文章研究了在环形势阱中自旋-轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构，探索了自旋-轨道耦合作用和旋转效应对基态的影响。结果发现，在环形势阱下，基态结构呈现环形分布的half-skyrmion链。调节自旋-轨道耦合强度，不仅可以改变体系内half-skyrmion数量，而且能够调控half-skyrmion环形排列的对称性。随着旋转频率增大，体系从平面波相转化为环形对称排列的half-skyrmion链相，最后过渡到三角格子的half-skyrmion相。文章还讨论了自旋相互作用和势阱形状对基态的影响。自旋-轨道耦合强度和旋转频率作为体系的调控参数，可用于控制不同基态相间的转化。

图1 环形势阱中不同自旋-轨道耦合强度下铁磁⁸⁷Rb BEC基态粒子数密度分布(第1，2，3列)和相位分布(第4，5，6列)。改变自旋-轨道耦合强度，可以调控体系中half-skyrmion数量以及环形排列的对称性 (a)κ=0.4; (b) κ=0.8; (c) κ=1.2; (d) κ=3。该图其余模拟参数选为λ0=3200, λ0=-32, Ω=0.2, V0=300,σ=2和ω=2π×250 Hz

自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的研究是超冷量子气体领域的一个热点，基于自旋自由度，许多新的性质再旋量-玻色爱因斯坦凝聚体中被发现。作者采用数值方法研究了环形势阱中自旋-轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构，通过调整自旋-轨道耦合强度，可以实现改变体系内half-skyrmion 数量和环形排列的对称性，结果对于探索相关性质将有推动作用。

自组织是自然界广泛存在的一种自发从无序到有序的转变过程。从晶体的生长到生物功能结构的形成, 自组织过程的影响和作用无处不在。生物功能结构通常是具有多尺度特征的复合结构。其中纳米结构的形貌及其空间排列方式对生物功能的实现起着关键作用。功能结构有两大类: 平衡结构和非平衡结构。本文总结了功能结构和人工仿生结构的最新进展。研究发现, 虽然物理科学和材料科学在有关静态平衡功能结构的研究上取得了令人激动的进展, 但如何实现具有响应和适应性的动态非平衡功能结构上, 仍然面临着挑战。本文认为, 远离平衡态的活性体系在周期性驱动力的反复激发和训练下, 有可能演化出非平衡的动态结构。这为实现具有自适应和自修复功能的非平衡结构提供了一种可能途径。

图1 结构色与光子晶体 (a) 大闪蝶及其蓝色翅膀中的纳米结构（即生物光子晶体）的扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）图; (b) 孔雀羽毛及其蓝色部分的二维纳米结构的透射电子显微镜（transmission electron microscopy，TEM）图; (c) 大紫蛱蝶的翅膀及其白色部分的三维微观结构的SEM图; (d) 从左到右分别是一维、二维、三维的光子晶体结构示意图

本文总结了近来在理解功能结构和通过自组织构造功能结构上的进展，重点介绍了非平衡态的自组织现象，以及所形成的响应型结构，并指出利用活性体系联合周期性驱动是设计新型非平衡结构的可能途径。文章的选题是近年来软物质和统计物理领域的一个很重要的研究方向，内容精彩，语言描述准确易懂。

文章介绍了转角双层石墨烯和多层石墨烯中的电子结构、拓扑性质以及轨道磁性。在转角双层石墨烯中，由于两层石墨烯之间的相对旋转会形成具有长周期的摩尔条纹，由转角产生的摩尔势场会在摩尔超元胞中产生方向相反的赝磁场，与两层的石墨烯中的狄拉克电子耦合，从而产生赝朗道能级。而魔角石墨烯中的每个谷和自旋自由度的两条平带就等价于两个具有相反陈数的零赝朗道能级。这样的赝朗道能级表示可以很自然地解释一系列“魔角”的来源，也对理解魔角双层石墨烯中观测到的关联绝缘态和量子反常霍尔效应具有重要意义。文章进一步讨论了转角多层石墨烯，并发现转角多层石墨烯体系中普遍存在具有非平庸拓扑性质的平带。这些拓扑平带通常具有非零的谷陈数，并且在一定近似下可以由一个普适的规律描述。文章还讨论了转角石墨烯体系中的拓扑平带所具有的轨道磁性。如果时间反演对称性自发破缺，转角石墨烯体系会处于一个谷极化的基态。这样的谷极化基态是一个在摩尔尺度上的轨道磁性态，在摩尔超胞中具有纳米尺度的环状电流分布。之前的理论提出在转角双层石墨烯体系中观测到的关联绝缘态的本质就是一种净磁矩为零的“摩尔轨道反铁磁态”。当体系的C2z对称性被氮化硼衬底破坏时，转角石墨烯中的谷极化基态则变成了一种“摩尔轨道铁磁态”，它不仅具有(量子) 反常霍尔效应，也具有新奇的磁光效应和非线性光学响应。

图1  (a) 转角双层石墨烯的摩尔条纹示意图, 插图展示两层石墨烯在不同区域层间距离的褶皱起伏；(b) 转角双层-双层石墨烯体系的示意图；(c) 转角石墨烯体系的摩尔布里渊区示意图

