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二维材料光电探测器的双极性响应与应用

韩嘉悦，王军

物理学报, 2026, 75(8):080704

doi: 10.7498/aps.75.20251589

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双极性响应近年来作为光电探测器的新型工作机制，通过在不同外部条件下输出可切换的正负光电流，实现光信号的多维映射与信息复用，应用于视觉仿生、在片计算等领域。二维材料近年来由于具有独特的光电特性，在双极性光响应领域发展迅猛。基于二维材料及其异质结的探测器结构，可以通过电场、波长、偏振及入射功率等手段构建实现多类型的双极性器件，应用于类脑视觉、卷积前处理、事件相机及多维光谱解析等。本综述围绕双极性光响应在光电探测器中的发展与应用，系统总结了其物理机制、材料体系、器件结构及典型应用进展。双极性光响应不仅提升了器件性能，也赋予光电探测器计算与学习功能，为多维光信息融合、低功耗视觉计算及智能光电系统的发展提供了新路径。

图1 双极性响应常见异质结能带

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合金化元素Al对Pb-Ag合金阳极组织及性能的影响

张宇航，韩冰皓，江鸿翔，张丽丽，赵九洲，何杰

物理学报, 2026, 75(8):080807

doi: 10.7498/aps.75.20251783

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Pb-Ag合金是锌电沉积过程中应用最广泛的阳极材料，随着对阳极使用寿命、节能环保和锌产品质量要求的不断提高，对高耐蚀、低析氧过电位阳极材料的需求日益迫切。本文研究了Al元素添加对Pb-Ag合金组织及性能的影响。结果表明：在Pb-Ag合金中添加Al元素能够改变合金的凝固路径，促使凝固组织中的共晶Ag转变为更为细小的球形或近球形(Ag，Al)相。相较于工业常用的Pb-Ag合金阳极而言，Al元素的添加不仅能够提高合金的耐蚀性能，而且可以降低其析氧过电位。采用Pb-Ag-Al合金作为阳极电解120 h后，阳极泥生成率降低约 69.5%，电解液和锌产品中的铅含量分别降低约14.3%和61.8%；此外，Pb-Ag-Al合金的析氧电位相较Pb-Ag合金阳极下降约0.023 V。分析认为，电解过程中Pb-Ag-Al合金阳极表面会形成一层薄而致密的Al₂O₃保护膜，阻碍电解液对合金基体的进一步侵蚀，从而显著提升其耐蚀性能；细小球形或近球形(Ag，Al)相的形成以及氧化层中活性PbO₂相的形成有助于增加合金的催化活性、降低其析氧过电位。

图1 不同铅合金阳极在锌电沉积过程中阳极泥的累积情况   (a) Pb-1%Ag合金；(b) Pb-1%Ag-0.4%Al合金；(c) 阳极泥的累积量

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电荷补偿机制对铕掺杂铌镁酸铅钛酸铅陶瓷压电性能和弛豫性的影响

杨静，王文君，刘怡莹，张涛，朱华泽，李敏，于润升，曹兴忠，王宝义

物理学报, 2026, 75(8):080809

doi: 10.7498/aps.75.20251665

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电荷补偿机制对不等价掺杂钙钛矿压电陶瓷的电学性能有重要影响。本研究用固相反应法制备了A位空位补偿(V_A)、B位空位补偿(V_B)、调整B位离子比例补偿(R)、不进行特殊的电荷补偿设计实现补偿(Reference)四种2.5%Eu-0.71PMN-0.29PT陶瓷(R中d₃₃ = 1111 pC/N)，采用正电子湮没寿命谱(PALS)和符合多普勒展宽能谱(CDBS)表征陶瓷中的缺陷结构，分析缺陷对压电性能及弛豫性的影响。PALS和CDBS结果表明V_A中缺陷以A位空位为主，其他样品中以B位空位为主，且V_A和V_B分别是A，B位空位浓度最高的，缺陷分布与设计的电荷补偿方式基本符合。V_A和V_B中局部结构异质性程度高于R和Reference，具有较高室温介电常数，但压电系数却相对较小，这与样品中对畴壁具有钉扎作用、抑制压电响应的氧空位有关。陶瓷弛豫性也受电荷补偿机制影响，按照R，Reference，V_A，V_B顺序，居里温度依次降低，弛豫度依次增大，这与A/B位空位对长程有序结构影响有关。本研究表明在Eu-PMN-PT陶瓷中，可选择调整B位离子比例进行电荷补偿来获得良好压电性能，可选择产生B位空位进行电荷补偿来获得良好弛豫性。

