2023年, 第43卷

Please wait a minute...
选择: 显示/隐藏图片
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163)   PDF (2967KB)(155)   

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。

相关文章 | 多维度评价
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194)   PDF (15745KB)(154)   

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。

相关文章 | 多维度评价
基于二维 Janus GeS 双层铁电隧道结的电子输运
孙 康, 别 洁, 吕洋洋, 陈 爽, 法 伟
物理学进展    2024, 44 (4): 183-207.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.04.003
摘要138)   PDF (1632KB)(130)   

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。 

相关文章 | 多维度评价
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175)   PDF (6737KB)(101)   

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。

相关文章 | 多维度评价
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217)   PDF (3164KB)(275)   

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。

相关文章 | 多维度评价
单线态裂分中间态的理论研究进展
童 磊, 张春峰
物理学进展    2024, 44 (3): 112-122.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.03.002
摘要317)   PDF (1708KB)(340)   

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。 

相关文章 | 多维度评价
压电材料中表面声波的波速测量与调制
王任飞, 刘 萧, 吴蒙蒙, 林 熙, 刘阳
物理学进展    2024, 44 (3): 103-111.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.03.001
摘要324)   PDF (4278KB)(495)   
三维固体中除了存在人们熟知的体声波传播模式,还存在能量集中在二维界面的表面声波 传播模式。我们利用砷化镓衬底的压电和逆压电效应,通过平面叉指实现了射频电磁波和表面声 波之间的相互转化,并搭建超外差电路完成了在边长仅 4 mm 的样品上表面声波波速的测量,结 果为 (2.9±0.1) km/s。我们还制作了基于压电陶瓷的单轴应力腔,可以对样品施加最大约为 10 −4  的单轴应变,并观测到了应变对表面声波波速的影响。我们还测量了重要半导体砷化镓在应力下 的表面声波波速,演示了该波速测量技术原位探测固体内部力学性质的能力。基于平面叉指换能 器的波速测量克服了传统的时差法和驻波法对样品宏观尺寸的要求。本文建立的超外差的测量方 法代替了使用商用矢量网络分析仪测量表面声波波速,为以后推广到低功率输入、高相位稳定度 的应用场景提供了可能。由于测量装置也可以被用于固体物理相关的前沿实验教学,工作提供了 表面声波器件和自制应力腔的细节参数和制作过程。
相关文章 | 多维度评价
电子结构对单原子催化剂电催化性能影响的研究进展
何月轩, 王同辉, 文 子, 蒋 青
物理学进展    2024, 44 (3): 136-156.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.03.004
摘要352)   PDF (2081KB)(194)   

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。

相关文章 | 多维度评价
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231)   PDF (6131KB)(429)   

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。

相关文章 | 多维度评价
纳米 CMOS 器件中热载流子产生缺陷局域分布的表征
马丽娟, 陶永春
物理学进展    2024, 44 (2): 97-101.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.003
摘要267)   PDF (436KB)(148)   
本文针对纳米小尺寸 CMOS 器件,提出了一种根据表面势模型表征热载流子产生电荷陷 阱和界面态局域分布的方法。热载流子注入 (Hot Carrier Injectione, HCI) 应力会在栅氧化层和 Si/SiO2 界面中产生电荷陷阱和界面态,随着应力时间递增,这些缺陷的增多引起阈值电压等器 件参数的漂移,在漏致势垒降低 (Drain Induced Barrier Lowering, DIBL) 效应下,可以选取表面 势最大值处的阈值电压偏移量来表征沟道相应位置处 HCI 致电荷陷阱和界面态。研究发现,通过 测量施加 HCI 应力前后器件阈值电压偏移量随源/漏极电压的分布,结合表面势模型计算出源/漏 极电压随沟道表面势峰值的分布,可以得到 HCI 致电荷陷阱和界面态沿沟道的局域分布。利用此 方法,精确地表征了在 32 nm CMOS 器件中 HCI 应力引起的电荷陷阱和界面态沿沟道的分布, 并进一步分析了 HCI 效应的产生机理。 
相关文章 | 多维度评价
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344)   PDF (8816KB)(529)   
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。
相关文章 | 多维度评价
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388)   PDF (2466KB)(394)   
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。
相关文章 | 多维度评价
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900)   PDF (5083KB)(669)   

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。

相关文章 | 多维度评价
薄壁量子化方法进展
王永龙, 杜 龙
物理学进展    2024, 44 (1): 9-18.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.01.002
摘要299)   PDF (4146KB)(341)   

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。

相关文章 | 多维度评价
黑磷中基于热驱动金属扩散诱导的相变
曹天俊, 单俊杰, 王 刚, 林君浩, 梁世军, 缪 峰
物理学进展    2024, 44 (1): 1-8.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.01.001
摘要412)   PDF (6736KB)(408)   

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。

相关文章 | 多维度评价
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506)   PDF (3411KB)(661)   

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。

相关文章 | 多维度评价
高功率激光装置上光致电离等离子体光谱实验的理论研究进
韩波
物理学进展    2023, 43 (6): 178-187.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.06.002
摘要334)   PDF (5840KB)(228)   

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。

相关文章 | 多维度评价
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662)   PDF (9908KB)(908)   

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。

相关文章 | 多维度评价
转角双层石墨烯中的势杂质效应 
刘泽众, 王 达
物理学进展    2023, 43 (5): 151-160.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.05.003
摘要334)   PDF (5362KB)(366)   

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。 

相关文章 | 多维度评价
Cr 2O 3 中反铁磁自旋波的低频拉曼光谱研究
董 彪, 崔 骏, 田远哲, 吴 镝, 张 琦
物理学进展    2023, 43 (5): 142-150.   DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2023.05.002
摘要583)   PDF (4272KB)(528)   
反铁磁自旋波在高速和低能耗信息处理方面具有很大潜力。然而,在反铁磁体系中激发和 检测太赫兹自旋波是具有挑战性的。在本工作中,我们验证了低频拉曼光谱可作为探测反铁磁体 系中自旋波的有力工具。我们通过拉曼光谱系统研究了典型的单轴反铁磁体 Cr 2O 3 中的反铁磁自 旋波,我们的测量范围低至 2.3 cm −1(69 GHz)。我们分析了自旋波的塞曼劈裂和自旋翻转相变。 我们进一步通过偏振拉曼的方式确定了自旋波能支的角动量符号。我们还得到了 Cr 2O 3 的各向异 性能, g 因子和自旋翻转场随温度和磁场变化的函数关系。自旋波重整化理论解释了所有实验观 测结果。
相关文章 | 多维度评价