GaAs光电导天线是太赫兹电磁波的重要辐射源之一，天线阵列可以提高THz波的辐射强度，因而光电导天线及阵列一直以来备受瞩目。本文采用CST Microwave Studio软件对光电导天线阵列辐射太赫兹电磁波的特性进行仿真计算。根据电流瞬冲模型计算了激光入射到GaAs光电导天线时产生的脉冲光电流，并作为激励源对光电导天线的辐射性能进行仿真计算，分析了天线结构和衬底材料对辐射太赫兹波的影响。在此基础上计算了GaAs光电导天线阵列辐射太赫兹波的远场辐射。仿真结果表明：光电导天线阵列辐射太赫兹波的方向性更强，主波瓣宽度减小，其远场辐射符合电场叠加的倍数关系。研制了1 × 2 GaAs光电导天线阵列，实验测试结果与仿真结论相一致，为制备多阵元太赫兹光电导天线阵列奠定了理论和实验基础。

图1  2 × 2天线阵列的时域谱

用光电导天线阵列产生太赫兹波是太赫兹时域光谱技术的重要课题，可以有效提高太赫兹波的辐射功率。多年来尚未见到合成度接近于100%的报道。该文通过数值计算和模拟分析从理论上研究了2×2光电导天线阵列的太赫兹辐射特性，并设计制备了一种1×2光电导天线阵列，通过实验测试，验证了光电导天线阵列的远场宽谱辐射符合电场叠加的倍数关系，测试结果也表明，1×2光电导天线阵列辐射太赫兹波的合成度达到了98%以上。实验测试结果与仿真分析相一致，具有先进性和创新性。

低维金属卤化物由于其优异的光学性能吸引了广泛的关注，尤其是零维金属卤化物，由于其孤立八面体的结构特性能提高辐射复合概率。本文报道了一种零维金属卤化物Rb₇Bi₃Cl₁₆，通过Sb³⁺掺杂后，在613 nm处出现宽带的橙黄色发射，当Sb³⁺掺杂浓度为30%时该最高光致发光量子效率可达30.7%。这种高效发光来源于电子与晶格的强相互作用产生的自陷激子，进一步通过光学性能表征研究自陷激子发光的具体物理机制和能量传递过程，单重态¹P₁上的电子态通过系间窜越过程弛豫到三重态³P₁，强烈的橙黄色发射来自于三重态³P₁→¹S₀辐射复合过程。此外，Sb³⁺掺杂Rb₇Bi₃Cl₁₆具有良好的稳定性，采用Sb³⁺:Rb₇Bi₃Cl₁₆为发光材料的发光二极管(LED)色坐标为(0.4886， 0.4534)，色温为2641 K，在LED领域具有重要应用前景。

图1  30%Sb³⁺离子掺杂Rb₇Bi₃Cl₁₆样品的光学性能　(a) 吸收光谱；(b) PLE光谱(发射波长613 nm)；(c) PL光谱(激发波长380 nm)；(d) 光致发光强度和峰位随Sb³⁺离子掺杂浓度的变化关系；(e) 不同发射波长下测得的PLE光谱；(f) 不同激发波长测得的PL峰位变化图

零维金属卤化物由于其优异的光电子性能，近年来成为研究热点之一。这篇文章通过简单的化学合成路线，制备了零维Rb₇Bi₃Cl₁₆金属卤化物，通过Sb³⁺掺杂对金属卤化物的光学性能进行改性，得到明亮橙黄光发射，研究了不同Sb³⁺掺杂浓度对Rb₇Bi₃Cl₁₆的晶体结构和光学性能的影响，同时也深入研究了其发光物理机制和能量传递过程，并且也在LED方面具有很好的应用。

Frame等提出采用特征矢量延拓方法求解关联量子模型的高维多体波函数：当模型哈密顿矩阵包含光滑变化的参数时，其特征矢量随参数变化的轨迹集中在1个低维的子空间中，因此可以将哈密顿量投影到该子空间的一组基矢量来简化求解(Frame D, He R Z, Ipsen I, Lee D, Lee D, Rrapaj E 2018 Phys. Rev. Lett.121 032501)。但是他们没有明确给出轨迹子空间的维度以及其与模型大小之间的联系。本文系统研究了大小不同的反铁磁Heisenberg链模型，其交换相互作用随参数光滑变化。首先通过主成分分析方法分别确定了包含4个自旋的模型和包含6个自旋的模型的基态多体波函数矢量轨迹子空间，并分别绘制了子空间中的轨迹。然后分析了包含8,⋯,14个自旋的模型基态矢量轨迹的主成分分量，并指出：当采用特征矢量延拓方法求解反铁磁Heisenberg链模型基态时，所需基矢数目随模型所包含自旋个数的增加而增加。本文研究可用于指导采用特征矢量延拓方法求解包含更多自旋的反铁磁Heisenberg链模型哈密顿量。

