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高可调低损耗电介质薄膜的制备及性能

余晨曦，江昊霖，肖志峰，包小青，王丹，邓功勋，王爱记

物理学报, 2025, 74(19):197702

doi: 10.7498/aps.74.20250938

cstr: 32037.14.aps.74.20250938

微波可调器件是相控阵天线和射频前端的重要组成部分，对于实现频率、相位和幅度的精准控制至关重要。电介质陶瓷块体材料在微波可调器件中应用广泛，但不易集成。电介质薄膜材料具有易集成、低成本、高调谐速率、低功耗、小尺寸、连续可调等优点，且相比块体材料更易与现代集成电路工艺兼容。目前，基于电介质薄膜材料设计器件的前提是: 在提高薄膜结晶质量的同时，需采用低介电常数和低损耗的材料作为衬底来降低其对整体介电性能的影响。然而，适合电介质薄膜外延生长的低介电低损耗衬底(如MgO，Si等)与电介质薄膜晶格失配较大(>5%)，造成高质量外延生长面临较大挑战，导致难以厘清其本征构效关系，阻碍了其性能的协同优化，进而无法获得高可调低损耗的电介质薄膜材料。因此，本研究基于激光脉冲沉积技术，利用畴匹配外延机制在MgO(001)衬底上制备出了高性能的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃外延薄膜，其可调率达到67.2%，品质因子为49，优值因子为32.93。与已有报道相比，本研究制备的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃薄膜表现出更高的介电可调率和更低的介电损耗，系统地分析了薄膜形貌、晶体结构、温度等因素对其介电性能的影响，为厘清Ba_1–xSr_xTiO₃薄膜的宽频域构效关系奠定了基础，凸显了其在可调谐微波器件中的应用潜力。

图5 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃薄膜介电性能对比图

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利用飞秒泵浦-受激亏蚀-探测瞬态吸收光谱调控1122C分子超快光异构化动力学

徐卉琳，黄程，魏政荣

物理学报, 2025, 74(19):194204

doi: 10.7498/aps.74.20250909

cstr: 32037.14.aps.74.20250909

光致异构化是分子光物理与光化学反应的核心，其量子产率与激发态动力学演化路径相关。改变分子激发态演化路径以实现对光化学反应的精准操控是物理学家、化学家长期以来追求的梦想。本文采用飞秒泵浦-受激亏蚀-探测(pump-dump-probe)光谱技术，研究了受激亏蚀光脉冲对1，1'-二乙基-2，2'-碘化菁(1，1'-diethyl-2，2'-cyanine iodide，1122C)分子光异构化动力学的影响。在泵浦-探测(pump-probe)实验中，1122C分子被泵浦光激发之后，处于激发态的分子以5.6 ps的时间常数沿扭转反应坐标发生结构变化，从反式(trans-)构型转变为顺式(cis-)构型。为了对该反应进行人为调控，本文在传统泵浦-探测光谱的基础上，引入第3束波长为1030 nm的飞秒受激亏蚀光。受激亏蚀光脉冲成功使部分处于激发态的反式构型分子通过受激跃迁直接返回基态，绕过了原本通向顺式产物的异构化通道。通过比较顺式产物吸收信号的变化，计算得出受激亏蚀光作用下顺式构型的产率降低了约12.1%。本文研究实现了利用飞秒激光对超快光化学反应路径的主动干预，展示了飞秒多脉冲光谱技术在调控分子激发态演化路径、优化光异构化反应产率的潜力。该研究为将来对复杂光化学反应精准操控提供了理论和技术支持。

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硅氧烷环氧树脂交联网络结构演变及其高温电学性能

阴凯，李静，滕陈源，胡怡霜，陈向荣，查俊伟

物理学报, 2025, 74(19):197701

doi: 10.7498/aps.74.20250654

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电子器件向着大功率、小型化方向发展对环氧树脂电子封装材料的高温电学性能提出了更高的要求。本研究采用环氧基封端苯基三硅氧烷(ETS)作为功能单体，通过交联反应将Si—O键引入到双酚A环氧树脂中，系统研究了ETS对环氧树脂复合材料的结构以及高温电学特性的影响及调控作用。实验结果表明，随着ETS含量的增大，环氧树脂复合材料的交联度逐渐降低。当ETS添加质量分数为2.5%时，复合材料的玻璃化转变温度及热稳定性得到了提升，且呈现最优综合电学性能，在70 ℃下，该复合材料电导率大幅下降，空间电荷积聚程度得到明显改善，陷阱深度加深，介电损耗降低，击穿强度提升至74.2 kV/mm。随着ETS含量的逐步增大，环氧复合材料的电学性能呈现先增强后减弱的非线性变化规律，这种浓度依赖性行为与纳米填料改性体系具有相似的特性演变特征。本文提出通过对硅氧烷与环氧交联后构成的微观交联网络拓扑结构演变来解释ETS对环氧树脂高温电学性能的影响。本研究为开发硅氧烷改性高性能环氧树脂电子封装材料提供了重要的理论依据以及设计策略。

