物理学进展

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1. 二维多铁性材料及其磁电性质的研究进展

郑鸿倩, 胡婷, 黄呈熙, 杜永平, 万逸

物理学进展 2025, 45 (3): 105-117. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.001

摘要（2453）

PDF（pc）（9286KB）（5280）

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。

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2. 自闭症谱系障碍与注意力缺陷多动障碍共病的潜在机制

余晨, 张小鹏, 王炜

物理学进展 2025, 45 (6): 261-280. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.06.001

摘要（1086）

PDF（pc）（817KB）（4531）

自闭症谱系障碍 (自闭症) 与注意力缺陷多动障碍 (多动症) 是儿童常患的神经发育障碍类疾病，二者表现出截然不同的症状，但却具有很高的共病概率。本文将从神经生物物理学角度梳理不同层次的研究进展，系统总结自闭症与多动症共病的生物物理机制。儿童共患两种疾病的机理可概括为以下几个方面：(1) 两种疾病均存在突触修剪异常，导致共病患者的脑结构异常加剧； (2) 脑网络功能障碍是二者共病的重要神经生物学证据；(3) 二者均涉及多巴胺、Wnt、γ-氨基丁酸、雷帕霉素靶蛋白和炎症相关信号通路的异常，这些通路与突触数量的稳定性紧密相关；(4) 突触修剪异常导致的突触兴奋性/抑制性失衡是共患两种疾病的基本原因。此外，借助计算神经网络建模和分子网络动力学建模，可促进对自闭症与多动症共病机制的深入理解。本文从不同层次分析了两种典型神经发育障碍出现共病的潜在机制，有望为共病患者的早期干预和精准治疗提供理论依据。

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3. 三维/二维卤化物钙钛矿异质结的制备及性能优化研究进展

贺圣荣, 邢军, 姚晓龙, 马小曼, 李鹏

物理学进展 2025, 45 (4): 169-194. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.04.002

摘要（1328）

PDF（pc）（8487KB）（4377）

卤化物钙钛矿材料因其在光电转换效率上的显著优势而成为新能源领域的研究热点，而三维 (3D)/二维 (2D) 钙钛矿异质结更因其独特的能带结构和灵活可调控的载流子行为的优势而备受关注。本文聚焦 3D/2D 卤化物钙钛矿异质结的可控制备及性能优化的研究领域，首先综述了 3D/2D 钙钛矿异质结的概念、优势及常规制备方法，包括固–液后旋涂法、固–气气相沉积法以及固–固反应等常规制备方法；然后探讨了通过界面工程、材料工程和器件结构优化等策略来提升 3D/2D 钙钛矿异质结性能的有效方法；接下来，概述并评估了 3D/2D 异质结在太阳能电池和光电探测器领域的最新研究应用进展；最后，我们讨论了 3D/2D 钙钛矿异质结当前面临的稳定性和环境适应性等挑战，并系统展望了 3D/2D 钙钛矿异质结研究的未来发展趋势，旨在为实现其在光电领域的广泛应用提供可行性思路和优化方案。

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4. 电子发展简史

石锋, 刘金华, 张灵翠, 徐越, 娄有信, 沈燕, 赵金博

物理学进展 2025, 45 (2): 79-104. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.02.003

摘要（3123）

PDF（pc）（516KB）（2983）

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。

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5. 卤化物钙钛矿单晶及光电探测器：研究进展和挑战

孙悦, 黄小芮, 贺圣荣, 邢军

物理学进展 2024, 44 (5): 209-242. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.05.001

摘要（3760）

PDF（pc）（15745KB）（2838）

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。

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6. 金属卤化物钙钛矿半导体中的自陷激子

张清凯, 王宇箫, 张春峰

物理学进展 2023, 43 (6): 161-177. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.06.001

摘要（2545）

PDF（pc）（9908KB）（2487）

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。

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7. 二维范德瓦耳斯反铁磁体系超快自旋动力学研究进展

李金阳, 武方亮, 张琦

物理学进展 2024, 44 (6): 293-308. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.06.003

摘要（2373）

PDF（pc）（4771KB）（2349）

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。

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8. 基因转录调控中的输入输出关系研究

周一凡, 孔令行, 吴人杰, 刘锋

物理学进展 2024, 44 (4): 183-196. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.04.002

摘要（1286）

PDF（pc）（6737KB）（2234）

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。

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9. 太赫兹波对神经递质突触传递过程影响的研究进展

陈晨, 丁泓铭, 马余强

物理学进展 2025, 45 (1): 32-46. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.01.002

摘要（1420）

PDF（pc）（2539KB）（2079）

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。

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10. 二维过渡金属硫族化合物的激发态动力学研究

秦春博, 张春峰

物理学进展 2025, 45 (4): 195-207. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.04.003

摘要（739）

PDF（pc）（5372KB）（2056）

二维过渡金属硫族化合物 (TMDs) 展现出强光与物质相互作用以及显著的激子效应，针对其激发态动力学的研究无论是对相关的基础研究还是技术应用，都具有重要的意义。为此，本文总结了单层 TMDs 及其堆叠形成的范德瓦耳斯异质结中的激发态动力学研究。具体而言，我们介绍了单层中激子与异质结中层间激子的产生到复合动力学过程，期间着重介绍了异质结中层间电荷转移，以及层间转角和莫尔超级晶格相关激发态动力学的近期研究。最后总结了目前的研究中未解决的问题并以对未来的展望作为结尾。

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11. 卤化物钙钛矿金属位铋离子掺杂的调控研究进展

黄小芮, 孙悦, 贺圣荣, 邢军

物理学进展 2024, 44 (2): 73-95. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.002

