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亮点文章 | 《物理学报》2024年第1期

已有 419 次阅读 2024-1-17 17:03 |系统分类:论文交流

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磁子霍尔效应

金哲珺雨，曾钊卓，曹云姗，严鹏

物理学报, 2024, 73(1):017501.

doi: 10.7498/aps.73.20231589

霍尔效应是凝聚态领域中古老却又极具潜力的研究领域，其起源可以追溯到数百年前。1879 年，霍尔发现将载流导体置于磁场中时，磁场带来的洛伦兹力将使得电子在导体的一侧积累，这一新奇的物理现象被命名为霍尔效应。之后，一系列新的霍尔效应被发现，包括反常霍尔效应、量子霍尔效应、自旋霍尔效应、拓扑霍尔效应和平面霍尔效应等。值得注意的是，霍尔效应能够实现不同方向的粒子流之间的相互转化，因此在信息传输过程中扮演着重要的角色。在玻色子体系(如磁子)中，相应的一系列磁子霍尔效应也被发现，他们共同推动了以磁子为基础的自旋电子学的发展。本文回顾了近年来在磁子体系中的霍尔效应，简述其现代半经典的处理方法，包括虚拟电磁场理论和散射理论等。并进一步介绍了磁子霍尔效应的物理起源，概述了不同类型磁子的霍尔效应。最后，对磁子霍尔效应的发展趋势进行了展望。

图9 (a)磁子非线性拓扑自旋霍尔效应示意图；(b)虚拟磁场B 和B'的空间分布以及对应磁子的运动轨迹(分别在B和B+B'作用下)；(c)不同磁子模式的波函数的等值线分布；(d)线性非线性霍尔角和入射磁子频率ω_s以及非线性阶数m的关系

同行评价

霍尔效应是物理中非常重要的一类效应，具有巨大的科学价值。本文作者新近发现的非线性磁子拓扑霍尔效应，为霍尔效应家族添加了新的成员。综述内容涵盖了从磁性体系中磁子霍尔效应的首次实验报道，直至近期作者所在课题组关于非线性磁子霍尔效应上的理论进展，以时间为脉络，以不同相互作用机制为区分，系统性地对该领域内诸多重要工作进行了分析。全文介绍细致而全面，对读者了解磁子霍尔效应这一重要的物理现象及相关的研究方法具有重要的参考意义。

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《物理学报》创刊 90 周年

量子信息科技的发展现状与展望

潘建伟

物理学报, 2024, 73(1):010301.

doi: 10.7498/aps.73.20231795

20世纪初，以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命，促进了物质文明的巨大进步，从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌。自20世纪90年代以来，量子调控技术的巨大进步，使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进，标志着第二次量子革命的兴起。量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面，为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案，可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑。经过近30年的发展，我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃，在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位；在量子计算方面牢固占据国际第一方阵；在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平。当前，需要根据国家战略需求和国际竞争态势，做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判，率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系。

图1 量子计算的3个发展阶段

同行评价

文章综述了量子信息的发展，介绍了我国量子信息科技的发展态势，并对未来发展进行了展望，作者是该领域的翘楚，论文的学术意义和学术价值无需多言。

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《物理学报》创刊 90 周年

面向应用的新一代稀磁半导体研究进展

彭毅，赵国强，邓正，靳常青

物理学报, 2024, 73(1):017503.

doi: 10.7498/aps.73.20231940

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性，是破解摩尔定律难题的候选材料之一。我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制，探索并研制了新一代稀磁半导体材料，为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案。以(Ba，K)(Zn，Mn)₂As₂等为代表的新一代稀磁半导体，通过等价态的Mn掺杂引入自旋、异价态的非磁性离子掺杂引入电荷，成功实现了230 K的居里温度，刷新了可控型稀磁半导体的居里温度记录。本文将重点介绍几种代表性的新一代稀磁半导体的设计与研制、新一代稀磁半导体的综合物性表征、大尺寸单晶生长以及基于单晶的安德烈夫异质结研制。我们团队通过新一代稀磁半导体的新材料设计研制、综合物性研究、简单原型器件构建的“全链条”模式研究，开拓了自旋电荷分别掺杂的稀磁半导体材料研究领域，充分展现了自旋和电荷掺杂分离的新一代稀磁半导体材料潜在应用前景。

