近年来，由于金属卤化物钙钛矿材料展现出了优异的光学和电学特性 (如高吸收系数、长 载流子扩散长度、小激子结合能、高缺陷容限、可调带隙等性质)，以及其具有低成本的溶液制备 工艺，使其在光探测、光电转换和光发射等领域取得了巨大的科研进展。与钙钛矿多晶薄膜相比， 钙钛矿单晶具有更长的载流子寿命、更高的载流子迁移率、更长的扩散长度、更低的陷阱密度等 优势，从而促进了近十几年来钙钛矿单晶制备和优化的相关研究，并将高质量卤化物钙钛矿单晶 广泛应用在光探测等重要应用领域。在这篇综述中，我们聚焦基于不同形式、不同化学组分卤化 物钙钛矿单晶 (包括单晶块体和单晶薄膜) 的光电探测器技术领域的最新进展，首先系统综述了卤 化物钙钛矿单晶的制备和优化进展，重点关注了三元阳离子杂化钙钛矿单晶的最新进展，然后全 面介绍了基于钙钛矿单晶的各类型光电探测器研究现状，最后总结了卤化物钙钛矿单晶光电探测 器研究领域目前面临的挑战并进行了展望，有望推动该领域的快速进步和发展。
电子是组成原子的不可分割的一部分。古人认为原子不可再分，直到 19 世纪末，汤姆逊 才发现了电子的存在，证明原子是可再分割的。电子的波动性、电子自旋以及正电子的发现经历 了一段复杂而曲折的历史，这些重大的科学突破最终促成了多项诺贝尔物理学奖的颁发。电子的 发现，对量子力学的诞生起到了重要的促进作用。正是在探索原子结构模型的过程中，科学家们 逐步发展出了量子力学和量子场论。电子的发现极大地推动了人们对材料的认识，催生了一系列 重要理论，例如洛伦兹自由电子论、索末菲模型以及能带理论。特别是能带理论，它不仅阐释了 金属、半导体和绝缘体的电子性质差异，还为现代电子技术的发展奠定了基础，引领人类步入了 信息时代。
近年来，兼备铁磁性和铁电性的多铁性材料因展现出新颖且丰富的物理特性，以及在信息 存储、传感技术等领域的广泛潜在应用，已吸引了众多研究者的密切关注。随着对多铁性材料性 质理解的深化，研究者们开始致力于探索其在更小尺度上的行为表现，特别是针对二维材料的研 究。相较于三维材料，二维材料凭借其独特的结构特征和显著的尺度效应，通常在力学、光学、热 学及磁学性能上展现出更为优越的表现。然而，值得注意的是，当前关于二维多铁性材料的研究 主要集中于理论预测层面，实验层面的进展相对滞后。鉴于此，本文首先简要回顾了多铁性材料 的发展历程，随后详细阐述了二维材料的特性与优势，并对二维多铁性材料的潜在应用进行了讨 论。接下来，本文综述了当前的研究现状，涵盖了相关的物理现象与机制、实验制备方法、性能 调控技术以及表征手段等方面的内容。此外，本文还列举了理论预测中可能实现的二维多铁性材 料，并在此基础上深入探讨了当前研究面临的挑战以及未来的发展方向。
由于严重的短沟道效应，硅基晶体管在栅长小于 10 nm 的时候，不能很好地工作，摩尔定 律面临失效的风险。比起体半导体材料，二维材料具有更好的静电特性和载流子迁移率。密度泛 函理论和非平衡格林函数方法结合的第一性原理量子输运模拟是描述纳米尺度晶体管输运的最精 确的理论工具。基于第一性原理量子输运模拟预测理想状态下的二维材料晶体管的性能优于硅基 晶体管，能够满足国际半导体技术线路图及国际器件和系统线路图未来十年的需求，能延续摩尔 定律到 10 nm 以下栅长。本文介绍了在二维晶体管领域近两年实验上取得的重大突破，包括将 栅极长度缩小到埃米尺度，将电极接触电阻降低到接近理论量子极限，以及制备出高质量的超薄 电介质。当良好的欧姆接触和超薄的介电层同时实现时，在 10 nm 栅长的 InSe 晶体管中观察到 了理论预测的超越硅基晶体管的性能。
