在双锥对撞点火激光核聚变方案中，两个锥口相距约100 μm放置的金锥内氘氚球冠靶在高功率纳秒激光烧蚀驱动下，获得沿金锥的球对称压缩和加速，形成沿着金锥轴向的超音速高密度喷流，出射喷流在两个金锥的几何中心发生对撞减速并形成聚变密度等离子体。在对撞过程中，高速运动喷流的动能转化为内能，实现对等离子体的预加热，与此同时，皮秒拍瓦激光产生的高能快电子从垂直方向入射并加热高密度等离子体，使其快速升温达到聚变温度，实现聚变点火。2020年在中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光联合实验室神光II升级激光装置上，我们利用总能量为10 kJ的八路纳秒激光进行了两轮实验。实验利用包括X射线汤姆逊散射、硬X射线单色背光成像、X射线条纹和分幅成像等多种主动、被动诊断方法对超音速高密度喷流对撞过程进行了高时空分辨研究，实验测量发现，在单锥口形成的超音速等离子体喷流密度为5.5—8 g/cm³；在对撞过程中形成了阻滞时间约200 ps的高密度等离子体，中心密度达到了(46 ± 24) g/cm³。通过对等离子的温度、速度的分析发现，对撞过程中动能到内能的转换效率高达89.5%。

图5 X射线单色背光成像 (a)压缩前时刻双锥阴影图；(b)双锥对撞最大压缩时刻阴影图；(c)单锥喷出等离子体阴影；(d)对撞等离子体密度、面密度随时间演化；(e)对撞等离子体横向密度、面密度分布；(f)单锥口等离子体横向密度、面密度分布

双锥对撞点火方案中尤其重要的是为了弥补国际上快点火怎么实现等容压缩这一关键问题而提出了双锥对撞过程，此过程还节省驱动激光能量。针对此关键的过程，本文报道了首个验证性的实验结果，对双锥对撞过程中动能到内能的转换效率进行了测定和分析，得到了接近90%的高效率转换，表明DCI方案的关键物理过程的有效性和可靠性。

实验上展示了钇铁石榴石(YIG)晶体小球中磁振子与超导量子比特的驱动缀饰态之间的相干强耦合，磁振子的加入使得在超导量子比特中形成了双重缀饰态。实验中一个钇铁石榴石晶体小球与一个超导量子比特同时放置在三维谐振腔中，分别通过磁偶极相互作用和电偶极相互作用与谐振腔中的本征场(TE₁₀₂模式)耦合，并通过腔模作为媒介实现两者之间的有效相干强耦合。给超导量子比特施加一个共振的微波驱动并改变驱动强度，测得耦合系统能级劈裂随驱动强度的变化，并理论上利用粒子-空穴对与玻色场耦合的模型做了计算。在大部分的驱动强度范围内实验结果都与理论计算结果符合得较好，表明驱动下的比特-磁振子耦合系统可以用来模拟粒子-空穴对称对与玻色场的耦合系统。本文使用的混合量子系统为模拟玻色子与费米子的混合系统提供了一个新途径。

图3 量子比特-磁振子耦合系统能级劈裂随外加微波场驱动强度的变化

文章从实验上研究了磁振子-超导量子比特-微波谐振腔耦合系统，通过给超导量子比特的微波驱动，实现了一个模拟电子-空穴对称系统与玻色场的耦合的实验系统。为模拟费米子与玻色子的混合系统提供了一个途径。 实验和其中的理论，特别是模拟费米子与玻色子的思路非常有趣。

巴黎-爱丁堡压机(Paris-Edinbrugh press)因具有大体积样品、便携、结构简单等优点，被广泛应用于中子源进行高压原位中子衍射实验。但因单轴加压而导致封垫和组装不断沿径向向外流动的特点，给高压下组装的加热效率、保温效果、上下压砧的绝缘及热电偶连接等方面带来困难，从而使得巴黎-爱丁堡压机在高压下的温度加载非常具有挑战性。本文通过对高温高压组装的结构进行优化设计，提高了组装的加热效率和保温效果。通过对热电偶引线方式的优化，实现了高压下温度的直接测量。设计的HPT-3组装和HPT-3.5 组装在高压下的温度加载最高可分别达到2000 K和1500 K，并且二者较大的样品尺寸满足中子衍射实验的需求。原位高温高压中子衍射实验结果说明，HPT-3组装在压力8.5 GPa、温度1508 K的条件下可以获得高质量的样品的中子衍射谱，同时该结果也进一步验证了所设计组装的良好稳定性。

