具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引，这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用。本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验。通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细管中的等离子体密度分布，在长度为3 cm、内径为300 μm的毛细管中实现了轴向均匀，径向呈抛物线型的等离子体密度分布。通过改变放电延时和喷气时长，确定和优化了产生等离子体通道的参数区间，得到的最大通道深度为28 μm，与实验中使用的激光焦斑半径匹配。在此基础之上，开展了不同能量的激光脉冲在放电等离子体通道中的导引研究，结果发现当通道深度与焦斑半径匹配时，激光可以不散焦地在通道中传输，实现激光导引。这项研究为未来的激光尾波级联加速和锁相加速等研究奠定了基础。

图1  在15 kV下毛细管放电时的端面光谱和径向等离子体密度分布 (a) 500 μm 毛细管的径向光谱；(b) 300 μm 毛细管的径向光谱；(c) 500 μm毛细管的径向密度分布；(d) 300 μm毛细管的径向密度分布

作者通过光谱法测量了放电毛细管内等离子体的轴向和径向密度分布，研究了不同放电延时、充气背压和毛细管口径对等离子体的密度分布的影响，具有较好的参考价值。

自铁磁金属在飞秒激光泵浦下的超快退磁效应发现以来，电子的自旋属性逐渐被应用于太赫兹电磁波的产生。利用逆Rashba-Edelstein效应产生太赫兹辐射首先在Ag/Bi界面得到证实，而LaAlO₃/SrTiO₃界面通过该效应产生直流的自旋-电荷转换效率要高于Ag/Bi界面约一个数量级，但利用该结构转化自旋流来产生太赫兹的有效性尚待系统的研究。本文制备了NiFe/LaAlO₃//SrTiO₃(001)系列样品，在飞秒激光泵浦下观察到了太赫兹辐射的产生及其对磁场方向的依赖效应，并通过改变LaAlO₃层的厚度验证了超扩散模型与光学传输模型的有效性，观察到了在LaAlO₃/SrTiO₃界面由于多次反射导致太赫兹波的减弱，为进一步优化太赫兹波的产生提供了实验和理论支持。

图1  (a)太赫兹辐射极性随外加磁场方向的改变而反转；(b) NiFe//STO与NiFe/LAO (10 uc)//STO辐射太赫兹波的大小比较

本文实验研究飞秒激光激发铁磁材料产生太赫兹的机理，给出了测试结果和理论分析，实验结果新颖。

针对较大分子振动频率的量化计算，提出了一个节省计算成本的方法。含N个原子的分子的振动频率的计算通常需要计算3N维势能超曲面及其二阶导数构成的Hessian矩阵，然后解其特征方程得到全部简正振动模式的振动频率。N 越大，计算成本越大。本文提出，针对那些由平衡结构和对称性就能完全确定的振动模式，可以逐个计算其振动频率。当仅考虑一个振动模式时，3N 维的Hessian矩阵的计算转化为一维的势能曲线的计算。基于简谐振子近似推导单一振动模式下分子势能曲线的表达式，接着量化计算势能曲线，将势能曲线拟合到表达式中以获得振动频率。相比计算3N 维势能超曲面及其二阶导数的Hessian矩阵，仅计算一维势能曲线而节省下来的计算资源可以允许选择更高级别的计算方法和采用更为完备的基组，提高计算的精度。本文首先以计算水分子的B₂ 振动模式的振动频率为例，说明了这种方法的可行性。接着将这种方法应用到SF₆分子中。多参考组态相互作用(MRCI)方法是计算电子相关能的有效方法，本文采用MRCI/6-311G*基组分别计算了SF₆的A_1g，E_g，T_2g和T_2u四个振动模式的振动频率，通过与其他方法的结果以及实验结果相比较，本文计算的四个频率的相对误差最小。

图1 SF₆不同振动模式的势能曲线 (a)，(b)，(c)和(d)分别对应A_1g，E_g，T_2g和T_2u振动模式

本文利用量子计算软件得到的势能曲线去拟合基于谐振子近似推导的分子势能曲线表达式，获得了H₂O分子和SF₆分子的简正频率，相关计算结果与其他方法或实验结果比较，相对误差较小，证明该方法是可行的，对分子动力学研究具有一定的参考价值。

二元单晶稀土六硼化物(REB₆)具有丰富的物理性质，其中单晶LaB₆具有优异的电子发射特性，影响二元REB₆发射性能的物理机理及其他二元REB₆是否具有良好的发射特性，需要进一步研究。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对典型二元单晶REB₆ (RE = La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd)的电子结构、功函数进行了理论分析，并对区熔法制备的高质量单晶REB₆的热发射性能进行了测试。电子结构计算结果表明，二元REB₆费米能级附近具有很高的态密度，宽域分布的稀土元素的d电子决定了REB₆优异发射性能的电子态，局域分布的f轨道对发射性能不利。功函数理论计算表明具有d态价电子的二元REB₆ (RE = La，Ce，Gd)具有较低功函数。热发射测试结果表明，以上单晶REB₆ (100)晶面功函数热发射测试值与理论计算值基本相符。最终理论计算结合实验结果表明，LaB₆和CeB₆具有良好的热发射和场发射性能，GdB₆具有良好的场发射性能。

