铋(Bi)和铅(Pb)都是重元素，有很强的自旋-轨道耦合作用，由于原子半径接近，可形成丰富的原子取代合金结构。尽管对高温合金相有了较深入的研究，但对其低温物相的结构和超导物性的认识还很不全面。本文采用低温共沉积和低温退火的方法，在Si(111)-(7 × 7)衬底上制备了一种基于Bi(110)单晶结构中部分Bi原子被Pb取代的铅铋合金低温相超薄膜新结构，利用扫描隧道显微术(STM)对其结构和电子学性质进行了表征。通过结构表征，确定了合金薄膜表面呈现重构的PbBi3合金相，其母体Bi(110)结构中25%的Bi原子被Pb取代了。通过STM谱学测量，发现合金相PbBi3为超导相。变温实验表明，PbBi₃相的超导转变温度为6.13 K。在外加垂直磁场下出现的磁通涡旋结构表明PbBi₃薄膜是第II类超导体，估算出上临界磁场的下限为0.92 T。测量了由Bi(110)-PbBi₃组成的共面型和台阶型正常金属-超导体异质结中的邻近效应，并研究了外加磁场对超导穿透深度影响。采用超导针尖与PbBi3衬底形成超导-真空-超导隧道结，在超导能隙中观察到零偏压电导峰，进一步证实了PbBi₃的超导转变温度。

图 1  Pb-Bi合金薄膜的生长和结构表征

这是一篇很出色的工作。作者利用低温共沉积生长技术，在Si(111)衬底上成功的制备出PbBi3合金相薄膜。利用低温扫描隧道显微镜和隧道谱手段，研究了PbBi3薄膜的超导特性。超导能隙的测量，变温变磁场的数据和磁通涡旋结构的观测，为PbBi3薄膜的超导提供了非常坚实的证据。此外，对Bi(110)-PbBi3 组成的共面型和台阶型正常金属-超导体异质结中的超导邻近效应和在超导-真空-超导隧道结的超导能隙中零偏压电导峰的研究，也拓宽了相关领域的研究。尽管未能发现拓扑超导的迹象，也为未来在相关体系的拓扑超导研究奠定了一定的基础。

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理论上研究了第二类Weyl半金属的金属-超导-金属(NSN)结在倾斜一定角度后体系的散射性质，计算结果显示倾斜角可以决定体系的散射机制，当倾斜角较小时，NSN结中存在两种局域Andreev反射和两种电子隧穿，包括径向Andreev反射、镜面Andreev反射、径向电子隧穿和镜面电子隧穿。随着倾斜角的增加，局域Andreev反射逐渐被抑制，当倾斜角超过临界角后，NSN结中的输运过程与正常金属的NSN结相同，会同时发生电子正常反射、电子隧穿、局域Andreev反射和交叉Andreev反射。此外，体系的总电导不受化学势的影响，并且在倾斜角小于临界角时不受入射角的影响，而在倾斜角大于临界角时随入射角的增加而减小，而交叉Andreev反射电导在某些条件下会随入射角的增加而增强。

图1 θ>θc时, Andreev反射和电子隧穿的系数随倾斜角θ的变化。插图为散射系数随入射能E 的变化

本文通过散射矩阵的方法，研究了第二类Weyl半金属NSN倾斜角度对体系散射机制的影响以及体系中散射系数和电导随各参数变化的情况。该研究结果对于人们理解第二类半金属组成的NSN输运性质有重要的意义。

