α-PbO₂相TiO₂高压相具有适宜的带隙能和可见光范围的光催化能力，是一种适用于可见光、高效且环保的光催化材料。本文使用金刚石对顶压砧对锐钛矿纳米球进行加压-卸压处理得到了α-PbO₂相TiO₂高压相。利用透射电子显微镜对比初始样品和卸压样品，观察结果表明晶粒发生了明显形变，高分辨图显示其晶粒中存在大量[100]方向层错和形变孪晶，其中亚微米级晶粒中形成了透镜形片层结构的形变孪晶带；纳米级晶粒中形成了扇形多重形变孪晶。研究表明高压下锐钛矿TiO₂可以发生明显的形变，其形变的微观机制与金属类似，主要为形变孪晶和层错滑移，形变孪晶的形成存在明显的尺寸效应。这些结果为TiO₂高压相变的尺寸效应研究提供了一个新的切入点，同时还为制备孪晶α-PbO₂相TiO₂高压相提供了方法。

图3  (a) 1#晶粒[010]方向TEM明场像，6条孪晶界TB1—TB6位置如箭头所示；(b) 1#晶粒TB2的HRTEM；(c) 1#晶粒内TB2的FFT；(d) 2#晶粒[111]方向TEM明场像，2条孪晶界TB1和TB2位置如箭头所示；(e) 2#晶粒内TB2的HRTEM；(f) 2#晶粒TB2的FFT；(g) 3#晶粒[111]方向TEM明场像，1条孪晶界TB位置如箭头所示；(h) 3#晶粒TB的HRTEM；(i) 3#晶粒内TB的FFT

本文综合利用拉曼光谱和透射电镜详细研究了TiO₂的高压相的相变机制，指出TiO₂的高压相的相变主要包括形变孪晶和层错滑移，其中形变孪晶与纳米颗粒的尺寸密切相关，这些为理解TiO₂高压相变微观形变机制和制备具有良好性能的TiO₂高压相提供了实验依据。

声学失配模型和漫散射失配模型被广泛应用于界面热导的计算，两种模型分别建立在极端光滑和粗糙界面的假设基础上。由于实际界面结构与两种假设的区别较大，造成两种模型预测结果与实际界面热导偏差较大。近期提出的混合失配模型考虑了界面结构对声子镜面透射和漫散射透射比例的影响，预测的准确度有所提高。但该模型需要通过分子动力学模拟获取界面声子信息较为复杂。为此，本文通过引入测量的粗糙度数值简化混合失配模型，并增加考虑界面结构对接触面积的影响，实现对界面热导简单快捷、准确地预测。基于该模型，计算预测了金属(铝、铜、金)和半导体(硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓)的界面热导。并将铝/硅界面的结果与实验测量结果对比，数据吻合较好。该模型不仅有助于界面导热机理的理解，而且利于与测量结果对比。

图6  MMM模型预测300 K时的金属(Al，Cu，Au)和半导体(Si，SiC，GaAs，GaN)界面热导，其中粗糙度取值为0.28，1.38，2.16 nm

本文着眼于界面热导问题，通过引入测量的粗糙度数值简化混合失配模型，计算了金属（铝、铜、金）和半导体（硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓）的界面热导。并将铝/硅界面的结果与实验测量结果对比，数据吻合较好。该研究既有助于理解界面热输运机制，计算得到的界面热导数值对芯片散热具有很好的借鉴作用，简化的模型也更易于工程设计应用。

基于拓扑绝缘体材料的约瑟夫森结是寻找马约拉纳零能模的候选器件，因而受到拓扑量子计算研究领域的关注。这方面实验的关键之一，是制备具有优质结区的约瑟夫森器件。本工作在三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃和Bi₂(Se_xTe_1–x)₃纳米线上制作了约瑟夫森结器件，研究了其结区的超导邻近效应、多重安德列夫反射和超流-相位关系，观测到了约瑟夫森结的临界超流随磁场增大而反常地增大、其交流约瑟夫森效应出现半整数的夏皮洛台阶的实验结果。本文还讨论了这些反常现象的可能来源，特别是与结区界面处超导电极的Ti缓冲层和拓扑绝缘体纳米线中的Te元素形成TiTe铁磁性合金层的关系。

图1  (a)，(b)分别为基于Bi₂(SexTe_1–x)₃纳米线和Bi₂Te₃纳米线约瑟夫森结器件的SEM图，以及各自对应的微分电阻随偏置电流和磁场而变化的实验数据，其中I_b为直流偏置电流，i_ac为低频交流电流，V为结区电压，B为施加的磁场

