基于磁二色效应的光发射电子显微镜磁成像技术是研究薄膜磁畴结构的一种重要研究手段，具有空间分辨率高、可实时成像以及对表面信息敏感等优点。以全固态深紫外激光(波长为177.3 nm；能量为7.0 eV)为激发光源的光发射电子显微技术相比于传统的光发射电子显微镜磁成像技术(以同步辐射光源或汞灯为激发源)，摆脱了大型同步辐射光源的限制；同时又解决了当前阈激发研究中由于激发光源能量低难以实现光电子直接激发的技术难题，在实验室条件下实现了高分辨磁成像。本文首先对最新搭建的深紫外激光-光发射电子显微镜系统做了简单介绍。然后结合超高真空分子束外延薄膜沉积技术，成功实现了L10-FePt垂直磁各向异性薄膜的磁畴观测，其空间分辨率高达43.2 nm，与利用X射线作为激发源的光发射电子显微镜磁成像技术处于同一量级，为后续开展高分辨磁成像提供了便利。最后，重点介绍了在该磁成像技术方面取得的一些最新研究成果: 通过引入Cr的纳米“台阶”，成功设计出FePt的(001)与(111)双取向外延薄膜; 并在“台阶”区域使用线偏振态深紫外激光观测到了磁线二色衬度，其强度为圆二色衬度的4.6倍。上述研究结果表明: 深紫外激光-光发射电子显微镜磁成像技术在磁性薄膜/多层膜体系磁畴观测方面具备了出色的分辨能力，通过超高真空系统与分子束外延薄膜制备系统相连接，可以实现高质量单晶外延薄膜制备、超高真空原位传输和高分辨磁畴成像三位一体的功能，为未来磁性薄膜材料的研究提供了重要手段。

图1 MBE-PEEM联合系统示意图和照片

图2 深紫外激光-光发射电子显微镜系统装置示意图

图3（a）FePt薄膜的LEEM形貌图像，插图为该区域LEED图像；（b）对于同一区域使用圆偏振DUV获得的PEEM磁畴图像；（c）DUV-PEEM磁畴成像空间分辨率的测定。

本文主要详细描述了作者研究组最近搭建的一台新型的基于深紫外激光器的光电子发射显微镜的相关技术，展示了他们在国际上首次测量到的利用深紫外激光测量的磁畴结构，并且在FePt薄膜中可以利用线偏振光测量磁畴结构，磁衬度比圆偏振光磁衬度还大。这是个非常有意义的实验结果，展示了我国在新仪器的集成和开发上的新结果。

基于背散射抑制且对缺陷免疫的传输性质，光子拓扑绝缘体为电磁传输调控提供了一种新颖的思路。类比电子体系中的量子自旋霍尔效应，本文设计出一种简单的二维介电光子晶体，以实现自旋依赖的光子拓扑边界态。该光子晶体是正三角环形硅柱子在空气中排列而成的蜂窝结构。将硅柱子绕各自中心旋转60°，可实现二重简并的偶极子态和四极子态之间的能带翻转。这两对二重简并态的平均能流密度围绕原胞中心的手性可充当赝自旋自由度，其点群对称性可用来构建赝时间反演对称。根据k·p微扰理论，给出了布里渊区中心附近的有效哈密顿量以及对应的自旋陈数，由此证实能带翻转的实质是拓扑相变。数值计算结果揭示，在拓扑非平庸和平庸的光子晶体分界面上可实现单向传输且对弯曲、空穴等缺陷免疫的拓扑边界态。本文中的光子晶体只由电介质材料组成并且晶格结构简单，实现拓扑相变时无需改变柱子的填充率或位置，只需转动一个角度。因此，这种结构在拓扑边界态的应用中更为有效。

图1 能带结构与不可约表示E1和E2所对应的本征态 (a) P型光子晶体的带结构；(b) N型光子晶体的带结构，(a)，(b)中的插图给出Γ点的二重简并偶极子态(图中标记为px/py)和二重简并四极子态 (图中标记为dx²-y²/dxy)的磁场分布，深红色和深蓝色分别表示磁场Hz的正负最大值，旋转硅柱子后发生了能带翻转；(c) P型光子晶体中偶极子态的平均能流密度分布；(d) P型光子晶体中四极子态的平均能流密度分布; 箭头显示能流密度的大小和方向. 在原胞中心附近，能流密度具有逆时针和顺时针圆偏振特性，反映出赝自旋向上和赝自旋向下的取向性

本文设计了一种蜂窝状光子晶体结构，只需旋转散射体即可实现TE模式的拓扑相变以及赝自旋依赖的拓扑边界态。作者详细讨论了该光子晶体的能带结构及其翻转；构建了该体系中的赝时间反演对称性和赝自旋态，以及相关的量子自旋霍尔效应；此外还讨论了自旋依赖的单向传输边界态及其鲁棒性。该光子晶体具有结构简单、无内在焦耳热损耗等特点，在拓扑边界态的实际应用中具有较大的优势。

