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高电荷态离子碰撞诱导氟甲烷分子三价离子解离

谭旭，房凡，张煜，孙德昊，吴怡娇，殷浩，孟天鸣，屠秉晟，魏宝仁

物理学报, 2025, 74(21):213401

doi: 10.7498/aps.74.20251099

cstr: 32037.14.aps.74.20251099

研究分子的碎裂机制以及碎片的动能分布，有助于理解其在等离子体物理、生物组织的辐射损伤和星际化学等方面的重要作用。本文利用冷靶反冲离子动量谱仪开展了3 keV/u的Ar⁸⁺离子束与氟甲烷气体分子束的碰撞实验，聚焦CH₃F³⁺离子C—F键和C—H键断裂后形成H⁺+CH₂⁺+F⁺这一三体碎裂通道，测得3个碎片离子的三维动量。借助离子-离子动能谱、Newton图和Dalitz图展示碎片的动能与动量关联，分析了H⁺+CH₂⁺+F⁺通道的解离机制。研究发现，该通道存在协同碎裂以及通过中间体CH₂F²⁺顺序碎裂两种解离方式，其中协同碎裂占主导地位。此外，实验上观测到两种不同动力学特征的协同碎裂过程，表明CH₃F³⁺离子中H原子可以具有不同的化学环境。这可能是由于分子异构化产生不同分子构型或者Jahn-Teller效应使得分子产生不同C—H键所致。

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掺镱光纤激光器自漂白波长探究

陶蒙蒙，王亚民，王科，谌鸿伟，邵冲云，李乔木，叶景峰

物理学报, 2025, 74(21):214205

doi: 10.7498/aps.74.20251017

cstr: 32037.14.aps.74.20251017

辐射环境下，增益光纤的辐致损耗会引起激光器输出性能的退化。光漂白是降低辐射影响，恢复激光器输出特性的一种有效方法。本文对掺镱光纤激光器的辐照和光漂白特性开展了实验研究和模拟仿真。在伽马辐照实验中，激光器输出功率出现了明显的下降；在漂白实验中，观察到了激光器的性能恢复，即自漂白现象。为了摸清产生漂白效应的具体激光波长，使用915，976，1070和1550 nm等不同波长激光测试了掺镱光纤内部辐致损耗的漂白特性，明确了1 μm波段激光信号是引起掺镱光纤激光器性能恢复的主要因素，而915，976和1550 nm波段信号则无法实现对掺镱光纤的有效漂白。测量了不同泵浦功率下掺镱光纤的漂白曲线，并通过拟合得到了1070 nm光漂白下，掺镱光纤辐致损耗的演化参数。在此基础上，计算给出了在辐照和光漂白条件下，掺镱光纤内部辐致损耗的演化曲线；结合激光器的辐射物理模型，仿真给出了掺镱光纤激光器的功率演化曲线；相关计算和仿真结果与实验测量数据变化趋势一致。相关工作可为光纤激光器在辐射和漂白条件下性能演化预估提供技术支撑。

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¹¹Be²⁺离子动力学电偶极极化率的高精度计算

吴芳菲，施皓天，戚晓秋，左娅妮

物理学报, 2025, 74(21):213101

doi: 10.7498/aps.74.20250972

cstr: 32037.14.aps.74.20250972

作为典型的单中子晕核，¹¹Be在原子及核物理研究中具有独特的意义。本文针对类氦¹¹Be²⁺离子，采用相对论组态相互作用方法，高精度计算了主量子数最高达n = 8的n³S₁和n³P_0,1,2态的能量与波函数。通过将有限核质量修正算符直接引入Dirac-Coulomb-Breit哈密顿量，使计算能够同时考虑相对论效应和质量相关修正。基于计算的高精度能量与波函数，本文进一步确定了k³S₁ → m³P_0,1,2 (k ⩽ 5，m ⩽ 8)电偶极跃迁的振子强度，精度达3—6位有效数字。此外，利用态求和法计算了n³S₁ (n′⩽5) 态在宽光子频率范围内的动力学电偶极极化率，在远离共振位置处结果最高可达10^–6精度水平。上述高精度计算结果为¹¹Be²⁺离子在高精度测量中涉及的斯塔克频移评估以及光与物质相互作用的模拟等方面提供了重要的理论依据和关键输入参数。

