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线性Paul阱中多组分离子的协同囚禁与参数共振

王飞，钱镜宇，殷伟博，王昱寒，梁玮宸，贾凤东，薛平，钟志萍

物理学报, 2026, 75(7):070301

doi: 10.7498/aps.75.20251381

cstr: 32037.14.aps.75.20251381

在囚禁离子的量子技术中，对多组分离子混合系统的操控需求日益迫切，其集体动力学的研究对等离子体物理也具有重要意义。本文利用离子-原子混合阱，通过连续光电离被激光冷却的⁸⁷Rb原子，制备出质荷比呈等差数列的铷离子团簇(N=1，2，⋅⋅⋅)。该团簇在线性保罗阱中表现出分谐波序列的径向宏运动频率(≈ 1∶1/2∶1/3∶⋅⋅⋅ )。通过扫描囚禁射频场参数并监测飞行时间质谱，观测到超越单组分离子阱理论的现象：⁸⁷Rb⁺离子在单组分离子理论预言的Mathieu参数q_x不稳定区(q_x > 0.908)仍能保持稳定囚禁。在扩展的稳定参数区内，观察到总离子信号在q_x (⁸⁷Rb⁺) ≈√2 处呈现双尖锐极小。分析表明，稳定区的拓展是具有分谐波频率关系的多组分离子产生的协同囚禁效应；而离子信号极小值则源于囚禁射频场激发原子离子参数共振，从而导致其损失。本文阐明了集体相互作用在多组分离子动力学中的关键作用，为量子体系中的选择性离子操控及多组分等离子体物理研究提供了新途径。

图2 总离子数随原子离子(⁸⁷Rb⁺)的Mathieu参数q_x的变化关系。总离子信号由飞行时间质谱进行测量，每个数据点为三次独立测量的平均值。实心圆点：通过将囚禁射频场峰值电压固定为140.0 V并扫描其频率来改变q_x (⁸⁷Rb⁺)参数。空心圆点：通过将囚禁射频场频率固定为350.0 kHz并扫描其峰值电压来改变q_x (⁸⁷Rb⁺)参数

同行评价

作者研究了连续光电离的磁光阱⁸⁷Rb冷原子系综在线性Paul阱中的囚禁特性。事实上，研究原子-离子混合体系是面向超冷化学和量子物理的重要载体，作者分析了包括稳区在内的多个特性，思路严谨，为量子体系中的选择性离子操控及多组分等离子体物理研究提供了新途径。

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多沟道GaN电子迁移率晶体管自热效应的电热耦合模拟及场板结构优化

孙育坤，刘哲，孙锴，崔海航

物理学报, 2026, 75(7):070702

doi: 10.7498/aps.75.20251466

cstr: 32037.14.aps.75.20251466

多沟道GaN电子迁移率晶体管器件通过垂直堆叠多个AlGaN/GaN异质结，在保障各沟道载流子迁移率的同时，提升器件2DEG的总浓度，进而增强器件的整体性能。但相较于单沟道器件，首先，多沟道器件在各沟道中形成分流，平均热流密度有所降低；其次，中部沟道的垂向散热条件变差，需要考虑沟道间的热耦合。为了综合考虑上述正、反作用对各沟道热影响的程度，需要建立完备的电热耦合模型进行求解。本文采用漂移-扩散方程描述电学行为，结合导热方程描述热传导过程，二者通过迁移率对温度的依赖性实现双向耦合，模拟结果表明，温度最高的中间区域，自热效应导致的沟道内电流密度的降低不可忽略，构建的模型准确地表征了器件的电热分布特性。接下来，为抑制自热效应，针对电场强度最高的栅漏极区域，即热流密度最大的位置，基于所构建的电热耦合模型，探究了栅漏极区域四种不同场板结构的影响。对比发现，倾斜场板结构可有效抑制器件自热效应，其机制在于将一次大幅电势跃变分解为多个微小阶跃，从而有效降低栅漏极区域电场强度，显著抑制该区域热流密度。相较于无场板结构，在采用倾角6°、场板长度1.2 μm的优化参数后，沟道最高温度降低约6%，最大电场强度和热流密度下降约75%。本研究有助于深入理解多沟道GaN电子迁移率晶体管中的热电耦合效应，并为高热可靠性器件设计提供技术支撑。

同行评价

文章围绕多沟道GaN HEMT的自热效应与电热耦合问题，建立了基于漂移-扩散模型与傅里叶导热方程的双向电热耦合数值模型，系统分析了沟道数量变化及不同栅漏场板结构（尤其是倾斜场板）对器件电场分布、热流密度与温升特性的影响。工作选题明确、模型完整、物理分析充分。