图11 (a) Li(Zn,Mn)As，LiMnAs和LiFeAs的晶体结构和晶胞参数的对比；(b) (Ba,K)Fe₂As₂，(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂和BaMn₂As₂的晶体结构和晶胞参数的对比

同行评价

作者对新一代稀磁半导体(DMS)的最新成果进行了介绍。与最常研究的DMS (Ga,Mn)As相比，这些新型DMS材料由于通过在Zn/Cd位掺杂等价的磁性离子Mn²⁺引入自旋，通过在另一阳离子位掺杂异价非磁性离子引入电荷，在分离调控载流子和自旋方面表现出很大的优势。在(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂ (BZA)中得到了最高230 K的居里温度，刷新了可控型稀磁半导体居里温度。其次，利用DMS和同结构超导体、反铁磁体等之间的高晶格匹配的特点，有希望构建出多层异质结等器件。

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磁畴壁拓扑结构研究进展

张颖，李卓霖，沈保根

物理学报, 2024, 73(1):017504.

doi: 10.7498/aps.73.20231612

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势，有望提高数据读写精度、降低功耗，从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件，为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持。但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点，严重阻碍了其在实际器件中的应用，因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键。本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来，利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作。首次在范德瓦耳斯Fe_5-_xGeTe₂二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链，研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为，揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制。在该机制指导下，设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜，不仅获得了磁畴壁麦纫，验证了生成机制的普适性，还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变，开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向。

图7 磁性参数变化决定的磁畴壁拓扑结构演变及微磁学模拟结果^[46] (a) Gd_15+x(Fe₉₆Co₆)_85–x (x = 0.2)样品不同温度下的单轴各向异性常数Ku和饱和磁化强度Ms实验数据；(b)不同Ku和Ms下麦韧对拓扑数演化结果相图及实验中自旋重取向转变温区所在区域；(c)，(h) L-TEM衬度模拟结果；(d)—(g) 270—300 K麦韧对到斯格明子的模拟畴壁演化，面外磁化由红色(+m_z)和蓝色(–m_z)表示，面内磁化由白色区域和黑色箭头表示；(i)—(k)对应的自旋结构示意图立体投影

同行评价

这篇综述文章详细介绍了2013年以来利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究零场磁畴壁拓扑麦纫态和斯格明子态的实验工作。侧重点包括二维磁性材料Fe_5-_xGeTe₂中磁畴壁麦韧链的相关研究，以及非晶亚铁磁薄膜 GdFeCo 中磁畴壁拓扑磁畴结构的研究。作为磁畴壁拓扑结构的研究进展的综述，数据翔实可信，覆盖了其中的重要进展。

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磁序与拓扑的耦合：从基础物理到拓扑磁电子学

刘恩克

物理学报, 2024, 73(1):017103.

doi: 10.7498/aps.73.20231711

磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科，二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础。磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物，为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度。磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物态，通过拓扑增强的贝利曲率产生了一系列新奇的磁/电/热/光效应；而外尔电子与磁序的相互作用也使得拓扑电子物理有望成为磁电子学应用的新原理和驱动力。当前，新物态与新效应的发现是磁性拓扑材料第一阶段的主要任务和特征，而动量空间拓扑电子与实空间磁序的相互作用已经开始进入人们的视野。这两个阶段的深入发展，将为拓扑磁电子学积累必要的物理基础和应用尝试。本文着眼于磁性拓扑材料发展的两个阶段，讲述磁性拓扑材料的提出和实现、均一磁序下的拓扑电子态及新奇物性、局域磁态与拓扑电子的相互作用3个方面，阐述当前领域内的热点内容和发展趋势，并对拓扑磁电子学的未来发展进行了思考和展望，以助力未来拓扑自旋量子器件的快速发展。