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微带线在太赫兹低频段的色散特性分析与实验验证

徐振，罗曼，梁博涵，李吉宁，张嘉昕，王坦，陈锴，徐德刚

物理学报, 2025, 74(21):214204

doi: 10.7498/aps.74.20250690

cstr: 32037.14.aps.74.20250690

太赫兹波在通信、生物医学及安检等领域具有重要应用潜力，但其传输过程中的色散与损耗问题严重制约了系统性能的提升。微带线作为平面传输线，具有结构紧凑、易于集成的优势，但其在太赫兹波段的色散特性有待深入研究。本研究通过理论分析、数值仿真与实验验证相结合的方法，系统探究太赫兹频段微带线的色散特性及其影响因素。理论将微带线色散细分为介质色散、几何色散和导体色散，推导了各色散分量的解析表达式。实验采用太赫兹时域脉冲反射技术，对不同基底介电常数、导线宽度及长度的微带线进行测试，结合数值仿真验证了理论模型的准确性，并引入脉冲展宽系数对微带线在太赫兹低频段的色散效应进行定量分析。结果表明：基底介电常数从2.2增至4.5时，色散效应明显增大；当导线宽度从100 μm增至1600 μm时，通过增强几何色散使脉冲展宽系数从3.18增至5.12，增幅达38%；当导体长度从10 mm增至150 mm时，则通过累积效应使展宽系数从2.12增至3.18，增幅为33%，与理论模型及仿真结果高度吻合。本研究为太赫兹微带线的工程设计与结构优化提供了理论依据，揭示了关键参数对微带线色散特性的调控规律，对提升太赫兹通信系统带宽与信号完整性具有重要价值，并为后续开发低色散、高性能太赫兹平面电路奠定了技术基础。

图1  微带线结构图   (a) 整体结构；(b) 剖面图

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基于氧空位调控的HfO_x忆阻器稳定性研究

朱媛媛，杨梓怡，杨淑宁，张云飞，张苗，王鑫，王红军，徐静

物理学报, 2025, 74(21):217301

doi: 10.7498/aps.74.20250971

cstr: 32037.14.aps.74.20250971

HfO_x忆阻器因其低操作电压、良好的耐受性及循环特性等优异性能，使其成为下一代非易失性存储器最有前景的候选者之一。然而，由于HfO_x薄膜内氧空位导电细丝的形成和断裂的随机性，器件阈值电压分布较为分散，整体稳定性较差，因此，通过调控氧空位来提高HfO_x器件的稳定性具有重要的研究意义。本研究采用磁控溅射法制备了不同氩氧比的三组器件，均表现出双极性阻变特性。在三种不同氩氧比的W/HfO_x/Pt 器件中，氩氧比为45∶5的器件展现出最优的综合性能：I-V 循环超过200次、开关比~10³、在10⁴ s内具有优异的数据保持特性且阈值电压分布集中，表明器件稳定性显著提高。通过构建氧空位调控与导电细丝演变的物理模型，揭示了氧空位浓度对阻变机理的影响机制。本研究明确了氧空位的调控HfO_x忆阻器性能的关键作用，为发展高性能、高可靠性的阻变存储器提供了有效途径。

图1 云检测算法的流程图

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非平衡各向异性Dicke模型中的量子热能输运

孔俊然，毛铓，刘焕，王晨

物理学报, 2025, 74(21):214201

doi: 10.7498/aps.74.20251007

cstr: 32037.14.aps.74.20251007

量子光-物质相互作用系统的非平衡热能输运近来引起密切关注。本文研究非平衡各向异性Dicke模型中的量子热流及热整流行为。通过引入量子缀饰态主方程处理光子-量子比特强耦合。研究结果表明，各向异性光子-量子比特强耦合能有效调节热流。量子比特数增多有利于增强热流。在热力学极限近似和极限各向异性系数下，得到热流的解析表达式。该热流解析式为有限尺寸各向异性Dicke模型的热流上限。较大的各向异性系数和光子-量子比特非弱耦合有助于实现显著的热整流效应。希望这些结果能够加深对各向异性光-物质相互作用系统中非平衡热能输运的理解。

图1 (a)，(b)各向异性Dicke模型和耦合谐振子模型的示意图，其中光子和量子比特分别与各自热库相互作用；(c)方程(3)处的耦合振子哈密顿量在参数ω_a = 1，ε = 0.8ω_a下的两个本征模；(d)在本征基矢下耦合振子系统与热库之间的非相干能量交换过程

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镁-铝合金高压结构与电子性质的密度泛函理论研究

李津龙，王丹，王豪，张雷雷，耿华运

物理学报, 2025, 74(21):217102

doi: 10.7498/aps.74.20250761

cstr: 32037.14.aps.74.20250761

元素镁和铝是地壳中丰度较高且被广泛应用于工业工程中的金属材料，其在高压下能以单质形式形成电子化合物，导致丰富多彩的晶体结构和电子性质。本研究采用第一性原理结构搜索方法系统地对0—500 GPa压力范围内镁铝合金的可能结构进行探索，获得了8种可在不同压强范围下稳定存在的晶体结构和2种亚稳的富镁合金结构，其中6种稳定结构具有电子化合物特征。通过计算分析验证了电子化合物中间隙准原子对晶格振动特性的影响，同时在富镁合金结构中发现铝原子具有独特的–5e超高氧化价态，形成满壳层电子结构。本研究丰富了镁铝合金的高压相图，并为开发新型高压功能材料提供了理论参考。

图2 Mg_mAl_n化合物的压力-组分相图(黑色斜线区域表明对应的相在该压强范围是亚稳态)

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《物理学报》2025年第21期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/21