GaN材料具有优良的物理特性，在光电子器件领域有广泛的商业应用前景。高质量超薄层GaN材料的生长对制备低维半导体量子结构和器件至关重要。低速生长GaN有利于精确控制器件超薄层的厚度和异质界面。因此，研究低速生长高晶体质量GaN具有非常重要的意义。

本文利用等离子体辅助分子束外延技术，对低速率生长（生长速率小于0.2 μm/h）GaN进行了全面细致的研究，对较宽生长温度范围内的GaN材料生长特性给出了有价值的分析结果，总结了GaN的分子束外延低速生长机制。根据原位RHEED图样、表面形貌和发光特性，其外延生长可以划分为三个特征明显的生长区域，即镓液滴生长区域、略微富镓生长区域和富氮的三维生长区域。条纹状的RHEED图样、平滑且具有清晰原子台阶的表面形貌以及强度很低的黄光带和蓝光带等实验结果，证明在适当的温度窗口(~ 680°C–760 °C)内选取略微富镓生长区域有利于获得高晶体质量的GaN材料。研究结果还显示GaN的生长速率表现出对生长温度很强的依赖性。因此，低速生长超薄层结构和器件时需要特别注意温度对生长速率的影响。本文还讨论了在低生长速率下GaN的掺杂技术，并获得了高空穴浓度的p型材料。本文的研究结果可以作为低速率分子束外延生长高晶体质量GaN的重要指导，对促进GaN基低维结构的制备和器件研究具有重要的意义。

Fig. 2. The 5 μm×5 μm AFM images (inset: 1 μm×1 μm) of the surface morphology evolution as the growth temperatures and growth regions vary for the GaN epilayers grown by PA-MBE. The nitrogen gas flow is 0.7 sccm and RF-power is 450 W.

第一性原理计算是研究半导体材料缺陷性质的有效手段。传统的第一性原理缺陷计算采用局部密度近似 (LDA)、广义梯度近似 (GGA) 和杂化泛函，存在错估带隙值与缺陷能级位置等问题。基于多体微扰理论的GW方法，为提高带隙和单电子能级的计算精度提供了更严谨的理论框架。

本研究结合基于LDA/GGA对总能较为准确的计算，以及GW方法对于能隙和单电子能级较为准确的计算，在传统第一性原理缺陷计算的基础上进行GW修正，并采用该方法重新研究了 CH3NH3PbI3 中的碘空位和间隙缺陷的形成能和转变能级。结果表明，经过GW修正的缺陷计算一般会拉低占据态的单电子能级，提升未占据态的单电子能级。因此，GW修正方法预测中性I_i不稳定，其(+1/-1) 的转变能级接近价带顶。因此，I_i可能不像之前文献报道的那样有害。同时，GW修正方法预测 VI 在 -1 价态下可能不稳定，但由于带隙中存在着深 (+1/0) 跃迁能级，因此，碘空位仍可能是有害的。

GW修正的缺陷计算方法进一步加深了人们对 CH3NH3PbI3中本征点缺陷和缺陷钝化的理解，有望进一步拓展应用于其他半导体材料缺陷计算，为半导体材料缺陷性质研究提供新思路。

Fig. 1. Single-electron level of defective CH₃NH₃PbI₃ at different charge states in PBE and GW-SOC calculations. The levels are scaled to the bandgap of 1.5 eV. The electronic occupancy is also shown.

Fig. 2. Transition levels of iodine vacancies and interstitials in PBE, PBE-SOC, HSE-SOC, and GW-SOC calculations.

近年来，利用自旋轨道矩效应写入信息的三端自旋电子器件，因其读写路径分离、高速、低功耗等优点而被广泛关注。利用自旋轨道矩驱动磁矩翻转是实现磁随机存储器等自旋电子器件的基础，而基于微纳器件实现电学方法探测磁矩翻转对相关器件开发至关重要。对于面外磁化易轴的铁磁金属薄膜，利用反常霍尔效应可以便捷地实现电学方法探测铁磁磁矩翻转，而对于面内磁化易轴的铁磁金属薄膜，通过通常的霍尔电压或磁阻测试很难直接实现对磁矩翻转的探测。

针对电学方法难以探测面内磁化易轴铁磁金属薄膜的磁矩翻转这一问题，本文通过施加一个面内辅助磁场或电流引起的field-like自旋轨道矩有效场，使得铁磁金属薄膜磁矩在翻转前后体现不同电阻，从而实现了通过电阻测量对磁矩翻转的有效探测，并在Pt/NiFe，W/CoFeB和Bi2Se3/NiFe异质结器件中清晰地观察到了自旋轨道矩驱动的磁矩翻转，验证了该方法的通用性。本工作为自旋轨道矩驱动面内磁矩翻转提供了一种便捷的电学测试方法，将有助于推动自旋轨道矩相关的自旋电子学器件研究与应用。

Fig. 4. The magnetization switching measurement with MR modified by the external magnetic field for Pt/Ni₈₀Fe₂₀ Hall bar. (a), (b) The measurement processes for switching experiments with read current of I_read = +0.1 mA. During the measurements of R_xx, the assisting fields of H_assist= ∓1.2 Oe are applied. (c), (d) The variation in resistance versus pulse current with assisted fields of H_assist = ∓1.2 Oe. (e), (f) Schematic diagrams of difference in resistance for opposite magnetization orientations under the modification of negative and positive assisting fields.