图1 磁性拓扑材料及其物性自由度

同行评价

作者回顾了磁性拓扑材料研究的几个阶段，包括磁性拓扑物态的理论预言和材料实现、磁性拓扑材料的独特物性和拓扑电子于局域磁态的相互作用，并对拓扑磁电子学进行了展望，内容具有很大的前沿科学价值。磁性和拓扑的结合，为磁电子学带来了新的机遇，磁性拓扑物态的研究正处在蓬勃发展的过程中，这篇文章为读者了解该领域的研究现状提供了一个极好的出发点，是非常及时、非常有帮助的。

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基于拓扑/二维量子材料的自旋电子器件

江龙兴，李庆超，张旭，李京峰，张静，陈祖信，曾敏，吴昊

物理学报, 2024, 73(1):017505.

doi: 10.7498/aps.73.20231166

拓扑材料和二维材料等新型量子材料，为自旋电子器件的研究与发展提供了新契机。这些量子材料不但有助于提高电荷-自旋转换效率及提供高质量异质结界面，从而改善器件表现，更由于它们丰富的相互作用和耦合关系，能提供新奇物理现象和新的物性调控机制，在自旋电子器件方面具有潜在的应用价值。拓扑材料和二维材料，尤其是层状拓扑材料、二维磁性材料以及它们组成的异质结的相关研究，取得了丰硕的成果，兼顾了启发性与及时的实用性。本文将综述这些新型量子材料的近期研究成果：首先重点介绍拓扑材料在自旋轨道力矩器件中实现的突破；其次着重总结二维磁性材料的特性及其在自旋电子器件中的应用；最后将进一步讨论由拓扑材料/二维磁性材料组成的全范德瓦耳斯异质结的研究进展。

图1 (a) 拓扑绝缘体表面态中自旋动量锁定引起的螺旋自旋结构。箭头表示每个波矢k中的自旋磁矩σ方向，其方向与自旋角动量相反；(b) 沿+x方向施加电流，将在电子的自旋和波矢处于正交方向的位置产生非平衡自旋积累

同行评价

拓扑材料和二维材料等新型量子材料,为自旋电子器件的研究与发展提供了新的契机。本文综述了基于二维拓扑材料或二维磁性材料的二维自旋电子学的实验进展，着重介绍了二维自旋轨道力矩器件的研究现状，并对其他相关二维自旋电子学器件进行了介绍。内容详实，讨论充分，能够引起相关研究人员的共鸣，将对二维自旋电子学的研究提供重要参考。

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基于二维磁性材料的自旋轨道力矩研究进展

熊宜浓，吴闯文，任传童，孟德全，陈是位，梁世恒

物理学报, 2024, 73(1):017502.

doi: 10.7498/aps.73.20231244

信息技术的高速发展对信息处理与存储器件的性能提出了更高的要求。同时，随着器件尺寸不断减小，传统基于电子电荷属性的半导体器件面临热耗散和量子尺寸效应的难题与挑战，半导体技术也由此进入后摩尔时代。区别于传统基于电荷的电子器件，基于自旋属性的非易失性自旋电子器件不但具有较高的集成度、读写速度及读写次数，而且可有效避免热耗散，为信息存储、处理和通信等领域的发展构建了新的技术平台。近年来，二维材料凭借其独特的能带结构和丰富的物理性质而备受关注，特别是二维磁性材料体系在自旋电子学领域展现出极大的研究潜力和应用价值。本文首先介绍了二维材料常见制备方法，聚焦概述了二维磁性材料在自旋轨道电子学领域中的研究进展，最后对本领域研究进行了展望。

图6 (a) FGT/Pt双层结构示意图，其中Pt层(顶部)被溅射在剥离的FGT(底部)上。绿色箭头表示在Pt层内的面内电流可产生沿z方向的自旋流，底部(顶部)Pt表面积累的自旋由红色(蓝色)箭头表示，自旋流会对FGT的磁矩施加力矩，并在存在平面磁场的情况下将其翻转^[50]。(b)用于输运测量的Hall bar器件的光学图像

同行评价

文章对近年兴起的具有本征磁性的二维材料相关研究进行了详尽的论述。以SOT相关研究的发展及瓶颈开始，引出了在SOT领域具有独特潜力的磁性二维材料，以二维材料为核心详细介绍了实验中制备二维材料的方法（包括机械解理、液相剥离、CVD和MBE生长等），并介绍了典型本征磁性二维材料CGT和FGT的研究进展，最后对本征磁性二维材料的相关研究进行了总结和展望。文章内容全面、结构合理，是一篇高水平综述文章。