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量子区域内单离子声子激光态的研究

董元章，何思文，邓志姣，李沛东，陈亮，冯芒

物理学报, 2025, 74(19):193701

doi: 10.7498/aps.74.20250603

cstr: 32037.14.aps.74.20250603

在囚禁离子系统中，基于范德波尔振子机制的单离子声子激光态已在微弱电场测量和弱力检测等领域得到应用。声子激光态作为一种与光子激光的性质类似的相干声子态，通过激光相干边带激励和冷却技术，可以精确地调控离子的振动状态，并有望在连续变量量子计算、量子非线性动力学和量子精密测量等领域展现进一步的应用。本文采用三能级模型对单离子量子区域内的声子激光态进行理论研究，通过求解主方程，获得了声子激光态的稳态相图，分析了系统的Wigner准概率分布和二阶关联特性。本文针对离子阱体系提出了实验实现方案，即通过蓝边带激光和红边带激光构成的双色光场共同作用于囚禁的单个⁴⁰Ca⁺离子，从而在量子区域内产生声子激光态，并采用特征函数测量法对振动量子态进行表征。

图2 (a) 相图，其中横、纵坐标都取以10为底的对数。A区域为热态区域，B区域为声子激光态区域，C区域为结果不收敛区域，虚曲线L1是热态与声子激光态的分界线，虚曲线L2则为声子数是否收敛的分界线；(b) 平均声子数随g_h的变化，其中平均声子数取以10为底的对数。平均声子数先是快速上升，之后会迅速收敛至稳定值；(c) D1(–0.824，0.301)点的稳态Wigner准概率分布，对应参数为g_h = 0.15，g_c = 2；(d) D2(0.477，0.301)点的稳态Wigner准概率分布，对应参数为g_h = 3，g_c = 2

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液态Fe-Nd-Y-B合金的热物理性质与静电悬浮快速凝固研究

徐方达，郑亚鹏，刘树红，翟薇，魏炳波

物理学报, 2025, 74(19):197102

doi: 10.7498/aps.74.20250904

cstr: 32037.14.aps.74.20250904

采用静电悬浮技术研究了四元Fe_75.6Nd₁₀Y₉B_5.4合金的亚稳和稳定液态热物理性质及快速凝固规律，其最大过冷度达到221 K (0.14T_L)。精确测定了液态合金密度、热膨胀系数和比热与辐射率之比随温度的变化规律。分子动力学模拟表明，Nd和Y两种稀土元素扩散系数均随温度下降以指数形式减小，但相同温度下前者扩散速率高于后者。当过冷度为80—158 K时，初生(Nd，Y)₂Fe₁₇相枝晶生长速度从3.8 升高至5.7 mm·s^–1，且晶粒尺寸显著细化。同时，包晶转变也被促进，τ₁-(Nd，Y)₂Fe₁₄B相体积分数增长至75%。一旦过冷度达到180 K，初生(Nd，Y)₂Fe₁₇相消失，τ₁相直接从合金熔体中形核，且生长速度随过冷度由2.6 增大至11.0 mm·s^–1。形成焓计算结果表明，Y元素固溶可以提升初生(Nd，Y)₂Fe₁₇和包晶τ₁相的热力学稳定性，所以两相内Y元素含量均显著高于Nd元素。大过冷条件下，扩散能力强的Nd元素在τ₁相内的含量略微升高，而Y元素含量下降。

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量子点阵列几何构型对电子跃迁输运的调控

王博维，商姊萌，韩伟华

物理学报, 2025, 74(19):197301

doi: 10.7498/aps.74.20250784

cstr: 32037.14.aps.74.20250784

硅基纳米结构中杂质原子量子点阵列因其在量子计算、量子模拟等领域的巨大应用潜力而备受关注。基于线形、环形和网状等不同几何结构排列的量子点阵列因拓扑特性的差异以及长程库仑相互作用的影响，展现出各异的电子输运特性。同时，通过调控电子隧穿和波函数相位相干性，可以深刻影响电子的跃迁输运行为。本文致力于构建硅基纳米结构中杂质原子量子点阵列的通用Fermi-Hubbard模型，探讨量子点分布的几何构型对电子的跃迁输运行为的调控机制。特别以环形量子点阵列为例，深入分析了不同几何结构和电子跃迁模式下的电子添加能谱与电导特性，揭示了在位电子库仑排斥能、位间电子库仑排斥能、电子-离子实长程库仑吸引能与量子点耦合对电子跃迁行为的影响，为理解量子点阵列几何分布对跳跃电子输运特性的调控机制提供了基本理论框架。

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旋转与强剪切流协同作用对稀合金激光增材制造中界面不稳定性的影响

李国璇，范海龙

物理学报, 2025, 74(19):196401

doi: 10.7498/aps.74.20250829

cstr: 32037.14.aps.74.20250829

为改善增材制造过程中由于界面不稳定性引发的晶体结构缺陷问题，本文基于线性稳定性理论，系统研究了旋转与强剪切流协同作用对快速凝固中固-液界面形态稳定性的影响机制。通过对增材制造过程的分析，构建了包含旋转(泰勒数)与剪切流动参数的数学物理模型，揭示了多物理场协同作用对界面不稳定性的调控规律。研究发现强剪切流可有效降低逆临界形态数，稳定固-液界面；旋转场的引入则显著缩小了系统的不稳定性区域，尤其在小波数范围内表现出显著的稳定作用。此外旋转与流动的耦合效应进一步增强了界面附近溶质的均匀性，并改善了熔池内的流动形态，提升了整体的稳定性。同时高表面能也表现出促进界面稳定的趋势，旋转场对此效果具有增强作用。本文的研究结果为实现高质量晶粒结构调控和增材制造工艺的参数优化提供了一定的理论支撑。

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