在拓扑系统中，探索相互作用引起的新奇的拓扑泵浦现象日益受到人们的关注，其中包括由相互作用诱导的非线性拓扑泵浦。本文提出可以利用超冷原子动量光晶格系统，有效地模拟一维非线性的非对角Aubry-André-Harper (AAH) 模型，研究非线性拓扑泵浦的实验方案。首先，通过数值方法计算了一维非对角AAH模型的非线性能带结构随相互作用强度的变化，得到了非线性系统的孤子态解。然后，分析了不同相互作用强度下孤子态的拓扑输运，发现其质心的移动距离具有量子化的输运特征，由所占据能带的陈数决定，并讨论了非线性拓扑泵浦对相互作用符号的依赖性。同时还计算了在不同相互作用强度下，系统最低能带和最高能带对应陈数的分布。最后，基于⁷Li原子的动量光晶格实验系统，提出了一个非线性拓扑泵浦方案。本文构造了一种近似于孤子态分布的初始态并演示了其动力学演化过程，并分析了绝热演化条件对泵浦过程的影响。结果表明，在动量晶格系统中演示非线性拓扑泵浦具有可行性。本文的工作为在超冷原子系统中研究非线性拓扑泵浦提供了一个可行的途径，有助于进一步探测非线性引起的拓扑相变和边界效应。

图5  利用动量晶格系统演示非线性拓扑泵浦方案 (a) 动量晶格示意图；(b) 初态制备过程；(c) 在两个泵浦周期内，调制频率为Ω/J_max = 0.5时孤子态的动力学演化；(d) 在两个泵浦周期内质心移动的晶格距离(红线为动量晶格的实际哈密顿量计算的结果，蓝线为理想哈密顿量计算的结果)；(e) 绝热演化条件分析，不同Ω/J_max对应的每个泵浦周期质心位置的移动距离。设置参数为：J_max = 2π×10.0 kHz，U/J_max = 1.5，N_c = 21

该工作研究了格点模型中的非线性泵浦问题，并提出了实验上的研究方案，有助于进一步探测非线性引起的拓扑相变和边界效应。文章结构合理，数据也较为详实，是一个很有新意的工作。

钨作为未来聚变堆偏滤器靶板的候选材料，需要长期服役在高温且受到高能中子辐照的严峻环境，这将导致钨发生中子辐照诱导再结晶，从而提高钨发生沿晶脆断的可能性，威胁偏滤器的运行安全，因此研究中子辐照诱导钨再结晶的物理机制具有重要意义。然而，与最近高通量同位素反应(HFIR)堆高温下中子辐照实验观察到的结果相比，目前考虑辐照增强再结晶驱动力效应的模型低估了中子辐照对再结晶的影响，结果表明仍有其他效应影响再结晶过程。基于此，本文在假设晶界迁移率与自体扩散系数成正比的前提下，引入辐照增强晶界迁移因子(R )，建立了新的辐照诱导再结晶动力学模型。模拟结果显示，在综合考虑辐照增强再结晶驱动力和晶界迁移效应后，模型计算出的850 ℃下达到一半再结晶分数所需要的时间(t_X = 0.5)和HFIR堆中子辐照实验结果相符，这表明辐照增强晶界迁移效应是影响辐照诱导再结晶现象的重要因素之一。另外，模型研究了不同辐照温度下钨的t_X = 0.5。结果表明辐照与未辐照的t_X = 0.5差别随温度升高而逐渐下降。这是因为随着温度的升高，辐照缺陷复合加剧，辐照缺陷对再结晶驱动力的贡献下降，且热激活扩散系数增大的幅度大于辐照下扩散系数的增大幅度，所以热激活效应会逐渐主导再结晶过程。