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基于外尔半金属WTe₂的自旋-轨道矩驱动磁矩翻转

魏陆军，李阳辉，普勇

物理学报, 2024, 73(1):018501.

doi: 10.7498/aps.73.20231836

外尔半金属WTe₂有强自旋轨道耦合且能产生新奇非常规面外极化的自旋流，是近几年的新兴热点。同时WTe₂还具有高的电荷-自旋转换效率，能在无外磁场辅助的情况下实现垂直磁矩确定性的翻转，这对于高密度集成低功耗磁随机存取存储器至关重要。本文回顾了近几年WTe₂与铁磁层组成异质结构中自旋轨道矩研究的最新进展，包括用不同方法制备的WTe₂ (例如机械剥离和化学气相沉积)与铁磁层(例如FeNi和CoFeB等)、二维磁体(例如Fe₃GeTe₂等)组成异质结的自旋轨道矩探测和磁矩翻转的电调控研究进展。最后，对相关研究的发展提出展望。

图1 WTe₂晶体结构

同行评价

该文章综述了近年来国内外基于外尔半金属WTe₂的SOT效应相关研究成果，并给出了存在的问题和展望。文章内容比较全面、文献翔实、观点正确。

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基于符号回归方法探索磁性斯格明子结构近似解析式

史猛，王伟伟，杜海峰

物理学报, 2024, 73(1):011201.

doi: 10.7498/aps.73.20231473

磁性斯格明子是一种非平庸的拓扑磁结构，它能够在具有Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用的手性磁体中稳定存在，其静态以及动态特性与其结构特征息息相关。然而，一般情况下斯格明子结构解析式并不存在。因此，许多研究者给出了近似解析式。本文介绍了使用符号回归算法探索磁性斯格明子结构解析式的新方法，在考虑DM相互作用和外部磁场对磁性斯格明子结构的影响下，使用符号回归算法得到了两个较为合适的近似解析式，其适用范围与占主导地位的相互作用有关。研究结果验证了符号回归算法在探索磁性斯格明子结构解析式的强大能力，为磁结构的解析式探索提供了新思路。

图5 λ²/h = 0.01时的帕累托最优 (a) (10a)式；(b) (10b)式

同行评价

斯格明子是凝聚态物理的前沿领域，最近引起了学者们的极大关注。关于斯格明子磁结构的解析表达式具有重要的研究价值，但是目前还没有通用的解析表达式。论文作者运用符号回归法探索斯格明子结构的解析表达式，有重要的创新、意义和应用前景。

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立方大腔体静高压装置中叶腊石的传压及密封性能研究

田毅，杜明浩，张佳威，贺端威

物理学报, 2024, 73(1):019101.

doi: 10.7498/aps.73.20231087

本文基于高压研究及超硬材料生产所用的静高压立方大腔体(六面顶)压机的需要，制备了源于南非叶腊石矿的两种(A和B)叶腊石粉压块，并与同工艺国产(北京门头沟)黄色叶腊石粉压块进行比较，以此建立评估叶腊石传压及密封性能的实验方法与物理判据。采用Bi，Tl，Ba等标压物质原位标定了以上3种叶腊石压腔中心位置及密封边处的压力；同时，采用银熔点法分别获得了3种叶腊石作传压密封材料时高温下腔体压力与系统加载的对应关系。结果表明，在相同加载油压下南非叶腊石B粉压块和国内叶腊石粉压块中心位置的压力差值不超过0.1 GPa，在升压和降压过程中叶腊石块中心位置与密封边位置的压力差值也更为相近。相比于南非叶蜡石A粉压块，B粉压块在高温传压和密封性能上更接近国产叶腊石粉压块。

