2022-1 封面文章

全无机CsPbBr₃钙钛矿材料因其本征稳定性好、成本低廉从而在光伏领域展现出巨大的应用潜力，但目前CsPbBr₃太阳能电池的光电转换效率仍远低于其他体系的钙钛矿太阳能电池。本文以无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃全无机钙钛矿电池作为研究对象，以多步旋涂法为基础，通过在PbBr₂(DMF)溶液中添加2-苯乙胺溴盐(PEABr)来调控CsPbBr₃薄膜的结晶质量，降低薄膜缺陷态密度，钝化晶粒间界，并对其中的关键工艺参数包括CsBr的用量(旋涂次数)、旋涂PbBr₂薄膜时的衬底预热温度以及退火温度进行了优化。最终在大气环境下获得了兼具稳定和高效的无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃太阳能电池，器件的光电转换效率达到8.25%，并在无封装条件下保存1500 h仍可保持90%以上的效率，对于进一步拓展CsPbBr₃钙钛矿电池的优化设计思路具有重要意义。

以CsPbBr₃为代表的全无机钙钛矿具有良好的稳定性与低廉的制备成本，但目前CsPbBr₃基的太阳能电池光电转化效率较低。该论文采用优化后的多步旋涂法，首次在PbBr₂前驱体溶液中引入PEABr，成功制备了无空穴传输层结构的CsPbBr₃太阳能电池，其制备成本大大降低的同时，仍展现出了优异的转换效率与稳定性。该论文的研究思路清晰，实验方法可靠，研究结果一定程度上有助于推动钙钛矿电池的优化设计思路。

在量子计算科学中，如何更好地构建量子搜索算法一直以来受到学者们的广泛关注，并且基于量子行走寻找新的搜索算法也仍吸引着学者们不断深入研究与探索。本文从减少搜索过程中的时间消耗、增加算法搜索的准确性和可控性等多方面进行考虑，提出了一种基于置换群的多粒子量子行走搜索算法。首先分析得到置换群在空间中可看成一个闭环，定义了置换集合，并且通过同构映射将数据点所在数据集映射到定义的置换集，使得置换集合中元素数据点形成一一对应的关系。其次，根据给定初始态和硬币算符，在数据点集与置换集合张成的搜索空间中利用多粒子的量子行走在环上进行目标数据搜索。最后，根据函数Φ(w) = 1找到目标数据，并用量子态存储数值，用于形成搜索算法的反馈控制；同时通过控制硬币算符从而控制量子行走在环上的行走方向，增加搜索的可操作性与准确性。本文利用多粒子的量子行走进行搜索，分析得到粒子数量参数j与时间复杂度呈非线性负相关；提出的量子行走搜索算法符合零点条件与下确界条件，且不受变量数j的影响；通过数值分析得到量子行走搜索算法的时间复杂度等价于O(∛N)，相比于Grover搜索算法提高了搜索效率。

本文研究了基于置换群的多粒子环上量子漫步的反馈搜索算法。从减少搜索过程的时间消耗，增加算法搜索的准确性和可控性等多方面开展研究，研究数值结果表明，可以提高搜索效率。

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族，而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一。二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象，以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台。本文从二维材料的转移技术着手，介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用。首先，依据湿法转移和干法转移的分类，详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术，内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁。随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用，重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构，并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用。因此，二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果。

文章对二维材料及其异质结构的转移与制备方法做了系统性地论述，详尽地从技术层面上介绍了湿法转移技术与干法转移技术，并讨论了每种技术中不同的物料选择所带来的优势与缺点。随后，作者简要总结了基于这种转移技术下的一些异质结构体系的构建与应用，如二维磁性范德瓦尔斯异质结构与摩尔超晶格结构等。对于初次接触二维范德华材料转移这一领域的人来说，该综述对于转移技术的详细阐述与横向比较会降低入门门槛。同时，对于在本领域有一定基础的研究者来说，该综述也可以有效地帮助读者进行技术总结与反思。

