水是自然界中最重要的物质之一，研究界面或受限体系的水分子动力学具有重要的科学意义。近些年新兴的基于氮-空位(NV)色心的纳米磁共振技术可以同时观测纳米尺度的核磁信号和温度。本文利用单个NV色心成功探测到金刚石表面纳米尺度水分子分别在固态和液态条件下的核磁信号，并通过改变温度成功观测到该纳米尺度水层的固-液相变。实验结果表明，基于NV色心的核磁共振技术可以有效地探测纳米尺度物质的结构和动力学行为，为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供新的探测手段。

图1  利用关联谱方法探测金刚石表面水分子的相变

本文利用NV色心的纳米核磁共振技术同时实现了对温度的监测以及对金刚石表面纳米尺度区域水分子的NMR信号的测量，并通过改变温度观测到纳米尺度水分子的固液相变，得到了较为有价值的结果，为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供了新的探测手段。对研究界面或受限体系的水分子动力学具有非常重要的意义。

提出一种基于图案化石墨烯/氮化镓肖特基二极管与类电磁诱导透明超表面集成的新型太赫兹调制器。通过施加连续激光或偏置电压改变异质结肖特基势垒，进而致使石墨烯的费米能级在价带、狄拉克点与导带之间移动，使得异质结的电导率发生变化。在太赫兹时域光谱上表现出透射振幅的增减变化，并观察到在狄拉克点上的调制行为。因费米能级接近狄拉克点，对外加光电激励非常敏感，施加4.9—162.4 mW/cm²的光功率或者0.5—7.0 V的偏压，调制深度先增加后减小，相位差线性增加，其中最大调制深度达90%，最大相位差为189°，该器件实现了太赫兹波的超灵敏多维动态调制。总之，该图案化石墨烯/氮化镓复合超表面调制器在超灵敏光学设备中存在潜在的应用价值。

图1  PGrGAN@MS样品在(a)没有任何激发、(b)光激发以及(c)电激发三种不同情况下的异质结能带结构示意图

太赫兹波调制器是未来6G无线网络通信、高分辨率成像雷达系统等领域应用中的关键器件，是当前国际上备受关注的研究热点领域之一。近年来的研究表明，图案化石墨烯与另一种半导体材料有效结合将成为超灵敏动态太赫兹调制的一种有前景的新方法。该文提出了一种以图案化石墨烯与氮化镓肖特基二极管结合为基础的、并与电磁诱导透明超表面集成的太赫兹调制器件的研制方法，具有显著的创新性。

磁性材料是信息时代重要的基础材料，不同的磁性基态是磁性材料广泛应用的前提，其中铁磁基态是高性能磁性材料的关键要求。本文针对材料项目数据库中的无机磁性材料数据，采用机器学习技术实现无机磁性材料铁磁、反铁磁、亚铁磁和顺磁基态的分类以及无机铁磁性材料磁矩的预测。提取了材料的元素和结构属性特征，通过两步式特征选择方法分别为磁性基态分类和磁矩预测筛选了20个材料特征，发现材料特征中的电负性、原子磁矩和原子外围轨道未充满电子数对两种磁性性能具有重要贡献。基于机器学习的随机森林算法，构建了磁性基态分类模型和磁矩预测模型，采用10折交叉验证的方法对模型进行定量评估，结果表明所构建的模型具有足够的精度和泛化能力。在测试检验中，磁性基态分类模型的准确率为85.23%，精确率为85.18%，召回率为85.04%，F1分数为85.24%；磁矩预测模型的拟合优度为91.58%，平均绝对误差为0.098 μ_B/atom。本研究为无机铁磁性材料的高通量分类筛选与磁矩预测提供了新的方法和选择，可为新型无机磁性材料的设计研发提供参考。

图1   材料数据集的描述性统计 (a) 磁性基态分布直方图；(b) 晶胞磁矩频数分布图

本文利用机器学习中的随机森林算法，对无机磁性材料的磁性基态以及其磁矩进行了训练和预测。数据结果表明，通过筛选出适当的特征值，作者建立的模型能够达到比较高的精确度（85%左右）。该文对于新型材料的设计和研发具有一定的指导作用。