图1  (a) 采用特征矢量延拓方法求解随θ变化的Heisenberg链基态能量所需基矢数目与其所含自旋个数之间的关系; (b) L=16的Heisenberg链在10维和6维空间中分别求得的基态能量

量子关联系统的希尔伯特空间维度往往随着粒子数的增加而指数上升，如何降低计算量节省计算成本是该领域的前沿问题。Frame提出了特征矢量延拓方法，即将高维空间投影到低维空间。虽然该方法可以部分降低计算成本，但是该方法仍存在多种问题。这些问题主要来源于我们无法准确获悉子空间维度与粒子数目之间的准确关系。为此，作者等人利用主成分分析的机器学习方法，研究基矢数目随着自旋个数变化而变化的本征数值问题，并进行了深入分析。给出了采用特征矢量延拓求解基态能量所需的基矢数目随着自旋个数增加而增加的函数，该工作可用于进一步指导该方法求解更大更多海森堡链模型哈密顿量，为后续研究作重要基础。

将液滴沉积在高于Leidenfrost温度的表面上，液滴将悬浮在自身的蒸汽垫上，这使液滴具有惊人的移动性，通常通过构造不对称的微纳结构表面对液滴下方的蒸汽流进行校正，实现液滴自驱动，但液滴运动方向和液滴输运速度(10—40 cm/s)具有局限性。本实验构造Leidenfrost传热面和撞击面，Leidenfrost传热面用于悬浮液滴并为其提供足够的能量，当Leidenfrsot液滴(燃料)与撞击面(点火器)接触时，粗糙环的大量微/纳米腔不仅会向液滴产生额外的辐射热量，而且还会提供成核点以在约10 ms内触发爆炸沸腾，利用周期性爆炸沸腾产生的脉冲推力F_th实现液滴自驱动。液滴运动初始阶段由于惯性力F_i占主导，液滴撞击多为镜面反射，液滴运动轨迹较为混乱，随着液滴直径减小，脉冲推力F_th占主导，液滴轨迹通过Leidenfrost传热面中心。同时液滴输运速度高达68.91 cm/s，这是在以往微纳结构表面液滴自驱动从未实现的。这一发现为高温下操纵液滴提供了新的思路，有望在微流控和传热等两相系统中得到重要的应用。

图1  液滴整个寿命周期内液滴运动轨迹　(a)在T_w = 223.0 ℃，T_r = 191.4 ℃下，液滴在粗糙环的运动轨迹；(b)在T_w = 223.0 ℃, T_r = 191.4 ℃下，液滴在抛光环的运动轨迹；(c)在T_w = 304.5 ℃, T_r = 256.3 ℃下, 液滴在粗糙环的运动轨迹

本文研究拓展了人们关于液滴在高于Leidenfrost温度表面上运动过程的认识。

近年来，二维铁磁材料由于其在自旋电子学领域中十分广阔的应用前景受到广泛关注。单层CrBr₃是具有本征铁磁性的半导体，是自旋电子器件的潜在候选材料。然而，单层CrBr₃的居里温度较低，限制了其在自旋电子器件领域的应用。本文基于密度泛函理论，研究了3d过渡金属(TM)原子 (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu和Zn)掺杂单层CrBr₃的磁学和电学性能。计算结果表明，TM原子掺杂后，体系总磁矩呈现先增加再减小的趋势。并且TM原子掺杂能够显著提高单层CrBr₃的居里温度(T_C)，实现了铁磁稳定性的增强。其中，Sc掺杂CrBr₃体系的T_C与本征CrBr₃相比提高了159%。铁磁稳定性的增强归因于掺杂体系 (TM-CrBr₃) 中直接交换和超交换相互作用之间的竞争。此外，依赖于不同的TM原子掺杂，TM-CrBr₃体系表现出半金属性和自旋零带隙半导体性质。本文的研究结果为单层CrBr₃在纳米电子和自旋电子器件中的应用开辟了新的前景。

图1  在300 K下, TM-CrBr₃掺杂体系的H构型在5 ps后分子动力学模拟的结构示意图

该工作利用掺杂工程，对二维铁磁材料CrBr₃中的3d过渡金属原子的填隙杂质缺陷进行了系统的第一性原理理论研究，发现掺杂后的CrBr₃的磁学和电学性质满足某种周期律的特点，并与杂质原子的物理化学特性息息相关。具体而言，3d过渡金属掺杂后，体系总磁矩呈现先增加再减小的趋势，并且过渡原子掺杂能够显著提高体系的居里温度。同时，过渡金属掺杂可以使单层CrBr₃体系表现出诸如半导体、金属、半金属和自旋零带隙半导体等多种电学性质，具有潜在的自旋电子学方面的应用。