摘要（1972）

PDF（pc）（8816KB）（1998）

高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池目前正从实验室研发向工业生产转型，并在未来全球能源领域展示了其不可估量的应用价值。为了实现高性能的金属卤化物钙钛矿太阳能电池，钙钛矿材料作为有源工作层，其性能的提高和优化过程经过了十几年，并已取得巨大的进步。本文以高性能卤化物钙钛矿中金属位铋离子掺杂的调制研究为重点，系统总结了卤化物钙钛矿薄膜的发展和常规制备工艺。研究表明，三元阳离子钙钛矿可以抑制黄相的形成、改变晶粒尺寸、提高稳定性等特点，成为未来高性能钙钛矿光电器件的首选。文章还对铋离子 (Bi3+) 掺杂钙钛矿体系进行了讨论，研究发现 Bi3+ 的特殊电子结构和无毒化学性质，不仅能够提高钙钛矿的稳定性，还能灵活调控钙钛矿的光电性能，从而实现铋离子掺杂的高性能钙钛矿太阳能电池。结合目前卤化物钙钛矿太阳能电池的研究现状，我们可以预见在未来的器件优化过程中，可以将铋离子掺杂策略与三元混合阳离子钙钛矿相互结合。最后，我们展望了实现高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池的几个潜在研究方向。

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12. 工作记忆的机制与建模方法

杨帆, 钱睿昕, 王涛

物理学进展 2024, 44 (5): 243-258. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.05.002

摘要（1727）

PDF（pc）（2967KB）（1959）

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。

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13. 钙钛矿太阳能电池的稳定性因素及封装提升性能

戴加祺, 章东, 吴小山

物理学进展 2024, 44 (1): 19-48. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.01.003

摘要（3420）

PDF（pc）（5083KB）（1945）

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。

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14. 磷及磷化物高压结构与性能研究进展

黄叶铧, 郭振源, 李俊凯, 杨欣, 缑慧阳

物理学进展 2024, 44 (3): 123-135. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.03.003

摘要（1576）

PDF（pc）（6131KB）（1900）

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。

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15. 超越硅基器件的二维晶体管：从理论到实验

李鸿, 徐琳, 邱晨光, 吕劲

物理学进展 2025, 45 (3): 118-131. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.002

摘要（2457）

PDF（pc）（2085KB）（1899）

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。

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16. 实验室天体物理中磁场的测量方法

施川奇, 袁大伟, 赵刚

物理学进展 2025, 45 (3): 151-159. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.004

摘要（1022）

PDF（pc）（5979KB）（1832）

磁场在天体中是普遍存在的，如地球、太阳、超新星遗迹、星云、巨星、中子星和黑洞等。但是目前天体磁场还存在许多的未解之谜，例如种子磁场是如何产生的？磁场是如何被放大的？随着高功率、大能量激光装置的出现，实验室天体物理为研究这些问题提供了一种全新的方法，即在实验室产生和天体或周围环境类似的极端物理条件，对天体物理问题进行实验室研究，它具有近距、主动、条件可控和可重复性等优点。在相似定标率下，利用实验室激光等离子体可以研究天体中磁场的起源与放大问题。目前实验室研究中，常用的磁场测量方法包括磁探针、磁带、塞曼效应、法拉第旋光和质子成像等，熟悉并掌握这些方法的原理和特点有助于在实验中选择合适的方法进行磁场测量。

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17. 空间认知的吸引子动力学

王子群, 王涛, 刘锋

物理学进展 2023, 43 (6): 188-201. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.06.003

摘要（1717）

PDF（pc）（3411KB）（1806）

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。

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18. 一维自旋轨道耦合费米气体的研究进展

蔡启鹏, 张伟伟, 林良伟, 许益广, 陈紫轩, 王小生, 于海鹏, 方小红, 张义财, 刘超飞

物理学进展 2024, 44 (4): 157-182. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.04.001

摘要（1418）

PDF（pc）（3164KB）（1760）

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。

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19. 温稠密物质模拟的第一性原理方法进展

张航, 陈默涵

物理学进展 2024, 44 (2): 49-72. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.001

摘要（2382）

PDF（pc）（2466KB）（1576）

温稠密物质 (Warm Dense Matter, WDM) 是介于凝聚态物质和等离子体之间的一种过渡状态的物质，也是行星物理、实验室天体物理和惯性约束聚变等高能量密度物理领域的前沿科研方向。温稠密物质的量子效应显著，具有部分电离、强耦合、电子简并和热效应等重要的物理性质，因此需要采用量子力学的基础理论来描述。近年来，基于量子力学的第一性原理计算模拟方法发展迅速，逐渐成为了深入理解温稠密物质性质的有效工具。一方面，直接将凝聚态物理和材料科学中广泛适用的第一性原理方法应用于温稠密物质面临着巨大的挑战，特别是在宽温区和极端高压等极端条件下，需要不断改进现有的第一性原理算法和软件。另一方面，基于机器学习的分子动力学方法发展迅速，也给温稠密物质模拟带来了新的工具。在这篇综述中，我们首先回顾了适用于温稠密物质模拟的传统第一性原理方法，包括 Kohn-Sham 密度泛函理论方法和无轨道密度泛函理论方法。其次，我们介绍了近年来发展的新方法和软件，例如改进的第一性原理方法和随机密度泛函理论方法，后者已在国产开源密度泛函理论软件原子算筹 (ABACUS) 中实现。以上新方法可以显著提升温稠密物质的计算规模和效率，从而提升温稠密物质的结构、动力学和输运系数等性质的计算精度。

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20. 宏量制备导电属性可控的高质量单壁碳纳米管

杨可汉, 王超, 袁国文, 高力波

物理学进展 2025, 45 (1): 47-54. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.01.003

摘要（1765）

PDF（pc）（3199KB）（1527）

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。

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