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亮点文章 | 《物理学报》2024年第13期

已有 61 次阅读 2024-7-29 09:56 |系统分类:论文交流

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《物理学报》90周年专栏

杨添，欧阳颀

物理学报, 2024, 73(13):138701

doi: 10.7498/aps.73.20240592

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制。最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇。目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构，还结合数据处理方法来分析蛋白质的构象分布并进一步推测其热力学性质。然而，利用冷冻电镜技术直接对蛋白质的动力学过程作观测与定量分析的方法还在发展的初级阶段。本文选取了一个理想的蛋白质系统，即蓝藻生物钟蛋白对冷冻电镜分析蛋白质非平衡过程的可能性进行探索。基于已有的实验数据，将蓝藻生物钟蛋白KaiC的平衡态统计物理模型推广至非平衡态，对KaiC蛋白处于非平衡态时的动力学特征进行预测。基于动力学预测结果，本文揭示了冷冻电镜技术具有分析蓝藻生物钟蛋白的非平衡过程的可能，为进一步的冷冻电镜实验提供了理论依据。

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图5 KaiC蛋白A-loop分布模拟结果 (a) KaiC蛋白A-loop构象分布模拟，其中序号1—13与图2中六聚体构型依次对应，红色虚线为p₁₂的极大值对应的位置；(b) 非平衡态分布与平衡态分布的决定系数R²，蓝色阴影部分为KaiC蛋白的参数范围

同行评价

作者将KaiC蛋白的平衡态Ising模型推广到非平衡，揭示出KaiC处于非平衡态时的动力学特征，并提出了将冷冻电镜技术应用于研究蛋白质非平衡统计物理的前景和重要性。该论文在理论方法上和结论上都具有很好的创新性，为利用冷冻电镜实验数据解释蛋白质的非平衡过程提供了完美的范例。

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编辑推荐仪器与测量

用于扫描隧道显微镜的低噪声前置电流放大器

唐海涛，米壮，王文宇，唐向前，叶霞，单欣岩，陆兴华

物理学报, 2024, 73(13):130702

doi: 10.7498/aps.73.20240560

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一，其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要。本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素，通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化，设计了一款针对扫描隧道显微镜系统的前置电流放大器。该放大器最灵敏档位(1 GΩ)的噪声低至4 fA/√Hz，带宽为2.3 kHz，具有10 MΩ，100 MΩ和1 GΩ三个测量量程并且可以通过控制信号实现自动切换，测量范围覆盖pA—μA量级的隧穿电流。利用该前置电流放大器展示了扫描隧道显微镜系统的主要功能，包括表面形貌表征、扫描隧道谱测量以及原子搬运，并探索了隧穿电流中散粒噪声的测量。通过散粒噪声随隧穿电流的变化关系，得到隧穿结中散粒噪声的法诺因子约等于1，验证了简单金属隧穿结中电子隧穿满足泊松过程，为表面电子关联体系的高精度表征提供了基础。

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图4 (a)前置电流放大器PCB设计图；(b)前置电流放大器实物图；(c)不同反馈电阻对应的跨阻增益曲线；(d)不同反馈电阻对应的等效输入电流噪声谱密度

同行评价

文章报道的仪器具有较高的原创性和应用价值，STM仪器技术及其应用领域的研究能够产生积极的影响。该文介绍了自主设计研制的一款先进的针对扫描隧道显微镜的前置电流放大器，并展示了在STM实验中的实际应用，具有比较高的拓展应用价值。在噪声分析和电路设计方面提供了详细可信的数据，且未见其他文献报道，具有比较高的原创性，无论对于推进凝聚态物理和表面物理领域的研究工作，还是对高端前沿科研仪器设备的国产化都具有重要意义。