图7 高温高压下原位中子衍射实验谱图

本文在巴黎-爱丁堡压机上通过系列高温高压组装设计以及优化，解决了在高压下热电偶难以工作的问题，实现了8.5 GPa与1500 K的极端条件，且非常稳定，获得了此极端条件下高质量的样品中子衍射谱，对于开展原位中子衍射实验的科学研究提供了关键技术保障，对于高压下物质科学的研究具有非常重要的意义。

ZIFs晶体由咪唑基桥接单金属离子构成，可通过咪唑酯连接物灵活选取合适的官能团对其结构进行调控，因而被赋予更多新的性质和功能。ZIFs晶体中孔结构及其化学环境与其性能紧密相关。本文采用静置法制备了ZIFs纳米晶体。X射线衍射结果证实制备的晶体为典型的ZIF-8晶体，扫描电子显微镜图可观察到其规则的菱型结构。N₂吸附-脱附测试表明ZIFs晶体具有较大的比表面积和孔容，分别为2966.26 m²/g和3.01 cm³/g. 随着Co摩尔含量的增大，ZIFs晶体比表面积和孔体积逐渐减小，但是其孔径大小几乎稳定保持在12 Å左右。而N₂吸附-脱附等温线计算得到的孔径分布未显示咪唑配体组成的六元环的超微孔信息(3.4 Å)。此外，利用正电子湮没寿命和多普勒展宽对晶体的微观结构和表面性能进行了研究。正电子的寿命谱有4个分量。较长寿命τ₃，τ₄分别是o-Ps在其微孔区域和晶体规则棱角间隙处的湮没寿命。随Co摩尔含量增大，其寿命τ₃几乎没有变化，而较长寿命τ₄从30.89 ns降至12.57 ns，其对应强度I₃，I₄也分别从12.93%和8.15%急剧下降至3.68%和0.54%. 随Co摩尔含量的增大，多普勒展宽得到的S参数呈连续上升趋势，进一步多高斯拟合表明p-Ps强度也逐渐增大，这主要是由于电子偶素发生了自旋转换效应。因此，ZIFs纳米晶体中τ₄下降很可能是由于正电子偶素与晶体表面Co离子发生了自旋转换效应。

图8  ZIF-Co-Zn中o-Ps和p-Ps强度随Co摩尔含量的变化

本文采用静置法制备一系列ZIF-Co-Zn纳米晶体，通过调整Co含量，来改善ZIFs晶体比表面积和孔体积。利用XRD和SEM分析表征了ZIFs纳米晶体形貌结构，结合正电子湮没谱学技术表征ZIFs纳米晶体的空隙结构，有利于从形貌和结构中获取ZIFs纳米晶体的物理性质。

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能，但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低。虽然这种降低难以避免，但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰。为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理，本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重要组成成分)为相变材料，制备了石墨烯纳米片质量分数为0%，0.5%，1%，1.5%，2%的复合相变材料。通过实验测量与分子动力学模拟的方法深入分析了石墨烯纳米片的掺杂导致熔融硝酸钠产生团簇以及复合材料熔点和相变焓非依数性降低的影响机理。结果表明，石墨烯纳米片质量分数为1.5%时，硝酸钠致密层和石墨烯纳米片间的质心等效距离最接近他们相互作用势的势阱位置，此时二者之间相互吸引作用最强，熔盐分子的运动受限最为严重，难以发生熔化，从而导致相变焓降低最为显著。为了最大限度地避免纳米复合相变材料相变焓的损失，应根据相变材料与纳米增强剂的类型及其相互作用类型，合理选择纳米增强剂的质量分数。在实际应用中，恰当的质量分数还将在一定程度上降低复合相变材料的制备成本。

