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亮点文章 | 《物理学报》2026年第13期(一）

已有 779 次阅读 2026-9-8 20:30 |系统分类:论文交流

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太赫兹光谱揭示拓扑半金属Co₂MnAl薄膜中光载流子驱动的正负光电导转换

王伊凡，孙梦佳，李章顺，蓝志强，卢波，程臻，肖美琪，敬超，金钻明

物理学报, 2026, 75(13): 130409

doi: 10.7498/aps.75.20260353

cstr: 32037.14.aps.75.20260353

采用光泵浦-太赫兹探测光谱技术，对比研究了拓扑半金属Co₂MnAl与传统Fe薄膜的超快太赫兹光电导特性，观测到Co₂MnAl薄膜中光载流子驱动的正负光电导转换现象。利用磁场调制分离信号，结合Tinkham模型定量分析光电导动力学，发现Fe薄膜仅表现电子散射主导的负光电导，弛豫过程不受泵浦能量密度影响。Co₂MnAl薄膜因自旋分辨的金属/半导体复合能带结构，初始正光电导源于少数自旋半导体通道光生载流子增加，后续快速转为负光电导则由动态极化子形成导致载流子迁移率降低引起，其光电导峰值受泵浦能量密度调控。本研究阐明了Co₂MnAl薄膜超快光电特性及正负光电导转换的物理机制，实现了对其不同自旋电子动力学行为的光谱学区分，为优化钴基哈斯勒合金太赫兹辐射性能、研发新型超快自旋电子器件提供了核心实验与物理依据。

图1 (a)光泵浦-太赫兹探测光谱系统示意图；(b) Co₂MnAl薄膜中太赫兹探测和太赫兹发射示意图；(c) Co₂MnAl和Fe薄膜的能带结构示意图

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特邀综述

基于金属衬底的二维材料制备

董建宇，黄永祺，田大铖，程鹏，陈岚

物理学报, 2026, 75(13): 130709

doi: 10.7498/aps.75.20260083

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二维材料因其在某一维度上完全受限的电子结构，以及独特的原子组分与排布，常展现出三维体系中不存在的新奇量子效应，成为凝聚态物理与半导体物理等领域的前沿研究方向，也是推动未来信息技术发展的关键材料体系。然而，许多具有优异物性的单元素二维材料(如硅烯、锗烯、硼烯)本身缺乏稳定的体相层状结构，处于热力学亚稳态，难以通过机械剥离直接获得，且在弱相互作用衬底上难以稳定存在。因此，利用金属衬底进行“自下而上”的外延生长，成为制备这类亚稳结构的关键途径。金属衬底不仅能够提供原子级平整的生长模板与活性位点，还能通过界面相互作用有效降低二维结构的表面能，从而对其可控制备起到决定性作用。在二元二维材料的合成中，金属衬底同样不可或缺，其不仅作为结构支撑，还可作为反应组元之一，实现目标化合物的原位制备。本文主要从实验角度出发，系统梳理了单元素及二元化合物二维材料在不同金属衬底上的制备方法、结构调控及其生长机理。最后，对二维材料在未来可控合成与器件化应用方面进行了展望。基于金属衬底的二维材料制备策略，不仅为拓展二维物性研究提供了有力平台，也为实现其在储能、光电子、高灵敏度传感及柔性器件等领域的潜在应用奠定了材料基础。

图1 金属衬底对二维材料生长的调控机制 (a)，(b)分别为在晶格匹配和晶格失配衬底上生长二维材料的示意图；(c)，(d)分别为具有催化活性的Cu(111)和无催化活性的石英玻璃上晶圆级石墨烯的生长机制^[24]；(e)不同对称性的二维材料在不同对称性的衬底上的几种等价取向的示意图，黄色代表六重旋转对称性样品，绿色代表具有四重旋转对称性样品，蓝色代表具有三重旋转对称性样品

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光诱导表面奇宇称交错磁与反常霍尔效应

王丁辉

物理学报, 2026, 75(13): 130708

doi: 10.7498/aps.75.20260437

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交错磁兼具反铁磁的零净磁矩与铁磁的动量空间自旋劈裂，但三维体态中的自旋劈裂受晶格对称性严格锁定，亟需动态调控手段。本文提出基于Floquet工程的表面奇宇称交错磁机制：圆偏振光在材料内部随深度衰减，因而可选择性破坏近表面层的时间反演对称性；体态仍受对称性保护保持简并，表面区域则出现自旋劈裂。分析了光致表面自旋劈裂的对称性条件，对共线自旋空间群沿特定解理面的表面残留对称性进行了分类。在此基础上，利用半无限大紧束缚模型与表面推迟格林函数方法，计算了层分辨的自旋劈裂与拓扑输运性质，从微观模型上证实光驱动下表面可产生f波自旋劈裂，并在特定带隙内实现表面层主导的量子反常霍尔效应。结果表明，表面交错磁与拓扑相变可通过光场动态调控，这为设计基于三维材料表面的反铁磁自旋电子器件提供了新思路。