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编辑推荐

1 MHz，273 W掺镱棒状光纤啁啾脉冲放大系统

王栋梁，史卓，王井上，吴洪悦，张晓辉，常国庆

物理学报, 2024, 73(13):134204

doi: 10.7498/aps.73.20240300

掺镱超快光纤激光器因光束质量好、输出功率高而被广泛应用于科学研究、工业加工、医疗诊断等领域。大模场面积的棒状光纤可以提供平均功率在百瓦量级的高能量飞秒脉冲输出，本文基于掺镱棒状光纤搭建了啁啾脉冲放大系统，详细研究脉冲输入功率对脉冲放大及压缩的影响。实验结果表明，在低放大功率下(< 160 W)增大输入功率可提升放大效率且脉冲压缩质量基本不受影响；当放大功率进一步增大时，需选择合适的输入功率避免积累过量非线性相位。该啁啾脉冲放大系统可将20 W圆偏光输入放大至305 W，压缩后产生平均功率为273 W、能量为273 μJ的264 fs脉冲，脉冲平均功率和峰值功率比Pedersen课题组(Pedersen M E，Johansen M M，Olesen A S，Michieletto M，Gaponenko M，Maack M D 2022 Opt. Lett.47 5172)结果约提升了一倍。

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图2 不同前端功率输出曲线

同行评价

高功率超短脉冲激光是近年来快速发展的研究方向，作为高功率超短脉冲激光的主要分支领域，在重频/功率提升、光束质量和系统稳定性、成本控制等方面优势显著。作者基于掺镱棒状光纤结合不同泵浦功率对前端宽带种子光进行放大，通过偏振控制、种子光功率选择等方式，研究了放大过程中的增益饱和、脉冲劣化等，最终获得273 W的功率输出。研究内容完善，逻辑性强，指标具有先进性。

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基于运算放大器的超导纳米线单光子探测器低温直流耦合读出电路

陈志刚，张伟君，张兴雨，王钰泽，熊佳敏，洪逸裕，原蒲升，吴玲，王镇，尤立星

物理学报, 2024, 73(13):138501

doi: 10.7498/aps.73.20240398

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点，在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用。SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响，为了提升最大计数率，通常需要使用一个宽带宽的低温直流耦合读出电路。本文报道了基于商用高速运算放大芯片OPA855搭建的SNSPD低温直流耦合放大读出电路，系统表征了该电路从室温300 K到低温4.2 K下的性能参数。通过提升OPA855的工作电压，解决了电路在低温下带宽损失的问题。进一步，将OPA855放大电路安装在40 K温区，使用其实现了SNSPD探测性能的实验评估。相对于常规室温交流耦合电路，SNSPD的最大计数率约提升了1.3倍。本研究可为OPA855芯片在高速SNSPD等低温领域提供相关参考信息。

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同行评价

文章针对超导纳米线单光子探测器的读出电路进行研究，特别是低温条件下的高计数率直流耦合读出电路，对于量子通信、激光测距等应用领域具有重要的实际价值。

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编辑推荐专题: 缺陷与掺杂对物性的调控

等离子体轰击单层WS₂引入缺陷态对束缚激子光学性质的影响

刘海洋，范晓跃，范豪杰，李阳阳，唐天鸿，王刚

物理学报, 2024, 73(13):137802

doi: 10.7498/aps.73.20240475

单层过渡金属硫化物具有原子级厚度、直接带隙、强自旋轨道耦合等优异性能，使其在自旋电子学、光电子学等领域具有重要的研究价值和广泛的应用前景。通常材料中包含多种结构缺陷，这可能是在样品制备和生长过程中形成的，也可以经过后期处理产生，这些缺陷会显著改变其物理化学性质。因此，控制和理解缺陷是调控材料性质的重要途径。本文利用氩等离子体对机械剥离的单层WS₂进行轰击处理，通过控制轰击时间引入不同密度的缺陷。光致发光和拉曼测试结果表明，在未改变晶格结构的前提下，引入了两种缺陷态的束缚激子，两种激子的动力学过程与中性激子相比明显变慢。对比真空和大气环境下的光致发光光谱(photoluminescence spectroscopy，PL)，两种激子的强度变化呈现相反的行为。本文的研究结果可为二维材料缺陷的引入和调控以及特征光谱的研究提供依据。

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图1 (a)经过20 s处理的单层WS₂；(b)经过30 s处理的单层WS₂，插图为处理前的单层WS₂；(c)室温下，处理前后样品的PL谱；(d)室温下，处理前后样品的Raman谱；(e)室温下，处理前后样品的白光反射谱；(f)室温下，处理前后样品的PL谱，为图(c)淡蓝色区域位置的放大

