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专题：量子光学原理与应用

室温表面电极离子阱中的多离子相干操控

谢艺，陈婷，王弘扬，陶毅，张鑫，陈岩，张杰，吴伟，陈平形

物理学报, 2025, 74(24):240301

doi：10.7498/aps.74.20251454

cstr：32037.14.aps.74.20251454

高性能表面电极离子阱是构建可扩展离子阱量子计算机的关键平台。在室温下实现多离子相干操控，是迈向量子纠错与大规模集成的关键步骤。本文报道了在自主研制的室温表面电极离子阱中，单离子与多离子相干操控的研究进展。该芯片阱在轴向与横向分别实现了低至0.074(8) quanta/ms(@833 kHz)与0.237(51) quanta/ms(@1.3 MHz)的加热率。结合电磁诱导透明(EIT)冷却与边带冷却，单离子被冷却至平均声子数0.04(2)以下。在此基础上，利用载波与边带跃迁对多达20个离子进行了全局相干操控，观测到由集体振动模式介导的离子间耦合，并清晰地展示了不同位置离子因高阶振动模式向量差异而呈现出的特异相干演化行为。本工作充分验证了在微型表面电极离子阱的单势阱中囚禁与相干操控链状和二维多离子的能力，为在芯片电极离子阱中实现高效的多离子纠缠态制备和量子模拟奠定了物理基础。

图5 离子可分辨的多离子蓝边带Rabi振荡曲线(实验数据由点表示，理论曲线由线条表示，离子序号按照从左到右的顺序标记为1—5(6)。实验误差棒表示估计的投影测量不确定度)   (a) 5个离子第2个轴向模式的蓝边带振荡曲线，模式频率约691 kHz，失谐为0；(b) 5个离子第3个轴向模式的蓝边带振荡曲线，模式频率约962 kHz，失谐为0.2Ω_0,1；(c) 5个离子第5个轴向模式的蓝边带振荡曲线，模式频率约1219 kHz，失谐为0.08Ω_0,1；(d) 6个离子第6个轴向模式的蓝边带振荡曲线，模式频率约1464 kHz，失谐为0.06Ω_0,1

同行评价

本文报道了在自主研制的室温表面电极离子阱中单离子与多离子相干操控的研究进展，充分验证了在微型表面电极阱的单势阱中囚禁与相干操控多离子阵列的能力，为制备多离子纠缠态提供了有效方案。

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专题：AI物质科学

目标性质导向的材料生成：迈向按需构筑的材料逆向设计

刘章赫，陈新宇，周跫桦，王金兰

物理学报, 2025, 74(24):240701

doi：10.7498/aps.74.20250989

cstr：32037.14.aps.74.20250989

近年来，机器学习在材料科学中的应用显著加快了新材料的发现，特别是在结合第一性原理计算等传统方法后，能够高效筛选已有数据库中的潜在高性能材料。然而，此类方法大多局限于已有化学空间，难以实现对全新材料结构的主动设计。为突破这一瓶颈，基于生成模型的材料逆向设计方法逐渐兴起，成为探索未知结构与性质空间的重要手段。尽管当前生成模型在晶体结构生成方面取得了初步进展，但如何实现目标性质导向的材料生成仍面临显著挑战。本文首先介绍了近年来在材料生成领域中具有代表性的生成模型，包括CDVAE，MatGAN以及MatterGen，分析其在结构生成上的基本能力与局限。随后重点探讨如何将目标性质有效引入生成模型，实现性质导向的结构生成，具体包括基于目标性质向量的Con-CDVAE、融合结构约束与引导机制的SCIGEN、通过适配器实现性质调控的微调版MatterGen以及结合隐空间搜索优化的CDVAE隐变量优化策略。最后总结当前性质导向生成机制面临的挑战，并展望其未来的发展方向。本文旨在为研究者深入理解和拓展性质驱动的材料生成方法提供系统性参考和启发。

图9 三种将目标性质导向机制引入生成模型的方法

同行评价

文章对材料研究领域中的目标性质导向生成模型的最新研究进展进行了系统的梳理分析和总结，对主要代表性方法的基本思想、实际应用和存在局限性进行了讨论和评述，对该领域研究现状和未来发展趋势的总结非常全面准确。

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专题：半导体物理与器件

利用范德瓦耳斯工程定制具有全新发光各向异性的二维异质结

文婷，苏子洛，王雅兰，蔡霜，巫佳琦，秦嘉泽，焦陈寅，王曾晖，张泽娟，裴胜海，夏娟

物理学报, 2025, 74(24):241302

doi：10.7498/aps.74.20251120

cstr：32037.14.aps.74.20251120

二维材料的发光特性与各向异性构成了微纳偏振发光器件实现与性能优化的物理基础。然而，并非所有天然二维材料体系同时具备强本征发光与强各向异性，这在很大程度上限制了其在偏振可控发光器件中的应用潜力。针对这一问题，本研究基于范德瓦耳斯工程策略，构建了由单层MoS₂与低对称性NbIrTe₄组成的异质结，从而实现了高效发光特性与强各向异性响应的协同耦合。角分辨偏振光致发光测试结果表明，NbIrTe₄中固有的各向异性势场能够有效地改变单层MoS₂的面内晶格对称性，诱导其光致发光过程呈现明显的偏振依赖性，并显著地提升激子的各向异性辐射强度。本研究不仅揭示了范德瓦耳斯异质结中发光各向异性产生的微观物理机制，还为新一代高性能偏振发光器件的结构设计与性能调控提供了可行的理论指导与实验依据。