图4  (a) 不同辐照温度下P的演变；(b) 在截取的时间点处不同辐照温度下P的占比；(c)不同辐照温度下R的演变；(d) 不同辐照温度下P×M的演变

本文针对美国高通量同位素堆HIFR的最新结果进行了基于团簇动力学的模拟，在模拟中引入了辐照增强的晶界迁移因子，从而弥补了原团簇动力学预测的再结晶温度与实验结果相比偏高，以及再结晶分数偏低的问题，与实验结果符合得较好。论文写作规范，理论分析及讨论合理、准确，对现有模型缺陷的讨论也很充分，比如中子辐照导致的元素嬗变，而嬗变元素的析出可能会阻碍再结晶过程的影响也进行了定性的讨论。本研究有助于了解钨作为聚变堆偏滤器靶板在服役环境下的再结晶行为，对于预防因再结晶引起的核事故具有明确的现实意义。

微纳米马达是建立微流体环境与宏观操控的桥梁，气泡微马达的驱动速度高，这一优势在实际应用中不可替代。管式气泡马达适用于复杂场景但能量转化率低，气泡驱动的Janus微球马达效率高但仅适用于气液界面附近。鉴于此，本文提出通过双气泡聚并方式驱动Janus微球马达的新体系，调和了高能量转化率与界面受限的矛盾。在实验中，借助高速摄像记录了双气泡聚并驱动微马达的~100 μs级过程，气泡聚并紧邻微球发生，通过释放的能量驱动微球显著运动，其融合过程是独特的可动曲壁受限下的气液界面演化问题。进一步结合伪势格子Boltzmann数值方法探究了气泡聚并驱动的流体动力学机制。研究结果揭示了不同时段气泡聚并的细节，给出了气泡颗粒尺寸比等因素对微球位移、初始动能转换率的影响，确认了双气泡聚并释放表面能的高效驱动机制。

图11  气泡与颗粒尺寸比与初始动能转换率、颗粒位移之间的关系

本文以观察到的实验现象为基础，通过数值模拟方法研究了微米量级的双气泡聚并驱动颗粒的多相流体动力学机制，阐明了双气泡聚并驱动微马达的可行性。微马达在微机器人操控、靶向药物传输和生物传感等领域有广泛应用前景，是当前PRE与PRL研究前沿领域的热点。整体来看，该工作具有一定的创新性，能够为本领域的研究提供一定的理论参考。

采用摩擦氧浓度法测定600 ℃高温钛合金的阻燃性能，通过聚焦离子束技术和高分辨电子显微镜对燃烧组织的燃烧区、熔凝区和热影响区内不同价态的氧化产物进行表征与界面结构分析，发现燃烧产物Al₂O₃，Ti₂O₃以及TiO₂具有不同于氧化过程的形成方式；结合自由能和蒸气压计算，揭示燃烧组织演变的机理及其对合金阻燃性能的影响。结果表明，合金中6%的Al元素含量导致熔凝区/热影响区界面不能形成连续性Al₂O₃保护层；1800 K左右TiO蒸气压的显著增加造成熔凝区形成Ti₂O₃和Ti构成的疏松结构，为氧的快速内扩散提供路径；此外，燃烧区中形成的TiO₂熔体对基体不具有保护作用。因此，600 ℃高温钛合金不具备良好的阻燃性能。

图10  TA29合金燃烧组织演变示意图 (a) 氧化阶段；(b) 起燃阶段；(c) 扩展燃烧阶段；(d)燃烧后的冷凝组织

钛合金的阻燃能力影响其在发动机等高温结构上的应用。论文通过对600 ℃高温钛合金燃烧组织中燃烧区、熔凝区和热影响区内不同价态的氧化产物进行表征与分析，深入分析了该合金的阻燃性能，揭示了燃烧组织演变的机理及其对合金阻燃性能的影响。文章结构完整、研究深入、分析准确，具有一定的理论和实践意义。