锂是熔盐堆燃料载体盐的主要材料之一，其中子核反应截面数据是熔盐堆芯中子物理设计及堆芯长期安全运行中的重要基础数据。本工作基于中国散裂中子源反角白光中子束线(CSNS Back-n)飞行时间谱仪，利用中子全截面测量谱仪(NTOX)，采用透射法测量了天然锂中子全截面。实验中，中子飞行距离约为76.0 m，采用15.0 mm和8.00 mm两种厚度的天然锂金属样品，在0.4 eV—20 MeV中子能量范围内测得了统计计数较好的中子全截面。特别是在keV及以下能区增补了实验数据，为锂的核数据评价工作提供了更加丰富和可靠的实验数据。在此基础上，采用1/v律和R矩阵理论对MeV以下能区的新测量数据进行了理论分析，获得了⁷Li和⁶Li在260 keV能量附近的中子共振参数。

中子诱发锂核反应截面数据是熔盐堆芯中子物理设计及长期安全运行的重要基础数据。本工作实验在中国散裂中子源反角白光中子束线上，利用飞行时间法和中子全截面测量谱仪，在0.4 eV-20 MeV的中子能量范围内，测量了天然锂的中子全截面，填补了部分能区的实验数据，并通过理论分析获得了260 keV附近的共振参数。本工作测量的核数据具有重要意义。

水是自然界中最重要的物质之一，研究界面或受限体系的水分子动力学具有重要的科学意义。近些年新兴的基于氮-空位(NV)色心的纳米磁共振技术可以同时观测纳米尺度的核磁信号和温度。本文利用单个NV色心成功探测到金刚石表面纳米尺度水分子分别在固态和液态条件下的核磁信号，并通过改变温度成功观测到该纳米尺度水层的固-液相变。实验结果表明，基于NV色心的核磁共振技术可以有效地探测纳米尺度物质的结构和动力学行为，为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供新的探测手段。

本文利用NV色心的纳米核磁共振技术同时实现了对温度的监测以及对金刚石表面纳米尺度区域水分子的NMR信号的测量，并通过改变温度观测到纳米尺度水分子的固液相变，得到了较为有价值的结果，为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供了新的探测手段。对研究界面或受限体系的水分子动力学具有非常重要的意义。

X射线鬼成像是一种低剂量、非定域成像方法，对医疗诊断和生物成像具有重要意义。在基于晶体劳厄衍射分光的X射线鬼成像中，晶体振动会造成衍射光路上散斑的模糊，进而导致利用关联方法重构图像衬度和空间分辨的降低。本文系统分析了衍射光路上散斑图像的模糊程度对归一化二阶关联函数g(2)的最大值和半高全宽的影响。模糊程度的增强会导致g(2)最大值的减小和半高全宽的展宽，在理论上证明了模糊程度会引起重构图像的衬度和分辨能力的降低。为解决上述问题，本文在衍射光路和直通光路的直接关联方法(G_LH)的基础上提出G_LHE方法(G_LH enhanced method)。模拟实验表明G_LHE算法能同时改善图像衬度和提高重构分辨率，并且模糊程度增强时，G_LHE算法重构图像的峰值信噪比与先对直通光路的散斑图像进行高斯滤波处理再进行双光路关联计算方法(G_LL)的差距扩大，同时保证其对噪声的鲁棒性。本文为晶体衍射分光的X射线鬼成像的实际应用提供可行的思路。

文章研究了晶体衍射分光的X射线鬼成像，提出改进迭代算法进一步改善图像质量。从模拟结果来看，该方法能够较好地提高图像衬比度和信噪比。该研究有利于基于晶体衍射分光的X射线鬼成像研究的进一步发展。

