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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