量子弱测量过程中适当的弱值可用于放大微弱物理参数并提高参数评估的精度，这种参数评估精度的提高可能来源于体系中的纠缠。本文借助Fisher信息，研究了系统中的纠缠和系统与探针间的纠缠对弱测量过程中系统与探针间耦合参数的评估精度的影响，分析了系统初态分别为类GHZ态的纠缠纯态和受退极化噪声影响的纠缠混态的纠缠，以及系统和探针间的纠缠对参数评估的影响。研究表明，当系统初态为类GHZ态的纠缠纯态和受退极化噪声影响的纠缠混态时，Fisher信息随系统初态纠缠度的增大而增大，且系统初末态均为最大纠缠态时，Fisher信息和后选择概率均达到最大；但系统与探针的纠缠越弱，测量能获得的Fisher信息越多，参量估计的精度越高。此研究结果表明系统中的纠缠会提高参数评估精度，而系统与探针间的纠缠则会降低参数评估的精度。

图1  类GHZ态的纠缠纯态的纠缠度E_s^(p)随参数θ的变化曲线, 绘制了θ={0, π/2}的范围

文章主要研究了纠缠和系统指针间的纠缠对弱测量过程中系统与指针间耦合参数的评估精度的影响，尤其是系统初态对参量估计精度的影响，取得了一定的研究成果。给出了两条主要结论：（1）系统初态为最大纠缠态时，后选择概率和Fisher信息能够达到最大；（2）系统与指针之间的纠缠越弱，获得的Fisher信息越多，参数估计的精度越高。文章表述思路清晰，结果明确，完整地呈现了研究方法和研究结果。

闪烁体探测器是辐射物理领域重要的探测器件，闪烁体作为其中的核心部分，其特性受到广泛研究，特别是闪烁体在高激发密度下的非线性效应由于其对测量结果的直接影响而得到格外关注。本文结合目前国内外闪烁体发光的相关理论，以载流子方程为基础，量化分析了激子的二阶猝灭效应对于载流子动力学过程的影响，着重计算分析了脉冲测量场景下不同激发密度产生的不同初始载流子浓度对于闪烁体光衰减曲线、光产额以及效率的影响。接着利用光致激发实验，研究了CeF₃闪烁体光产额与激发密度的关系，并利用载流子猝灭模型对实验数据进行了拟合，拟合曲线与实验数据一致性较高，并得到了CeF₃闪烁体10%非线性效应对应的能量密度阈值。通过本文研究工作建立的物理模型，结合不同的模型参数，可以实现多种闪烁材料发光非线性特性的预测和解释，对于理解及解决实验中遇到的闪烁体在高激发密度下产生的非线性效应问题具有重要作用。

图1  CeF₃的Z扫描实验数据及拟合曲线

同行评价

文章实验结果可靠，数据分析解释准确，对本领域研究人员有借鉴意义。

基于第一性原理计算方法研究了二维XO₂ (X = Ni, Pd, Pt)的稳定性、弹性、电子结构和热导率。计算结果显示，二维XO₂同时具备较好的机械和动力学稳定性。此外，二维NiO_2，PdO₂和PtO₂的杨氏模量分别为124.69 N/m，103.31 N/m和116.51 N/m，泊松比分别为0.25, 0.24和0.27, 并呈现各向同性。电子能带结构表明，二维XO₂ (X = Ni, Pd, Pt)为间接带隙半导体，计算能隙分别为2.95 eV, 3.00 eV和3.34 eV，且价带顶和导带底的能级主要由Ni-3d, Pd-4d, Pt-5d和O-2p轨道电子组成。通过畸变势理论计算载流子迁移率，结果显示二维XO₂ (X = Ni, Pd, Pt)沿armchair和zigzag方向的有效质量和形变势表现出明显的各向异性，电子/空穴的迁移率最高分别为13707.96/53.25 cm²·V^–1·s^–1，1288.12/19.18 cm²·V^–1·s^–1和404.71/270.60 cm²·V^–1·s^–1。此外，在300 K温度下，二维XO₂ (X = Ni, Pd, Pt)的晶格热导率分别为53.55 W·m^–1·K^–1，19.06 W·m^–1·K^–1和17.43 W·m^–1·K^–1，这表明二维XO₂ (X = Ni, Pd, Pt)在纳米电子材料和导热器件方面具备应用潜力。

图1  二维XO₂ (X = Ni, Pd, Pt)电子局域函数　(a) NiO₂; (b) PdO₂; (c) PtO₂

本文基于第一性原理计算了几种二维金属氧化物XO₂结构机械，电学和热学性质。文章选题有趣，结果详实，可为二维金属氧化物的应用提供理论基础。

《物理学报》2021年第24期全文链接：