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腔衰荡光谱技术是一种高灵敏的腔增强分子吸收光谱测量技术，由于激光频率噪声大，导致激光到腔耦合效率低，严重限制了其对痕量气体的探测灵敏度。光学反馈可以有效压窄半导体激光器的线宽，提高激光到外部谐振腔的耦合效率。本文基于精细度为7800的Fabry-Pérot腔，发展了光学反馈线性腔衰荡光谱技术。首先从光场相位的角度给出了线性腔光学反馈的原理，然后分析了影响测量不确定性的因素，包括光学反馈率、衰荡信号触发阈值、探测器相对透射汇聚光斑位置等。实验结果表明，通过设置低反馈率(3%自由光谱区间)、高衰荡信号触发阈值(90%腔模幅度)以及将光斑聚焦到探测器有效面中心等措施，结合光学反馈效应，可将空腔衰荡时间的相对不确定度提升至0.026%，远优于传统腔衰荡技术获得的典型值。系统在积分时间为180 s时，获得探测灵敏度为1.3 × 10^–10 cm^–1，对应甲烷的最小可探测吸收体积浓度为0.35 × 10^–9，从而满足了碳监测的要求。

图1  直接反射光与腔内泄漏光在线性腔光学反馈系统中的光路示意图

文章主要内容为光学反馈，具体针对腔衰荡技术改进，有基础研究意义和应用价值。

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二维材料由于具有独特的电子结构和量子效应、丰富的可调控特性而受到凝聚态物理和材料科学的广泛关注，其中通过过渡金属掺杂二维WS2形成的半金属铁磁性材料在自旋电子学领域中发挥着重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法计算了过渡金属原子X (X = Mn, Tc, Re) 掺杂二维WS₂的电子结构、磁性和光学性质。研究表明: 被过渡金属原子X掺杂的WS₂体系在S-rich条件下比在W-rich条件下更稳定。在 Mn掺杂后，自旋向上通道中出现杂质能级，导致WS₂体系从自旋向上和自旋向下态密度完全对称的非磁性半导体转变为磁矩1.001 μB的铁磁性半金属。在T_c, Re掺杂后，体系均转变为非磁性N型半导体。所有掺杂体系杂质态均发生自旋劈裂现象，且自旋劈裂程度逐渐减小。同时发现 Mn, Tc, Re掺杂后，表现出优异的光学性质，它们的介电常数和折射系数与未掺杂WS2的体系相比明显增强，吸收系数在低能量区域 (0—2.0 eV) 均出现红移现象。

图1  过渡金属原子X (X = Mn, Tc, Re) 掺杂二维WS2的结构 (灰色球、紫色球和黄色球分别表示W, X和S原子)　(a) 俯视图; (b) 侧视图

二维过渡金属硫化物是目前一个重要的研究热点，本论文采用VASP程序计算了过渡金属原子X（X = Mn, Tc, Re）掺杂二维WS2的结构、掺杂能、磁性和光学性质，分析可靠，阐述清楚。

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在非厄米系统参数空间的黎曼曲面上存在简并点，此时本征值和相应的本征矢量同时合并，这些非厄米简并点也被称为奇异点。作为非厄米物理系统的相变临界态，奇异点会引起诸多违反直觉的现象，如损耗诱导透明、单向隐身以及非对称的模式转换。特别有趣的是，奇异点的本征矢量是自正交的，并且由于维度的缺失，特定非厄米系统的奇异点具有固有的手性。本文基于开口谐振环这种特殊的超构材料谐振子构造了耦合系数符号可以灵活调控的非厄米系统，并在实验上观测了非厄米系统奇异点的手性翻转现象。利用耦合系数符号的改变来实现非厄米系统奇异点的手性态调控，不仅为研究开放系统中的基本非厄米物理开辟了一条新的途径，而且在设计高效手性模式转换以及手性天线等光子器件方面具有一定的应用价值。

图6 实验测得开口谐振环相对夹角为θ=180° (上图)和θ=0°(下图)构成的非厄米系统中，不同的本征损耗因子Γ₂两个振子的相位差Δφ=φ₁−φ₂

文章基于开口谐振环，研究了耦合系数κ符号的改变对奇异点（Exceptional point，EP）手性态的有效调控。本文清楚的展示了振子间κ 的符号对非厄米系统EP的手性态的有效调控，研究内容较为新颖，实验测试和理论计算结果吻合较好，在手性天线设计等方面具有一定的应用价值。

