锂是熔盐堆燃料载体盐的主要材料之一，其中子核反应截面数据是熔盐堆芯中子物理设计及堆芯长期安全运行中的重要基础数据。本工作基于中国散裂中子源反角白光中子束线(CSNS Back-n)飞行时间谱仪，利用中子全截面测量谱仪(NTOX)，采用透射法测量了天然锂中子全截面。实验中，中子飞行距离约为76.0 m，采用15.0 mm和8.00 mm两种厚度的天然锂金属样品，在0.4 eV—20 MeV中子能量范围内测得了统计计数较好的中子全截面。特别是在keV及以下能区增补了实验数据，为锂的核数据评价工作提供了更加丰富和可靠的实验数据。在此基础上，采用1/v律和R矩阵理论对MeV以下能区的新测量数据进行了理论分析，获得了⁷Li和⁶Li在260 keV能量附近的中子共振参数。

图1   实验测得的天然锂中子全截面数据与IRDFF评价数据库中的数据 (1 b = 10^–28 m²)

中子诱发锂核反应截面数据是熔盐堆芯中子物理设计及长期安全运行的重要基础数据。本工作实验在中国散裂中子源反角白光中子束线上，利用飞行时间法和中子全截面测量谱仪，在0.4 eV-20 MeV的中子能量范围内，测量了天然锂的中子全截面，填补了部分能区的实验数据，并通过理论分析获得了260 keV附近的共振参数。本工作测量的核数据具有重要意义。

原文链接        PDF

传感器作为物联网技术的基石，在人们的生产生活中发挥着重大作用。其中，基于隧穿磁阻效应(tunneling magnetoresistance，TMR)的磁传感器具有灵敏度高、尺寸小、功耗低等优点，在导航定位、生物医学、电流检测和无损检测等领域具有极大的应用前景。本综述以TMR传感器技术路线的发展为核心，囊括了从基本传感单元到三维空间磁场检测，再到实际应用的多个研究重点。首先，介绍了TMR传感器发展历程并阐明其基本工作原理，讨论了提高单个传感单元磁隧道结输出线性度的方法。接下来，详细介绍了传感器的重要电路结构—惠斯通电桥，以及制备TMR全桥结构的多种工艺方法。进一步，从三维空间磁场检测这一市场需求入手，深入讨论了基于TMR传感器的三维传感结构的设计和制备方法。同时，以传感器灵敏度和噪声水平这两大基本性能为切入点，列举了TMR传感器性能的优化方案。最后，本文对TMR传感器的应用展开了详细介绍，以自旋麦克风，生物传感器两个新兴应用为例，对TMR传感器未来在物联网中的发展和应用进行了展望。

图1  惠斯通全桥制备方法 (a) 机械组装式；(b) 局部退火式；(c) 分区域光刻式；(d) 后退火式

本篇文章以 TMR 传感器技术路线的发展为核心，首先介绍TMR传感器的发展历程，再从基本传感单元的原理到磁隧道结输出线性度的方法。文章结构脉络明朗，语言流畅，且表格清晰，简单易懂，文章作者准确提出了TMR传感器发展过程中每一部分存在的主要问题。

原文链接        PDF

量子通信是量子科学技术的一个重要研究领域，是一种利用量子力学原理，能够在合法各方之间安全地传输私密信息的通信方式。基于单光子的确定性安全量子通信通常需要在发送方和接收方之间来回两次传输单光子态，并利用局域幺正变换加载信息。本文提出了一种单向传输单光子态的确定性安全量子通信方案。发送方利用单光子的极化和time-bin两自由度构成的两组共轭基矢量来编码经典逻辑比特。接收方通过设计合适的测量装置可以在发送方辅助下确定性地获取比特信息并感知窃听，从而实现信息的确定性安全传输。另外，我们的协议使用线性光学元件和单光子探测器，可以在当前的量子通信装置上实现。

图1  量子逻辑比特制备示意图。HWP：半波片，光轴与水平方向的夹角θ=0，穿过它的光子极化状态保持不变，θ=π/4，对穿过它的光子执行以下操作：|H ⟩→|V ⟩，|V ⟩→|H ⟩；SWi(i=1，2，3)：开关，处于T状态时，光子直接透过器件，处于R状态时，光子将被反射；H1：光轴角度为π/8的半波片，对经过的光子进行以下操作：|H ⟩→|+⟩，|V ⟩→|−⟩；PBS1，PBS2：极化分束器，将透射|+⟩光子，反射|−⟩光子；PM：相位调制器，产生φ=0或φ=π的相位差；BS1：50∶50分束器