本文报道了在基于拓扑缘体Bi₂Te₃纳米线和Bi₂(Se_xTe_1–x)₃纳米线的约瑟夫森结器件中观测到了两个反常的实验现象：一、临界超流随外加磁场的增强而反常增大，二、在交流约瑟夫森效应中出现半整数夏皮罗台阶，并进一步分析了背后的物理机理。这类由器件界面效应引起的反常现象非常有趣和重要。

里德伯-基态分子由一个里德伯原子和一个基态原子组成，束缚机制是里德伯电子与基态原子的低能电子散射相互作用。理论上，通过低能电子散射Fermi赝势模型，数值计算了铯(36D_5/2+6S_1/2)里德伯-基态分子的绝热势能曲线，提取了里德伯分子的束缚能和平衡核间距等光谱参数。实验上，利用双光子光缔合技术成功制备了散射三重态(^TΣ，Triplet)和散射单重态-三重态混合(^S,TΣ，Mixed)形成的里德伯-基态分子，获得了里德伯分子的光缔合光谱，测量的势阱深度与理论计算结果相吻合。另外，以散射三重态为例，分析了里德伯分子的光缔合光谱在外加电场中的展宽现象，获得其平均永久电偶极矩|d ̅| 为(12.10 ± 1.65) Debye ((4.76 ± 0.65) ea₀)，与理论计算结果保持一致。该研究为实验上制备D态里德伯-基态分子提供了可行的实验方案，对理解里德伯分子的光谱特性具有重要意义。

图4  铯(36D_5/2+6S_1/2)里德伯-基态分子的双光子光缔合光谱。红色三角形标记的峰为振动基态υ = 0里德堡分子信号。蓝色的短线标记了理论计算的束缚势阱。插图为阴影区域的放大

作者在实验上利用双光子光缔合的方法制备了里德堡基态分子，并测量了其束缚能，进而测量了里德堡基态分子散射三重态的平均永久电偶极矩。同时通过理论计算给出了里德堡分子的绝热势能曲线，并对这些实验结果进行了合理的解释。这些研究增加和丰富了人们对里德堡分子特殊的束缚机制和奇特的性质的认识，具有重要意义。

采用光抽运-太赫兹探测技术研究Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫和瞬态电导率特性。在中心波长800 nm的飞秒抽运光激发下，Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫过程用单指数函数进行了拟合，其载流子弛豫时间长达几个纳秒，且在一定光激发载流子浓度范围内随光激发载流子浓度的增大而减小，这与电子-空穴对的辐射复合有关。在低光激发载流子浓度 (4.51×10¹⁶—1.81×10¹⁷ cm^–3)下，Cd_0.96Zn_0.04Te的太赫兹(terahertz，THz)瞬态透射变化率不随光激发载流子浓度增大而变化，主要是由于陷阱填充效应造成的载流子损失与光激发新增的载流子数量近似。随着光激发载流子浓度继续增大(1.81×10¹⁷—1.44×10¹⁸ cm^–3)，THz瞬态透射变化率随光激发载流子浓度的增大而线性增大，是由于缺陷逐渐被填满，陷阱填充效应造成的载流子损失与光激发新增的载流子数量相比可忽略不计。在光激发载流子浓度为1.44×10¹⁸—2.17×1018 cm^–3时，Cd_0.96Zn_0.04Te对800 nm抽运光的吸收达到饱和，THz瞬态透射变化率不再随光激发载流子浓度增大而变化。不同光激发载流子浓度下Cd_0.96Zn_0.04Te在THz波段的瞬态电导率用Drude-Smith模型进行了很好的拟合。此研究为碲锌镉探测器的设计和制备提供重要数据支撑和理论依据。

图3  不同光激发载流子浓度下Cd_0.96Zn_0.04Te (a) 和CdTe (b)的THz瞬态透射变化率与延迟时间的关系图，实线是单指数函数拟合结果；(c) Cd_0.96Zn_0.04Te和CdTe的THz瞬态透射变化率最大值(–ΔT/T_{0 max})与光激发载流子浓度的关系图；(d) Cd_0.96Zn_0.04Te和CdTe的载流子复合时间与光激发载流子浓度的关系图；(e) Cd_0.96Zn_0.04Te的能带结构示意图

本文采用光抽运-太赫兹探测技术研究Cd_0.96Zn_0.04Te的光致载流子动力学特性，细致研究了其载流子弛豫和瞬态电导率特性，可为碲锌镉探测器的设计和制备提供重要数据支撑和理论依据。