过渡金属硫化物单层具有直接带隙，可产生较强的光致发光，这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景。由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合，其光致发光效率仍有待提高。本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构，可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率。利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制，得到峰值为3.4倍的发光增强。研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号，通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性，为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路。

该研究工作通过精确设计金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构，研究提升单层二硫化钨和单层二硒化钨光致发光效率的可行性。文章揭示出：1）在400 mW泵浦功率下，单层二硫化钨的发光峰值增强了3.4倍；2）通过FDTD模拟和激子寿命测量，证实了二氧化钛光栅的调制作用；3）进一步指出单层二硒化钨光致发光效率的增强来自与光栅增强的光吸收。该实验工作证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性，为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路。

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。

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。

高压非平衡相变动力学过程依赖于温度、压强及加载速率，这要求在不同时间尺度内实现快速加载/卸载并进行快速数据采集。本文着重介绍了最近在上海同步辐射光源BL15U1线站设计和发展的时间分辨X射线衍射和快速动态加载金刚石对顶砧(dDAC)实验装置的最新进展。dDAC采用气膜驱动和压电陶瓷驱动两种快速加载方式，在毫秒尺度内实现DAC样品腔压强从常压加压到300 GPa(20 μm金刚石台面)以上，并获得了毫秒尺度的时间分辨衍射数据。其中压电陶瓷驱动的dDAC采用新设计的单、双筒驱动方式，具有加载压力大、压缩速率高等特点，加载速率可达13 TPa/s。在快速加压过程中，可同时连续采集X射线衍射谱。探测器采用Pilatus 3X 900 K，帧频达500 Hz，实现了2 ms时间分辨的X射线衍射测量。毫秒时间分辨的X射线衍射和高压快速加载装置丰富了BL15U1线站的高压研究技术，拓展了线站开展超高压实验、非平衡相变动力学等科学研究的能力。

作者报道了将金刚石对顶压砧与气膜和及压电陶瓷相结合，在上海光源XRD线站实现了样品的动态高压加载下微秒量级的时间分辨X射线衍射测量技术，这是在国内首次将动高压加载和时间分辨XRD诊断成功的集成在一起。这项技术的实现为广大用户提供了高压非平衡相变动力学和高温高压化学反应等科学研究的平台。

金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy, NV)色心量子体系因在室温条件下具有可实现单自旋寻址与操控、长量子相干时间等独特优势，在固态量子计算、量子精密测量等领域展现了巨大的应用潜力，其中单自旋的精确操控技术对于NV色心应用的发展尤为关键。NV色心量子体系中常用的自旋操控方法都是通过共振的交变磁场来驱动和操控NV色心电子自旋，本文开展了利用交变电场对NV色心电子自旋进行调控的技术研究。通过电极所产生的交变电场成功驱动了NV色心自旋在|m_s=−1⟩与|m_s=+1⟩两个Δm_s=±2的磁禁戒能级间的跃迁，并观测到受控自旋在相关能级的布居度周期性变化而展现出的Rabi振荡现象。进一步的研究表明，电场驱动Rabi振荡的频率受驱动电场功率的调控，与驱动电场的共振频率无直接关系。将自旋电控制技术与磁控制技术方法相结合，能够实现对NV色心3个自旋能级间直接跃迁的全操控。

论文实现了交变电场对NV色心中的电子自旋的操控。电场控制量子自旋的研究是近些年量子控制研究的一个热点方向。在金刚石NV色心量子体系中电场的控制方法与磁场相似，但是作用的原理不同，操控的能级跃迁也不一样。将自旋电控制技术与磁控制技术方法相结合，能够实现对NV色心三个自旋能级间直接跃迁的全操控。自旋电控制技术的发展将进一步推动NV色心量子体系在量子模拟、量子计算、电磁场的精密测量等领域研究和应用的发展。