图1 光诱导表面奇宇称自旋劈裂示意图

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硅晶圆上散热微通道的单片生长

周新宇，韦文奇，明铭，刘方泽，张建军

物理学报, 2026, 75(13): 130707

doi: 10.7498/aps.75.20260243

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微通道散热技术以其体积小、散热效率高的特点，成为应对芯片散热挑战的重要技术之一。利用分子束外延生长技术，本研究提出了一种硅晶圆上制备微通道的新方法：在具有周期性脊状结构的图案化硅衬底上同质外延生长硅薄膜，形成分立的微纳孔洞阵列，再通过原位高温退火使其融合为增大尺寸的埋层微通道。该方法结合图形化衬底的灵活性与外延生长的原子级精准制造，实现了对微通道尺寸、分布及埋藏深度的可控调节。本文系统研究了不同退火时间下微通道的演化过程，结合有限元模拟分析了结构参数对其力学稳定性的影响，并成功制备出宽度达130 μm的微通道结构。

图1 (a)图形衬底；(b)图形衬底上外延生长结构；(c)高温退火形成的微通道；(d)图形衬底SEM图像；(e)图形衬底上外延生长结构的SEM图像；(f)微通道结构SEM图像

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深海反电子中微子源定向和探测的模拟研究

周研，司大伟，许俊怀，陈新，肖志刚

物理学报, 2026, 75(13): 130102

doi: 10.7498/aps.75.20260136

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切伦科夫探测器在确定高能粒子的反应顶点与入射方向方面优势显著，具备识别信号发射源的潜力。本研究针对水下中微子探测，提出一种新方法：在深海环境下，以纯水或掺钆水作为敏感介质，采用光电倍增管(PMT)阵列测量中微子源的方向信息。研究通过Geant4模拟，完整重建了弹性散射与逆β衰变(IBD)两类反应事例。在模拟过程中，充分考虑了切伦科夫光子的产生和传输情况，并应用霍夫变换方法进行方向重建。针对IBD反应，采用时间窗口符合信号方法进行鉴别，且当使用掺钆水方案时，该方法的鉴别效率可显著提升。本文创新性地提出在高噪声水平下应用霍夫变换定向中微子发射源的方法，并引入基于事件夹角关联与负权重判选的信号优化策略。模拟结果表明，探测阵列能够达成每日对1 km外1 GW反应堆定向1次的任务，且有望实现对10 km范围内反应堆的监测。该研究为未来的水下中微子探测系统提供了理论基础与设计参考。

图14 反应堆中微子重建误差分布 (a)顶点误差分布，其中z方向是电子飞行方向；(b)方向误差分布

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界面耦合弱化诱导Fe₃GeTe₂-C₈BTBT分子器件热电优值提升与自旋电流翻转理论研究

寇丽媛，张小姣，袁旌淇，张蓓，彭小舸，龙孟秋

物理学报, 2026, 75(13): 130702

doi: 10.7498/aps.75.20260076

cstr: 32037.14.aps.75.20260076

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)与非平衡格林函数(NEGF)方法，本文设计并研究了两种具有不同界面耦合模式的二维铁磁材料Fe₃GeTe₂与有机分子C₈-BTBT构成的分子尺度纳米器件，旨在揭示界面耦合强度对器件自旋热电输运性能的影响机制。研究表明，界面耦合强度能直接影响界面的电荷转移与自旋输运行为：在较强耦合模式下，器件表现出较高的电导和热导；而在弱耦合情况下，电荷传输能力与热导均显著地降低。由于热电性能中电导与热导存在相互制约关系，弱耦合下热导受到明显抑制，使自旋热电优值(ZT_sp)从0.71提升到3.45。特别的是，研究还发现层间耦合可调控自旋电荷密度的分布，导致该分子器件的自旋电流在不同耦合模式下出现显著极性翻转。此外，还观察到热致负微分电阻效应。本研究通过界面耦合工程的设计，为高效、可调控的自旋热电原型器件的开发提供了理论依据。

图1 具有不同层间耦合模式的Fe₃GeTe₂-C₈BTBT的器件模型。红色代表热源(左电极)，蓝色代表冷源(右电极) (a)—(c)分别为M₀，M₁，M₂的侧视图

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高压下4CzPN热激活延迟荧光晶体的荧光寿命缩短

古雅荣，李龙，武敏，王凯

物理学报, 2026, 75(13): 130903

doi: 10.7498/aps.75.20260257

cstr: 32037.14.aps.75.20260257

热激活延迟荧光材料在固态有机发光二极管中面临严重的效率滚降问题，这一现象主要源于荧光寿命的延长。本文通过原位高压光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、红外光谱技术和激发态动力学计算，系统研究了典型热激活延迟荧光材料3，4，5，6-四(咔唑-9-基)-1，2-二氰基苯的光物理性质在压力调制下的变化规律。结果显示延迟荧光寿命从常压下的 2.62 μs逐渐缩短，在压力超过2.5 GPa时完全被抑制。在压缩过程中，伴随延迟荧光寿命的急剧缩短，短寿命荧光的寿命同样呈下降趋势。延迟荧光寿命的缩短是由于压力调制激发态能级从而使系间窜越速率减小、反向系间窜越速率提升所致。本研究证实，高压工程可通过调控热激活延迟荧光材料荧光寿命，为优化有机发光二极管性能提供新型策略。