图8 ΔP随密封边压力的变化曲线 (a) 升压过程；(b) 降压过程

同行评价

叶蜡石作为国产六面顶压机最常用的外围材料，其传压及密封性能对于国产六面顶压机的合成具有重要意义。在该项工作中，作者使用相同工艺制备出了三种类型的叶蜡石压块（黄色叶蜡石、南非叶蜡石A和南非叶蜡石B），分别对常温和高温下三种叶蜡石的腔体中心的压力进行了原位标定，并进一步通过对叶蜡石密封边位置压力的测量评估了三种叶蜡石的密封性能。本工作能为国产六面顶的高压合成领域提供一定的技术支持和数据参考。

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高转换效率腔内倍频外腔面发射蓝光激光器

伍亚东，朱仁江，晏日，彭雪芳，王涛，蒋丽丹，佟存柱，宋晏蓉，张鹏

物理学报, 2024, 73(1):014203.

doi: 10.7498/aps.73.20231278

高功率高光束质量的蓝色激光在激光显示与照明、水下通信和成像、有色金属加工等许多领域具有广泛应用前景。本文利用增益芯片底部的高反镜分布布拉格反射镜、折叠镜以及后端反射镜构成V型谐振腔，通过腔内插入非线性晶体LBO，获得了高转换效率的高功率、高光束质量蓝光输出。实验研究了非线性晶体的长度、基频激光的线宽、倍频走离角的补偿等不同因素对外腔面发射激光器腔内倍频蓝光输出功率的影响。在LBO的Ⅰ类相位匹配条件下，当晶体长度为5 mm，所用双折射滤波片厚度为1 mm时，获得超过6 W的491 nm波长蓝光输出，x和y方向的光束质量M²因子均为1.08，倍频转换效率为63%。

图6 基频VECSEL与倍频蓝光VECSEL功率对比曲线

同行评价

半导体激光器的波长覆盖范围很广，因而利用半导体激光器的非线性频率变换，来获得其他波长的激光输出是一种非常重要的相干辐射频率扩展手段。文章利用外腔面发射半导体激光器的腔内倍频，获得了超过6 W的高功率490 nm蓝光输出，其光束质量优良，所取得的倍频转换效率达到63%。蓝光光源在水下光通信是非常迫切的光源器件，研究具有非常好的指导意义与应用价值。

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磁场诱导的TmFeO₃单晶自旋重取向

王宁，黄峰，陈盈，朱国锋，苏浩斌，郭翠霞，王向峰

物理学报, 2024, 73(1):017801.

doi: 10.7498/aps.73.20231322

TmFeO₃具有磁光效应、多铁性和自旋重取向等丰富的物理特性，在凝聚态物理和材料物理领域具有重要的研究价值。本文利用时域太赫兹低温磁光谱，研究 TmFeO₃单晶在1.6 K温度下自旋共振频率随外加磁场的变化规律，并表征其内部复杂的相互作用。结果表明，随磁场增加TmFeO₃单晶的准铁磁共振向高频移动，而准反铁磁共振在临界磁场(2.2—3.6 T)转变为准铁磁共振，通过磁结构分析和理论拟合，证实单晶磁矩发生了磁场诱导的自旋重取向。本研究有助于深入理解稀土正铁氧体在外磁场、温度场综合作用下，内部磁结构的调控机制，开发相关的自旋电子学器件。

图5 TmFeO₃在1.6 K共振频率随磁场变化的理论拟合 (a) 图3(a)中q-FM共振频率及其理论拟合曲线；(b) 图3(b)中q-AFM和q-FM共振频率及其理论拟合曲线。图中的插图显示了太赫兹磁分量H_THz方向，外磁场H方向，及Γ₂相TmFeO₃在不同磁场下的简化磁结构变化示意图。黑色虚线是根据(1)式对q-AFM共振频率的拟合；黑色实线是根据(6)式对q-FM共振频率的拟合

同行评价

论文利用时域太赫兹低温磁光谱、发现了低温下TmFeO₃单晶中准铁磁和准反铁磁共振频率随外加磁场增加的模式转换现象。结合分析TmFeO₃单晶中自旋磁矩变化、内部相互作用参数特征，表明磁场（临界磁场2.2—3.6 T）诱导 TmFeO₃产生了自旋重取向。研究工作有助于比较全面地了解RFeO₃类材料的物理特性。