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差。虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究，但仅局限在观测金属和半导体表面。开尔文探针力显微镜允许在原子尺度利用局域接触势能差直接测量各类平整表面不同位置的电荷，而成为更方便、更精确的电荷表征手段。本文通过在室温下利用开尔文探针力显微镜对Au吸附Si(111)-(7×7)表面的形貌及局域接触势能差原子尺度测量，同时建立相应的吸附模型和第一性原理计算，得到了Au/Si(111)-(7×7)最佳吸附位置的差分电荷密度分布图，并给出了Au在Si(111)-(7×7)表面的最佳吸附位置不定域移动的局域接触势能差关系， 分析了Au原子在吸附过程中与Si表面之间电荷转移的机理。实验结果表明，Au/Si(111)-(7×7)吸附表面的局域接触势能差测量可以进行有效的Au与Si原子识别。本研究对推动表面电荷精密测量的发展具有重要意义。

图1  (a) 吸附在Si(111)-(7×7)表面的Au原子的AFM图像；(c) Au原子吸附在Si(111)-(7×7)表面的LCPD图像. (b)，(d) 吸附的Au原子的AFM和LCPD谱线

本文的主要工作是发展和利用超高真空下的非接触频率调制开尔文探针力显微镜/术，系统研究了金属原子Au在Si(111)上的结构及其局域接触势差，无论在先进仪器技术方法上还是在金属/半导体界面电荷转移测量研究上，都是一项有意义的工作。

Sb₂Se₃是一种低成本、环境友好、具有良好应用前景的光伏材料。目前Sb₂Se₃太阳能电池的光电转换效率已经提高到了10%，载流子复合动力学是决定Sb₂Se₃太阳能电池光电转换效率的关键因素。本文利用飞秒时间分辨表面瞬态反射谱详细分析了Sb₂Se₃表面、Sb₂Se₃/CdS界面载流子复合动力学过程。根据相对反射率变化ΔR/R的演化，得到Sb₂Se₃载流子热化、带隙收缩时间约为0.2—0.5 ps，估计热载流子冷却时间为3—4 ps。还实验证实在Sb₂Se₃/CdS界面处存在自由电子转移和浅束缚电子转移两种电子转移过程。本文提供了Sb₂Se₃表面瞬态反射谱分析方法，所得实验结果拓展了对Sb₂Se₃表面及Sb₂Se₃/CdS界面载流子过程的理解。

图1  Sb₂Se₃/CdS界面处的主要载流子过程(CB，导带；VB，价带)

本文的实验结果有助于人们对理解Sb₂Se₃中载流子动力学行为。

二维材料具有原子级光滑表面、纳米级厚度和超高的比表面积，是研究金属纳米颗粒与二维材料的界面相互作用，实时、原位观察金属纳米颗粒的表面原子迁移、结构演化和聚合等热力学行为的重要载体。设计和构筑金属纳米颗粒与二维材料异质结构界面，在原子尺度分析和表征界面结构，揭示材料结构和性能之间的相互关系，对于理解其相互作用和优化器件性能具有重要价值。本文总结了近年来金属纳米颗粒在二维材料表面成核、生长、结构演化及其表征的最新进展，分析了金属纳米颗粒对二维材料晶体结构、电子态、能带结构的影响，探讨了可能的界面应变、界面反应，及其对电学和光学等性质的调控，讨论了金属纳米颗粒对基于二维材料的场效应管器件和光电器件的性能提升策略。为从原子、电子层次揭示微结构、界面原子构型等影响金属纳米颗粒-二维材料异质结性能的物理机制，为金属-二维材料异质结构的研制及其在电子器件、光电器件、能源器件等领域的应用奠定了基础。

图1  缺陷和晶界对金属纳米颗粒在二维材料上成核的影响　(a)—(c) AC-TEM图像显示Au纳米团簇在800 ℃下从石墨烯孔的边缘移动到缺陷位置(红色虚线圆圈)^[1]；(d)—(g) Pt纳米颗粒在单层MoS₂的晶界处选择性成核^[2]

本文对于构筑金属纳米颗粒与二维材料异质结构界面，在原子尺度分析和表征界面结构，揭示材料结构和性能之间的相互关系具有较好的参考价值。综述数据充足，可读性较好，表达较为准确。