图1 0.025Eu-0.71PMN-0.29PT样品的S-W参数分布图

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基于码转换的表面码容错通用量子计算实现方法

权东晓，王贞理，程龙祥

物理学报, 2026, 75(8):080601

doi: 10.7498/aps.75.20251344

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量子计算在处理某类特定问题时展现出巨大潜力，但其易受噪声干扰的特性要求高效的量子纠错方案。表面码是一种重要的量子纠错码，其中二维(2D)表面码易于实现Clifford门集，而三维(3D)表面码可横截实现CCZ门和CZ门，通过两者之间的码转换可高效实现容错通用门集。本文旨在优化3D表面码的编码线路设计，并研究其与2D表面码之间的码转换机制，以降低容错通用量子计算的资源开销。采用基于稳定子实现的编码线路设计及时隙优化方法，实现了高效的逻辑态编码；进一步提出基于融合与分割操作的码转换方案，并在Qiskit平台上对码距为2的实例进行仿真验证。结果表明，所设计的编码线路可以在较少时隙内正确编码，码转换方案能够有效实现任意逻辑态在2D表面码与3D表面码间的相互传输。本方案避免了魔幻态蒸馏过程，为高效实现容错通用量子计算提供了一种新途径。

图1 2D表面码与3D表面码间码转换的拼接方式

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基于改进降阶伪二维模型的锂离子电池电化学模型降阶重构方法

董泽庆，张艳岗，贾子厚，黄镇东

物理学报, 2026, 75(8):080901

doi: 10.7498/aps.75.20260060

cstr: 32037.14.aps.75.20260060

电化学建模对于锂离子动力电池的运行状态估计、全生命周期故障诊断、多工况安全管控等具有重要意义，但早期提出的伪二维电化学模型由于参数繁多且辨识困难等问题，很难真正应用于工程实践。针对目前基于固液相扩散过程近似重构的降阶伪二维模型(liquid simplified pseudo-two-dimensions，LSP2D)模型难以满足高倍率工况的难题，通过在液相浓度变化过程近似中引入液相扩散表征项，提出一种基于改进LSP2D的锂离子电池电化学模型降阶重构方法。算例仿真结果表明改进LSP2D模型在各倍率下的预测精度均优于传统LSP2D模型。对于液相锂离子浓度而言，1C—7C (C为放电倍率符号，1C的电流表示电池在1 h内完全放电所需要的电流值)放电倍率下改进LSP2D模型较传统LSP2D模型的预测精度均提升86.96%以上；对于端电压而言，放电倍率为1C—3C时，改进LSP2D模型较传统LSP2D模型的预测精度均提升97.12%以上；放电倍率为4C—7C时，改进LSP2D模型较传统LSP2D模型的预测精度均提升29.56%以上。文中所提方法可以为锂离子电池电化学模型高精度降阶重构提供新的思路，对于提高锂离子动力电池电化学模型的工程实用性具有一定意义。

图1 改进LSP2D模型策略

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基于机器学习力场的AlN/GaN超晶格热导率应变与结构调控

韩鹏，臧行，于艳，张凤，周诺丹，石芝铭，孙晓娟，黎大兵

物理学报, 2026, 75(8):080710

doi: 10.7498/aps.75.20251623

cstr: 32037.14.aps.75.20251623

本文针对宽禁带氮化物半导体AlN，GaN及其AlN/GaN超晶格结构，构建出具有密度泛函理论(DFT)精度的机器学习力场，并用于替代耗时的DFT计算，高效精确地模拟了其热输运性质，研究了应变与层数结构对热导率的影响。研究结果表明，所开发的力场在能量、力及声子谱预测上均达到DFT精度，验证了其可靠性。通过对不同双轴应变(±5%)下热导率的模拟，发现压缩应变可显著提升热导率，而拉伸应变则导致热导率下降；其微观机制源于应变对声子群速度、寿命及散射率的调控。尤为重要的是，超晶格热导率远低于其组元材料，主要归因于界面引起的本征散射增强导致声子寿命急剧降低。此外，在总层数固定的AlN/GaN超晶格中，热导率随AlN势垒层增厚而显著提升，据此提出“厚势垒、窄量子阱”的结构设计原则，为高性能氮化物器件的热电协同优化与热管理提供了关键理论依据与设计路径。

图1 不同层数AlN/GaN超晶格的热导率

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全耗尽用极低背景浓度碲镉汞外延材料的电学性质

沈川，张娟，周梅华，王莹，卜顺栋，陈路，何力

物理学报, 2026, 75(8):080713

doi: 10.7498/aps.75.20251437

cstr: 32037.14.aps.75.20251437

本文对适用于全耗尽结构的极低背景浓度碲镉汞(HgCdTe)外延材料的电学性质进行研究。采用微分霍尔等测试手段对实验材料进行表征，并结合建立的双层霍尔模型推导获得HgCdTe外延材料的真实背景浓度。研究发现，常规霍尔测试工艺下HgCdTe材料的表面状态会影响测试结果，尤其是针对极低背景浓度材料。对于组分约0.3的中波HgCdTe外延材料，采用模型表征获得的背景浓度范围为8×10¹²—2×10¹³ cm^–3，满足高质量中波全耗尽结构HgCdTe器件的研制要求。同时，以获得的真实HgCdTe材料的背景浓度为基础，对中波HgCdTe全耗尽结构器件进行二维数值模拟，获得其耗尽区宽度随偏压的变化趋势，为后续研制中波HgCdTe的全耗尽结构提供基础支持。

图1 SITP碲镉汞外延材料背景浓度与国际水平对比

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《物理学报》2026年第8期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2026/8

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