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百兆赫兹重频的轨道角动量模式飞秒光纤激光器

吴航，陈燎，李帅，杜禺璠，张驰，张新亮

物理学报, 2024, 73(1):014204.

doi: 10.7498/aps.73.20231085

轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值。OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究。当前OAM模式飞秒光纤激光器在重复频率、脉冲宽度、光谱宽度等关键参数上分别都有突破，但性能难以兼得，且重复频率目前在数十MHz。本文基于模式相位匹配原理，制作了大带宽的模式耦合器，结合非线性偏振旋转锁模机理，通过优化腔内的色散，搭建了百兆赫兹重复频率的OAM模式飞秒光纤激光器。实验结果表明，一阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达113.6 MHz，脉冲半高全宽98 fs，10 dB带宽可达101 nm；二阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达114.9 MHz，脉冲半高全宽60 fs，10 dB带宽可达100 nm。相对于已报道的方案，本文报道的方案在重复频率、脉宽和光谱宽度等关键参数上综合性能较好，有望更广泛地应用于OAM通信、粒子操控等研究领域。

图6 一阶OAM模式锁模激光器的指标检测 (a) 激光器输出光谱；(b) 电谱仪测量下的频率成分；(c) 激光器输出锁模脉冲序列；(d) 自相关仪测量的洛伦兹拟合脉冲

同行评价

本文的主要特色在于对OAM激光器整体性能的提升，是首个同时实现百兆赫兹重复频率、百飞秒以内脉冲宽度和百纳米输出光谱宽度的OAM 模式光纤激光器。整体工作较为细致，包括对于模式耦合器中单模光纤与特种光纤（少模光纤、环芯光纤）的仿真、分光比的测试、激光器净色散的精确补偿，对于OAM模式的验证等，从而获得了较好的结果。

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基于X射线荧光光谱的温稠密物质离化分布实验方法研究

张志宇，赵阳，青波，张继彦，林成亮，杨国洪，韦敏习，熊刚，吕敏，黄成武，朱托，宋天明，赵妍，张玉雪，张璐，李丽灵，杜华冰，车兴森，黎宇坤，詹夏宇，杨家敏

物理学报, 2024, 73(1):015201.

doi: 10.7498/aps.73.20231216

受温度及密度等环境效应影响，温稠密物质的电子结构发生显著变化，其理论描述非常复杂，精密实验测量亦极其困难。本文发展了基于X射线荧光光谱研究温稠密物质离化分布的实验方法，结合理论研究有助于深入理解温稠密物质的电子结构变化。在万焦耳激光装置上，设计特殊构型黑腔复合加载产生数十eV、近固体密度的稠密Ti物质，利用激光辐照V产生的热发射线泵浦Ti的荧光，并采用晶体谱仪诊断样品的X射线荧光光谱。实验中获得冷样品和加载样品的荧光光谱，观测到加载样品K_α及K_β荧光谱线相对于冷样品光谱在高能侧的显著变化，结合理论计算解释了加载样品荧光谱线的变化主要来源于其温度上升后离化分布的改变，建立了基于X射线荧光光谱的温稠密物质离化分布实验研究能力。

图3 不同状态Ti样品的荧光光谱 (a)原始图像；(b) K_α解谱结果；(c) K_β解谱结果

同行评价

温稠密物质的电子结构和物理特性的研究是非常吸引人的课题，可望引起读者的强烈兴趣。本文通过发展主动探测的X射线荧光光谱实验方法，试图实验研究温稠密物质的电子结构，特别是等离子体的温度对温稠密物质电子结构的影响。过去的研究大多关注稠密等离子体的密度效应，对温度引起的物理效应的实验研究非常少。在万焦耳激光装置上，设计特殊构型黑腔加载实验样品，利用软X射线辐射驱动对撞冲击压缩，加热产生数十eV、近固体密度的稠密Ti物质，实验装置和条件一般实验室难以达到，对实验和理论都具有极大的挑战性。

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基于泵浦强度调制的超快光纤激光器中孤子分子光谱脉动动力学研究

方振，余游，赵秋烨，张昱冬，王治强，张祖兴

物理学报, 2024, 73(1):014202.