提出了一种磁流变液构成的类梯度结构，并通过理论建模、数值计算和实验研究了该结构的振动传递特性。磁流变液在磁场作用下具有液固转换的特殊理化性质，而液固转换过程就是磁流变液的振动传递阻抗变化过程。因此，基于磁流变液的这一特性，通过控制磁场，构建了类梯度结构。基于弹性波传递的一维波动方程，建立了垂直入射的弹性波在类梯度结构中传递的波动方程。然后，使用连续介质的离散化方法和传递矩阵法进行求解，得到振级落差的表达式，对其进行数值计算，分析类梯度结构的振级落差随弹性波频率和磁场强度的变化趋势。最后，对类梯度结构的振动传递特性进行了实验研究，分析了磁场强度对类梯度结构振动传递特性的影响。研究结果表明，与均匀场作用的磁流变液相比，类梯度结构对弹性波的衰减效果更好，且该结构具备良好的可调控特性。

图1 类梯度结构与均匀场作用磁流变液对比图 (a) 50 mT；(b) 70 mT；(c) 100 mT

本文利用磁流变液体构筑梯度结构进行减震，同时搭建了磁流变液构成的阻抗分层调制结构装置和相应的振动传递测试实验装置。该实验台利用外部连续分层排列的电磁铁可单独控制每一层磁流变液的阻抗，进而调制出各种模式的阻抗分布，如“类梯度”结构、阻抗周期结构、阻抗按特定波形分布结构等，并能对上述结构进行相应的振动传递特性实验。内容详实，规范，有较好的创新性。

采用磁控溅射沉积法在微纳光纤表面上镀一层纳米级厚度的铋薄膜，制备了一种微纳光纤-铋膜结构的可饱和吸收体。在1.5 μm处的非线性光调制深度为14%。将其应用到掺铒光纤激光器中，在1.5 μm波段获得稳定的超快脉冲激光产生，脉宽为357 fs，输出功率为45.4 mW，单脉冲能量为2.39 nJ，信噪比为84 dB。实验结果表明，利用磁控溅射法可制备出大调制深度的可饱和吸收体，为获得高能量超短脉冲激光输出提供新方案。

图1 微纳光纤-铋可饱和吸收体（SA）的非线性表征 (a)没有和(b)具有650 nm引导光时样品腰部区域的光学显微镜图像；(c) SA的饱和吸收特性

该工作采用磁控溅射沉积法在微纳光纤表面上镀一层纳米级厚度的铋薄膜，制备了一种微纳光纤-铋膜结构的可饱和吸收体，与目前报道的从块状Bi材料经过液相分离法制备的光纤可饱和吸收体相比，在光纤表面成膜更加平整，薄层的致密度高，具有较高的调制度。这对于我国自主研制高性能的锁模飞秒激光器具有重要的参考价值，该器件具有新颖性和实用意义。

多组份纠缠是量子信息处理的重要资源，它的产生通常涉及到许多复杂的线性和非线性过程。本文从理论上提出了一种利用两个独立的四波混频过程和线性分束器产生真正的四组份纠缠的方案，其中，线性分束器的作用是将两个独立的四波混频过程联系起来。首先应用部分转置正定判据研究了强度增益对四组份纠缠的影响，结果表明，在整个增益区域内都存在真正的四组份纠缠，并且随着强度增益的增加，纠缠也在增强。然后研究了线性分束器的透射率对四组份纠缠的影响，发现只要线性分束器的透射率不为0或1，该系统也可以产生真正的四组份纠缠。最后，通过研究该系统可能存在的三组份纠缠和两组份纠缠来揭示该系统的纠缠结构。本文理论结果为实验上利用原子系综四波混频过程产生真正的四组份纠缠提供了可靠的方案。

图1 产生四组份纠缠的简化图及铷-85 D1线的双Λ能级结构 (a) C0和C2是真空态注入，Pr0和Pr2是相干态注入；C1和Pr'1是第一个四波混频过程产生的孪生光束，C3和Pr'3是第二个四波混频过程产生的孪生光束；光束Pr1和Pr3是光束Pr'1和Pr'3经过线性分束器混合后产生的；(b)铷-85 D1线的双Λ能级结构，Δ和δ分别表示单光子失谐和双光子失谐

文章中提出的产生多组份纠缠的方法简单并且可扩展性强，研究内容翔实可靠，论述清晰，具有十分重要的物理意义和价值。

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤，干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运。本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模，研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性。研究结果表明，适当降低射频功率，在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率，从35.7 cm²/(V·s)提高到48.1 cm²/(V·s)，并提高器件的工作电流。沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取，射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10¹² cm^-2·eV^-1，比135 W条件下降低了一半。采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性。较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积，高能离子的反射作用更弱，过刻蚀现象明显改善，制备出的GaN U型槽MOSFET沟道场效应迁移率更高，界面态密度更低。

图1 干法刻蚀RF功率为50，75和135 W制备出GaN UMOSFET器件的电学特性曲线（IGS和IDS分别指栅电流和漏电流） (a)转移特性曲线；(b)沟道场效应迁移率随栅电压VGS的变化曲线；(c)亚阈值特性；(d) RF功率50 W的器件三端击穿特性

GaN垂直结构功率器件是目前新的研究方向，本文详细说明了刻蚀参数对UMOSFET器件中沟道迁移率及界面态特性的影响，研究结果表明，适当降低RF功率，在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率，并提高器件的工作电流。本文对此领域的研究具有一定借鉴意义。

《物理学报》2020年第9期全文链接：