量子保密通信是量子信息科学的一个国际前沿研究领域，是当前物理学的一个研究热点。先前的确定性量子通信方案主要包括确定性（Deterministic secure quantum communication，DSQC）和量子安全直接通信（Quantum secure direct communication，QSDC）。前者利用量子信道生成确定性的密钥，后者使用块传输技术和量子存储技术直接在量子信道中传输明文。它们往往需要使用双向量子通道，并由通信过程中的一方对单光子施加酉操作加载信息。该论文提出的基于单光子双量子态的确定性安全量子通讯方案使用了单向量子信道和经典信道。利用一次单向量子信道，该方案可以实现DSQC；利用两次单向量子信道，该方案可以实现类似于QSDC 的直接通信。该论文给出的确定性量子通信方案简单合理，结合了DSQC和QSDC的优势，避免了对量子存储等技术的需要，在量子保密通信方面将具有重要的应用前景。

原文链接        PDF

高阶拓扑绝缘体是近年来发现的一类具有特殊拓扑相的新型拓扑绝缘体，目前已在光学、声学等多种经典波系统中实现。本文采用数值模拟方法研究了一种二维声学蜂窝结构，通过调节胞内和胞间耦合波导管，使体能带发生反转诱导拓扑相变，进而利用拓扑相构建出声学二阶拓扑绝缘体。蜂窝结构的拓扑性质可以用量子化的四极矩Q_ij表征，当Q_ij=0时，系统是平庸的；而当Q_ij=1/2时，系统是拓扑的。基于该蜂窝结构，分别研究了六边形和三角形结构的声学高阶态，在两种构型的蜂窝结构中均观测到了孤立的零维角态，研究结果表明只有存在钝角的六边形结构对缺陷具有鲁棒性，受拓扑保护。本文的拓扑角态丰富了高阶拓扑绝缘体的研究，同时可为紧凑声学系统中的鲁棒限制声提供一条新途径。

图1  (a)六边形蜂窝结构；(b)和(c)分别为拓扑和平庸六边形蜂窝结构的本征频谱；黑色、蓝色和红色的点分别表示体态、边界态和角态。 (d)—(f)分别为体态(1327.5 Hz)、边界态(1543.4 Hz)和角态(1566.1 Hz)的本征场分布。在(f)的插图中给出了角点的顺时针箭头表示赝自旋向下，符号“±”类似于拓扑荷

本文构建了一种二维声学蜂窝结构，通过调节胞间与胞内的耦合强度，在非平庸的三角和六边蜂窝结构中发现了高阶拓扑物态，证明了角态可以存在于多种结构以及不同角度的角当中。高阶拓扑绝缘体是当前凝聚态物理的研究热点内容，选题新颖，文章思路清晰。

原文链接        PDF

单扫描时空编码磁共振成像是一种新型超快速磁共振成像技术，它对磁场不均匀和化学位移伪影有较强的抵抗性，但是其固有的空间分辨率较低，因此通常需要进行超分辨率重建，以在不增加采样点数的情况下提高时空编码磁共振图像的空间分辨率。然而，现有的重建方法存在迭代求解时间长、重建结果有混叠伪影残留等问题。为此，本文提出了一种基于深度神经网络的单扫描时空编码磁共振成像超分辨率重建方法。该方法采用模拟样本训练深度神经网络，再利用训练好的网络模型对实际采样信号进行重建。数值模拟、水模和活体鼠脑的实验结果表明，该方法能快速重建出无残留混叠伪影、纹理信息清楚的超分辨率时空编码磁共振图像。适当增加训练样本数量以及在训练样本中加入适当的随机噪声水平，有助于改善重建效果。

图1  不同成像序列和重建方法得到的水模图像，红色矩形所围区域放大显示于相应图的左下角

单扫描时空编码磁共振成像是一种新型超快速磁共振成像技术，它对磁场不均匀和化学位移伪影有较强的抵抗性，但是其固有的空间分辨率较低，因此通常需要进行超分辨率重建。该文提出了一种基于深度神经网络的单扫描时空编码磁共振成像超分辨率重建方法，数值模拟、水模和活体鼠脑的实验结果表明，该方法能快速重建出无残留混叠伪影、纹理信息清楚的超分辨率时空编码磁共振图像。该文提出的新方法具有较好的应用价值。