得益于高达4.8 eV的禁带宽度，超宽禁带半导体氧化镓(Ga₂O₃)在深紫外探测领域具有天然的优势。考虑到光电探测器在高温领域具有十分重要的用途，本文研究了一种WO₃/β-Ga₂O₃异质结深紫外光电探测器以及高温对其探测性能的影响。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术制备了Ga₂O₃薄膜，并采用旋涂和磁控溅射技术分别制备了WO₃薄膜和Ti/Au欧姆电极。在室温(300 K)下，该探测器的光暗电流比为3.05×10⁶，响应度为2.7 mA/W，探测度为1.51×10¹³ Jones，外量子效率为1.32%。随着温度的升高，器件的暗电流增加、光电流减少，导致上述光电探测性能的下降。为了理清高温环境下探测性能退化的内在物理机制，研究了温度对光生载流子产生—复合过程的影响，继而阐明了高温对光电流增益机制的影响。研究发现，WO₃/β-Ga₂O₃异质结光电探测器能够在450 K的高温环境中实现稳定的自供电工作，表明全氧化物异质结探测器在恶劣探测环境中具有应用潜力。

图3  (a) 黑暗下的I-V特性；(b) 光照下的I-V特性；(c) WO₃/β-Ga₂O₃异质结能带结构

深紫外光电探测器在导弹预警、安全通信、深空探测等领域具有广泛的应用前景。论文制备出了一种适合高温下工作的WO₃/β-Ga₂O₃异质结深紫外光电探测器，并对相关测量结果进行了深入的讨论。光电探测器的一些应用需要面对的一个挑战是在高温环境下的工作能力，因此制备具备高温下工作能力的深紫外探测器件意义重大。

基于相位共轭光反馈混沌激光系统(主激光器)产生的极端事件，研究了将其输出注入到一个自由运行的半导体激光器(从激光器)的演化情况。通过注入参数空间中极端事件相对数量的二维统计图分析注入参数对极端事件产生的影响，发现在主从激光器混沌输出高相关性参数区域，从激光器中的极端事件的相对数量趋向于一个接近主激光器中极端事件相对数量的稳定值；在某些特定的弱相关区域，从激光器中的极端事件的相对数量趋向于增加。研究结果证明了通过光注入控制极端事件的可能性，有利于优化混沌激光系统性能或拓展其应用场景。

图4  COIS-PCF中EE相对数量在注入参数空间内的二维图(a1)—(c1)以及对应的主从激光器互相关系数的二维映射图(a2)—(c2)　(a) k_f = 9 ns^–1；(b) k_f = 15 ns^–1；(c) k_f = 30 ns^–1

论文分析了注入参数对从激光器中极端事件的影响，指出在主激光器和从激光器的混沌输出相关性较高的参数区域，从激光器中的极端事件的相对数量趋向于接近主激光器中极端事件相对数量的某个稳定值，而在某些特定的相关性较低的区域，从激光器中极端事件的相对数量趋向于增加。混沌系统极端事件的研究有助于全面理解混沌系统的特性，该论文研究具有新颖的科学意义。

在S-dual暴涨模型中通过在非正则动能项中引入峰值函数，可产生丰度可观的原初黑洞和次级引力波。该模型分别在10¹²，10⁸和10⁵ Mpc^–1对原初密度扰动的功率谱进行放大，产生了质量量级分别为10^–13太阳质量、地球质量、行星质量的原初黑洞，以及峰值频率分别为毫赫兹、微赫兹、纳赫兹的次级引力波。其中在10^–13太阳质量附近的原初黑洞可以解释全部的暗物质，产生的次级引力波能被未来的空间引力波探测器探测到。

图3  次级引力波的能量密度。模型参数同表1，峰值对应的丰度和质量在表2列出。橘色虚线表示EPTA的限制结果^[6]；天蓝色虚线表示SKA的限制结果^[22]；绿色虚线表示天琴的限制结果^[9]；紫色虚线表示太极的限制结果^[8]；棕色虚线表示LISA的限制结果^[7]；灰色虚线表示aLIGO的限制结果^[23]

作者在S-dual暴涨模型中通过引入峰值函数到非正则动能项构建了新的S-dual暴涨模型。该模型可以产生足够强的引力波被空间引力波探测器证实或者证伪。这个理论构造是有趣的尝试，可以被用来解释暗物质。文章所用的计算技术成熟，逻辑清楚，结果合理。