反铁磁体具有太赫兹频段的高速自旋响应和对外磁场的鲁棒性，被视为下一代高速、高密 度自旋信息器件的潜在材料。近年来，二维范德瓦耳斯磁性系统因其丰富的反铁磁基态和多样的 物性调控手段而备受关注，成为探索低维反铁磁物理的理想平台。在这些二维反铁磁体系中实现 超快自旋动力学的探测与调控对于推动高速自旋电子器件的应用至关重要。由于反铁磁体在宏观 尺度上不表现出净磁矩，常规磁光探测技术难以直接观测其平衡态下的性质。然而，在非平衡状态 下，通过时间分辨磁光克尔效应可以探测到由自旋动力学产生的瞬时磁化，从而揭示反铁磁自旋 的相干运动。此外，线偏振二向色性光谱、太赫兹发射谱和二次谐波产生等技术也被广泛应用于 二维反铁磁体系的动力学研究。本文综述了近期关于二维范德瓦耳斯反铁磁体系中超快自旋动力 学的重要实验进展，并介绍了其中涉及的相干磁振子激发机制，包括逆磁光效应/受激拉曼散射、 轨道共振激发以及激子耦合。此外，还探讨了自旋–晶格耦合导致的反铁磁自旋动力学的临界变慢 现象，以及这种耦合对相干剪切声子模式的放大。
单原子催化剂由于其独特的电子结构和最高的原子利用率，在各种催化体系中具有广阔的 应用前景。调节 SACs 催化剂的电子结构是其进一步发展的关键，可以通过调节电子性质来优化 催化剂的吸附能和键能，从而提高催化活性和稳定性。本文通过 SACs 的电子结构及其相关知识， 对 SACs 在催化中的作用有了全面的了解。由于电催化是一种减少碳排放和利用可再生能源的技 术，并且作为解决日益严重的空气污染问题的方法而受到越来越多的关注，因此高性能催化剂的 设计至关重要。为此，讨论了各种电子性质，如能带结构、轨道杂化和相关自旋态等。本文讨论了 SACs 的电子结构对其电化学催化性能的影响，并探讨了其与 SACs 活性和稳定性的关系。了解 催化过程中电子结构的基本原理，可以为今后各种催化反应中催化剂的设计提供合理的指导。
单线态裂分是指有机材料在光激发后，从一个单重态激子转变为两个三重态激子的光物理 过程。该过程有望提高光电转换效率，因而受到了广泛的关注。研究发现单线态裂分中存在一个 关键的中间态，而如何构建中间态的波函数则是重要的挑战。本文着重介绍了双激发态波函数构 建的两类理论模型，而后讨论了振动、轨道和自旋相互作用对中间态形成和解离的影响。最后总 结了进一步的理论研究将面临的挑战。
高阶能带拓扑不仅丰富了我们对拓扑相的理解，还揭示了新奇的低维边界态，这在下一代 器件应用中具有巨大潜力。二维材料独特的电子结构和可调控特性使其成为实现二阶拓扑绝缘体 （SOTIs）的理想平台。本文概述了二维电子材料领域中 SOTIs 的研究进展，重点介绍了高阶拓 扑特性的表征以及理论研究中提出的众多候选材料。这些研究不仅增强了我们对高阶拓扑态的理 解，还丰富了实验中可行的候选材料。
BiCuXO (X = S、Se、Te) 作为层状氧化物，具有良好的电输运性能以及低的热导率，是 一种潜在的性能优异的热电材料。材料物理性能的优化离不开对晶体本征性能的研究。本文首先 详细介绍BiCuXO 晶体的生长工艺，通过生长方法和元素掺杂调节载流子浓度，改善其电输运性 质，并与文献报道的陶瓷样品进行了对比。其次介绍BiCuXO 晶体的电输运性能和热输运性能， 电输运性能主要包括导电行为、散射机制及磁阻演化；热输运性能主要是通过非弹性中子散射和 拉曼实验研究，并结合第一性原理计算研究其极低热导率的物理机制。最后介绍了基于热电效应 BiCuSeO 晶体在光热电领域的应用。本文总结了BiCuXO 晶体的生长方法，研究其电学、热学 以及光热电性能，希望为BiCuXO 性能的优化提供思路。