原文链接        PDF

等离子体层嘶声波对电子的散射损失是地球内外辐射带之间的槽区(1.8 ≤ L ≤ 3)形成的主要机制。冷等离子体色散关系被广泛地运用于量化嘶声波对高能电子的散射效应研究中，而在真实的磁层环境中，热等离子体的存在会修正嘶声波的色散特性。基于范阿伦双星的观测数据，对比了利用磁场观测数据得到的槽区嘶声波观测幅值和反演幅值，并研究了空间位置与地磁活动水平对嘶声波冷等离子体色散关系适用性的影响。结果表明，冷等离子体近似整体上高估了嘶声波的幅值，观测幅值与反演幅值的差异有着很强的日夜不对称性，而没有明显的地磁活动强度依赖性。此外发现，波动磁场的反演强度在低频(高频)处显著低于(高于)观测强度，意味着冷等离子体近似整体上高估(低估)了嘶声波对槽区较低(较高)能量电子的散射强度。研究证明，槽区嘶声波冷等离子体色散关系的适用范围有很强的空间区域与频率局限性，这对深入理解槽区电子的动态演化过程有非常重要的意义。

图1  嘶声波观测幅值与反演幅值比值(log₁₀(B_obs/B_cvt))的(a)均值与(b)方差随L和MLT的全球二维统计分布；(c)—(f) 比值的均值与方差在不同MLT区间随L-shell的一维统计分布；(g)—(j)在不同L-shell区间随MLT的一维统计分布

为了深入理解辐射带动力学过程，作者在本文探讨了冷等离子体色散关系在对卫星观测到的槽区嘶声波的研究结果，这对今后开展太空槽区电子的动态演化过程研究有重要意义。作者最后得到的三条重要结论，对今后开展热等离子体效应的嘶声波色散关系模型和电子损失模型对定量分析嘶声波对槽区形成的作用和深入理解空间辐射带的动力学过程都有极为重要的意义。

原文链接        PDF

非线性调频(NLFM)信号在雷达、通信、信号处理中应用广泛，该类信号所激励下的非线性系统响应有着丰富的信息，通过共振来增强NLFM信号具有一定实际意义与价值。本文主要研究了受到不同类型NLFM信号所激励的非线性系统共振现象，提出了实时尺度变换方法来处理高频NLFM信号，克服人为选择造成信号输出响应较差的缺点。同时，提出实时谱放大因子作为共振评价指标，准确评价NLFM信号激励下的系统共振响应，讨论系统参数对系统最优共振响应的影响，参数选择在合理的区间内即可实现最优共振响应，不仅实现信号特征的大幅增强，还保持信号时频特征的连续性。最后，将实时尺度变换方法和固定尺度变换方法进行对比，说明所提方法处理NLFM信号的优越性。

图1  实时谱放大因子η与系统参数a₁，b₁的关系图 (仿真参数为m = 2，β₀ = 100)

该文主要研究了受到不同类型 NLFM 信号所激励的非线性系统共振现象，提出了实时尺度变换方法来处理高频的NLFM 信号，克服了人为选择造成信号输出响应较差的缺点。同时，提出了实时谱放大因子作为共振评价指标，讨论了系统参数对系统最优共振响应的影响，在合理的区间内选取参数即可实现最优共振响应。最后，将实时尺度变换方法和固定尺度变换方法进行了对比，说明了所提方法处理NLFM 信号的优越性。

原文链接        PDF

本文研究了经局部塑性变形后，Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在原子尺度上的结构演变及其对合金显微硬度的影响。借助砂纸作为传力的媒介，充分放大了作用于带材表面上的等效压力，发生塑性变形后合金表面产生了大量的剪切带。基于倒空间和实空间的同步辐射X射线衍射分析，在塑性变形后，合金结构的致密度增大，过剩自由体积被排出，并由此揭示了Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在短程及中程尺度上原子协同重排行为。结合高分辨透射电子显微镜观察的结果，Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在发生塑性变形后，结构不均匀的程度将会加剧。此外，不同于单轴加载下金属玻璃的加工软化，Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在发生局部塑性变形后，维氏硬度增大，表现出局部的加工硬化行为。从自由体积的角度看，合金表面的大量剪切带可能是由于剪切带影响区域的重叠和交叉发生相互作用，并加速原子迁移，使自由体积湮灭的速率大于产生速率。

图1 (a) Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃的结构因子S(q)，插图是第一峰附近的局部放大曲线(数据沿S(q)轴进行了移动)；(b) S(q)中第一个峰的峰位和FWHM；(c) Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃的约化对分布函数G(r)，其中虚线标记了特征峰的位置；(d) 通过减去未变形样品的数据得到的G(r)的差异；(e)获取随方位角变化的衍射图谱的示意图；(f) 由pseudo-Voigt函数拟合S(q)中第一个峰的峰位与方位角的函数，插图是由正弦函数拟合得出的振幅