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。

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。

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。

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。

受人脑工作模式的启发，脉冲神经元作为人工感知系统和神经形态计算体系的基本计算单元发挥着重要作用。然而，基于传统互补金属氧化物半导体技术的神经元电路结构复杂，功耗高，且缺乏柔韧性，不利于大规模集成和与人体兼容的柔性感知系统的应用。本文制备的柔性忆阻器展示出了稳定的阈值转变特性和优异的机械弯折特性，其弯折半径可达1.5 mm，弯折次数可达10⁴次。基于此器件构建的神经元电路实现了神经元的关键积分放电特性，且其频率-输入电压关系具有整流线性单元相似性，可实现基于转换法的脉冲神经网络中神经元的非线性处理功能。此外，基于电子传输机制和构建的核壳模型，对柔性忆阻器的工作机制进行分析，提出了电场和热激发主导的阈值转变机制；进一步对忆阻器和神经元的电学特性进行电路仿真模拟，验证了柔性忆阻器和神经元电路工作机制的合理性。本文对柔性神经元的研究可为神经形态感知和计算系统的构建提供硬件基础和理论指导。

在这篇文章中，作者对面向神经形态感知和计算的柔性忆阻器基脉冲神经元进行了研究。制备的柔性忆阻器展现了良好的机械弯折能力，弯折半径可达1.5 mm，弯折次数可达10⁴次。基于该柔性忆阻器，本文构建的脉冲神经元显示出了阈值发放，“全”或“无”，不应期和输入强度依赖的频率调制特性，具有生物神经元的关键积分放电特性，可用于人工感知系统中的感觉神经元模拟。此外，针对神经元在不同输入电压下表现出的频率和阈值电压的变化，本文对忆阻器的工作机制进行了分析，并构建了基于核壳模型的SPICE仿真，验证了由欧姆传导和Poole-Frenkel传输机制主导的工作机制的合理性。通过对壳层电阻的温度进行修正，神经元的SPICE模型获得了和实验结果相符的仿真结果，进一步说明了模型的合理性。最后，作者们利用柔性神经元的输出频率-输入电压关系所表现出的ReLU函数相似性构建了转换脉冲神经网络，在数字手写体识别任务中获得了与理想人工神经网络相当的识别结果（96%）。本文工作非常有趣，制备的柔性忆阻器基神经元显示出其在人工感知和神经形态计算等的应用潜力，也为柔性智能感知计算系统的设计提供了指导。

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%。

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。

半导体加工工艺微缩过程中，硅基材料的短沟道效应带来的低能效促使研究人员寻找新型半导体替代材料。二维半导体因其原子级别的厚度以及范德瓦耳斯表面而倍受关注，二维硒氧化铋就是其中迁移率、稳定性以及成本各方面较为均衡的一种。然而，其制备受到基底很严格的限制，导致器件加工难度较大。本文利用化学气相沉积法直接在硅片基底上合成出规格为25 μm×51.0 nm(厚度)的二维硒氧化铋，并通过拉曼光谱、原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱对其进行表征。同时，通过场效应晶体管输运的测试得出其迁移率为80.0 cm²·V^-1·s^-1)以及光电探测得出其具有2.45×10⁴ A/W的光响应度和6×10⁴的光增益等比较出色的表现。但由于厚度较大，导致其场效应管开关比低(2500)以及不高的光电探测灵敏度(5×10¹⁰ Jones)。由此可知，硅片基底虽然带来器件加工上的便利性，但有待进一步优化生长，并集成更多种材料的应用。

本论文研究了Bi₂O₂Se在非极性衬底硅片上的生长，并且测量其在光电探测和场效应晶体管上的性能。作者发展了一种直接在硅片基底上生长二维硒氧化铋的化学气相沉积法，并进行了生长机理的讨论，以及场效应晶体管和光电探测的表征。工作具有较强的创新性。