单壁碳纳米管 (SWCNTs) 由于其优异的电导、机械和热学性能，具备广泛应用前景。目 前，浮动催化剂化学气相沉积法 (FCCVD) 是大规模制备 SWCNTs 的常用方法。然而，利用该方 法获得的 SWCNTs 的纯度和质量不足，并且样品的导电属性可控性差，金属单壁碳纳米管 (mSWCNTs) 与半导体单壁碳纳米管 (s-SWCNTs) 并存，限制了其进一步应用。为了连续化生长高 质量、高纯度，具备单一导电属性的 SWCNTs，本论文提出了一种通过放置管塞将 SWCNTs 滞 留在高温区以实现持续生长，并加入电场实现单一导电属性的 SWCNTs 选择性生长的方法，最终 得到高纯度的半导体富集的 SWCNTs。我们通过光学、热重分析和扫描电子显微镜对 SWCNTs 进行系统的测量与分析，研究 SWCNTs 纯度与 s-SWCNTs 的占比。该工作为大规模制备高质量 高纯度的 SWCNTs 提供了方案，有望加速其工业化应用。
工作记忆是人类认知功能的重要组成部分，涉及在短时间内对信息的存储和加工。延迟响应 实验是研究工作记忆的基本实验范式之一，通过在刺激信息与行为决策之间设置一段延迟期，人 们可以探究工作记忆系统在延迟期间维持和操纵信息的神经机制。本文概述了延迟响应实验范式， 介绍了作为工作记忆关键机制的吸引子动力学。文章系统介绍了两种常用的工作记忆网络分析方 法：运动轨迹追踪法和势能景观与环流理论。最后，我们总结了两种动力学方法的特点，并对今 后的工作记忆研究方向进行了展望。
二维范德华 Janus 材料两侧为不同原子，使得其具有内禀的结构不对称性和面外极化。一 类新型的二维 Janus 材料 GeS 被发现可用于制备低能耗、高响应速度的铁电隧道结。基于第一性 原理计算，我们发现 Janus GeS 双层有三种堆叠模式，它们的横向滑动和垂直位移都可以调节隧 道结中的电子输运。此外，基于 GeGe 接触的 GeS 双层的铁电隧道结表现出最高的开/关比。我 们的研究将滑移铁电的概念扩展到一类新型的二维范德华 Janus 材料，并揭示了这些材料在实际 器件中可能的电阻开关机制。我们的工作为基于二维范德华 Janus 材料的低能耗、快速开关纳米 器件的设计提供了理论指导。
图像传感器在生产生活中被广泛使用，例如X 射线传感器被广泛应用于医疗影像和安全 检查；可见光传感器可以应用于人脸识别和智能设备；近红外传感器在生物识别中不可或缺。目 前上述的图像传感器主要使用基于硅、锗或者III∼V 族等半导体的光电探测器，这些传感器都存 在一些不足之处，比如彩色图像传感器存在光利用率低、会产生摩尔纹等问题。金属卤化物钙钛 矿作为一种优异的光电半导体材料，由于具有光吸收系数高、带隙可调、缺陷容忍度高等特点成 为制备高性能光电探测器的选择之一。本文综述了基于金属卤化物钙钛矿图像传感器的研究进展， 分析了目前其与商用器件的差距并提出一些改进建议。
磷作为第五主族非金属元素，具有独特的电子结构和优异的光、电、力学等特性，展现出 广泛的应用前景。近年来，研究表明磷及磷化物具有极易受到外场影响和调控的特点, 且在高压条 件下具有丰富的物理化学性质。此外，磷及磷化物的独特结构和电子性质使其具有许多不同于传 统材料的物理特性。因此，利用高压在磷和磷化物中实现结构转变、超导转变，已然成为高压领 域的研究热点。本文以黑磷、锗磷和砷磷等多种典型的磷和磷化物为例，概述了磷和磷化物在高 压调控下的结构、电学、光学等方面的响应，讨论其结构与物理性质之间的构效关系，并对未来 在高压下磷化物的研究进行展望。
在超冷费米气体中，通过调节自旋轨道耦合的强度，使其与费米能量相当，可以产生许多 新奇的量子效应。在过去几十年里，学者对于一维自旋轨道耦合诱导的费米气体进行了大量的理 论和实验研究。与高维自旋轨道耦合相比，一维自旋轨道耦合虽然显得比较简单，但它是实验上 探索基本量子物理现象的最可靠和最易行的工具。本文系统地整理了理论工作中一维自旋轨道耦 合下费米气体的有趣物理现象。包括动力学振荡和孤子效应、拓扑超流、Majorana 边缘态、铁磁 相变和量子相位方面的理论研究。在实验中，如何实现自旋轨道耦合并且观测奇异现象，是研究 的热点和难点问题。我们梳理了几种常见的实验方案和检测方法，最后对一维自旋轨道耦合诱导 下费米气体方面的研究进行展望。一维自旋轨道耦合可以为初学者提供借鉴，有助于研究自旋轨 道耦合调控的多体系统。本文期望为冷原子物理初学者深入理解自旋轨道耦合下多体系统的物理 机制提供参考。
