阳能电池的不同封装结构、封装工艺和封装材料对封装性能的影响。随着封装研究 的不断深入,研究人员将不断优化和解决存在的问题,最终实现钙钛矿太阳能电池的大规模产业 化应用。
在极性晶体中,由于强电子–声子耦合,激发的电子–空穴对可以被晶格畸变产生的形变势 场所俘获,形成自陷激子。金属卤化物钙钛矿半导体作为一种离子晶体已经被证实具有高效的自 陷激子发光,成为制备新一代高质量白光光源的理想候选材料。然而,对于金属卤化物钙钛矿中 自陷激子发光机制的理解仍然较为匮乏,远远落后于器件方面的发展。为此,本文主要从自陷激 子的基础物理角度出发,总结了近年来关于金属卤化物钙钛矿半导体中自陷激子的形成条件、形 成机制以及相关激发态动力学的研究进展,并对未来基于该体系中自陷激子机理方面的研究做出 展望,从而为该体系中自陷激子的研究提供更加清晰的物理图像。
在掺杂拓扑绝缘体 CuxBi2Se3 中,向列型三态超导电性的发现引发了人们对指认三态超导 中 d-矢量的兴趣,它与能隙函数的反节点方向有关,并且决定了该超导体是否为拓扑。我们对向 列型自旋三态 px 波超导体的涡旋态性质进行了自洽分析。我们首先推导了 Ginzburg-Landau 理 论来确定涡旋和涡旋晶格的形状。我们发现孤立涡旋的空间轮廓沿着反节点方向拉长,涡旋晶格 是一个沿 x 方向拉长的形变了的三角晶格,在圆形费米面的特定情况下会变成正方形。最后,我 们使用微观的 Bogoliubov-de Gennes 方程自洽计算了孤立涡旋和涡旋晶格的局域态密度。我们发 现在隙间低能量下,局域态密度的轮廓始终沿着反节点方向拉长。我们的发现对于实验上探测向 列型三态超导体中能隙函数的反节点方向以及进而确定超导态的拓扑性质(如在 CuxBi2Se3 中) 具有重要价值。
哺乳动物的导航系统包含多种类型的神经元,负责位置感知和空间路径规划,涉及多信息 整合。吸引子动力学理论作为一个能统一解释记忆、决策等复杂认知功能的脑理论,可以解释导 航系统中神经元的特异性放电和路径整合机制。本文综述了空间认知领域吸引子动力学的最新研 究进展。首先,概要介绍了计算神经科学和吸引子动力学的一般理论。接着,以哺乳动物导航系 统的连续吸引子动力学为核心,深入探讨了头朝向细胞和网格细胞的放电动力学特征及其功能意 义。在此基础上,对导航系统吸引子理论进行了拓展与展望。
近年来,平带在转角双层石墨烯(TBG)中的发现引起了越来越多的关注。在这项工作中, 我们报告了我们对这个平带系统中杂质效应的研究,这对于真实材料来说是一个重要问题。通过 采用 Lanczos 递归方法,我们求解了杂质附近的局域态密度(LDOS)。我们发现,对于大尺寸的 杂质,一系列束缚态在杂质内部形成,LDOS 中平带所对应的峰在杂质边界附近被压制,而在杂 质内部由于杂质势的作用而发生平移。随着杂质尺寸变小,其对平带的影响变弱,这符合其大尺寸 Wannier 函数的预期。这个特性与通常具有小尺寸局域 Wannier 轨道的平带系统有所不同,表明 TBG 中的平带对小尺寸杂质更加稳定。
二维 (2D) 材料具有原子级平整、可范德华堆叠集成的性质,同时蕴含了丰富的物理现象与 优异的电学性质,对其相变行为的研究一直是凝聚态物理与材料科学领域的前沿。本研究中,我 们在黑磷 (BP) 中首次实现了基于热驱动金属扩散诱导的阶段式可控相变。通过对 BP-In 界面 的热退火处理,我们观察到了从 BP 纯相到 BP/InP 混合相,再到 InP 纯相的阶段式相变现象。 利用透射电子显微与拉曼光谱等表征技术,我们对诱导相变产生的机制进行了深入剖析,揭示了 BP-In 中热驱动的金属扩散行为是诱导相变发生的主要原因。通过对热驱动中影响能量供给的两 个自由度 (温度与时间) 的精准调控,得到了阶段式相变过程中两个关键的阈值温度 (相变启动与 实现纯相转变) 分别为 300 与 350 °C。本研究为 2D 材料体系中相变工程相关的研究提供了新的 思路,也为拓展 BP 在电子学与光电子学器件中的应用提供了更多的可能性。
光致电离等离子体是宇宙中等离子体的一种重要的存在形式,这种等离子体是一些高能天体 发射很强的辐射场照射周围的稀薄等离子体产生的。随着高能量密度物理的发展,2009 年 Fujioka 等人使用高功率激光装置(GEKKO-XII 激光装置)制造出光致电离硅等离子体,并观测到类似 于天文观测中的 X 射线光谱。本综述重点总结了 Fujioka 实验以来,各理论工作对实验中 X 射 线光谱的模拟结果,并对光致电离等离子体光谱实验方面的研究进行展望。本文期望为相关研究 人员深入理解光致电离等离子体光谱发射的物理机制提供参考。
微纳加工技术的快速发展实现了具有非平庸几何结构的低维材料与结构的制备,使得受几 何性质影响的有效动力学问题受到关注。作为研究低维弯曲系统中量子力学的有效方法,薄壁量 子化方法,它给出的几何势和几何动量也得到实验的证实。本文将回顾薄壁量子化方法,简述其 基本计算框架,明确给出几何量子效应是来自于微分同胚变换和局域标架间的旋转变换。这对于 理解引力规范场,演生规范场很有帮助,对理解人工规范场所隐含的几何结构也很有帮助。在特 定的量子体系中,几何量子效应可表现为共振隧穿、量子阻塞、量子霍尔效应、量子霍尔黏性、量 子自旋霍尔效应和单极磁场等,这些结果从不同角度展示了几何与新奇的物理现象之间的联系。