自然界中许多活性物质处于高黏度的环境中，研究者们大多采用过阻尼模型来进行描述。近年来，惯性对活性物质运动行为的影响受到了越来越多的关注。本文通过郎之万动力学模拟，研究低惯性活性粒子和高惯性活性粒子组成的混合体系中的相分离现象。研究结果表明，与单一组分的低惯性粒子体系或高惯性粒子体系相比，中等密度的混合体系有利于相分离现象的发生，而高密度的混合体系不利于相分离的发生。此外，中等密度下，在大量低惯性粒子与少量高惯性粒子组成的混合体系中，由于受到高惯性粒子的撞击，低惯性粒子的速度增大，这有利于低惯性粒子与低惯性粒子形成聚集，从而发生相分离。但是随着低惯性粒子的减少和高惯性粒子的增加，高惯性粒子与高惯性粒子之间的弹性碰撞会抑制相分离现象的产生。本研究有助于深入认识活性物质的集体运动行为，为材料的设计与控制提供参考。

图1 (a) 模拟相图，黑色空心正方形代表均匀无规流体相，黑色实心圆形代表均匀无规流体与团簇的共存相，黑色虚线表示两相的相边界，背景颜色代表混合体系中的粒子组分比(颜色与模拟相图相对应)；(b) 快照相图，粒子的颜色代表其质量(红色粒子为低惯性粒子，蓝色粒子为高惯性粒子)

已有的研究表明惯性会抑制活性粒子发生相分离，而本文作者发现当低惯性粒子与高惯性粒子以适当的比例混合（以低惯性粒子为主）时，相分离现象会被强化，这是一个很有意思且很重要的发现。文章对该现象的机制进行了解释，也对相分离现象的方方面面进行了分析。本文对在复杂环境下调控活性物质的集体行为有指导意义。

液氦温区GM型脉冲管制冷机由于具有大冷量、低振动、高可靠性等优点，在凝聚态物理、量子计算等前沿领域具有重要应用。调相机构对脉冲管制冷机性能有重要影响，先前针对GM型脉冲管制冷机调相机构的研究，主要集中在制冷机获取液氦温度后单个调相元件对制冷性能的影响方面。本文围绕4 K GM型脉冲管制冷机，基于Sage软件设计并构建了气耦合两级结构的整机仿真模型，分析了一、二级小孔和一、二级双向分别对两级制冷温度的影响，研究了制冷机达到液氦温区温度的调节优化过程。在此基础上，搭建了实验系统，实验样机经优化最低温度可达3.1 K，并可在4.2 K提供0.8 W制冷量。该研究不仅可以推进4 K制冷平台国产化进程，对相关前沿基础科学研究和重要科学仪器设备的自主研制也有支撑作用。

图1  双向进气型气耦合两级GM脉冲管制冷机结构示意图

很欣喜地看到我国在GM型脉冲管制冷机的研发方面取得了重要进展。4 K脉管制冷机是量子计算用稀释制冷机和多种低温仪器的重要组成部分，我国虽然在脉冲管制冷机的发展历史上做出过重要工作，不过一直没有实现产业化，导致这一技术现在完全被美国和日本公司垄断。这篇文章对脉管制冷机的优化进行了仿真计算，并进行了实验验证，代表了我国当前这一领域的最佳水平；工作非常出色，为我国解决这一卡脖子关键技术迈出了重要一步。

专题：阿秒物理

高电荷态离子(highly charged ions，HCI)的光谱测量不仅可以检验量子电动力学效应和相对论效应等基本物理模型，还能够为天体物理、聚变等离子体物理甚至HCI光钟等研究提供关键原子物理数据。HCI离子能级跃迁大多在极紫外甚至X射线波段，受限于目前的光源技术较难直接产生该波段激光，实验室对于HCI离子的激光光谱测量十分有限。阿秒光源具有极紫外甚至软X波段的高光子能量和超短的脉冲持续时间，为实验室开展HCI的光谱测量与超短能级寿命研究等提供了新的机遇。本文分析了目前国际上利用同步辐射光、自由电子激光以及飞秒高次谐波等光源已开展的一些HCI离子光谱实验测量的基本方法、研究进展等，总结了阿秒光源、离子靶等技术的研究现状，讨论了将极紫外阿秒光源与不同HCI离子靶的技术结合开展HCI离子阿秒时间分辨激光光谱测量的可行性，并提出了一个HCI离子阿秒光谱测量的初步设计方案，为未来开展HCI光谱精密测量与离子能级寿命测量等研究提供参考。