美国国家点火装置(NIF)自2010年投入使用以来，已经进行了约1030发次的惯性约束聚变研究实验。在经历了最初7年多的艰难探索之后，自2017年以来，激光聚变反应输出能量接连突破55 kJ和170 kJ，特别是在2021年8月的实验中，NIF研究团队获得了1.35MJ聚变输出能量的结果，已经接近实现靶点火（target ignition）的门槛。NIF实验数据具有极高的分析价值，近些年来NIF研究团队已经将这些数据用于进一步实验的优化设计、预测产额、矫正模拟等目的。由于NIF实验数据库中大量数据未被公开，我国科研工作者只能从少量已公开数据中了解其实验历程，无法深入分析各阶段NIF实验及各时间节点NIF团队对下一阶段实验设计思路的来源。本文根据NIF实验数据的特点，采用预测平均匹配方法和信赖域方法对NIF实验缺失数据进行了数据还原研究，并且对还原数据进行了可靠性验证。利用还原数据，本文分析了过去十年间不同阶段NIF实验的不同侧重点以及设计思路，并且利用机器学习方法预测了未来NIF实验中的热斑压强。这些结果为我国科研工作者持续跟进并深入理解最新NIF实验结果提供了一种可行的方法，也可以对我国激光聚变点火实验的设计起到借鉴作用。

图1  NIF各方案已公布的各方案年度发次数与年度总发次数

文章根据NIF实验数据的特点，采用预测平均匹配方法和信赖域方法对NIF实验数据进行了还原研究，并对NIF未来实验中的热斑压强进行了预测。作者提出了一个尝试的方法，在获得有限数据或不完全数据的情况下，通过线性回归方法还原缺失的数据，并且利用补充完善后的数据分析和预测国家点火计划的发展思路。这种想法在解决数据缺失的问题有见解，也能引起读者的兴趣。

量子存储是实现长距离量子通信的关键步骤，也是量子信息处理的重要基础。在满足存储时间长、保真度高的基础上，实现量子态的异地按需读取对构建实用化量子网络有着重要意义。本文基于受激拉曼绝热路径(stimulated Raman adiabatic passage，STIRAP)的方法，提出了通过设计可控脉冲延迟在一维微波波导中实现高保真度的量子态存储与异地按需读取的理论方案。该方案不仅可以根据需求在异地决定读出时间，且可以降低原始STIRAP方案所需的脉冲面积，降低能量消耗。数值计算的结果表明，该方案实现的保真度对波导中的平均热光子数及读出脉冲的持续时间均有较强的鲁棒性。

图2 读出量子态与写入量子态之间的保真度随着读写脉冲持续时间T、读出脉冲延迟ΔT的变化关系图。这里的读出脉冲与写入脉冲最大强度均为A=0.1ω。图中所有的时间、频率都以读写腔的频率ω为参考进行无量纲化。当脉冲写入时间满足100/ω≲T≲200/ω时，读出脉冲可以在临界时间T_C之后的任意时刻对量子态进行高保真读取

该文基于受激拉曼绝热路径（STIRAP ）方案的基础， 设计正弦波形写入脉冲的持续时间，并对读出脉冲引入可控延迟， 实现了量子态在微波波导中的长时间存储与异地高保真按需读取，保真度可以达到0.999，是一个非常有新意的工作。

离子阱系统是实现量子计算和量子模拟的主要体系之一。世界范围内的各个离子阱研究小组共同推动着离子阱结构的丰富化发展，开发出一系列高性能的三维离子阱、二维离子芯片、以及具有集成器件的离子阱系统。离子阱的结构逐渐向小型化、高通光性和集成化方向发展，并表现出卓越的量子操控能力—对多离子的囚禁能力和精确控制能力越来越高。本综述将总结过去的十几年里离子阱在结构上的演化历程，以及离子阱在量子计算与量子模拟实验研究中的最新进展。通过分析具有代表性的离子阱结构，总结离子阱系统在加工工艺、鲁棒性和多功能性等方面取得的进步，并对基于离子阱系统的可扩展量子计算与模拟作出展望。

