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亮点文章 | 《物理学报》2024年第12期

已有 190 次阅读 2024-6-26 21:18 |系统分类:论文交流

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重离子储存环CSRe上类钠Kr²⁵⁺离子的双电子复合精密谱学实验研究

邵林，黄忠魁，汶伟强，汪书兴，黄厚科，马万路，刘畅，汪寒冰，陈冬阳，刘鑫，周晓鹏，赵冬梅，张少锋，朱林繁，马新文

物理学报, 2024, 73(12):123402.

doi: 10.7498/aps.73.20240211

高电荷态离子的双电子复合精密谱学实验研究，不仅对天体等离子体和聚变等离子体的研究具有重要意义，而且可以作为一种新的精密谱学工具，用来检验强场量子电动力学效应、测量同位素移动及提取原子核电荷半径等。在兰州重离子储存环CSRe上，安装了专门用于电子-离子复合精密谱学实验的电子束能量调制系统，质心系下电子-离子碰撞能量的调制范围达到0—1 keV。在CSRe电子冷却器下游安装了自主研制的塑料闪烁体探测器和多丝正比探测器，用于探测复合离子。在此基础上，使用Kr²⁵⁺离子在CSRe上进行了首次双电子复合测试实验，实验测量了质心系能量0—70 eV的双电子复合速率系数。为了更好地理解实验测量结果，利用FAC (flexible atomic code)程序计算了Kr²⁵⁺离子的双电子复合速率系数，并与实验做了细致对比，整体符合很好，而且发现3s→4l (∆n=1)的共振跃迁对实验谱线有很大的贡献。实验结果表明，CSRe双电子复合实验平台具有非常好的稳定性和可重复性，能够为下一步开展更高电荷态离子的双电子复合精密谱学实验、检验强场量子电动力学效应以及原子核性质精密测量等前沿实验提供支持。

同行评价

本文提出了在CSRe上进行的有关Kr²⁵⁺离子双电子复合实验测量结果，与FAC程序的计算结果有很好的一致性。这项工作验证了CSRe 双电子复合实验平台的稳定性和可重复性，为进一步开展更高电荷态离子的双电子复合精密谱学实验、检验强场量子电动力学效应以及原子核性质精密测量等前沿问题提供了很好的基础。

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编辑推荐综述

高性能La-Co共替代M型永磁铁氧体的磁各向异性增强机理研究进展

刘若水，王利晨，俞翔，孙洋，何诗悦，赵同云，沈保根

物理学报, 2024, 73(12):126101.

doi: 10.7498/aps.73.20240190

自20世纪末以来，La-Co共替代的M型铁氧体备受关注，已成为高性能永磁铁氧体的基础材料。Co²⁺的未淬灭轨道矩被认为是增强铁氧体单轴各向异性的原因，但其微观作用机理尚未完全解释清楚。为了满足铁氧体材料日益增长的性能需求，理解其磁各向异性增强机理至关重要，并寻求从根源上的提升、低成本和高效的方法，以制定开发高性能产品的指导原则。本文综述了一系列研究工作，旨在确定Co离子在晶格中的取代位置，这是增强磁各向异性的关键。这些研究为进一步提高永磁铁氧体的磁性能提供了重要的材料设计参考。

同行评价

目前我国的永磁铁氧体材料已跻身国际高端市场的竞争行列，厘清永磁铁氧体内禀磁性能增强的基本规律对我国高性能永磁铁氧体产品的规模化生产和应用具有重要意义。文章回顾了永磁铁氧体的发展历史，阐述了铁氧体晶体结构、磁性能以及市场需求和占有率，具有学术参考价值。

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编辑推荐综述

高阶网络统计指标综述

刘波，曾钰洁，杨荣湄，吕琳媛

物理学报, 2024, 73(12):128901.