同行评价

该文主要描述了在单层WS₂中通过氩气等离子轰击的手段制备缺陷态，以及利用反射谱和PL手段研究其光学性质变化，发现在经过等离子轰击后，单层WS₂出现了两个束缚激子（缺陷态激子），相比于本征激子，其发光峰位有明显红移，并且随着温度的升高，缺陷态激子的发光强度逐渐减弱，这源于缺陷态束缚激子被离散，另外束缚激子的寿命也明显大于本征激子。作者还对比了真空和大气的激子PL强度，发现两种束缚态激子强度变化相反的行为。这些数据为之后该领域的科学研究提供了系统的数据基础。

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人工磁场下各向异性偶极玻色气体的量子相变

高吉明，狄国文，鱼自发，唐荣安，徐红萍，薛具奎

物理学报, 2024, 73(13):130503

doi: 10.7498/aps.73.20240376

光晶格中的冷原子系统是实现量子模拟和量子计算的有效平台之一，其相变特性的研究有助于系统中新奇量子态物理机制的探索和实验观测。本文利用朗道相变理论和非均匀平均场方法，研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变，得到了系统不可压缩相(Mott绝缘相、棋盘或条纹密度波相)-可压缩相(超流、棋盘或条纹超固相)的解析相变条件，给出了系统的完整相图。有趣的是，各向异性偶极相互作用会使得系统中的棋盘密度波相和棋盘超固相变为条纹密度波相和条纹超固相，人工磁场会稳定绝缘相和超固相，使得绝缘相和超固相在相图中的存在区域变大。此外，引入外加谐振势后发现系统中的不同量子相可以共存。

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同行评价

这篇论文非常有趣且有意义，作者利用朗道相变理论和非均匀平均场方法，研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变，得到了系统的完整相图，并解析地给出了相变参数条件。研究发现，各向异性偶极相互作用会使得系统中的棋盘密度波相和棋盘超固相变为条纹密度波相和条纹超固相；人工磁场会稳定绝缘相和超固相，使得绝缘相和超固相在相图中的存在区域变大。此外，还考虑了额外谐振势的影响，结果显示，外加谐振势可以导致系统中的不同量子相共存。

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编辑推荐综述

离子辐照对材料磁性的调控及其应用

郭玺，左亚路，崔宝山，申铁龙，盛彦斌，席力

物理学报, 2024, 73(13):136101

doi: 10.7498/aps.73.20240541

离子辐照技术具有离子束能量密度高、实验条件可精确控制，且不受化学剂量比影响的特点，利用离子束辐照材料，可实现定向掺杂，或精确引入和调控现缺陷位和密度等优势，因此在多个领域，如材料改性、芯片制造、生物医学、能源及化工领域都得到了广泛应用。尤其在磁性材料改性领域，该技术能够通过细致控制离子束的能量、剂量和辐照方向，实现对磁性材料的定制化性能优化。为进一步提升磁性材料的性能并探索新的磁性器件，本文深入地探讨了离子辐照如何精确调制各种磁相互作用，并分析其对自旋霍尔效应和磁结构动力学的影响。首先着重介绍了离子辐照在调控垂直磁各向异性、交换偏置及RKKY相互作用等磁性特征方面的最新研究成果。这些调控手段对于理解和优化磁性材料的微观结构和性质至关重要。接着，本文详细地探讨了离子辐照在调控自旋轨道力矩器件中的重要作用。这些应用展示了离子辐照技术在设计高性能磁性存储和处理器件方面的潜力。最后，还讨论了辐照离子种类、能量、剂量、辐照面积等参数对磁斯格明子成核位置、密度、尺寸、稳定性以及磁斯格明子霍尔效应的调控作用，阐明了离子辐照改变磁斯格明子生成、湮灭、运动规律等方面的内在机理，为制备基于磁斯格明子运动的低功耗存储器件提供新的途径。此外，本文还就离子辐照技术在未来多功能磁性传感器及信息存储磁介质制备方面的可能应用进行了前瞻性分析。离子辐照技术为磁性材料的性能调控和应用扩展提供了新的可能性。随着研究的深入，这项技术有望在未来的材料科学、电子器件以及信息技术等多个领域发挥更大的作用。

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图4 不同剂量3 MeV Fe⁺辐照人工反铁磁样品后的磁滞回线与磁畴形貌^[67]