图5 中国科学技术大学的刀片阱(a)放置于玻璃真空腔中的刀片阱，在其四周允许同时使用两个NA最大为0.32的物镜和两个NA为0.66的物镜；(b)刀片阱的结构。该刀片材料为熔融石英，表面具有8 μm金层，DC电极表面使用激光加工成为五段

离子阱系统是实现量子计算和量子模拟的主要实验平台之一。该论文对离子阱的发展历程、不同性能和结构的离子阱、以及离子阱量子计算所面临的困难做了比较简要但系统的综述。同时，也介绍了离子阱在量子计算与量子模拟实验研究中的最新进展以及离子阱系统在加工工艺、鲁棒性和多功能性等方面取得的技术进步，是一篇较好的综述文章，对我国离子阱领域的科研工作者有很好的借鉴意义。

在强背景场下真空产生正反粒子对的研究中，频率啁啾对增强粒子对的产生起着关键作用。本文介绍了狄拉克-海森伯-维格纳(Dirac -Heisenberg-Wigner)、求解量子弗拉索夫方程(quantum Vlasov equation)和计算量子场论等方法，并详细综述了它们如何应用到空间非均匀场、均匀含时场以及外部势场中正负电子对产生的研究。通过研究各种不同的场得到了不同参数(如场强和基准频率)下产生的粒子动量谱和粒子对产额，发现当频率啁啾形式或/和啁啾强度改变时结果受到显著影响。在低频场下啁啾增强的数密度可提高2—3个数量级，这主要是因为啁啾增加了场的高频成分，从而低频强场和高频弱场相结合的动力学辅助机制起到了很大的作用。一般来说在高频情况下数密度只有几倍的提高，说明动力学辅助作用被大大地抑制了。在有空间变化的场情形下，对于小空间尺度变化的场，无啁啾时本身的数密度不高，但啁啾可以对数密度有数量级的提高；对于大空间尺度变化的场，数密度逐渐趋于空间均匀的结果，啁啾也能对数密度有几倍的提高。通过Wentzel-Kramer-Brillouin近似和转变点结构的物理分析和讨论可以对相关的数值结果进行理解。最后简要地给出了频率啁啾对粒子对产生增强效应可能的应用前景与展望。

图16  动量为0时的时间复平面上的转变点

本综述论文研究了在强背景场下真空正反粒子对产生过程，及频率啁啾对增强产生的作用。作者对相关的理论方法做了介绍，并且对此前已经发表的论文中的重要结论做了阐述。这些介绍和综述对推动本领域在国内的发展具有意义。

Buck-Sukumar (BS) 模型在一定的耦合强度处会出现能级塌缩现象。通过引入一个非线性光子项，定义了一个完备的 BS 模型，消除了能级塌缩。进一步通过计算二阶关联函数等物理量理解了非线性光子项与失谐量对该模型的影响。结果表明，在共振情况下，非线性光子项破坏了BS模型的能谱简谐性，可以在更大的耦合强度范围内产生单光子投影态，形成光子阻塞；而在非共振情况下，非线性光子项使非简谐的能谱在整个耦合区间都有定义，且正失谐促进光子阻塞，负失谐抑制光子阻塞。

图5 非线性光子项为U=0.1 时，失谐量Δ≠0对旋波近似下BS模型的(a) 基态激发数 Nˆ_e，(b) 能级差δE_m，m=d,0,1，(c) 基态二阶关联函数G₂(0)的影响。图(b)中红色线代表Δ=−2，黑色线代表Δ=0，蓝色线代表Δ=2

文基于Buck-Sukumar模型，引入了一个非线性项，求解了该模型下的能谱和本征态。基于此，进一步讨论了非线性项和失谐量对该模型下相关量的影响。结果表明：在共振情况下，非线性项的引入破坏了该模型的能谱简谐性；非共振情况下，非线性项使非简谐的能谱在整个耦合区域有定义等。模型有区别与其他模型，选题有意义，结构清晰。

