在铁磁/超导异质结中，铁磁体的交换场通过近邻效应将导致超导体准粒子态密度的塞曼劈裂。基于该效应，在外磁场不强的情况下，通过外加磁场可以有效地调节铁磁/超导界面处的交换作用，从而实现超导体在正常态和超导态之间转换，产生极大磁电阻。本文利用脉冲激光沉积方法制备了EuS/Ta异质结并研究了其电磁特性。Ta在3.6 K以下为超导态，EuS在20 K以下为铁磁态。在2 K时，EuS/Ta异质结中可观测蝴蝶型磁滞回线，证明在低磁场下(< ±0.18 T)异质结中EuS铁磁态和Ta超导态共存。磁输运测试表明，通过施加外磁场可以有效调节EuS的交换场，随着交换场的增大，同时也加强了界面处的交换作用，从而抑制Ta的超导态，实现了Ta在超导态和正常态之间的转变，在EuS/Ta异质结中观测到了高达144000%的磁电阻。本文制备的EuS/Ta异质结具有极大磁电阻效应, 在自旋电子学器件中有潜在的应用前景。

图1  EuS/Ta异质结的在2 K时的磁电阻和霍尔效应

在铁磁/超导异质结是自旋电子器件发展中非常具有实用前景的结构。超导和铁磁是两种对抗性的长程序，二者之间的相互作用是凝聚态物理领域研究热点问题之一，已经有大量的理论和实验工作，具有挑战性。研究超导体和铁磁体构成的异质结，不仅可提供超导和铁磁之间复杂相互作用的物理现象，也为实现新的功能器件提供了结构基础。例如，铁磁绝缘体/超导体异质结在临界温度以下可观到准粒子态密度的劈裂，由此可望制备新型自旋电子学器件。本文在前人研究EuS/Al异质结基础上，选择性质更稳定的Ta作为超导层，EuS作为铁磁绝缘层，对该异质结的在低温下的输运性质和铁磁性进行了测试分析。通过施加外磁场有效调节EuS的交换场，随着交换场的增大，加强了界面处的交换作用，从而抑制Ta的超导态，实现了Ta在超导态和正常态之间的转变，观测到了高达144000%的磁阻率。该工作研究了超导和铁磁性在界面处的相互作用，同时观察到了极大磁阻效应，较同类研究有显著的提高。

193 nm波长浸没式步进扫描投影光刻机是实现45 nm及以下技术节点集成电路制造的核心装备。增大数值孔径是提高光刻分辨率的有效途径，而大数值孔径曝光系统的偏振性能严重影响光刻成像质量。光刻机曝光系统偏振参数的高精度检测是对其进行有效调控的前提。基于光栅的偏振检测技术能实现浸没式光刻机偏振检测装置的小型化，满足其快速、高精度在线检测的需求，该技术中的关键部件是结构紧凑且偏振性能良好的光栅。本文基于反常偏振效应和双层金属光栅对TE偏振光的透射增强原理，采用严格耦合波理论和有限时域差分方法，设计了一种双层金属光栅偏振器。计算了该偏振器的初始结构参数，并通过数值仿真得到了其偏振性能关于各光栅参数的变化关系。仿真结果表明，中间层高度是影响TE偏振光透射增强的主要因素；垂直入射时TE偏振光的透过率可达到56.8%，消光比高达65.6 dB。与现有同波段金属光栅偏振器相比，所设计的光栅偏振器在保证高透过率的同时，消光比提升了四个数量级。

图1  TM偏振光正入射时光栅截面场分布　(a) 瞬时(箭头)和时间平均电场分布; (b) 坡印廷矢量方向(箭头)和幅度(颜色图)

光刻机是限制我国集成电路、集成光电子等重点领域发展的关键设备。该文针对193nm光刻机曝光光学系统偏振参数检测装置小型化、高精度和在线检测的需求，利用反常偏振效应提出和设计了一种高消光比双层金属光栅偏振器，并结合表面等离子体共振和类F-P腔谐振理论进行了优化验证和分析说明。该文设计思路清晰，有较强的创新性，对深紫外光栅偏振器的设计具有重要参考价值。

基于高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术开发的筒形溅射阴极，配合电磁系统可有效地提升等离子体的输运效率。然而电磁系统的引入反作用于筒内放电特性，从而使靶面放电面积和放电强度无法同时维持。鉴于此，本文通过调整磁场布局，研究了靶面切向(横向)磁场和法向(纵向)磁场对靶面放电的作用规律，优化后靶面切向磁场分布更加均匀，磁场强度高于40 mT的靶面区域占比由51%增至67%，同时法向峰值强度外移，强度由73 mT增至96 mT。采用Ar/Cr体系放电发现：相同工艺条件下，优化后的溅射阴极辉光变亮，靶电流增大，放电面积变宽，放电特性得到显著提升。利用等离子体整体模型仿真和发射光谱仪检测发现优化后离子电流和光谱强度得到明显提升，Cr粒子密度提高一倍，增至2.6 × 10²⁰m^–3，且离化率上升至92.1%，同时输出离子通量提高近一倍，实现了靶面放电与离子输出的双促进。

图1   筒形溅射阴极结构示意图

本文针对HiPIMS技术中所存在的放电面积和放电强度之间的矛盾，通过调整磁场布局，研究了靶面切向磁场和法向磁场对靶面放电的作用规律，利用等离子体整体模型仿真和Ar/Cr体系放电实验，从理论和实验上证明了磁场布局优化后放电面积和放电强度均得到提升，实现了靶面放电与离子输出的双促进。实验设计合理，讨论充分，对HiPIMS技术的开发和应用具有一定的指导意义。

准确预测GaN半导体材料的热导率对GaN基功率电子器件的热设计具有重要意义。本文基于第一性原理计算和经典Debye-Callaway模型，通过分析和完善Debye-Callaway模型中关于声子散射率的子模型，建立了用于预测温度、同位素、点缺陷、位错、薄膜厚度、应力等因素影响的GaN薄膜热导率的理论模型。具体来说，对声子间散射项和同位素散射项基于第一性原理计算数据进行了系数拟合，讨论了两种典型的处理点缺陷和位错散射的散射率模型，引入了应用抑制函数描述的各向异性边界散射模型,并对应力的影响进行了建模。热导率模型预测值和文献中典型实验数据的对比表明，基于第一性原理计算数据拟合的热导率模型和实验测量值总体符合较好，300 K温度附近热导率数值及其随温度变化的趋势存在20%左右的偏差。结合实验数据和热导率模型进一步确认了第一性原理计算会高估同位素散射的影响，给出了薄膜热导率随薄膜厚度、位错面密度、点缺陷浓度的具体变化关系，同位素和缺陷散射会减弱薄膜热导率的尺寸效应，主要体现在100 nm附近及更小的厚度范围。

图1   U过程声子散射率(300 K)和不同密度下参数的比较　(a)位错散射率;(b)点缺陷散射率(缺陷元素为O元素)

本文作者利用第一性原理计算和Debye-Callaway模型建立了GaN薄膜的热导率模型，系统分析了多种影响因素对声子输运的调控规律，从而得出GaN薄膜热导率随多种因素的变化关系，这一工作有助于理解GaN基高频、高功率器件中的热输运性质，激发出相应的潜在解决方案。同时作者的理论分析能和大量已有报道中的实验数据相结合，具有原创性与有趣性。

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2021/4