doi: 10.7498/aps.73.20231030

采用实时傅里叶变换光谱探测技术，研究了基于泵浦强度调制的超快掺铒光纤锁模激光器中孤子分子光谱的脉动动力学。结果表明，在一定的泵浦强度调制情况下，孤子分子光谱的脉动周期可由泵浦调制频率进行调控。同时，孤子分子脉动幅度以及孤子间相对相位的演化与泵浦调制频率有关。在较低的调制频率(如1 kHz)下，光谱脉动的孤子分子内脉冲间的相对相位随传播时间呈现滑动型动力学。随着调制频率逐渐加大(如20 kHz)，孤子分子内脉冲间的相对相位演化逐渐趋于混乱，表明脉动孤子分子可能存在固有的共振频率，与孤子分子的稳定性有关。研究结果对于深入理解孤子分子的产生与稳定性提升、孤子分子的全光操作及应用具有重要的指导意义。

图3 当泵浦调制频率为1 kHz时，孤子分子演化实验结果 (a) DFT光谱随运行圈数的演化；(b) 对应的一阶自相关演化；(c) 脉冲能量演化；(d) 光谱中心波长的脉动演化；(e) 第15970圈的DFT光谱和第22220圈的单次DFT光谱

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本文报道了一种通过调制泵浦功率来控制超快光纤激光器输出的束缚态孤子状态的实验方法。通过改变泵浦激光的调制频率使得被动锁模光纤激光器输出的束缚态孤子的中心波长产生振荡变化，详细介绍了调制频率不同时，输出的束缚态孤子呈现周期性中心波长等特性的变化，且振荡频率可控。其结果拓展了孤子激光器的动力学研究，为实现束缚态孤子的应用提供了新的可能。

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基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

杨家齐，赵刚，焦康，高健，闫晓娟，赵延霆，马维光，贾锁堂

物理学报, 2024, 73(1):014205.

doi: 10.7498/aps.73.20231049

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用，然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源，很难实现中红外精密光谱测量。本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术，分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性，利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考，基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定。经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz，压窄激光线宽的同时稳定了激光频率，将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h。其中，为了获取长时间稳定的光学反馈，基于PDH技术获取了误差信号，用于对反馈相位的实时伺服控制。

图3 实验方案

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文章提出了一种基于光学反馈锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术，通过理论分析得到了实现激光到 F-P 腔的稳定锁定。同时，通过实验将中红外QCL激光器的线宽被压窄到了 1.1 Hz，获得激光频率的长期漂移为 20 kHz/12h。该工作表述清晰，理论和实验数据详尽。

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渐近安全引力下的黑洞阴影和光环

李慧玲，黄雨萌，杨承宇

物理学报, 2024, 73(1):010401.

doi: 10.7498/aps.73.20231233

重点讨论了薄盘吸积与渐近安全 (asymptotically safe，AS)引力修正参数对黑洞阴影和光环的影响。对于薄盘吸积，黑洞的暗区就是黑洞的阴影，而明亮的光环则是由直接像、透镜环和光子环组成的。对于吸积盘辐射源比强度，考虑了3个不同辐射轮廓模型。对辐射起始于最内圆轨道的二阶衰减函数模型，直接像、透镜环和光子环可以明显区分。直接像对黑洞光环亮度贡献最大，透镜环对光环亮度贡献很小，而光子环的贡献几乎可以忽略，且对应观测强度的峰值随AS引力参数的增加而减小，即对应光环亮度随修正参数的增大而变暗。对于辐射起始于光子球半径的三阶衰减函数模型，透镜环和光子环叠加在直接像上，使观测强度出现新的极值。这一极值随AS引力修正参数的增加而增加，且使得黑洞光环的亮度更亮。对辐射起始于事件视界的反三角衰减函数模型，透镜环和光子环在直接像上的叠加范围更大，观测到的光环更宽，且AS引力参数值越小，透镜环和光子环越难区分，黑洞光环的亮度越大。总之，研究表明，黑洞阴影半径的大小随AS修正参数的增加而减小，对于不同的AS引力修正参数，辐射源光强度、尤其是观测强度的辐射轮廓存在显著差异，导致黑洞的阴影和亮环明显不同。