二维过渡金属硫化物构成的范德瓦耳斯异质结由于存在晶格失配或层间相对旋转角度会产生周期性的莫尔条纹结构，由此引入的纳米尺度莫尔周期势可以影响激子的空间传输过程。目前有关双层过渡金属硫化物转角同质结中激子莫尔势调控的研究比较有限，本工作利用第一性原理计算研究了外加垂直电场对不同旋转角度的双层WSe₂同质结激子莫尔势的影响，发现层间激子莫尔势的大小和势垒/势阱的位置与层间相对旋转角度及电场强度有关，不同旋转角度的双层WSe₂同质结激子莫尔势大小及势垒/势阱的位置随电场强度(⩽1 V/nm)的变化不同。这些结果为调控层间激子的局域与非局域转变提供了理论依据和数据预测，在推动人工激子晶体及纳米阵列激光器等半导体器件的发展方面具有重要指导意义。

本工作利用第一原理计算研究了外加垂直电场对双层 WSe₂转角同质结 K-K激子莫尔势大小和势垒/势阱位置的调控，揭示了不同旋转角度下双层 WSe₂同质结中层间激子莫尔势随电场强度及实空间位置的变化关系，为实验上研究利用外加电场操纵激子的局域与非局域转变，实现其空间扩散行为的调控提供了理论依据。

近些年，人们对拓扑材料体系的认知得到了飞速发展。随着量子信息科学与技术成为当下科学研究的热点，具有大能隙高稳定性的低维拓扑材料有从基础研究向应用探索的趋势发展。如何实现高质量、大面积的单晶生长是影响拓扑材料走向实用化的重要一步。本文报道了在具有Sb原子终止面的InSb(111)衬底上利用分子束外延技术生长低维拓扑绝缘体锡烯与铋烯的实验结果。实验中发现，无论是锡烯还是铋烯，起始外延阶段都会在衬底上形成单层的浸润层。由于锡原子之间的相互作用远强于其与衬底的表面结合力，因此浸润层呈岛状生长，晶畴岛与岛合并的过程中边界效应明显，导致薄膜实际上由大量小晶畴拼接而成，畴壁处的缺陷难以避免。而浸润层的晶体学质量又限制了后续锡烯薄膜的外延行为，因此实验发现难以实现高质量且层数准确可控的单晶锡烯薄膜生长。而铋原子与衬底表面的结合能强于原子之间的相互作用，能够在较高温度下实现浸润层的单层层状生长，高质量的浸润层为后续铋烯的生长提供了良好的外延过渡层，因此发现实验中更容易得到大面积的铋烯薄膜。本文实验结果及相关理解对于利用半导体衬底生长低维拓扑晶体薄膜具有指导意义。

本文的创新点是尝试在具有Sb原子终止面的半导体衬底InSb（111）上利用分子束外延技术分别生长了锡烯与铋烯。作者摸索和优化了这两类材料的生长条件，并结合STM、STS，和LEED等表面分析技术对整个生长过程进行实验研究，对于研究二维拓扑材料的生长具有重要价值。

BiSe是近年来发现的具有超低本征晶格热导率材料，显示出比传统的Bi₂Se₃更高的热电性能潜力。本文采用真空热蒸发法制备了具有(00l)取向生长的N型纯相BiSe纳米晶薄膜，并通过Sb共蒸发，制备得到不同掺杂浓度的Bi_1–xSb_xSe热电薄膜。对薄膜样品物相、形貌、组份、晶格振动、化学价态及电输运性质进行了表征。结果显示，Sb进入到BiSe晶格中取代了Bi原子的位置，而Sb原子与Bi原子之间的金属性差异使得掺杂后的样品载流子浓度下降，塞贝克系数上升。同时，随着Sb掺杂浓度的增大，组成薄膜的纳米晶粒尺寸减小，薄膜面内形成更加致密的层状结构，有利于载流子输运,导致样品的载流子迁移率由13.6 cm²/(V·s)显著提升至19.3 cm²/(V·s)。受到Seebeck系数与电导率的综合作用，Bi_0.76Sb_0.24Se薄膜具有2.18 μW/(cm·K²)的室温功率因子，相对于未掺杂BiSe薄膜功率因子得到提升。本工作表明BiSe基薄膜在近室温热电薄膜器件中具有潜在的应用前景。