本文基于注氢纯铁和铁基二元合金(Fe-3%Cr、Fe-1.4%Ni和Fe-1.4%Mn，质量分数)开展常规透射电镜(200 kV)的原位表征观察，揭示了材料中辐照位错环的形态、尺寸演化行为及退火温度影响，并依据辐照损伤演化理论、退火过程中位错环平均尺寸变化推断得到空位型位错环形成温度的范围。注氢纯铁中空位型位错环的形成温度(T_c)约为500 ℃；添加Ni可使T_c降低至 ~450 ℃，添加Cr可使T_c升高至600 ℃以上，而Mn的作用与Cr相似，亦可使T_c升高。注氘实验和热脱附谱分析进一步表明，纯铁和铁基二元合金中空位型位错环的形成温度受氢同位素与空位结合、释放过程影响。合金元素Ni对氢同位素与空位的结合、释放有促进作用，故导致T_c降低；而Cr和Mn均对氢同位素与空位的结合、释放产生抑制作用，故导致T_c升高。本文展示的有关合金元素对空位型位错环形成温度影响的研究将有助于更深刻理解铁基合金体系中损伤结构演化和辐照肿胀产生机理。

图4  注氢纯铁/铁基二元合金中位错环在辐照后退火过程中的演化。辐照条件：30 keV H⁺，1.0 × 10²¹ ions/m²，25 ℃；辐照后退火条件：400—600 ℃，20 min；成像条件：双束运动学明场像，g = 200

铁基结构材料中的氢效应在核环境下非常重要。氢的存在对于铁基合金辐照下微观结构演变到底发挥了什么作用以及作用机理是一个既有科学价值也有工程意义的重要问题。这篇论文研究了高浓度氢对铁合金中两种位错环的影响，确定了空位型位错环的形成温度，明确了合金元素对此形成温度的影响，结果很有意义。

本文对有限Su-Schriefer-Heeger(SSH)晶格的能量本征态和电导问题进行求解，着重研究了引线-样品的耦合强度对其体态和边缘态电导峰的不同影响。只有在弱耦合极限下，电导峰才显示全部体态和边缘态的能量本征值；随着耦合强度的增大，全部电导峰都逐渐偏离能量本征值并变宽变低，其中边缘态的电导峰还会逐渐消失；耦合强度继续增大，剩存的电导峰又逐渐变高变窄，并在强耦合极限下与不包含两端原子的新孤立系统的能量本征值一一对应。体态和边缘态对引线-样品耦合强度变化的不同响应可作为区分边缘态与体态的有效途径，亦可作为系统中存在边缘态的重要判据。

图3 完整原胞数N=10时有限SSH晶格的电导谱 (a)—(c)跃迁能t_v=0.7，t_w=1，τ=1,0.3,3；(d)—(f)跃迁能t_v=1，t_w=0.7，τ=1,0.3,3

论文详细求解了一维SSH晶格的能量本征值和电导谱，发现电导峰的位置和数量可以受到引线-样品耦合强度的调制。论文采用的紧束缚近似、能量本征方程，Landauer-Buttiker 理论等方法成熟可靠，所得结论有趣。

利用飞秒脉冲激光对氮化镓(GaN)功率器件进行单粒子烧毁效应定量评估技术研究，针对器件结构建立脉冲激光有效能量传输模型，理论计算了激光有效能量与重离子线性能量传输(LET)的等效关系并开展了试验验证。考虑器件材料反射率与吸收系数对激光的影响，针对介质层界面间的激光多次反射进行参数修正，减小有源区有效能量计算误差。选择一款氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)与一款肖特基势垒二极管(SBD)功率器件作为典型案例，分别开展飞秒脉冲激光正面与背部辐照试验，计算诱发单粒子烧毁的有效能量，并得到不同入射激光波长的烧毁等效LET阈值，对比了模型理论计算值与实际测量值。同时，研究结果对材料参数未知的GaN功率器件，提供了正面与背部辐照模型的激光试验波长选择参考。该工作将为激光定量评估空间用GaN等宽禁带半导体器件的单粒子烧毁效应机理研究及加固设计与验证提供技术支撑。