本文巧妙地使用了砂纸作为压力传递介质，实现了非晶合金条带大量局域剪切带的产生，并发现了一些有趣的现象和结果。数据丰富翔实，讨论细致，加深了对于非晶合金非均匀性结构和性能的理解。

原文链接        PDF

为了满足日益增加的集成光子器件设计的需求，本文研究了一种铌酸锂/钠表面等离子体波导(LiNbO₃/Na surface plasmonic waveguide，LNSPW)，并利用LNSPW构成电光可调的定向耦合器(directional coupling，DC)。利用有限元方法(finite element method，FEM)对波导的模式特性和耦合器的耦合特性进行了分析。结果表明，随着波导尺寸的增大，传播长度可达约200 μm，归一化有效模场面积小于0.4。通过调节耦合间距(W_gap)、耦合长度(L_C)和工作波长(λ)等参数，铌酸锂钠表面等离子体波导构建的定向耦合结构可实现3 dB耦合。当W_gap = 100 nm和L_C = 17 μm时，DC在V₀ = 53 V时可实现3 dB耦合，且具有较好的方向性和隔离度。LNSPW的研究为实现可调的DC提供了一种可行的方案，在集成电光可调器件研究领域有潜在的应用前景。除此之外，LNSPW还可广泛应用于非线性光学、光信号处理及光全息存储等领域。

图1  (a) LNSPW构成的电光可调DC示意图；(b) DC x-y截面；(c) DC x-z截面

酸锂铌是光电集成中极其重要的材料，一直是领域内的热点关注材料。基于前期他人的研究工作，作者期望利用介质和金属交界常出现的表面等离子体效应，实现光与电子耦合振荡后，突破衍射极限、增强场局域效应。提出了一种结合铌酸锂材料和钠基表面等离子体的铌酸锂/钠基表面等离子体波导，并构建了一种电光可调的定向耦合器。为实现上述效应，采用金属钠膜制备与酸锂铌的异质结，并期望实现可调节的光芯片器件。依据设计的结构，作者利用有限元方法模拟了铌酸锂/钠基表面等离子体波导，并利用参数化扫描方法分析了波导几何尺寸参数对波导性能的影响以及对相关机理做了简单的分析。这个构想对光电集成的设计和应用有很大的借鉴。

原文链接        PDF

双模纠缠态是量子信息领域一种重要的量子资源，本文基于四波混频过程从理论上提出了对双模纠缠态的单个模式(单模放大方案)和对双模纠缠态的两个模式(双模放大方案)的放大。利用光学分束器模型来模拟在光学传输过程中损耗引入的真空场噪声，利用部分转置正定判据分析了两种不同的放大方案中四波混频过程的增益对初始双模纠缠态的纠缠程度的影响。结果表明，在特定的损耗情况下，两个方案中初始双模纠缠态的纠缠度都随增益的增大而减小，直至消失，且双模放大方案中初始双模纠缠态纠缠消失得比单模放大方案中更快。本文的理论结果为实验上实现基于四波混频过程的双模纠缠态的放大奠定了理论基础。

图1  一种对EPR光束进行单模放大的方案 (a) 对EPR光束进行单模放大的系统简图；(b) ⁸⁵Rb D1线的双Λ能级结构

四波混频可以产生纠缠光子对，为了产生更多光子的纠缠，可以使用级联的四波混频技术，然而级联的四波混频会对纠缠度产生一定的影响，作者从理论的高度探讨级联四波混频的增益对量子纠缠的影响，所使用的理论是扎实可靠的和具有说服力的。

原文链接        PDF

近年来超导量子计算的研究方兴未艾，随着谷歌宣布首次实现“量子优势”，这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注。超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件，通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差，可对量子态进行精确调控，从而实现量子计算和量子信息处理。超导量子比特有着诸多方面的优势，很有希望成为普适量子计算的核心组成部分。以铌或其他硬金属(如钽等)为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件(简称铌基器件)拥有其独特的优点以及进一步发展的空间，目前已引起越来越多的兴趣。本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理，进而按照器件加工的一般顺序，从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺，为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程。最后，介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子，并对器件制备的工艺与方法的优化做展望。

图1  Xmon超导量子比特  (a) 器件照片；(b) 约瑟夫森结区放大图；(c) 电路示意图

该论文从原理、工艺、表征等方面综述了铌等VB族元素作为外电路的超导量子比特和JPA等辅助器件的进展，内容比较完整，逻辑比较清晰。

原文链接        PDF

《物理学报》2022年第5期全文链接：