本文通过真空蒸镀法制备了N型Bi_1-xSb_xSe纳米晶薄膜，XRD、拉曼和 XPS分析了 Sb 在 BiSe 晶格中的占位情况，Sb的掺杂诱导了薄膜样品微结构的变化,在面内方向，纳米晶粒间易形成紧密的层状堆积，有利于载流子输运以及迁移率增加，电导率在载流子浓度降低时仍能保持较高的值，最终导致功率因子提升，室温下 Bi_0.76Sb_0.24Se 薄膜样品中功率因子可达2.18μW/(cm·K²)。本文研究结果具有创新性，为热电材料领域提供了重要参考。

紫外宽带吸收光谱(UV-BAS)作为一种气体定量检测技术，常用于检测NO等气态污染物，然而光谱仪对真实光谱的展宽作用会导致吸收率随光学厚度的变化偏离线性关系。本文针对NO吸收光谱的非线性效应进行了理论与实验研究，通过建立NO吸收率峰值非线性数据库，提供了一种基于插值多项式的NO浓度测量方法。首先理论推导出吸收率随光学厚度的非线性变化关系。通过对单谱线进行仿真分析，探究仪器展宽给非线性变化关系带来的影响；然后定量计算不同仪器展宽下γ (0，0)谱带吸收率峰值随光学厚度的变化关系，并给出多项式模型的非线性表达式并建立系数数据库，同时对同一展宽不同NO振动谱带的非线性问题进行了比较与分析。最后，通过采用不同展宽光谱仪实验测量NO吸收光谱并对上述理论研究结果进行验证，吸收率峰值实验结果与理论计算的相对误差小于4%，与数据库插值多项式的误差小于8%，证明了理论计算的准确性与数据库的可靠性。

本文针对存在光谱仪展宽对宽带直接吸收光谱结果的影响进行了研究，全文理论和实验分析系统、合理，数据可靠性高，体现了较好的数学功底，对基于宽带光源的光谱测量以及浓度定量分析等具有重要的指导意义。

基于二维材料的场效应晶体管在超大规模集成技术方面具有非常大的应用潜力，因此开发高性能的短沟道二维半导体场效应晶体管是构建超大规模集成的必经之路。对于二维材料，获得10 nm以下沟道长度的二维半导体晶体管难度较大，目前很少有稳定制备亚10 nm二维半导体晶体管的方法。本文使用石墨烯作为接触材料，氮化硼作为间隔，可以稳定制备垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管。基于此方法，制备了8 nm氮化硼间隔的垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管。该器件展现出良好的开关特性，在不同的源漏电压下其开关比大于10⁷；同时关态电流小于100 fA/μm，对源漏直接隧穿效应有很好的抑制作用。此外，该方法同样适用于其他二维半导体短沟道晶体管的制备，为快速筛选出可适用于超大规模集成的二维材料提供了一种有效途径。

论文系统地研究了一种垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管，这种晶体管展现出了大于10⁷的开关比，由于很好地抑制了源漏直接隧穿效应，因此其关态电流小于100 fA/μm，这为发展超大规模集成技术提供了新的前景。