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制，极大地影响等离子体中电荷态平衡，也是X射线辐射的重要来源之一。电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数。基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法，系统研究了质子碰撞硼原子在10⁻³—10³ eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程。计算采用多参考组态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道，每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果。分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显，构成了电子转移的主要途径。计算发现，质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位，2p轨道的电子转移贡献较小。在低能区，电子转移截面出现了明显的量子共振现象，这些共振主要来源于不同能量通道的耦合。此外，还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率，该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持。

图4  径向耦合矩阵元随核间距的变化

重粒子碰撞中电子转移截面和速率系数的研究具有科学意义。作者应用全量子非辐射分子轨道密耦合的方法，计算了质子碰撞硼原子非辐射电子转移过程，得到了与实验符合较好的结果。同时计算了电子转移随系统温度之间的关系，有一定的创新性。

自旋转移力矩纳米振荡器是一种直流驱动的新型纳米微波振荡器，因其易集成、尺寸小、频率调制范围宽等优点，成为未来射频收发器的理想器件。但是，自旋转移力矩纳米振荡器的稳定自激振荡需要外加磁场的条件限制了其应用。基于宏自旋模型(又称单自旋或单畴模型)，利用Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程，理论上研究了类场矩和电流强度对垂直磁化的自由层磁矩的零场稳定自激振荡特性的影响。研究结果表明，当类场矩参数与自旋转移力矩参数的比值为负值且其绝对值大于某一数值时，自旋转移力矩纳米振荡器可以实现零场自激振荡，其物理机制可以通过能量平衡方程解释，并且这一临界比值依赖于该系统的阻尼系数和电流强度。尤其是，自旋转移力矩纳米振荡器的稳定自激振荡频率可以通过类场矩参数与自旋转移力矩参数的比值和电流强度的大小来调节，并且其类场矩的绝对值越大，施加的电流强度越小(大于临界电流强度)，则越有利于抑制二次和三次自激振荡频率的形成，从而提高自旋转移力矩纳米振荡器的“单频”性。上述结果提供了一种实现频率可调的零场自旋转移力矩纳米振荡器的理论方案。

图6 (a)  自旋转移力矩纳米振荡器的振幅和频率对施加电流强度I的依赖关系；(b)，(c) 自由层磁矩的x分量和z分量在不同电流强度情形下的稳态振荡情况 (β = –0.2)

作者研究了类场力矩对自旋转移力矩磁性隧道结(STT-MTJ)纳米振荡器起振特性，包括起振频率、共振频率范围、类场项力矩的强度要求、阻尼等因素的影响。他们的推导遵循了LLGS方程和宏自旋模型。该论文结果可信，可以为频率可调的零场自旋转移力矩纳米振荡器的实现提供理论指导。

基于自主研发的二维流体尘埃模型，研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响。模拟发现，有别于一维模型，径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要因素，使其在极板边缘处呈现两个局部峰值，其中一个峰值表明尘埃颗粒有可能会克服电场力的支撑更接近极板。在极板半径较小或极板间距较小的情况下，径向离子拖拽力的作用增强，使尘埃颗粒更易于在极板边缘处和腔室侧壁附近聚集，出现环状尘埃颗粒分布带。在放电极板有介质材料包裹的情况下，尘埃颗粒密度径向分布的均匀性得到改善。最后，还模拟了单个尘埃颗粒在极板边缘处的涡旋运动规律。

图2  z₀ = 3 cm，R₀ = 9 cm时，等离子体中的密度空间分布　(a) 电子；(b) SiH₃⁺正离子；(c) SiH₃^-负离子；(d) 尘埃颗粒

论文内容充实，研究结果可信，同时有一定的新颖性。作者基于二维流体尘埃模型，模拟研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响，得到了比一维模型更加完善的图像，研究结果可为 SiH₄等离子放电有关的薄膜沉积、微重力条件下尘埃颗粒的空间分布提供一定的理论借鉴依据。