太赫兹波是一种介于微波和红外波之间的电磁波，因其强穿透性、非电离性和强吸收性等 物理特性，在非接触式调控突触传递过程中展现出巨大应用潜力。突触传递过程与神经退行性疾 病密切相关，因此，深入了解太赫兹波对这一过程的影响，对于预防和治疗相关疾病具有重要指 导意义。本文首先详细介绍了太赫兹波的物理特性、生物效应及突触传递的相关概念，随后重点 讨论了太赫兹波在突触前、突触间隙和突触后三个阶段对神经递质传递的影响。最后，本文总结 并展望了太赫兹波在未来突触传递过程中的潜在应用。
细胞对环境变化的感知和响应是生命活动的核心。基因转录是细胞将外部信号转化为基因 表达输出的关键环节，是理解细胞行为的关键。为了解析转录动力学和建立动态的输入输出关系， 研究者提出多种转录模型来探究基因对动态调控信号的响应机制。本文将介绍常见的转录模型，展 示其计算框架，并详细阐述对应的 mRNA 数量和转录事件持续时间的分布，这对于深入理解输入 输出关系和探索潜在的响应机制有重要意义。本文综述不同类型的启动子、同一启动子在不同染 色质环境中以及不同网络基序下的响应策略，揭示其调控输入输出关系的规律。对于信道容量接 近理论值的系统，信息论的最优解可以揭示转录因子浓度的动态范围、输入输出关系以及基因表 达分布的对应关系。通过这些多角度的分析，本文揭示了调控动态输入输出关系的关键因素，促 进人们更好地理解基因对转录因子信号的响应机制。定量研究输入输出关系可以识别关键的调控 因子、预测基因表达模式的变化，并设计干预措施以调节细胞的功能和行为。
近年来，非厄米系统的研究突破了传统量子力学中厄米算符的框架，揭示了复数本征值与 非厄米对称性所蕴含的新的物理规律。相较于厄米体系，非厄米系统通过复本征值的实–虚二元结 构实现了对动力学演化的统一描述，并涌现出临界点、非正交本征态等新概念和非厄米趋肤效应 等独特现象。这些特性源于其哈密顿量的非厄米性，如伪厄米性对实数谱的约束、Jordan 块结构 的代数–几何重数分离，以及广义布里渊区理论对体边关联的重构。Hatano-Nelson 模型和非厄米 Su-Schrieffer-Heeger 模型展示了非互易跃迁与复能谱的拓扑响应，为理解非厄米趋肤效应和能带 奇异性提供了范例。在对称性与拓扑分类方面，非厄米系统扩展了传统 Altland-Zirnbauer 十重 分类，形成 Bernard-LeClair 38 类对称框架，涵盖伪厄米性、手性对称性及复共轭/转置操作的 组合效应。拓扑分类通过 K 理论和同伦理论双轨推进，前者将非厄米系统映射至厄米框架，后者 则解析能带复流形的连续形变特性。未来研究需攻克高维系统普适理论、晶体对称性对分类的影 响及实验平台实现等挑战，推动非厄米拓扑理论在开放量子系统、非平衡态物理和新型器件设计 中的应用。
细胞刚度的测量在生物学、医学和材料科学等多个领域具有重要意义。为理解细胞的生物 力学性质及其功能，本文首先探讨了测量细胞刚度的重要应用领域，包括组织工程、软骨病诊断、 癌症诊断以及药物的开发，其次详细介绍了五种主要的测量技术：微柱阵列 (MTFM) 法、光镊 (OT) 法、磁镊 (MT) 法、原子力显微镜 (AFM) 测量法、生物膜力探针 (BFP) 测量法，并展望 了这五种技术在现实应用中的潜力及挑战。AFM 以其纳米级的空间分辨率和皮牛顿级别的力分 辨率，已成为细胞力学测量领域中一个强大和独特的工具。因此，本综述重点介绍了 AFM 技术 及其相关计算模型–微球–细胞接触的赫兹模型在此领域的应用及其重要性，并进一步详细阐述了 各类现有 AFM 仪器的种类与特点，以及它们在细胞力学测量中的应用性能。