(a) 0 ions/cm²；(b) 0.5×10¹³ ions/cm²；(c) 1.1×10¹⁴ ions/cm²；(d) 1.7×10¹⁴ ions/cm² ([67] Yun J J，Sheng Y B，Guo X，Zheng B W，Chen P，Cao Y，Yan Z，He X D，Jin P，Li J，Cui M H，Shen T L，Wang Z G，Yang D Z，Zuo Y L，Xi L 2021 Phys. Rev. B 104 134416)

同行评价

作者讨论了离子辐照技术如何精确调制各种磁相互作用，分析了离子辐照对自旋霍尔效应和磁结构动力学的影响，探讨了离子辐照在调控自旋轨道力矩器件中的重要作用，系统总结了离子辐照在设计高性能磁性存储和处理器件方面的潜力。得到的主要结论是离子辐照技术通过精确控制离子种类、能量、剂量、辐照方向以及辐照面积等关键参数，能够实现对材料各种性质的精细调控，为磁性材料的性能优化和多功能磁性电子器件的设计制造提供了广阔的途径。这篇综述对离子辐照对磁性调控方面的基础研究具有意义。

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EAST装置上电子回旋辐射成像诊断系统的绝对标定方法

裴柏杨，庄革，谢锦林，周乙楠

物理学报, 2024, 73(13):135202

doi: 10.7498/aps.73.20240497

电子回旋辐射成像(ECEI)系统可以对托卡马克等离子体芯部极向方向上二维的电子温度剖面的相对扰动进行高时空分辨率的测量。对ECEI系统进行绝对标定之后，可以提供二维绝对电子温度剖面及其扰动，为芯部不稳定性的研究提供实验数据支持。本文通过衡量锯齿崩塌前后的温度变化来确定锯齿反转面空间位置，并基于反转面拟合芯部的磁面位置及形状。根据等离子体平衡时同一磁面对映同一温度的假设，对ECEI所有通道进行标定，结果表明ECEI与一维电子回旋辐射仪(ECE)在测量同一位置的等离子体温度时，其不同时间信号的平均值的相对误差为6%，并可以有效用于锯齿不稳定性的研究。

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电子回旋辐射成像(ECEI)是磁约束装置中电子温度诊断的重要技术手段，可为装置芯部的磁流体不稳定性分析提供实验数据支持。该论文通过测量EAST装置锯齿崩塌前后的温度变化来确定锯齿反转面位置，并基于反转面拟合了芯部的磁面位置及形状。研究结果可信，是一篇较好的ECEI诊断分析论文。

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量子点耦合强度对手性Majorana费米子共振交换的调制

吴海滨，刘迎娣，刘彦军，李金花，刘建军

物理学报, 2024, 73(13):130502

doi: 10.7498/aps.73.20240739

本文研究了外部量子点耦合作用下，量子点耦合两个手性Majorana费米子体系的共振交换。为了观察两个手性Majorana费米子的共振交换，提出了一种基于量子反常霍尔绝缘体(QAHI)近邻耦合s波超导体的电路。数值计算的结果表明，通过外部量子点耦合强度可以调节手性Majorana费米子的共振透射。如果经历了共振隧穿的一个手性Majorana费米子与另一个量子点或Majorana零能模发生共振耦合，则可以实现与超导相位无关的非阿贝尔编织操作。因此所设计方案为Majorana费米子的非阿贝尔编织操作提供一种新的方式，这些发现可能在拓扑量子计算的实现中具有潜在的应用价值。

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本文研究了外部量子点耦合作用下的量子点耦合两个手性Majorana费米子体系的共振交换，发现外部量子点耦合强度可以调节手性Majorana费米子的共振透射，进一步发现经历了共振隧穿的一个手性Majorana费米子与另一个量子点或Majorana零能模发生共振耦合，则可以实现与超导相位无关的非阿贝尔编织操作。研究结果具有创新性，对从事拓扑量子计算的研究人员具有重要参考价值。