基于h-BN钝化的氢终端金刚石表面导电沟道表现出高的空穴迁移率，但是当前h-BN钝化金刚石主要采用机械剥离的方法，无法实现大尺寸导电沟道，难以满足实际的应用要求。本文系统地开展了经典转移h-BN对氢终端金刚石表面导电沟道的载流子输运影响研究。通过微波化学气相沉积外延生长高质量单晶金刚石，并通过表面氢化处理得到氢终端金刚石。通过湿法转移不同层数h-BN制备出h-BN/H-diamond异质结，系统地研究了沟道载流子输运特征。研究结果表明，h-BN转移后沟道导电性能明显增强，且随着h-BN厚度的增加，沟道导电性增强效果趋于稳定。多层h-BN的转移可使氢终端金刚石表面载流子密度提升近2倍，方阻降低到之前的50%。当前的结果显示h-BN/H-diamond异质结可能存在转移掺杂效果，使得载流子密度显著提升。伴随载流子密度的增加，h-BN钝化的金刚石表面沟道迁移率保持稳定，h-BN在金刚石表面吸附，使得原本在氢终端表面的负电荷向h-BN表面移动，作用距离加大，减弱了氢终端金刚石导电沟道中空穴和介质层负电荷的耦合作用，使其迁移率保持稳定。

金刚石异质结是金刚石半导体发展的重要思路。本文通过经典转移的方法实现了氢终端金刚石表面h-BN的异质结，且相较于单纯的暴露于大气中的氢终端金刚石而言，沟道导电性显著增加，得益于沟道载流子浓度的提高。相比于剥离的方法，转移的方法有望实现大面积转移。文章利用湿法转移技术制备了h-BN与H-diamond异质结，通过对比转移前后的电学特性，讨论了异质结中转移掺杂现象。文章数据详实，讨论充分。

阿秒钟实验方案是当前研究原子分子体系的价电子在强激光场中隧穿延时问题的有效手段。基于阿秒钟方案，本文实验研究了Ar原子在800 nm椭圆偏振激光场中的光电子动量分布随激光光强的演化规律。理论上采用包含库仑场效应、非绝热效应、Stark效应、多电子屏蔽和极化效应的半经典模型对Ar原子的强场电离动力学进行了模拟。通过对比实验测量和数值模拟结果发现，在本文所研究的光强范围内，Ar原子的价电子在800 nm椭圆偏振激光场中隧穿延时上限为10 as。进一步分析表明，阿秒钟方案中，考虑多电子屏蔽效应对得到的隧穿延时影响最小，而考虑非绝热效应的影响最大。

强场下原子的隧穿电离是否存在时间，是近年来非常有争议的一个前沿研究话题。十多年来国内外不少研究小组在各种不同的假设前提条件下，得出了不同甚至相互矛盾的结论。本文作者比较全面的考虑了隧穿电离中库仑相互作用、非绝热效应、多电子屏蔽和极化效应以及斯塔克效应，通过对比考虑上述影响后的数值模拟结果实验测量和结果，给出了自洽的氩原子隧穿电离上限时间。这个结果对该领域而言是及时的，并有助于进一步澄清不同的物理效应对隧穿电离时间的影响。论文的实验和计算方法合理，数据能相互支撑，结论对澄清本领域长期存在的争议问题具有重要的价值。

质子照相是观测等离子体中自生磁场的常用实验诊断技术，对质子照相实验结果的有效解读依赖于反演方法的可靠性和可用性。传统质子照相反演方法往往只能提供自生磁场的一维或二维结构。本研究发现，在对具有柱对称结构的磁场进行侧向质子照相时，偏转速度与磁场之间满足Abel变换关系，这使得从质子照相结果中反演重建出磁场的三维结构成为可能。通过数值模拟验证了该方法的可行性，并基于该反演方法，重新分析了Li等(2016 Nat. Commun.7 13081)有关等离子体喷流自生磁场的质子照相实验结果，给出的最大磁场强度约为传统反演结果的1.9倍。本研究有助于对激光聚变和实验室天体物理相关的自生电磁场形成及其时空演化行为的认识更加清晰。

本文有很好的创新性，对实例的数值模拟的反演结果更接近于真实的数据。文章的研究方法提供了更多可待探究的磁场空间信息，有助于对自生电磁场及其时空演化行为更加深刻的认识，也为质子照相反演方法及其应用提供了新的参考途径。