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芯片热设计模拟、测量技术及发展综述

周君年，周烽，岳圣瀛

物理学报, 2026, 75(7):070806

doi: 10.7498/aps.75.20251780

cstr: 32037.14.aps.75.20251780

随着集成电路技术向高功率密度、3D 集成电路及异构封装发展，芯片的热管理问题已成为限制芯片性能、可靠性及寿命的关键瓶颈。本文系统综述了芯片热设计中的数值模拟方法与实验测量技术，重点分析了现有技术在多尺度、多物理场耦合、界面热阻测量及高热流密度冷却中的瓶颈。首先介绍了宏观与器件级热模拟方法，如等效热路模型、有限元法及计算流体力学，并探讨了声子输运与分子动力学在微观尺度中的应用。随后，分析了红外热成像、热反射法、拉曼光谱和嵌入式传感器等实验手段的优势与挑战。本文还探讨了当前技术的局限性，包括计算量巨大、多尺度耦合不精确、实验设备昂贵以及冷却技术的物理极限。最后，提出了未来研究方向，特别是AI加速的热模拟、嵌入式微通道液冷、两相流冷却、新型高导热材料及多物理场协同设计等前沿技术，以推动芯片热管理技术向更高效、智能化方向发展。

同行评价

文章以高热流密度芯片散热为背景，对芯片热设计的数值模拟方法与手段、实验测量技术等方面的研究进展进行了综述，并分析了当前技术瓶颈和未来可能的研究方向。考虑到芯片“热障”问题日益突出，并成为芯片设计的主要难题之一，本文研究内容具有重要的意义。

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复杂结构半导体材料热输运理论方法进展与展望

杨进，赵若琳，ONG Wee-Liat，皮孝东，杨德仁，邓天琪

物理学报, 2026, 75(7):070707

doi: 10.7498/aps.75.20251752

cstr: 32037.14.aps.75.20251752

半导体是现代电子工业的基石材料，其热输运性能直接影响器件效率与可靠性。相较于半导体电学性质研究的深入，其热输运机理研究相对滞后，传统理论在处理强非简谐与无序体系时面临挑战。深入理解半导体热输运机理，不仅对高性能热管理材料设计至关重要，也对开发新型能量转换材料具有指导意义。本文系统回顾了新型声子输运理论与机器学习势函数的发展历程，重点综述了基于统一输运理论以及机器学习分子动力学模拟的强非简谐晶体、无序等复杂半导体体系热输运性质的研究，并对未来理论发展方向进行了展望。

图4 MAPbI₃的声子性质与热导率   (a) 350 K温度下的声子色散关系^[64]，圆圈代表声子模式，其颜色代表粒子性热导率与波动性热导率的比例，面积代表热导率的大小；(b) 350 K不同压力下的WTE热导率与NEMD热导率^[65]，MYP-EMD代表EMD热导率，Exp代表实验值；(c) MAPbI₃与其他材料的归一化热导率与归一化体积变化曲线的对比^[65]；(d) 100 K不同电场强度下的WTE热导率与NEMD热导率^[66]

同行评价

作者对复杂结构的半导体材料的热输运理论进行了细致梳理、对比和展望，尤其对统一输运理论和机器学习势函数分子动力学模拟计算热输运性质两种方法做了深入调研与讨论。从整个计算流程的各个角度进行了广泛分析，结论全面，深入浅出，在当下亟需解决的芯片热管理和能量转换的大背景下，该工作物理图景清晰，总结和展望意义明确。

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一维长程相互作用Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou晶格体系热输运的研究进展

熊大兴，李念北，陈杰

物理学报, 2026, 75(7):070002

doi: 10.7498/aps.75.20251803

cstr: 32037.14.aps.75.20251803

一维动量守恒非线性晶格体系的热输运通常呈现反常热传导，即热导率随系统尺寸幂律发散，傅里叶定律在严格一维极限下失效，这些认识基本是在最近邻相互作用的晶格体系中获得的。近年来，一维长程相互作用晶格体系为低维系统输运提供了新的研究方向，该体系在保持哈密顿动力学与动量守恒的情况下，呈现出一系列“超出传统最近邻模型经验”的新奇现象，如更强的反常导热(发散指数可显著增大)、强长程区能流自关联的负关联、弱长程区出现接近扩散的准正常热传导窗口以及在特定交错长程耦合非可积模型中出现弹道热输运等。本文基于近年来发表的代表性文献，系统梳理一维长程相互作用 Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT)类晶格与相关长程模型在模型构造、主要数值发现与物理机制解释方面的研究进展。

图9  弱长程区域各类体系的能流自关联函数

同行评价

文章系统综述了一维长程相互作用 FPUT 类晶格体系中的热输运研究进展，内容覆盖了从强长程到弱长程相互作用区间内多种非平衡输运行为，包括反常热传导的增强、能量亚扩散、能流自关联函数中的负关联效应、接近正常热输运的参数窗口，以及非可积体系中出现的弹道输运等。作者结合不同工作的数值结果进行对比和讨论，具有一定的学术深度和参考价值。

原文链接   

《物理学报》2026年第7期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2026/7

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