图10  HCI离子阿秒光谱测量装置示意图

高电荷态离子（HCI）的光谱测量不仅可以检验量子电动力学效应和相对论效应等基本物理模型，还能够为天体物理、等离子体物理等研究方向提供关键数据。HCI能级跃迁大多在极紫外甚至X射线波段，目前国际上主要利用同步辐射、自由电子激光以及飞秒高次谐波等光源开展实验工作。本文不仅分析了利用上述光源已开展的光谱实验测量的基本方法和研究进展，还总结了极紫外阿秒光源技术和离子靶技术的现状，讨论了将阿秒光源与离子靶技术结合开展HCI阿秒时间分辨精密光谱测量可行性，并提出了初步的实验方案。本文文字清晰、结构合理，对相关研究工作具有重要参考价值。

专题：阿秒物理

超快超强激光及阿秒测量技术的诞生和发展，使人们在阿秒时间和原子空间尺度内观测及控制电子的运动成为可能。日益精密的实验测量技术对理论计算方法的精确性提出了更高的要求，如何使用理论模型从实验结果中分辨提取超快时空动力学时间和空间信息面临极大的挑战。相比于精确求解含时薛定谔方程，费曼路径积分强场动力学计算方法模型简单计算效率更高，电子波包被看作具有不同初始状态的粒子，通过解析粒子的运动状态便能厘清各种强场非线性物理现象的产生原因。本文从强场近似理论模型出发介绍了强场动力学计算中的鞍点近似，进一步详细介绍了库仑修正强场近似、基于轨迹的库仑修正强场近似与库仑量子轨迹强场近似等方法。本综述旨在为强场动力学理论计算的研究提供相关方法与文献参考，为进一步开展新型算法提供思路。

图4  复平面的路径积分。I₁ 描述了沿虚时间轴的积分，步长为 iΔτ。I₂ 描述了沿实时间轴的积分，步长为Δτ

激光和阿秒测量技术让我们能够观测和控制电子在极短时间和空间尺度内的运动。实验技术的提高要求理论计算方法更为精确。一般地，精确求解含时薛定谔方程是最为准确可靠的计算方法之一，但求解过程复杂且计算量较大。因此，寻找更有效的替代计算方法或近似模型成为大家普遍关心的问题。近些年以来，费曼路径积分强场动力学方法被广泛应用，这一理论模型比求解含时薛定谔方程的模型更简单高效。在这一综述稿件中，作者详细介绍了鞍点近似和几种库仑修正强场近似模型，并简述了相关应用成果。相信这一综述文章将为强场动力学理论计算提供充分的文献参考，并为新算法的开发提供思路。

优化样品结构参数、磁场退火热处理、串并联桥式设计、施加电流热效应以及额外偏置磁场等是调控隧穿磁电阻(tunnel magnetoresistance，TMR)磁传感性能的常用方法。借助这些方法可以提高TMR磁传感的灵敏度、抗噪声指数、线性度和线性磁场范围等关键性能参数。其中，通过改变TMR磁传感单元的钉扎层、自由层以及势垒层材料和厚度等样品结构参数能够改变交换偏置场，进而提升TMR磁传感性能参数。本文基于微磁学仿真和实验测量发现，通过改变自由层CoFeB/Ru/NiFe/IrMn中的交换耦合作用，可以调制TMR自由层的交换偏置场大小和提升TMR磁传感单元的性能。当逐步增强IrMn钉扎效果时，TMR磁传感单元的线性磁场范围随之增大，但是磁场灵敏度降低；在±0.5倍自由层(主要是CoFeB层)磁矩变化范围内所有TMR磁传感单元的线性度最佳。

图2  (a) TMR磁传感单元实验结构；(b) TMR磁传感单元的线性输出特性曲线

本文重点讨论了TMR磁传感单元样品结构参数对其性能的影响，并特别关注了交换偏置效应的调控。通过微磁学模拟研究了具有双交换耦合作用的TMR磁传感单元自由层中的交换偏置效应对灵敏度、线性磁场范围等性能指标的影响。通过微磁学模拟和实验结果的一致性，验证了交换偏置效应对磁传感性能的影响。这种研究展示了TMR磁敏传感器设计和优化的更多可能性，使得性能调控的维度更加丰富。该论文既包含理论，也结合实验，并从应用的角度来考虑各参数对器件性能的影响，符合传感器的应用发展需求。