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CrCl₃隧穿磁阻的界面效应与多场效应调控

樊译颉，张阮，陈宇，蔡星汉

物理学报, 2024, 73(13):137302

doi: 10.7498/aps.73.20240431

磁隧道结是研究磁性材料自旋结构、输运特性、磁相变和磁各向异性的重要实验平台。本研究基于干法转移技术制备了以机械剥离的少层范德瓦耳斯反铁磁绝缘体三氯化铬(CrCl₃)为势垒层、少层石墨烯为电极的磁隧道结原型器件结构，并进行了低温电磁输运测量，除观测到自旋过滤效应引起的隧穿磁阻外，还发现多种由非传统效应引起的磁阻变化。基于对隧道结自旋结构和能带结构的分析，本文将之归因于由磁近邻效应引起的隧穿机制改变，以及石墨烯电极态密度在高磁场下出现的量子振荡行为。本文报道了在二维磁隧道结中与隧穿磁阻相关且此前未被广泛关注的物理现象，加深了对此类二维异质结构中载流子输运特性的理解，为二维磁性材料的物理性质研究及其自旋电子学应用拓展了新的途径。

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同行评价

这项工作主要对少层范德瓦耳斯反铁磁绝缘体三氯化铬和少层石墨烯构成的磁隧道结原型器件进行了低温电磁输运研究。结果显示，除了观测到自旋过滤效应引起的隧穿磁阻外，还发现了其他非传统效应引起的磁阻变化，这些变化归因于磁近邻效应引起的隧穿机制改变，以及石墨烯电极态密度在高磁场下出现的量子振荡行为。这项研究报道了在二维磁隧道结中与隧穿磁阻相关的新物理现象，具有较好的研究价值。

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熊祥杰，钟防，张资文，陈芳，罗婧澜，赵宇清，朱慧平，蒋绍龙

物理学报, 2024, 73(13):137101

doi: 10.7498/aps.73.20240434

设计二维半导体范德瓦耳斯异质结是一种实现多功能微电子器件的有效策略。本文构筑了二维钙钛矿Cs₃X₂I₉ (X = Bi，Sb)和铟锡InSe的范德瓦耳斯异质结Cs₃X₂I₉/InSe。基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了其几何、电子结构、光学性质。研究表明，二维Cs₃Bi₂I₉/InSe和Cs₃Sb₂I₉/InSe异质结为II型能带排列，且带隙分别为1.61 eV和1.19 eV，可见光和紫外光范围内具有较高的吸收系数。基于形变势理论和类氢原子模型的计算，二维Cs₃X₂I₉/InSe异质结显示了较高的电子迁移速率和激子结合能。基于II型排列的能带结构和肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit)，对比研究了光电转换效率。此外，进一步探究了双轴应变对二维异质结Cs₃X₂I₉/InSe光电特性的调控及其规律。上述研究为未来设计高效的二维范德瓦耳斯光电子器件提供了理论依据。

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图6 双轴应变对(a) Cs₃Bi₂I₉/InSe和(b) Cs₃Sb₂I₉/InSe vdWHs光吸收系数的调控；(c) Cs₃X₂I₉/InSe结构PCE图

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当前，二维钙钛矿Cs₃X₂I₉ (X = Bi，Sb)和铟锡InSe，是光电半导体领域研究的热点。本文基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了二维钙钛矿Cs₃X₂I₉ (X = Bi，Sb)和铟锡InSe构筑的范德瓦耳斯异质结Cs₃X₂I₉/InSe的光电性质。对比计算了其激子结合能和载流子迁移速率。基于Shockley-Queisser limit预测了其光电转化效率，并采用应力调控的方法，研究了其对能带排列和PCE的调控规律及其机理。研究方法正确，计算结果可靠，研究结论具有一定的科学性和创新性。