图1  单晶REB₆ (100)晶面的热发射电流密度

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对六种二元单晶 ReB₆的电子特性进行了理论分析，采用区熔法制备了高质量单晶，测试了电子热发射性能。本文的研究对于发展新型高性能电子发射的阴极材料有一定的帮助。

利用反应显微成像谱仪开展了50-keV/u Ne⁸⁺离子与C₃H₄分子碰撞实验，研究了丙二烯(CH₂CCH₂)和丙炔(CH₃CCH)两种同分异构分子形成C₃H₄²⁺二价离子并解离产生H⁺+C₃H₂⁺+H的过程。实验获得了H⁺ 和C₃H₂⁺的动量，进而通过动量守恒得到第3个碎片的动量。通过分析3个碎片的动能及解离的动能释放，鉴别出未被探测的碎片为中性H原子的事件。借助Dalitz图、Newton图以及碎片产物的角分布等分析了该通道的动力学机制。结果表明，次序解离是该解离通道的主要机制，在碎裂过程中二价母体离子先解离成H⁺和C₃H₃⁺，中间体的C₃H₃⁺离子再进一步解离成C₃H₂⁺和H原子。

图1 (a) CH₂CCH₂和 (b) CH₃CCH 二维飞行时间谱^[1]，其中红色椭圆对应H⁺+C₃H₂⁺的事件；(c) CH₂CCH₂和 (d) CH₃CCH分子的KER-H⁺能量的二维符合谱；(e) CH₂CCH₂和 (f) CH₃CCH三体碎裂C₃H₄²⁺ → H⁺+C₃H₂⁺+H通道的KER分布；(g) CH₂CCH₂和(h) CH₃CCH对应的H⁺和未探测粒子动能(H⁺/H⁰)的二维符合谱

参考文献

[1] Yang H, Wang E L, Dong W X, Gong M M, Shen Z J, Tang Y G, Shan X, Chen X J 2018 Phys. Rev. A 97 052703

本文利用反应显微成像谱仪技术，对8价氖离子与丙二烯和丙烯两种同分异构的碳氢分子作用后形成的二价母离子的解离过程进行了细致的研究分析。实验精密可靠、数据处理分析细致合理，结论可信。

Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场是实现基于光纤的连续变量量子信息处理的重要量子光源，其在光纤信道分发时会与信道相互作用发生解纠缠，影响量子信息处理的性能。本文利用部分转置正定判据分析了Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在单通道和双通道光纤信道分发方案中，其初始态的关联正交分量对称性、模式对称性、纯度和光纤信道额外噪声对传输距离、纠缠态光场的纠缠特性及鲁棒性的影响。在单通道和双通道方案中，光纤信道的额外噪声都会引起纠缠态光场的解纠缠，随着噪声的增大，传输距离迅速减小。要保持Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤损耗信道中的纠缠鲁棒性，双通道方案比单通道方案对初始态的关联正交分量对称性和纯度方面的要求更为苛刻。而且单光纤噪声通道分发方案对模式对称性参数不敏感，模式对称性参数变化不会引起解纠缠，也不影响最大传输距离和纠缠鲁棒性特征；在双光纤噪声通道分发时，模式不对称参数降低会减小最大传输距离，并出现纠缠突然死亡。

图1 EPR纠缠态光场在光纤信道中的鲁棒性 （a）0≤μ≤1，0≤κ≤1；（b）μ=0.6，κ=0.4；（c）μ=0.6，κ=0.3

本文的结果对基于光纤连续变量量子信息处理如实现基于光纤的量子通信、构建城域量子网络等相关工作奠定了基础。

强激光烧蚀低密度有机材料形成等离子体射流碰撞，可以对材料进行准等熵加载，比激光冲击加载应变率低，相同压强下可以获得更高的压缩度和更低的温升，在状态方程、飞片加速等方面有很强的应用前景。在星光III置上首次开展了等离子体射流驱动小尺寸铝飞片及姿态诊断联合实验。通过调控有机材料厚度和真空间隙长度，获得了厚度20 μm、直径约400 μm的铝飞片，飞片加速时间长达200 ns。基于ps拍瓦激光的高能X光背光照相结果显示，铝飞片在飞行约400 μm距离后仍然保持了很好的飞行姿态和完整性。