ϒ(1S)是高能重离子碰撞中的干净探针，其研究具有重要意义。强子气体中ϒ(1S)的分布受到集体流、量子效应和强相互作用三种效应的影响。此前的模型均只分析了其中一到两种效应而忽略了其他效应，将忽略的效应放入到了拟合参数中。本文从新的视角提出了两体分形模型，从物理计算而非参数拟合的方法开展研究。本文认为ϒ(1S)与最相近的介子形成两体结构，与介子内部的两夸克结构具有自相似性。引入环境影响因子q_fqs来描述上述三种效应影响；引入伴随因子q₂来描述b,¯b之间的相互作用和上述三种效应的影响。通过求解概率与熵方程，得到不同碰撞条件下q_fqs与q₂的值。将q_fqs代入到分布函数中，得到低横动量区的横动量谱并与实验对比，结果表明理论与实验符合良好。还分析了q_fqs随温度的变化关系，并发现q_fqs > 1，这是由环境效应减少了ϒ(1S)的微观状态数所致。另外，计算显示q_fqs随着系统温度的降低而减小，这与随着系统膨胀强子气体影响减弱的现象相一致。

图1  强子气体中b夸克和¯b反夸克在不同层次的自相似结构　(a) 真空中的自由ϒ(1S)介子；(b) 介子层次强子气体中的ϒ(1S)介子；(c) 真空中的自由b夸克和¯b反夸克；(d) 夸克层次强子气体中的b夸克和¯b反夸克

本文创造性地利用两体分形模型，计算了强子气体中的ϒ(1S)的分布，计算中考虑了集体流、量子效应和强相互作用的影响，为人们理解高能重离子碰撞中重味夸克偶素的行为提供了新的视角。文章中采用的模型，不依赖参数拟合且综合考虑各个因素的影响，相较之前的模型有较好的创新性。文章内容详实、逻辑清晰、写作规范、结论新颖。

¹⁷⁷Lu是一种用于成像引导放射性治疗的重要医用同位素，可通过辐照高丰度¹⁷⁶Lu或¹⁷⁶Yb的方式生产，通过同位素分离手段获取高丰度¹⁷⁶Lu辐照前体是解决世界范围内¹⁷⁷Lu供应不足问题的必要途径。由于镥同位素无法通过离心分离方式生产，需要发展多步多色光电离方法以获取高丰度¹⁷⁶Lu，但镥原子的自电离态能级数据稀缺，限制了高效光电离路径的构建。激光共振电离谱是少数具有自电离态研究能力的激光光谱学方法之一，利用实验室搭建的激光共振电离飞行时间质谱系统，测量得到激发态35274.5 cm^–1的能级寿命为(31.6±1.7) ns；由该激发态出发，利用三色三步光电离方案，扫描了镥的50560—53450 cm^–1能区，获取了47条自电离态能级，其中33条为首次发现，确定了自电离跃迁的峰宽和相对跃迁强度，提供了可见光波段内可用于镥原子高效光电离的关键光谱数据。同时，为确定自电离态能级的电子组态，通过3条不同J值激发态的扫描实验，标识了21条能级的角动量，为确定自其他激发态出发的电偶极跃迁禁戒情况提供了参考依据。

图4  自电离态扫描典型谱图

这是关于稀土元素实验研究的论文，该工作针对¹⁷⁷Lu同位素激光共振分离应用需求，从实验上系统测量了由35274 cm^-1能级得到的自电离能级数据，并进行了角动量量子数识别、能级寿命测量等。该工作获得的数据较为丰富，这些数据对于激光共振电离十分重要，对于同位素研究具有重要的学术意义。

随着近年来凝聚态物理、空间观测与量子技术的不断发展，极低温制冷需求也日益增多。绝热去磁制冷具有不依赖重力、结构紧凑、成本较低等特点，可同时满足空间和地面应用。本文设计并研制了一台50 mK多级绝热去磁制冷机。该机为三级串联架构，由一台GM型脉管制冷机提供4 K预冷；采用钆镓石榴石和十二水合硫酸铬钾作为制冷工质；研制的主动式/被动式气隙热开关，用以控制级间传热；针对磁屏蔽、恒温控制等构建了多个数值模型进行辅助设计。目前该机获得的最低制冷温度为38 mK，100 mK时制冷量约71 mJ，温度波动10.6 μK。本研究为后续开展50 mK连续绝热去磁制冷奠定了重要基础。