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李梅，钟淑英，胡军平，孙宝珍，徐波

物理学报, 2024, 73(13):138201

doi: 10.7498/aps.73.20240044

Li_1+xAl_xTi_2–x(PO₄)₃ (LATP)是一种颇具前景的NASICON型锂离子固态电解质。本文通过第一性原理计算研究了不同Al掺杂浓度(x = 0.00，0.16，0.33，0.50)对LATP的结构特性、电学特性以及Li⁺迁移特性的影响。结果表明，Al能够稳定掺杂进入LiTi₂(PO₄)₃(LTP)的晶体结构当中。当Al掺杂浓度x = 0.16时，Li—O键的平均键长最长，成键强度最弱，而Ti—O键强度随Al掺杂浓度变化不大。Al掺杂浓度对LATP带隙的影响不大，但Al附近的O原子聚集了更多的负电荷，形成AlO₆极化中心。Li⁺不同的迁移方式(空位迁移、间隙位迁移和协同迁移)在Al掺杂浓度不同时展现出复杂的能垒变化，Li⁺在空位迁移中迁移势垒随Al掺杂浓度的增大而升高，而在间隙位迁移中Li⁺的迁移势垒变化相反，由于协同迁移中涉及空位和间隙位两种位点，Li⁺的迁移势垒表现为随Al掺杂浓度的升高先降低后升高的复杂变化。当x = 0.50时，LATP具有最低的Li⁺迁移势垒0.342 eV，这个势垒值是间隙位迁移的结果。因此，通过改变Al掺杂浓度，可改变间隙Li⁺浓度及迁移通道结构，进而调节Li+的迁移性能，提高LATP中的Li⁺导电性能。

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图7 (a)，(b) Li⁺在LTP和LATP中通过间隙位迁移的迁移势垒；(c) Li⁺的迁移路径

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论文通过第一性原理计算系统研究了Al掺杂浓度对固态电解质Li_1+xAl_xTi_2–x(PO₄)₃(x = 0.00，0.16，0.33，0.50) (LATP)结构特性、电学特性以及 Li⁺迁移特性的影响。论文提供了研究固态电解质中锂离子迁移特性的新见解，为实验上通过Al掺杂提高LATP离子电导率提供了理论依据，具有指导意义。

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基于不同变系数和势场的分数系统中二次相位调控厄米-高斯光束动力学

谭超，梁勇，邹敏，雷同，陈龙，唐平华，刘明伟

物理学报, 2024, 73(13):134205

doi: 10.7498/aps.73.20240427

本文基于带有不同变系数和势的分数薛定谔方程，研究了二次相位调制(QPM)下厄米-高斯光束的演化特性。在自由空间中，光束聚焦位置随着正QPM系数的增加或莱维指数的减小而变大。QPM为负时，光束聚焦消失。在余弦调制和QPM共同作用下，光束的传输不再遵循余弦规律振荡，而是表现出一大一小的呼吸结构，其演化周期会随调制频率的增加而降低。引入线性调制时，分裂光束的运动轨迹呈现抛物线状。在线性调制和QPM共同影响下，光束呈现出聚焦或聚焦消失的特性。当考虑幂函数调制和正QPM共同影响时，在莱维指数较小时，光束在一定传输距离内保持不失真的直线传输。当线性势作用时，光束的分裂随着线性系数的增加而逐渐消失，最终呈现周期性演化。在加入QPM后，光束会得到明显放大。另外，光束演化周期与线性系数成反比，横向振幅随着莱维指数的增加而变大。当抛物势和QPM共同作用时，光束会呈现出自动聚焦，散焦效应，聚焦频率会随着莱维指数和抛物系数的增加而变大。这些特性在光学操纵，光学聚焦等领域具有潜在的应用价值。

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同行评价

作者利用二次相位调制对厄米-高斯在分数阶薛定谔方程中的演化特性进行了研究分析，讨论了QPM系数和纵向调制函数对光场传输规律的影响。研究方法可行、结果可靠、分析严谨。研究结果具有一定创新性，能够为光场的传输调控提供新思路。

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蝠鲼交错排布集群游动水动力性能

高鹏骋，田徐顺，黄桥高，潘光，褚勇

物理学报, 2024, 73(13):134702

doi: 10.7498/aps.73.20240399

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能，首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型，然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法。系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚，流向间距0—1.5倍体长(BL)下的双蝠鲼集群游动过程，并结合全局三维涡结构和特征截面二维涡结构对集群系统以及集群中各单体的平均推力/效率进行分析。数值结果表明：当单体间流向间距较小时，相比于单独游动，推进性能急剧下降；随着流向间距增加，领航蝠鲼推进性能基本同单体游动保持一致；但当D_x = 0.4BL时由于领航蝠鲼尾涡恰好越过跟随蝠鲼前缘直接作用在跟随蝠鲼初始脱落鳍尖涡处，大幅提升其旋涡能量，因此此时系统平均推力和效率提升均最大，分别为29.69%和6.77%。

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