doi: 10.7498/aps.73.20240270

复杂网络是描述和理解现实世界中复杂系统的有力工具。近年来，为了更准确地描述复杂网络中的交互关系，或者从高阶视角分析成对交互作用网络，许多学者开始使用高阶网络进行建模，并在研究其动力学过程中发现了与成对交互作用网络不同的新现象。然而，与成对交互作用网络相比，高阶网络的研究相对较少；而且，高阶网络结构相对复杂，基于结构的统计指标定义较为分散且形式不统一，这些都给描述高阶网络的拓扑结构特征带来了困难。鉴于此，本文综述了两种最常见的高阶网络——超图和单纯形网络——常用的统计指标及其物理意义。本文有助于加深对高阶网络的理解，促进对高阶网络结构特征的定量化研究，也有助于研究者在此基础上开发更多适用于高阶网络的统计指标。

图1 两种不同类型超图的简单示例 (a) 一个拥有11个节点的超图；(b) 一个拥有9个节点的3-均匀超图

同行评价

论文综述了高阶网络的常用统计指标及其物理意义，主要探讨了超图和单纯形网络两种类型的高阶网络。文章选题新颖，结构清晰，内容详实，有助于理解高阶网络的统计特性和进一步的应用，对于复杂网络的前沿研究进展提供了很好的参考。

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透明可开关的超宽带频率选择表面电磁屏蔽研究

王成蓉，唐莉，周艳萍，赵翔，刘长军，闫丽萍

物理学报, 2024, 73(12):124201.

doi: 10.7498/aps.73.20240339

高频电磁波主要通过玻璃门窗进入建筑物内部，设计具有光学透明且屏蔽功能可开关的超宽带电磁屏蔽体，对同时需要电磁安全和采光的特定场所具有重要工程应用价值。本文利用液态金属的流动性，提出了一种透明可开关电磁屏蔽体的设计新思路。利用液态金属流动性作为电磁屏蔽的切换开关，利用其导电性及Ω型频率选择表面(FSS)结构设计实现超宽带电磁屏蔽。该FSS结构由三层透明材料构成，中间层为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，顶层和底层为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，且其中嵌有正交排列的Ω型微通道。通过对微通道中注入液态金属，可将该FSS结构的频率响应从全通状态切换到带阻状态。双层Ω型微通道设计可增强液态金属的流动性并减半其用量，同时实现18.1 GHz以下(覆盖P，L，S，C，X和Ku波段)超宽带电磁干扰抑制，且具有高达80°的极化角度稳定性。所设计的FSS电磁屏蔽结构单元81%的面积未覆盖金属，可获得良好的光学透明性。通过仿真计算TE和TM两种极化方式下的反射系数和吸收率，深入分析了所设计结构的超宽阻带和高角度稳定性机理。对所设计结构进行制备和实验测试，测试结果与仿真结果基本吻合，验证了所设计FSS结构的超宽带电磁屏蔽性能。

同行评价

文章提出了一种透明、可开关的FSS超宽带电磁屏蔽体，该结构由三层透明材料组成，并利用液态金属的流动性作为开关，结合Ω形FSS结构设计实现了超宽带电磁屏蔽，在电磁安全与光透明要求的场合具有工程应用价值。论文思路新颖，实验工艺完善，数据结果可靠，结论合理。

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闭合回路相干增益原子系统中完美非互易反射光放大

李观荣，郑怡婷，徐琼怡，裴笑山，耿玥，严冬，杨红

物理学报, 2024, 73(12):126401.

doi: 10.7498/aps.73.20240347

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率。放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号，避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响，是高性能光子器件的核心技术。在我们先前的工作(2023 Opt. Express 31 38228)中，基于四波混频增益并利用耦合场强度随位置线性变化实现了单向反射光放大的动力学调控。本文巧妙地设计了简单的三能级闭合回路相干增益原子系统，创新性地设置耦合场强度随位置阶梯型变化来破坏极化率空间对称性实现了完美非互易反射光放大。相比之下，耦合场强度阶梯型变化在实验上更容易调节，大大地降低了实验难度。特别地，该系统引入了相位调制。通过改变相位能够切换探测光增益和吸收的频率域，对反射光放大的调节更具灵活性。

图1 (a)三能级Λ型相干原子系统；(b)耦合场G_c(x)随位置阶梯型变化，k = 5和k = 8分别对应红色虚线和蓝色实线，恒定耦合场G_c= 25 MHz对应绿色虚点线；(c)耦合场和微波场竖直方向进入介质，探测场沿水平方向传播的示意图，介质长度 L = 8 μm