聚合反应可以实现包括分子链、纳米带和有机共价网格等多种功能结构的构筑，是一种重要的有机合成手段。其中，表面聚合反应可利用基底对分子的调制作用制备出在溶液环境下难以合成的特殊结构，从而得到多种有特定优异物性的有机功能材料。在超高真空环境下，利用扫描隧道显微镜(STM)与非接触式原子力显微镜(nc-AFM)，可以在原子级分辨率下实现表面聚合反应的结构表征，进而理解其反应机制，对于新型功能有机结构的设计有重要指导意义。

本文研究了萘酞菁(naphthalocyanine, NPc)分子在各向异性基底Ag(110)上的异构化聚合反应。STM图像表明，Ag(110)基底对萘酞菁分子的吸附方向有调制作用，分子只能沿[110]的平行方向或45°夹角方向吸附。在升温聚合过程中，Ag(110)基底表面的沟道限制了萘酞菁分子的取向，从而形成具有90°键角的高应力结构的中间产物，并诱导分子发生电子结构和氢原子的重排，最终得到具有1,4-二氢并环戊二烯(1,4-dihydropentalene)连接结构的异构化聚合产物。在高对称性Ag(100)基底上的对比实验中未发现重排的聚合产物，佐证了这一反应机制。本文的研究有助于更加深入地理解基底应力在分子反应中对其反应路径和产物的调制作用，并有望将这种反应策略推广应用到其他特殊复杂结构的构筑中，实现多种有机功能结构的构筑。

Fig. 1. Reconstructed polymerization of naphthalocyanine on Ag(110). (a) Sketch of NPc molecules depositing onto Ag(110) surface. The insert shows the enlarged model of groves on Ag(110). (b), (c) STM topography of as-deposited (b) and after annealing (c) NPc molecules on Ag(110) surface. White arrow shows [11 ̅0] and [001] directions. The red dotted circles in (b) highlight the NPc oligomers. (d) Chemical bond resolved nc-AFM images of an NPc oligomer with dihydropentalene linkage.

高精密原子参数在诸多领域中都发挥着不可或缺的作用，基础研究领域如量子电动力学检验、寻找超出标准模型的新物理等；应用研究领域如原子光钟发展、等离子体光谱模拟及状态诊断等。已有研究表明，高离化态类银离子基组态间的磁偶极（M1）跃迁可作为特征谱线被用于聚变等离子体中离子丰度、等离子体状态诊断等。但是，目前报道的谱线波长和跃迁几率存在较大差异，亟需对其进行系统评估，给出一套可靠的参数。

本文运用相对论多体微扰理论对类银等电子序列离子(62 ≤ Z ≤ 94)基组态4d¹⁰4f精细结构分裂和M1跃迁几率进行了计算，通过充分考虑电子间多体相互作用、相对论和量子电动力学效应获得了一批高精度原子参数。对于跃迁能，当前结果与最新的电子束离子阱测量值差别小于0.18%，与基于多组态Dirac-Hartree-Fock方法的计算结果相差0.13%。进一步，我们对已有数据进行了系统评估，推荐目前的计算结果作为类银离子基组态M1线原子参数标准。

Fig. 2. Percentage differences between the present and other theoretical and experimental fine-structure splittings of the Ag-like isoelectronic sequence as a function of atomic number Z. The Expt_DIR and Expt_IND represent directly and indirectly measured energy separations, respectively. Error bars of the direct experimental data points are available and included in the plot. The MCDHF1, RMBPT2, MCDHF2 and RPTMP are earlier calculations.

单模光纤中的长周期光栅通过将能量从光纤的基模耦合到包层模，能够在传输光谱中显示出特定波长的谐振。然而，传统光纤的几何和材料极大地限制了长周期光栅功能的实现。例如，长周期光纤光栅很难在室温下实现波长宽带可调的滤波器和高灵敏性的传感器。为了设计波长可调谐的长周期光栅，近年来研究人员提出了一些调谐长周期光栅谐振波长的方法，如对长周期多孔光纤光栅施加机械压力，在包层中填充聚合物并仔细选择可谐振的高阶包层模式，在掺B-Ge光纤中制备复杂结构的长周期光栅，提高温度等。但是，这些方法引入的波长可调谐性不是永久性的，只有施加外界调制（改变压力、温度等）才会引起谐振波长改变。

本文提出了一种液体包层微纳光纤长周期光栅，通过在室温下直接改变包层的液体材料来实现长周期光栅的波长可调谐性，从而避免了温度变化、施加机械压力和在光纤上引起任何复杂的操作，更加适合实际应用。通过聚焦飞秒激光周期性扫描，在水包层微纳光纤表面制备了长周期光栅，谐振波长在1588.1 nm。当包层材料由水改为浓度为5%的乙醇溶液及折射率为n=1.33的折射率液时，长周期光栅的谐振波长分别移动到1594.1 nm和1575.1 nm处。另外，为了说明这种液体包层微纤维长周期光栅灵活的传感应用，测量了这三种不同液体包层微纳光纤长周期光栅的温度传感特性，其灵敏度分别为-0.524 nm/℃，-0.767 nm/℃和-1.316 nm/℃。这表明液体包层长周期光栅的可变包层材料使超宽带可调谐滤波器和灵敏度可调传感器成为可能，并可以实现更多潜在的应用，如完成低损耗倏逝波耦合光吸收、放大、荧光、拉曼和光声单元等。

Fig. 6. (a) Spectra evolution of long-period grating fabricated in water cladding microfiber. (b) Resonant wavelength as a function of temperature for different fluid cladding microfiber long-period gratings.