图9  不同波长下器件发生SEB的E²_eff与LET关系对比图 (a) 620 nm；(b) 720 nm

脉冲激光模拟重离子诱发SEB试验，具有快速便捷的突出优势。建立脉冲激光与重离子能量的对应关系是此项技术的研究重点。论文细化了适用于GaN基HEMT、SBD结构的正面和背部入射脉冲激光有效能量传输模型，通过试验和数据比对，建立验证了620nm、720nm波长脉冲激光ELET与重离子LET值的等效关系，展示了激光有效能量传输模型与ELET推导对定量模拟GaN功率器件SEB效应的可行性与准确性。

在传统的氧化物约束型的垂直腔面发射半导体激光器中，横向光限制主要取决于氧化层的厚度及其相对于腔内光驻波分布的位置。通过减少外延结构中氧化层与光场驻波分布之间的重叠，可以降低芯层与包层之间的有效折射率差，从而减少腔内可存在的横向模的数量，并增加横模向氧化物孔径之外的扩展。本文利用这一原理设计并制作了一个795 nm的大氧化孔径的垂直腔面发射激光器。器件在80 ℃下可实现4.1 mW的高功率单基模工作，最高边模抑制比为41.68 dB，最高正交偏振抑制比为27.46 dB。将VCSEL作为抽运源应用于核磁共振陀螺仪系统样机中，实验结果表面新设计的VCSEL可以满足陀螺系统的初步应用需求。

图4   VCSEL的功率特性的光谱特性测试系统原理图

文章通过减少VCSEL外延结构中氧化层与光场驻波分布之间的重叠，降低芯层与包层之间的有效折射率差，从而减少了VCSEL腔内可存在的横向模的数量，并使高阶横模向氧化物孔径之外扩展，由此制备了大氧化孔径高功率单基模795 nm的VCSEL。在原子陀螺仪系统应用中进一步验证了器件的性能。文章所采用的方法较为新颖，研究结果较好。

采用溶液法制备了铟锌锡氧化物(indium-zinc-tin-oxide，IZTO)有源层薄膜和铪铝氧化物(hafnium-aluminum oxide，HAO)绝缘层薄膜，并成功应用于背沟道刻蚀结构(back-channel etched，BCE)IZTO薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)像素阵列。利用N₂O等离子体表面处理钝化IZTO缺陷态，提升溶液法像素级IZTO TFT器件性能，特别是光照负偏压稳定性。结果表明，经N₂O等离子体处理后，器件饱和迁移率提升了接近80%，达到51.52 cm²·V^–1·s^–1。特别是3600 s光照负偏压稳定性从–0.3 V提升到–0.1 V，满足显示驱动的要求。这进一步说明经N₂O等离子体处理后能够得到良好的溶液法像素级IZTO TFT阵列。

图5 IZTO TFT的PBIS和NBIS稳定性 (a) 和 (b) 为无处理，(c) 和 (d) 为N₂O等离子体处理；(e) 阈值电压随偏压时间的变化；(f) N₂O等离子体处理后IZTO TFT的能带图示意图

作者研究了采用溶液法制备的氧化物TFT像素阵列，得到非常好的结果，特别是负偏光照稳定性，这对于推动溶液法制备氧化物TFT器件的实际应用具有重要的作用。

利用“二态矢量模型”详细研究了高电荷态O⁷⁺，N⁶⁺离子入射Al表面时中间里德伯态的形成过程，给出了电子被俘获至不同量子数(n_A=2−7)的几率，以及电子俘获至里德伯态最可能的离子-表面距离。计算结果表明，较大的主量子数n_A对应较小的里德伯态几率，因此O⁷⁺，N⁶⁺离子入射Al表面时辐射的X射线主要来源于较小的n_A至基态的退激。为了验证计算结果，测量了O⁷⁺，N⁶⁺离子入射Al 表面的X射线发射谱，并运用FAC程序计算了不同高里德伯态退激到基态的跃迁能(np–1s)。实验测量到O，N 的K-X射线峰，其特征峰的中心值接近主量子数n = 2至n = 1的跃迁能，说明发射的X射线主要来源于2p–1s的跃迁，与“二态矢量模型”理论计算的几率一致。