图1  等离子体射流驱动的铝飞片X光图像，其中照相延时350 ns

该工作对推广等离子体射流在高压固体材料高应变率动态响应特性、相变、状态方程及小尺寸飞片产生等研究方面的应用具有重要的参考价值。

近年来，作为一种自旋电子学领域的关键材料，具有高温本征铁磁性的稀磁半导体受到了广泛的关注。为探索能够提高本征铁磁性居里温度(Curie temperature，T_C)的方法，本文运用第一性原理LDA+U方法研究了应变对Mo掺杂GaSb的电子结构、磁学及光学性质的影响。研究结果表明：－6%—2.5%应变范围下GaSb半导体材料具有稳定的力学性能，压应变下GaSb材料的可塑性、韧性增强，有利于GaSb半导体材料力学性能的提升；应变对Mo替代Ga缺陷(Mo_Ga)的电子结构有重要的影响，－3%至－1.2%应变范围下Mo_Ga处于低自旋态(low spin state，LSS)，具有1μ_B的局域磁矩，－1.1%—2%应变范围下Mo_Ga处于高自旋态(high spin state，HSS)，具有3μ_B的磁矩；不管是LSS还是HSS，Mo_Ga产生局域磁矩之间的耦合都是铁磁耦合，但铁磁耦合的强度和物理机制不同，适当的压应变可有效提高铁磁耦合强度，这有利于实现高T_C的GaSb基磁性半导体；Mo可极大提高GaSb半导体材料的电极化能力，这有利于光生电子-空穴对的形成和分离，提高掺杂体系对长波光子的光电转化效率；Mo引入的杂质能级使电子的带间跃迁对所需要吸收光子的能量变小，掺杂体系光学吸收谱的吸收边发生了红移，拉应变可进一步提升(Ga,Mo)Sb体系在红外光区的光学性能。

图1 (a) 应变下，(Ga, Mo)Sb体系中掺杂Mo原子和近邻Sb原子的磁矩；(b) 应变下，S(12)和S(23)结构的ΔE

III-V族化合物的稀磁特性研究这几年的文章比较多，但是有关GaSb的研究还是比较少，这种材料在远红外光纤通讯中有应用潜力。论文的研究亮点是采用第一性原理分析了拉、压应变对Mo掺杂GaSb稀磁半导体的影响，文章理论解释模拟结果比较充分，对相关读者有较好的参考价值。

磁性半导体材料在自旋电子器件领域具有重要的应用前景。本文设计了一些基于磁性半导体NiBr₂单层的纳米器件结构，并采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法， 研究了其自旋输运和光电性质。结果表明，在不同的输运方向(扶手椅形和锯齿形)，NiBr₂单层PN结二极管表现出明显的整流效应及自旋过滤效应，这两种效应在其亚3 nm PIN结场效应晶体管中也同样存在。NiBr₂单层PIN结场效应晶体管的电子传输受到栅极电压的调控，电流随着栅极电压的增大受到抑制。另外，NiBr₂单层对蓝、绿光有较强的响应，其光电晶体管在两种可见光的照射下可以产生较强的光电流。本文研究结果揭示了NiBr₂单层的多功能特性，为镍基二卤化物在半导体自旋电子器件和光电器件领域的应用提供了重要参考。

图1 NiBr₂单层PN结二极管的自旋输运性质 (a) NiBr₂单层PN结二极管示意图；(b) Z型NiBr₂单层PN结二极管的偏置电压-电流和极化率曲线；(c) Z型NiBr₂单层PN结二极管的整流比曲线；(d)—(f) 在0，–0.8和0.8 V偏置电压下的自旋极化透射谱(左侧)和投影局域态密度图(右侧)，其中上图对应自旋向上态，下图对应自旋向下态。图(d)中的颜色卡显示了(d)—(f)中的数据从0 (白色)到高(蓝色)

本文设计了几个基于磁性NiBr₂单层的纳米器件，并采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究了这些器件的自旋电子输运性质和光电输运性质，得到了一些有趣的结果，在自旋电子器件和光电器件方面有潜在的应用。

无铅K_1–xNa_xNbO₃薄膜作为传感器以及机电和电卡冷却装置的候选者越来越受到关注，但是(111)取向K_1–xNa_xNbO₃薄膜的相变与电卡效应的内在关联还并不清楚。本文首先推导出基于八阶朗道自由能多项式的(111)取向铁电薄膜的热力学势，并在此基础上建立了K_0.5Na_0.5NbO₃薄膜温度-错配应变相图和室温错配应变-面外应力相图。重点研究了(111)取向K_0.5Na_0.5NbO₃薄膜的室温电卡效应的应变和取向控制，这对于实际的电卡制冷应用至关重要。研究发现，在无面外应力和零错配应变下，三方铁电-顺电相变附近，30 MV/m电场下K_0.5Na_0.5NbO₃薄膜在居里温度附近(约673 K)最大电卡绝热温变 ΔT 可高达18 K。施加约–6.7 GPa 的面外应力可以有效地将居里温度降低至室温，但代价是最大绝热温变ΔT降低至7.5 K。本工作为应变和取向工程调控K_1–xNa_xNbO₃基薄膜的相变和电卡性能提供了理论指导。

图1 室温下(111)取向K_0.5Na_0.5NbO₃薄膜的热力学计算结果 (a) 面外应力-面内错配应变相图和(b)没有电场的极化分布；电场20 MV/m下，(c)极化、(d)极化变化、(e)电卡ΔS和(f)电卡ΔT在相图中的分布

作者基于传统的LGD理论发展了（111）取向的铁电薄膜的热力学理论，将自由能扩展到极化的八阶项，并考虑的外加应力的作用，给出了热力学势的具体表达式。该理论对于研究BaTiO₃，KNN，BaxSr_1-xTiO₃等薄膜材料的多场耦合下的相变及物性具有重要意义。

《物理学报》2022年第9期全文链接：