图8  石墨烯纳米片与硝酸钠之间的相互作用能

本文的工作可以为硝酸钠纳米复合相变材料中纳米颗粒的种类及掺杂比的选择提供一定的指导，对实际应用有一定的参考价值。

针对绝热算法在系统演化过程中需要较长操作时间的问题，本文提出了电路量子电动力学系统中基于超绝热捷径的两量子比特控制相位门的快速制备方案。首先将量子比特的能级进行编码，针对不同初始态分类讨论，获得系统的有效哈密顿量。通过反绝热驱动，推导出系统有效哈密顿量的修正项，以抑制不同本征态之间不必要的跃迁，从而获得了高保真度的基于超绝热捷径控制相位门。数值模拟验证了本方案的有效性，最终保真度为0.991。所提方案可以加速演化，并且比绝热通道更有效。此外，本方案对谐振器的衰减和超导量子比特的退相干具有鲁棒性。通过对谐振腔的泄漏、量子比特的自发辐射和退相位的影响分析，得到的系统最终保真度始终保持在0.984以上。

图2 (a) 脉冲幅度取不同值时，参数θ₀(t)随时间的变化情况；(b) 脉冲幅度取不同值时，参数θ₁(t)随时间的变化情况

本文首次在电路QED系统中提出了基于超绝热捷径的控制相位门方案，补充完善了基于超绝热捷径的量子门。

基于柔性热电薄膜制冷的面内散热技术有望为电子器件高效面内散热提供解决方案，但柔性热电薄膜电输运性能太低和面内散热器件结构设计困难严重制约了该技术在电子元器件散热中的应用。本文通过在环氧树脂/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜中掺入具有同时调控电热输运行为功能的石墨烯，发现不仅有助于Bi_0.5Sb_1.5Te₃晶粒沿(000l)择优取向，而且还提供了载流子快速传输通道，石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜的载流子浓度和迁移率同时显著增大；石墨烯掺入量为1.0%的柔性热电薄膜室温最高功率因子达到1.56 mW/(K²·m)，与环氧树脂/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜相比提高了71%，其最大制冷温差提高了1倍。利用这种高性能石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜制冷，设计并制备出了级联结构高效面内散热器件，发现该器件可以将热量从热源区逐级传输至散热区，实现热源区温度下降1.4—1.9 ℃，展现出了高效稳定的面内散热能力。

图3 热电薄膜电输运性能 (a) 电导率；(b) Seebeck系数；(c) 功率因子；(d) 载流子迁移率和载流子浓度

该文较为系统的表征了石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜和制备的薄膜器件，其构筑的薄膜器件具备较强的应用价值。

氮化镓材料具有大的禁带宽度(3.4 eV)、高的击穿场强(3.3 MV/cm)，在高温、高压等方面有良好的应用前景。尤其是对于铝镓氮/氮化镓异质结构材料而言，由极化效应产生的高面密度和高迁移率二维电子气在降低器件导通电阻、提高器件工作效率方面具有极大的优势。由于缺乏高质量、大尺寸的氮化镓单晶衬底，常规氮化镓材料均是在蓝宝石、硅和碳化硅等异质衬底上外延而成。较大的晶格失配和热失配导致异质外延过程中产生密度高达10⁷—10¹⁰ cm^–2的穿透位错，使器件性能难以进一步提升。本文采用基于自支撑氮化镓衬底的铝镓氮/氮化镓异质结构材料制备凹槽阳极结构肖特基势垒二极管，通过对欧姆接触区域铝镓氮势垒层刻蚀深度的精确控制，依托单步自对准凹槽欧姆接触技术解决了低位错密度自支撑氮化镓材料的低阻欧姆接触技术难题，实现了接触电阻仅为0.37 Ω·mm的低阻欧姆接触；通过采用慢速低损伤刻蚀技术制备阳极凹槽区域，使器件阳极金属与氮化镓导电沟道直接接触，实现了高达3 × 10⁷开关比的高性能器件，且器件开启电压仅为0.67 V，425 K高温下，器件反向漏电仅为1.6 × 10^–7 A/mm。实验结果表明，基于自支撑氮化镓衬底的凹槽阳极结构铝镓氮/氮化镓肖特基势垒二极管可以有效抑制器件反向漏电，极大地提升器件电学性能。

图1 半对数坐标下自支撑氮化镓衬底AGaN/GaN SBD正反向I-V特性随温度的变化关系

本论文针对AlGaN/GaN二极管反向漏电和导通电阻同时提高的困难，提出了自支撑GaN衬底的凹槽阳极结构的AlGaN/GaN SBD，实现了低反向漏电、高开关比的性能，论文具有较高的创新性。