图1 O⁷⁺离子俘获电子至里德伯态v_A(n_A=3；l_A= 0,1,2,3))的几率，其中l_A=2和l_A=3的几率相等。虚线对应点状核模型

作者使用二态矢量模型详细研究了高电荷态O⁷⁺、N⁶⁺离子入射Al表面时中间里德堡态的形成过程，给出了电子被俘获至不同量子数的几率，以及电子俘获至里德堡态最可能的离子-表面距离，同时结合实验上测量的O⁷⁺、N⁶⁺离子入射Al表面的X射线发射谱，以及FAC程序计算的不同高里德堡态退激到基态的跃迁能。证实了上述离子的K-X射线主要来源于2p-1s的跃迁，与二态矢量模型理论计算的几率一致。

晶体铋沿(111)面方向的双原子层及薄膜具有新奇的拓扑性质。在实验生长或者实际应用中，其必然与衬底接触。本文采用紧束缚近似方法与第一性原理计算研究了Bi双原子层及其与Bi₂Te₃和Al₂O₃衬底形成的异质结的电子结构。计算结果表明，Bi双层是具有0.2 eV的半导体。当其与具有拓扑表面态的Bi₂Te₃形成异质结时，两者电子态之间有很强的杂化,不利于Bi(111)双层拓扑电子态的观测。将其放在绝缘体Al₂O₃(0001)时，导带与价带与衬底电子态杂化较小，并且展现出巨大的Rashba自旋劈裂。这是由于衬底诱导Bi(111)双原子层中心反演对称性破缺和自旋-轨道耦合共同作用的结果。进一步采用紧束缚近似计算得到的结果发现，衬底Al₂O₃(0001)对Bi(111)双层的作用等效于一个约为0.5—0.6 V/Å(1 Å = 0.1 nm)的外电场。此外，Bi(111)双原子层与衬底Bi₂Te₃电子态之间的强杂化会导致其发生拓扑相变，即由二维拓扑绝缘体转变为平庸的绝缘体。本文为人们在Bi(111)双层的生长和将其进行实际应用时如何选择合适的衬底并进行电子性质的调控提供了指导作用。

图4  电场对1BL-Bi能带结构的影响 (a) 能带结构的紧束缚近似拟合；(b)—(d)不同电场作用下紧束缚近似计算得到的能带结构

作者结合第一性原理计算和紧束缚近似计算揭示了界面效应对Bi(111)双原子层电子结构的影响，结果发现Bi(111)双原子层在Bi₂Te₃(111)表面非平庸的拓扑性质消失，而在Al₂O₃(0001)表面具有干净而巨大的Rashba劈裂，并且拓扑性质得到保持，为这一领域的实验工作者去选择合适的衬底材料提供了理论支撑。

超导体在旋转过程中会在其内部产生磁场，称为London磁场。目前，包括London理论和G-L理论在内的多种理论都对London磁场的产生机理进行了解释。从本质上，这些理论解释大多认为旋转超导体最外层超导电子运动滞后并由此出现净余电流，而London磁场则是由旋转超导体表面的净余电流产生的。然而，关于旋转超导体最外层超导电子运动滞后的原因，目前仍没有明确的理论解释。本文通过对旋转系中带电粒子，以及旋转超导体中超导电子的贝里相位进行了理论分析，结果表明旋转状态下超导电子的贝里曲率与London磁场具有相同的表达形式，表明London磁场可视为A-B效应的逆效应，也即基于贝里相位的一种宏观量子效应。

图1   旋转超导体示意图

尽管旋转超导体中存在的London磁场是一个经典的物理问题，针对其物理起源也有不少研究，但本论文考虑到惯性力修正，构建了旋转系统的薛定谔方程，并在此基础上，求得了超导电子波函数的贝里相位，发现它与London磁场产生的相位差相同，提出它即为A-B效应的反效应。论文理论推导可靠，结论有新意。