图6  多级ADR系统实物图

本文作者设计并搭建了一套可以长时间工作在100 mK的极低温区的多级绝热去磁制冷机，详细说明了它的工作原理和实际运行结果，极限温度可达38 mK，填补了国内空白，对于极低温下无液氦系统的应用具有重要意义，初步实现了ADR制取50 mK极端低温的目标。

高亚稳态原子数密度是光抽运稀有气体激光器的研究重点之一。考虑到Ar亚稳态能级与Kr激发态5p[3/2]₂能量仅相差20 cm^–1，在He/Kr放电体系中加入氩气，有望通过能量共振转移达到补充Kr亚稳态原子(Kr*)密度的目的。本文从光谱诊断及亚稳态原子密度激光吸收光谱测量两个角度进行实验分析，结果表明：在100 mbar (1 bar = 10⁵ Pa)，1% Kr，12.5% Ar气体条件下，Kr(5p[3/2]₂)向亚稳态能级跃迁辐射谱线峰值最高可增强约10倍，该跃迁谱线尾部信号从0.6 μs延长至14.25 μs。实验同时测量了不同Ar含量下 Kr*密度。在100 mbar，1% Kr气体条件下加入15% Ar，Kr*密度从4.94×10¹¹cm^–3提升至6.96×10¹²cm^–3。在气压600 mbar，1% Kr/He混合气体中加入5% Ar，Kr*峰值密度从4.69×10¹³cm^–3提升至5.79×10¹³cm^–3。这些结果说明，Ar-Kr的共振能量转移能有效提高Kr*密度，有利于光抽运Kr*激光器的高效运行。

图7 (a) 100—200 mbar，1% Kr/He混合气中不同Ar含量对Kr*密度影响；(b) 100—200 mbar，1% Kr/He混合气中不同Ar含量对Kr亚稳态能级吸收线宽影响；(c) 100 mbar，1% Kr和2% Kr含量时，Kr*粒子数密度和吸收线宽对比

论文面向光泵浦亚稳态惰性气体(OPRGL)激光对大体积、高浓度亚稳态惰性原子增益介质制备的需求，首次提出了基于共振能量转移的方式提高亚稳态Kr(5s[3/2]₂)原子浓度的方法，并进行了实验验证，在一定气压范围内取得了预期的原子浓度提升效果。论文创新性强，为OPRGL重点关切的技术难题提供新的解决途径，具有重要参考价值。

高海拔天体辐射探测(high altitude detection of astronomical radiation，HADAR)实验是一个新型的采用纯水作为介质的大气切伦科夫望远镜实验阵列，其采用大口径半球型透镜来收集大气切伦科夫光，以实现对10 GeV—10 TeV能量段的伽马射线和宇宙线的探测。HADAR具有低阈能、高灵敏度和传统成像大气切伦科夫望远镜所不具备的大视场优势，可以对天区进行连续扫描观测，因此将成为全天伽马源的理想观测仪器和爆发源、时变源的理想搜寻探测器。本文基于Fermi-LAT的最新伽马射线源表，详细研究了HADAR实验对这些源的观测能力。对银河系外的源，将这些源的能谱加入河外背景光吸收效应外推至甚高能段。通过对这些源的显著性进行模拟研究，结果显示HADAR运行一年预期有93个伽马射线源以大于5倍的显著性标准偏差被观测到，其中包括45个银河系内的源，39个银河系外的源，3个未知类型的源和6个未关联类型的源。

图6 赤道坐标系(J2000 坐标)下HADAR对Fermi-LAT源的观测显著性预期天图，上面标注为河外源，下面标注为河内源及未知类型和未关联的源，显著性显示范围为–3—15

HADAR是一种利用半球型纯水透镜成像的广角切伦科夫望远镜，具有低阈能、 高灵敏度和大视场的优势，在高能伽马射线源的观测方面有望作出重要贡献。本文基于Fermi-LAT的最新源表，对HADAR实验对这些源的观测能力进行预研，详细给出了HADAR预计可探测到的河内源和河外源数目。该研究有比较重要的学术价值，对推进HADAR项目有重要意义。论文研究方案合理，数据详实可靠，结论可信。写作上思路清晰、结构合理，语言简练准确。