同行评价

光学非互易是当前科学领域非常重要的前沿研究领域，本文作者巧妙设计了简单的三能级闭合回路相干增益原子系统，创新性地提出利用耦合场强度随位置阶梯型变化来破坏极化率空间对称性，并实现了完美非互易反射光放大。论文结果合理，创新性好，在光学非互易方面有重要的应用价值。

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喷墨打印高迁移率铟锌锡氧化物薄膜晶体管

赵泽贤，徐萌，彭聪，张涵，陈龙龙，张建华，李喜峰

物理学报, 2024, 73(12):128501.

doi: 10.7498/aps.73.20240361

采用喷墨打印工艺制备了铟锌锡氧化物(indium-zinc-tin-oxide，IZTO)半导体薄膜，并应用于底栅顶接触结构薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)。研究了墨水的溶剂成分以及溶质浓度对打印薄膜图案轮廓的影响。结果表明二元溶剂IZTO墨水中乙二醇溶剂可有效平衡溶质向内的马兰戈尼回流与向外的毛细管流，避免了单一溶剂墨水下溶质流动不平衡造成IZTO薄膜的咖啡环状沉积轮廓图案，获得均匀平坦的薄膜图案轮廓和良好接触特性，接触电阻为820 Ω，优化后IZTO TFT器件的饱和迁移率达到16.6 cm²/(V·s)，阈值电压为0.84 V，开关比高达3.74×10⁹，亚阈值摆幅为0.24 V/dec。通过打印薄膜凝胶化模型解释了IZTO墨水溶剂成分、溶质浓度与最终薄膜形貌的关系。

图5 (a) 单溶剂和(b)二元溶剂制备IZTO薄膜的O 1s峰的XPS光谱

同行评价

论文对比研究了单溶剂与二元溶剂墨水打印TFT性能的影响，印刷TFT是印刷显示的基础，该工作对印刷显示技术具有非常积极的作用，同时为印刷显示行业领域提供一种新的应用策略。

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上海软X射线自由电子激光单脉冲成像定时的设计与实现

聂勇敢，高梓宸，佟亚军，范家东，刘功发，江怀东

物理学报, 2024, 73(12):120701.

doi: 10.7498/aps.73.20240383

上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是我国首台X射线自由电子激光用户装置，目前建有2条波荡器线、2条光束线以及5个实验站。装置可提供2—15 nm波长(80—620 eV )的X射线脉冲，用于高时空分辨的前沿科学研究。利用XFEL高亮度、短脉冲和全相干的特性实现单脉冲相干衍射成像，可以有效地减轻辐射损伤，提高图像的空间分辨率。SXFEL设计重复频率为50 Hz，实现单脉冲成像的关键在于通过定时系统能够精确地控制X射线脉冲到达样品点的时间，以确保只有一个脉冲被选中用于成像。同时，还需要与成像系统的触发进行同步，以确保成像系统在正确的时间采集X射线脉冲与样品作用后的图像。本文介绍了SXFEL单脉冲成像定时的设计与实现。通过单脉冲成像的结果表明该定时方案能满足在50 Hz的SXFEL开展单脉冲成像的需求。

图1 定时系统硬件结构图：该定时系统包括两部分——WR定时系统和数字脉冲延时发生器，DDG接收WR定时信号，经DDG后将特定时序关系的触发信号分发给需要定时的设备(GPS，全球定位系统；PPS，秒脉冲)

同行评价

本文介绍了SXFEL单脉冲成像定时的设计和实现过程，并利用该定时系统在CSI实验实验站进行了XFEL单脉冲成像实验。结果表明该定时系统方案能够精确地控制成像过程各设备的时间序列，实现SXFEL单脉冲成像单脉冲成像。这对于在SXFEL开展单脉冲实验具有重要的意义。

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铜氧化层上钒氧酞菁分子的吸附构型及组装结构

彭兰沁，李小雨，幸运，赵涵，邓炎滔，于迎辉

物理学报, 2024, 73(12):120704.