图4 (a) 1L-MoS₂的面内晶格结构示意图及其面内晶格投影出的布里渊区；(b) 1L-MoS₂/NbIrTe₄异质结的层间耦合作用打破MoS₂晶格结构面内对称性及其晶格结构投影出的布里渊区示意图

同行评价

作者构建了由单层MoS₂与低对称性NbIrTe₄组成的异质结，成功实现了高效发光与强各向异性响应的协同耦合。实验结果在一定程度上揭示了范德瓦耳斯异质结中发光各向异性产生的微观物理机制，并为新一代高性能偏振发光器件的结构设计与性能调控提供了理论和实验依据

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专题：原子分子和材料物性数据

He⁺离子与H₂O分子碰撞的单电荷转移截面

张煜，朱亚衍，祁月盈，屈一至，于皖东

物理学报, 2025, 74(24):243101

doi：10.7498/aps.74.20251230

cstr：32037.14.aps.74.20251230

太阳风中的He离子与H₂O分子碰撞的电荷转移截面是天体等离子体建模等领域所需的重要数据。然而，当前对应太阳风速度范围的中低能区He⁺离子与H₂O分子碰撞的单电荷转移截面实验测量数据有限，基于第一性原理的理论计算尚未开展。本工作利用含时密度泛函非绝热耦合分子动力学模型，计算了1.33—1800 keV宽能量范围内He⁺离子与H₂O分子碰撞的单电荷转移截面。模拟采用反转碰撞框架，探究了电荷转移和电子离子耦合动力学，发现H₂O分子的单电荷转移截面有较强的分子取向依赖特性，并且低能区和高能区不同分子取向对截面的贡献有显著区别。截面计算结果与已有的实验以及经典理论模型数据较为符合，表明本文所用理论方法和数值框架不仅适用于处理非裸核离子和分子碰撞的电荷转移过程，还能定量分析分子取向对截面的影响。这为后续复杂碰撞体系的相关截面计算奠定了基础。本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00193中访问获取。

图2 (a) He⁺离子与H₂O分子碰撞的单电荷转移截面以及(b)不同分子取向对截面的贡献   (a) Rudd等^[12]以及Sataka等^[13]数据是基于布拉格加和规则得到的截面，Garcia等^[15]数据分别是He⁺离子单电子俘获下产生的H₂O⁺截面以及所有碎片离子截面之和；(b) 方向1，2，3分别对应图1(a)—(c)三个分子取向

同行评价

文章面向太阳风速度范围内He⁺-H₂O单电荷转移截面数据匮乏的研究现状，基于第一性原理TDDFT-MD，在1 keV—1 MeV的较宽能区内系统地计算给出截，所得结果与现有实验和经典模型相符，验证了方法的可靠性，同时为缺测能区提供了参考基准。

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专题：原子分子和材料物性数据

温稠密和热稠密极端条件下的物质黏性研究进展及数据评估

程宇清，刘海风，李琼，王帅创，王丽芳，方俊，高兴誉，孙博，宋海峰，王建国

物理学报, 2025, 74(24):245101

doi：10.7498/aps.74.20250861

cstr：32037.14.aps.74.20250861

温稠密和热稠密极端条件下的物质黏性在诸多场景有着重要应用，例如：惯性约束聚变靶丸设计、天体结构演化研究、极端条件下界面不稳定性和混合发展规律研究等。由于黏性实验技术能够达到的温压范围非常有限，因而，极端条件下物质黏性数据的获取方式主要是通过理论计算。本文阐述了计算温稠密和热稠密极端条件下物质黏性的多种理论方法，包括以量子分子动力学模拟(QMD)为代表的数值模拟方法和以随机游走屏蔽势黏性模型(RWSP-VM)为代表的解析公式。通过评估从低原子序数到高原子序数的多种单质(H，C，Al，Fe，Ge，W，U)的黏性数据，讨论了各种方法的适用条件，评估了各种解析公式的可靠性和适用范围。可以看到，数值模拟方法获得的数据量以及覆盖范围仍然有限，不同的数值模拟方法之间还存在一定分歧，解析公式仍然是快速获取大量黏性数据的可靠方式。基于物理建模和模拟数据的拟合公式，例如单质等离子体(OCP)模型、集成的Yukawa黏性模型(IYVM)等，兼顾了模拟数据的精度和解析计算的效率。基于物理建模的RWSP-VM，不依赖于模拟数据，却在较宽温压范围内具有与模拟数据相当的精度，是获取温稠密和热稠密物质黏性数据的高效方法。本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00180访问获取。

图4 Fe的黏性   (a)—(f) 密度分别为1.6，4.0，7.9，16，32，40 g/cm³。曲线图例与图 3一致，除了橙色实线代表EPT+AA^[27]，红色圆圈、蓝色方块和黑色十字分别为OFMD1^[55]，OFMD2^[27]和AAHNC (CMD)^[39]的计算结果

同行评价

本文所研究的粘性系数是惯性约束聚变中的靶丸设计、天体结构演化所需要的必要的数据，文章中发展的RWSP-VM方法是快速获得较宽温度密度区域粘性系数较有效的方法，非常有意义。

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《物理学报》2025年第24期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/24