靶丸材料内部扰动在冲击波作用后会产生类似Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性的增长并耦合到烧蚀面产生扰动种子。本文使用数值模拟的方法研究了这种类RM不稳定性增长规律以及不稳定性与界面的耦合机制。研究表明，线性阶段密度扰动类RM不稳定性增长速度满足δv∝k_yΔuη。密度扰动到界面的耦合有声波耦合和涡合并两种机制，声波耦合引起的界面扰动增长速度满足δv_i/(k_yΔuη)∝e^-kyL。界面上的Atwood数为正时，界面上涡量和密度扰动的涡量方向相同，涡合并导致扰动速度增大。Atwood数为正时，降低界面上的Atwood数以及增大界面上过渡层的宽度均可减小密度扰动耦合引起的界面扰动增长。

图8  界面扰动增长速度δv_i/(k_yΔuη)随e^-kyL的变化

靶丸材料内部密度扰动导致的类RM不稳定性增长对内爆性能有重要影响，近年来在国际上受到广泛的关注。论文利用2D欧拉流体程序研究了这种类RM不稳定性的增长规律以及到界面的不同耦合机制，模拟图像符合物理预期。论文具有创新性，研究结果对激光惯性约束聚变研究有较好的参考价值。

激发能量转移是影响对六苯相关器件应用的重要因素之一，研究对六苯团簇在不同外场激发作用下的激子动力学过程及激子相干效应，这对于提高由对六苯及其相关衍生物所组成的分子器件的应用性能具有重要意义。本文基于密度矩阵理论，采用算符的数学平均值近似，应用不同脉冲场激发盘状对六苯分子团簇，对其激子动力学过程及激子相干行为进行了分析。研究发现，当处于强场短脉冲激发时，团簇内产生多激子效应，激子能级出现新的杂化态。在短脉冲激发下，在不同能量区域激发态分布不同，但均表现出明显对称性。由于H型团簇最高能级的激子态被优先激发，发现随脉冲场增大，激子相干增强，当脉冲场较大时，在脉冲激发过程中，激子振荡协同性消失，极短时间内大量分子产生激子相干，出现瞬态离域现象。

图5 ℏω₀=4.2483eV，κ=2×10¹¹s^-1时，弱场短脉冲作用下（a_p = 5×10⁵ ps⋅V/m，τ_p=50 fs），4个不同时刻的分子激发态布居P_m (a) t = 100 fs；(b) t = 200 fs；(c) t = 500 fs；(d) t = 1 ps

理解多激子激发及相干转移过程对六苯相关有机光器件应用具有重要意义，是目前研究的重要内容。本文对不同激光脉冲激发六苯分子团簇的激子动力学过程及激子相干行为进行了理论计算，得到了一些有意义的结果。

交叉扩散是影响图灵斑图形成和转变的重要因素之一。本文在反应扩散布鲁塞尔模型中引入交叉扩散项，首先对其进行线性分析和弱非线性分析，然后数值研究了交叉扩散的方向性以及浓度依赖性在图灵斑图转变过程中的作用。在单向交叉扩散情况下，交叉扩散的方向直接决定了斑图转变的次序。阻滞子向活化子的交叉扩散会导致系统逐渐远离初级分岔点，从而引发图灵斑图的正向转变；与之相反，活化子向阻滞子的交叉扩散会导致系统逐渐靠近初级分岔点，从而引发图灵斑图的反向转变。对称双向交叉扩散下，阻滞子向活化子的交叉扩散效应要强于活化子向阻滞子的交叉扩散。交叉扩散系数除了与自身浓度相关外，还与其他物质浓度相关。研究发现浓度依赖交叉扩散也会影响图灵斑图的转变方向。当扩散系数D_uv线性依赖阻滞子浓度v变化时，随着浓度线性调节参数β的增大，引发图灵斑图正向转变；相反，当扩散系数D_uv线性依赖活化子浓度u变化时，引发图灵斑图的反向转变。

图6 浓度依赖交叉扩散D_uv=D₀ (1+βv)引起图灵斑图的转变，D₀=2，D_vu=2 (a) 均匀态,β=-0.6；(b) 蜂窝六边形斑图，β=-0.4；(c) 蜂窝六边形与条纹混合斑图，β=-0.2；(d) 条纹斑图，β=0；(e) 条纹与点状混合斑图，β=0.8；(f) 点状六边形斑图，β=1.5

作者基于经典的布鲁塞尔模型数值研究了交叉扩散项对图灵斑图转变的影响，并详细探讨了交叉扩散的方向性以及浓度依赖性在斑图形成和选择中所起的作用，同时依据稳定性理论对相关机制做了相应的解释，结果具有一定的创新性。