同行评价

文章通过基于连续的模型计算和分析，细致讨论了转角双层石墨烯和转角多层石墨烯体系的电子结构。与以往分析不同的是，本文重点揭示了双层转角体系的贋自旋、轨道磁性，以及由此产生的拓扑性、关联绝缘体特性等等。通过对子晶格上贋轨道能级的分析，本文特别指出摩尔轨道磁性态是一个新的量子态，对外界电磁场的响应、集体激发行为、以及量子相变行为等等，都带来全新的行为。

近几年来，稀土上转换发光纳米材料凭借其生物组织穿透深度大、无组织损伤、无背景荧光干扰和成像灵敏度高等诸多优点，在生物体荧光成像领域展现了巨大的潜在应用价值。本文采用“一次热注射”高温溶剂热法制备不同壳层厚度的NaYF4:Yb,Tm@NaYF4上转换发光材料。利用透射电子显微镜、粒径分析、荧光光谱等对产物进行表征，探讨壳层厚度对纳米粒子上转换发光强度的影响。结果表明，在980 nm近红外光照射下，上转换纳米材料能够发出紫外-可见光。而且，由于壳层包覆有效抑制了上转换发光的表面猝灭效应，核壳结构的NaYF4:Yb,Tm@NaYF4纳米粒子发光强度比NaYF4:Yb,Tm提高了数十倍；当壳层厚度为22.7 nm时，上转换发光强度最强。此外，通过对上转换发光颗粒进行酸洗和聚乙二醇（PEG）修饰，提高了纳米材料的生物相容性，并成功将其应用于细胞的上转换荧光成像。

图1  热注射法可控制备核壳型稀土上转换发光纳米材料的设计原理图

本文采用“一次热注射”方法实现上转换壳层厚度的有效调控，大大简化了核壳结构UCNPs 的合成步骤；通过精确调控壳层前驱体注射量，制备出不同壳层厚度的NaYF4:Yb,Tm@NaYF4纳米粒子；对上转换纳米粒子进行表面PEG修饰，提高了其生物相容性，并将其应用于上转换荧光成像。本文质量较高，研究方法和结果可信，有较强的创新性，应能引起读者的广泛兴趣。

采用高压在位交流阻抗谱技术，研究了ZnS纳米晶在0—29.8 GPa压力范围内的晶粒和晶界性质变化及相关相变机理。从晶粒和晶界的模谱图像中观察到，随着压力的增加，象征晶界影响的圆弧逐渐增加，而代表晶粒作用的圆弧逐渐减弱。此外，晶粒电阻和晶界电阻随压力的升高呈现不同的变化速率，并在11和15 GPa处出现了不连续变化点，分别对应着由纤锌矿到闪锌矿到岩盐相结构转变的压力点。进一步通过分析相变过程中晶界弛豫频率随压力的线性变化关系，研究了ZnS由纤锌矿到闪锌矿到岩盐相的相变机理。

图1 晶粒电阻（Rg）和晶界电阻（Rgb）随压力的变化关系

作者应用高压交流阻抗谱技术研究了高压下ZnS纳米晶的电学性质变化，并分析了纳米晶由四配位到六配位的相变机理，这一研究对于深入理解纳米材料晶界在结构相变中的作用，具有一定的科学意义。

在使用大涡模拟方法获得超声速混合层流场的基础上，利用拉格朗日相干结构法和涡核位置提取方法，得到了涡结构的边界和涡核的位置坐标，并由此提出了涡结构内部流体密度分布的表示方法。通过分析涡结构内部流体的密度在不同情况(如涡结构的空间尺寸、混合层流场的压缩性和涡结构的融合过程)下的变化，揭示出超声速混合层涡结构内部流体的密度分布特性：在弱和中等压缩性的超声速混合层流场中，其涡结构内部流体的密度分布既关于流向(x轴)对称又关于纵向(y轴)对称，涡核处的流体密度最低而涡边界处的流体密度最高，流体密度在连接涡核与涡边界的射线上单调且近似均匀地增加；在强压缩性的超声速混合层流场中，其涡结构内部流体的密度分布不再具有对称性，而且流体密度呈现波动变化的特点；随着涡结构空间尺寸和流场压缩性的增加，涡核处的流体密度降低(最大减少量约为31%—56%)，而涡边界的流体密度变化量约为6%—27%；在相邻两个涡结构的融合过程中，涡结构内部流体密度的变化较轻微，表明融合过程很可能是两个涡结构内部流体的对等组合过程。

图1  不同尺寸涡结构内部流体的密度分布曲线 （a）Vortex A内部流体的密度随流向(x)距离变化的曲线图；（b）Vortex A内部流体密度随纵向(y)距离变化的曲线图

本文利用拉格朗日相干结构有限时间李雅普诺夫指数法和涡核位置提取方法，检测超声速混合层流场涡结构的边界和涡核的位置坐标，对涡结构内部流体密度分布进行了分析，揭示出超声速混合层涡结构内部流体的密度分布特性。论文工作深入细致，论述严密，分析严谨，结果可靠。论文将拉格朗日相干结构有限时间李雅普诺夫指数法用于超声速混合层涡结构特性的研究，创新性显著，创新点突出。研究工作对推动相关领域研究进展具有重要的指导意义和参考价值。

《物理学报》2020年第14期全文链接：

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2020/14