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核物理主题数据：实验、理论与应用专题

亚化学计量金属氢化物热散射律数据计算分析

马宇图，祖铁军，吴宏春，曹良志

物理学报, 2025, 74(22):222801

doi：10.7498/aps.74.20250928

cstr：32037.14.aps.74.20250928

金属氢化物是先进反应堆研发中具有重要应用前景的中子慢化剂材料，其热中子散射数据对反应堆设计精度具有重要影响。本文通过准随机结构和第一性原理晶格动力学方法，计算了亚化学计量氢化锆和氢化钇的声子态密度等参数，以此为基础，基于核数据处理程序NECP-Atlas计算获得了不同亚化学计量氢化物的热中子散射律数据，并分析了氢含量对氢化物热散射截面以及临界装置有效增殖系数的影响。研究表明：氢化物中氢含量的变化导致热散射截面存在差异，进而影响核反应堆的计算结果，对于装载氢化锆的ICT003和ICT013系列基准题(H/Zr约为1.6)，采用其他氢含量氢化锆的热散射律数据导致有效增殖系数最大偏差为104 pcm；对于装载ZrH₂的HCM003系列基准题，采用其他氢含量氢化锆热散射律数据导致有效增殖系数最大偏差为147 pcm。本文数据集可在科学数据银行数据库https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00179中访问获取。

图4 不同氢含量下ZrHx的热散射截面 (a) 氢的非弹性散射截面；(b) 氢的非相干弹性散射截面；(c) 锆的非弹性散射截面；(d) 锆的相干弹性散射截面

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集体耗散诱导下里德伯原子气体的非平衡相变

张亚鹏，郑宇杰，汤婧雯，施帅，周艳丽，刘伟涛

物理学报, 2025, 74(22):223201

doi：10.7498/aps.74.20251237

cstr：32037.14.aps.74.20251237

本文研究具有集体耗散的里德伯原子系统中的非平衡相变。结合平均场理论与刘维尔谱分析，发现集体耗散可诱导原子间关联，并引发一种新型双稳态：系统或收敛于某不动点或保持自激周期性振荡，区别于传统相互作用导致的双稳态。结果表明刘维尔(Liouville)能谱方法在有限维系统中提取的非平衡相变特征与热力学极限下的平均场结果基本一致。该研究不仅能解释里德伯原子实验中观测到的自激振荡现象，还预言了新的相结构，也验证了刘维尔能谱方法在量子多体研究中的有效性，为探索耗散系统中的非平衡相变提供了理论框架。

图6 不同相对应的参数下，有限维的量子系统与平均场近似下的动力学演化　(a)，(b)分别表示处在SP和OSC参数下系统的动力学演化；(c)，(d)相同参数(SP/OSC)下，不同初始态对应的动力学演化

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大气环境下纳米线-基底界面黏附能测量的新方法：交叉堆叠拱形测试

李金锴，宋小东，侯丽珍，王世良

物理学报, 2025, 74(22):226801

doi：10.7498/aps.74.20250873

cstr：32037.14.aps.74.20250873

纳米线-基底界面黏附能对微纳器件的性能至关重要。然而，现有测量方法普遍存在操作复杂、误差大等问题。本文提出一种基于光学显微镜微纳操纵技术的交叉堆叠拱形测试法，实现了大气环境下纳米线-基底界面黏附能的定量测量。利用该方法，成功测定了SiC，ZnO和ZnS纳米线与Si基底之间的界面黏附能。测试结果显示：SiC纳米线/Si基底的界面黏附能测量值((0.154 ± 0.030) J/m²)与范德瓦耳斯力理论预测值(~0.148 J/m²)吻合良好；而ZnO纳米线/Si基底((0.120 ± 0.034) J/m²)和ZnS纳米线/Si基底((0.192 ± 0.043) J/m²)的测量值，则显著高于其对应的范德瓦耳斯理论预测值(分别为~0.090 J/m²和~0.122 J/m²)。分析表明，这种差异源于ZnO和ZnS表面极化产生的附加静电吸附作用。本文提出的方法操作简便、准确性高、普适性强，为研究一维纳米结构与基底间的界面黏附行为提供了一种高效可靠的新途径。

图1 在基底表面通过OM微纳操纵技术构建纳米线网格的示意图

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基于拓扑光子晶体的硅光电倍增管探测效率优化

郭超前，张国青，张昊童，吴云，王军，杨延飞，刘露，刘丽娜，李连碧，韩小祥，李泽斌，韩超

物理学报, 2025, 74(22):220702

doi：10.7498/aps.74.20250892

cstr：32037.14.aps.74.20250892

硅光电倍增管(SiPM)在微弱光探测领域已获得广泛应用。然而基于小尺寸G-APD单元的SiPM存在有效几何填充因子GFF受限问题，使其光子探测效率(PDE)相对较低。此外，受硅材料本征特性制约，其在近红外波段的PDE亦相对不足。针对上述问题，本文提出一种基于拓扑光子晶体(TPC)的分区域光场调控方案，旨在不改变SiPM内部结构的前提下提升其PDE。通过COMSOL电磁波频域仿真，揭示了死区拓扑边缘态引导、光敏区慢光效应及布拉格散射的多波段协同机制：在460—700 nm波段，死区蜂窝晶格通过Floquet周期性分析诱导拓扑边缘态，同时利用晶格周期性介电分布激发布拉格散射，减少光子在金属表面的反射损耗，将光子精准耦合至光敏区，其在621 nm处的有效GFF从46.4%提升至63.1%；在700—1100 nm波段，蜂窝晶格周期性介电分布进一步激发布拉格共振，减少金属表面反射损耗，同时多重散射机制显著延长光子在死区的传播路径，提升与光敏区耦合概率；设计的光敏区周期性硅柱结构通过慢光效应有效延长了光子横向传播路径，同时布拉格散射减少反射损耗，其在900 nm处的吸收效率由41.19%显著提升至55.94%。仿真结果表明，该设计方案使SiPM在460—1100 nm波段PDE平均提升50% (峰值达81%)，可以通过主流的刻蚀工艺(电子束光刻+反应离子刻蚀)实现。与传统微透镜及等离激元结构相比，TPC在宽光谱响应与工艺简化方面具有显著优势。本研究为SiPM的光子回收与PDE增强提供了拓扑光子学新路径。

图1 SiPM表面构建拓扑光子晶体原理示意图   (a) SiPM三维结构示意图；(b) 近距离俯视图；(c) 拓扑绝缘光子晶体示意图(近距离)；(d) 表面具有拓扑光子晶体的SiPM二维剖面示意图；(e) TPC二维晶格示意图；(f) Floquet周期性分析示意图；(g) 光子在TPC中传播示意图

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《物理学报》2025年第22期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/22