doi: 10.7498/aps.73.20240043

近年来，有机功能分子的调控因其在提高纳米光电器件内部载流子迁移率方面的突出贡献，已逐渐成为材料科学的热门领域之一。本文利用低温扫描隧道显微镜系统地研究了钒氧酞菁(VOPc)分子在干净Cu(110)和铜氧化层表面的吸附构型和组装结构。在 Cu(110)表面，初始时 VOPc分子孤立吸附且氧原子向上和向下的构型共存。而在 CuO-(2×1)表面，VOPc 分子在初始时形成扩展的分子链，随后组装为有序的分子膜，在分子膜中两种吸附构型仍然共存且随机排布。在Cu₅O₆-c(6×2)表面，初始时 VOPc 分子的两种构型共存且形成无序结构。在覆盖度接近一个单层时，结构有序的组装分子膜逐渐形成，此时主要采用氧原子向上的分子构型。因偶极相互作用，随后的分子层生长遵循两种分子构型交替堆垛。研究还发现当Cu(110)表面上两种氧化结构共存时，第2层分子更倾向于吸附在Cu₅O₆-c(6×2)表面担载的分子膜上，主要是由分子层间的偶极相互作用导致的。本研究表明金属表面的氧化层在改变分子吸附构型和组装结构方面的重要性，可能将影响电子器件制造中分子膜中的电荷输运过程。

图6 (a)在Cu₅O₆-c(6×2)表面上沉积约0.2 MLE锑原子并吸附约1.1 MLE VOPc分子后获得的STM形貌图 (47 nm × 22 nm，U = 2.0 V，I = 0.2 nA)，图中存在两种不同的组装结构；(b)扫描区域缩小后获得的STM图像 (26 nm × 24 nm，U = 2.0 V，I = 0.2 nA)，两种不同的组装结构用绿色虚线分隔，(c) 在Cu₅O₆区域缩小扫描范围后获得的STM 形貌图 (15.6 nm × 15.6 nm，U = 2.0 V，I = 0.2 nA)

同行评价

本文利用低温STM研究了VOPc分子在Cu(110)及其两种氧化物表面上的吸附与组装现象。实验发现，金属的表面氧化层结构能够影响有机分子的吸附行为。论文结构完整，写作规范，论据充分。

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阿秒脉冲串产生和相位信息重构的对比研究

朱孝先，高亦谈，王羡之，王一鸣，王佶，王兆华，赵昆，魏志义

物理学报, 2024, 73(12):123201.

doi: 10.7498/aps.73.20240292

阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度。目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲。阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干涉的重构阿秒拍频(RABBITT)方法从能谱图中提取。本文研究了阿秒脉冲串的产生、测量和表征，通过自主设计建造的钛宝石放大器和阿秒束线进行实验获得光电子能谱图，并采用不同方法重构阿秒脉冲串的相位信息。这对于深入理解电子动力学并进行相关测量具有重要意义。

图3 实验测到的3组RABBITT数据(a1)，(b1)，(c1)以及使用边带相位方法重建的阿秒脉冲串(a2)，(b2)，(c2)，图中标注了脉宽

同行评价

通过自主设计和搭建的飞秒钛宝石再生放大器来产生阿秒脉冲串，并利用共线阿秒极紫外束线进行RABBITT实验，采用RABBITT边带相位方法得到边带相位差直接完成了阿秒脉冲串的重建。这项工作对于进一步进行电子动力学测量并解释其演化规律具有指导意义。

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小尺度靶丸冲击波调控的冲击波测量技术优化及应用

杨为明，段晓溪，张琛，理玉龙，刘浩，关赞洋，章欢，孙亮，董云松，杨冬，王哲斌，杨家敏

物理学报, 2024, 73(12):125203.