[1] Chen Q, He K, Robertson A W, Kirkland A I, Warner J H 2016 ACS Nano 10 10418

[2] Wang S, Sawada H, Han X, Zhou S, Li S, Guo Z X, Kirkland A I, Warner J H 2018 ACS Nano 12 5626

纳秒级高压脉冲电场的生物医学应用是近年来新兴的交叉学科研究领域，相比于微秒和毫秒级脉冲电场，高压纳秒脉冲电场不仅能够导致细胞膜结构极化和介电击穿，产生膜电穿孔，还可以穿透至细胞内部，引发诸如细胞骨架解聚、胞内钙离子释放及线粒体膜电位耗散等细胞器生物电效应，吸引了学术界的广泛关注。本文首先介绍高压纳秒脉冲电场及其细胞器生物电作用的物理模型；然后对高压纳秒脉冲电场与细胞骨架、线粒体、内质网、细胞核等亚细胞结构的相互作用研究进行综述和总结；强调高压纳秒脉冲电场的细胞器作用与细胞死亡、细胞间通信等生物效应之间的联系；最后，凝练当前高压纳秒脉冲电场在生物医学研究中的关键技术问题，并对未来潜在的研究方向进行展望。

图1  PEFs导致的细胞膜EP示意图

本文综述了纳秒脉冲电场对亚细胞结构的影响，调研了从2000年至今发表的相关文献。参考文献搜集比较全面，对纳秒脉冲电场与亚细胞结构的作用论述较为系统，有助于理解该领域的重要基础研究成果。

报道了国内首次实现出光功率达到毫瓦量级的单横模1550 nm波段垂直腔面发射半导体激光器(vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL)。设计了基于InAlGaAs四元量子阱的应变发光区结构；设计并制备了具有隧穿特性的台面结构，实现了对载流子空穴的高效注入及横向模式调控；采用半导体分布式布拉格反射镜与介质反射镜结合的方式制备了1550 nm VCSEL的反射镜结构。VCSEL中心波长位于1547.6 nm，工作温度为15 ℃时最高出光功率可达到2.6 mW，最高单模出光功率达到0.97 mW，最大边模抑制比达到35 dB。随着工作温度增加，激光器最高出光功率由于发光区增益衰减而降低，然而35 ℃下最大出光功率仍然可以达到1.3 mW。激光器中心波长随工作电流漂移系数为0.13 nm/mA，并且激光波长在单模工作区呈现出非常一致的漂移速度，在气体探测领域具有很好的应用潜力。本研究为下一步通过高密度集成获得高功率1550 nm VCSEL列阵奠定了基础。

图1  工作温度为15 ℃时，(a) VCSEL在不同电流下的单模激光光谱，以及(b)出光波长与SMSR随工作电流的变化关系

本文报道了出光功率毫瓦量级的单横模1550 nm波段垂直腔面发射半导体激光器，模拟了量子阱能级、量子阱增益，制作出了器件并进行了IV、光谱、SMSR的测试。该研究具有一定的意义和应用前景。

宇宙射线缪子吸收成像技术是一种无损成像技术，适用于对大尺度的成像目标进行无损探测。考古学中现有的无损探测方法均存在一定的局限性，若将缪子吸收成像技术应用于考古领域，可以作为对传统无损探测方法的重要补充。本文使用蒙特卡罗GEANT4程序，对秦始皇陵地宫缪子吸收成像进行研究，基于已有的秦始皇陵考古数据构建秦始皇陵地宫模型，根据Reyna提出的海平面缪子能谱公式抽样产生缪子源的信息，模拟了宇宙射线缪子在秦始皇陵地宫中的输运过程，并利用图像重建算法实现墓室大小和位置的重构。模拟结果表明，利用单视角获得的缪子通量投影数据可以给出地宫中墓室边界的二维角坐标，利用两个视角的投影数据可以重建墓室大小和三维位置，重建得到的墓室边长和墓室中心位置相对于理论值的差异在7%左右。

图1  两个测量点得到的f(θ, φ)的二维投影图 (a)测量点1；(b)测量点2

这篇文章提出使用缪子吸收成像来进行无损考古研究秦始皇墓，是非常好的创意，对开拓考古方法有一定参考意义。

《物理学报》2022年第6期全文链接：