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。 

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。 

二阶非线性系数空间调制的非线性光子晶体 (NPC) 可以用于产生光学涡旋，从而拓展涡 旋光束的工作波长与拓扑荷数，为众多应用提供了新方法。在本工作中，我们研究了基模高斯光 束在非线性叉形光栅中非线性倍频产生的二次谐波 (SH) 涡旋光束的过程。分析了不同结构拓扑 荷和衍射级次下，远场 SH 光束的强度分布、位相分布及轨道角动量 (OAM) 谱。结果表明，当 衍射阶次和结构拓扑荷增大时，SH 光束呈现出角向干涉条纹和非均匀强度分布，偏离标准涡旋光 束的环形特性。为优化 SH 涡旋光束质量，进一步研究了基波光束腰半径、晶体厚度及光栅占空 比对倍频光场的影响。结果显示，增大基波光束腰半径、优化叉形光栅的厚度及占空比可有效抑 制不同衍射阶次间的干涉，从而改善 SH 光束质量。本研究为基于 NPC 的非线性光学器件性能 优化提供了理论指导。

近年来，凝聚态物理学中的轴子绝缘体研究引起了广泛关注，因为它具有类似于高能物理 中假想基本粒子---轴子的电磁响应，从而导致体系中出现半量子化的表面霍尔电导或拓扑磁电 效应性质。最近，在三维磁性拓扑绝缘体异质结和本征磁性拓扑绝缘体 MnBi₂Te₄ 的输运实验中 发现了轴子绝缘体存在的迹象，然而，精确测量轴子绝缘体的半量子化电磁响应仍具有挑战性。在 这篇综述中，我们回顾了磁性拓扑绝缘材料中轴子绝缘体研究的理论和实验进展。讨论了由于体 边对应关系导致的轴子绝缘体的半量子化棱电流激发，以及一种基于半磁性拓扑绝缘体的半量子 化霍尔电导的输运理论。最后，我们探讨了轴子绝缘体中的无序诱导相变，包括表面存在的二维 类量子霍尔电导平台相变的普适类，并提出了利用这种相变的普适特征来探测轴子绝缘体的方案。

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。 

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。

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。

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。 

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。

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。

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。

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。

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。

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。 

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。

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。

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。 

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。

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。