doi: 10.7498/aps.73.20232000

激光聚变研究中，冲击波调控技术是实现靶丸压缩过程的熵增调谐，保证高性能内爆的关键实验技术。本文在十万焦耳激光装置上首次实现了0.375 mm半径小尺度内爆靶丸下双台阶辐射驱动的高精度冲击波调控实验测量。针对小靶丸下任意反射面速度干涉仪(VISAR)诊断有效反射区域不足的问题，通过建立的球形反射面VISAR图像光强的理论计算方法，提出了利用锁孔(keyhole)锥反射效应提升VISAR诊断空间区域的实验技术路线，使得小靶丸尺度下有效 VISAR 数据区域提升了近3倍。在实验中首次获得了整形内爆实验条件下低温液氘靶的冲击波测量实验数据，实现了高精度冲击波调控实验测量。实验发现，小时空尺度内爆设计条件下，由于反射冲击波的作用，激光参数的较小偏差都会对冲击波追赶后的传输行为产生显著影响，揭示了我国当前小靶丸尺度下高性能整形内爆物理过程中冲击波传输的多因素敏感性，以及冲击波调控实验对于内爆设计验证的重要性。本文提出的小靶丸冲击波调控实验技术，不仅为我国十万焦耳激光装置上整形脉冲下熵增调谐实验的开展提供了技术基础，也对基于球汇聚压缩的超高压物理研究具有重要意义。

图5 液氘中的冲击波速度历程

同行评价

冲击波调控是ICF内爆实验物理中的重要内容之一，文中描述的利用keyhole 锥反射效应提升 VISAR 诊断空间区域，是VISAR诊断技术针对重要应用场景的优化改进，效果显著，具有创新性。

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机器学习辅助的WC-Co硬质合金硬度预测

宋睿，刘雪梅，王海滨，吕皓，宋晓艳

物理学报, 2024, 73(12):126201.

doi: 10.7498/aps.73.20240284

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能，受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系。本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测。建立了以硬质合金硬度为目标变量，以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特征的数据集；通过对特征的皮尔逊相关系数和SHAP分析，发现WC晶粒尺寸和Co含量对硬质合金硬度的影响最为显著。基于机器学习的支持向量机、多项式回归、梯度提升决策树、随机森林等算法，分别构建了硬质合金硬度预测模型。采用10折交叉验证方法对模型进行定量评估，结果表明梯度提升决策树算法模型具有最高的精度和较强的泛化能力，是最适合硬质合金硬度预测的机器学习方法。基于优选模型的高通量预测数据，采用多项式回归算法确定了硬质合金硬度与Co含量和WC晶粒尺寸之间的定量关系，预测准确率达到0.946。本研究为硬质合金性能的准确高效预测提供了数据驱动方法，可为高性能硬质合金材料的设计研发提供重要参考。

同行评价

该论文旨在获得 WC-Co 硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测。建立了以硬质合金硬度为目标变量，以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特征的数据集；通过对特征的皮尔逊相关系数和 SHAP 分析，发现 WC 晶粒尺寸和 Co 含量对硬质合金硬度的影响最为显著。并且使用机器学习的各种算法，对数据进行了非常详细的分类和研究，整体而言较为准确地对硬质合金的性能进行了描述和预测。

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基于统一流体模型的微放电数值仿真研究

王震，赵志航，付洋洋

物理学报, 2024, 73(12):125201.

doi: 10.7498/aps.73.20240392

数值仿真技术已发展成为气体放电领域的重要研究手段，常用于研究揭示某一具体放电形式的微观物理过程。本文介绍了气体放电的统一流体模型，包括粒子的连续性方程、能量守恒方程及泊松(Poisson)方程，考虑阴极电子发射(二次电子、热电子发射)、反应焓变与气体加热、阴极热传导等基本过程，可模拟得到包含盖革-米勒(Geiger-Müller)放电、汤森(Townsend)放电、辉光放电、电弧放电等各区域的完整伏安特性曲线。基于该模型，仿真得到的气体放电伏安特性曲线与已有文献结果一致，验证了该模型的正确性。在此基础上，对间距为400 µm、气压分别为50和500 Torr (1 Torr ≈ 133.322 Pa)的放电过程进行了具体研究，对比分析了不同气压条件下放电典型参量的分布特性。该模型实现了广域参数范围条件下的气体放电数值仿真，拓展了气体放电流体模型的应用范围，促进了对放电参数特性的系统性分析。