激光尾场加速是一种利用超强飞秒激光与气体靶作用加速电子的新型加速技术，经过40多年的发展已经日益成熟，但是重复频率相比传统加速器还有很大的差距。高重复频率加速是未来激光尾场加速的一个重要发展方向，届时气体靶给真空系统带来的负载将不可忽视，这可能会成为限制重复频率的重要因素。本文设计了一种应用于中小规模激光器的微气室喷嘴，并通过三维流体模拟对比了这种喷嘴和常用的超音速喷嘴的喷气量差异，证明它不仅能够产生和超音速喷嘴类似的密度分布，还能够大幅降低喷气量，从而减小真空系统的负载，提高重频的上限。此外，把这种微气室喷嘴应用于激光尾场加速实验中，在多条件下产生了稳定性很好的电子束。这个工作将为高重频、高稳定性的尾场加速做出贡献。

图2  超音速喷嘴(a)与微气室(b)气流密度分布的模拟结果；(c)比较了两个喷嘴在激光传播方向上((a)和(b)中黑色虚线位置)的分子密度分布

文章设计了一种应用于中小规模激光器的微气室喷嘴，并通过数值模拟比较了这种喷嘴和常用的超音速喷嘴的喷气量差异，验证了设计的合理性；并将这种微气室喷嘴应用于激光尾场加速实验中。工作很有学术意义。

硒化锑(Sb₂Se₃)具有低毒、原材料丰富和光电性能优异等优点，被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池光吸收层材料之一。但目前Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率与碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿等太阳电池相比仍存在较大差距。限制Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率进一步提升的关键因素之一是，太阳电池结构中Mo背电极和Sb₂Se₃薄膜构建的背接触界面处容易形成较高的势垒，降低载流子的抽取效率。本工作则对Mo背电极进行热处理生成缓冲层MoO₂薄膜，发现缓冲层MoO₂的引入，可有效地促进Sb₂Se₃薄膜的择优取向生长，同时实现太阳电池Mo/MoO₂/Sb₂Se₃背接触势垒降低，相应的填充因子、开路电压和短路电流密度均获得显著提高，构建的太阳电池光电转换效率从5.04%提升至7.05%。

图4  (a) MoO₂引入前后太阳电池的J-V曲线；(b) MoO₂引入前后太阳电池的外量子效率EQE (左)和相应的积分电流(右)；(c) MoO₂引入前后Sb₂Se₃的禁带宽度；(d) MoO₂引入前后乌尔巴赫能量(E_u)

该工作从能带结构出发，对下电极层Mo薄膜进行热处理生成缓冲层MoO₂薄膜，促进了光吸收层Sb₂Se₃薄膜的择优取向生长，同时实现太阳电池Mo/MoO₂/Sb₂Se₃ 背接触势垒降低。文章逻辑清晰，数据详实，分析充分，对MoO₂缓冲层的作用进行了充分的理论说明与实验验证，并在器件中取得了明显的正向成果。

钙钛矿晶体结构决定了铁电陶瓷铁电性的出现和极化方向的确定，当极化方向具有一定规律的排序时，不同电畴结构会组合形成具有特定形貌的多粒子系统，即存在于铁电体中的拓扑结构。本研究通过相场法，模拟了不同迟滞电场和厚度下铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO₃)薄膜的电畴结构并进行观察，根据电场下电畴结构的不同翻转路径将电畴翻转分为快速和慢速翻转阶段，基于此提出先确定所需实验的电畴翻转状态再进行定向观测的手段。通过对电畴结构结合极化矢量的分析，首次在铌酸钾钠薄膜中观察到明显多畴组合而成的涡旋-反涡旋对拓扑结构。对涡旋结构进一步分析其翻转过程，观察到这种涡旋拓扑微观结构可以使电畴更容易发生翻转，从而使更多小范围极化矢量进行排序，以形成所需的多粒子系统拓扑结构。这种极化矢量排序对铁电材料介电性能改善机制，是与准同型相界两侧特定极化方向所形成的微观相界有着异曲同工之处。

图10  电畴翻转过程中涡旋的变化 (a) t = 20；(b) t = 40；(c) t = 50；(d) t = 60；(e) t = 70；(f) t = 80

文章通过相场法对不同迟滞电场和厚度下铌酸钾钠薄膜电畴结构进行观察，根据电场下电畴结构的不同翻转路径将电畴翻转分为快速和慢速翻转阶段，基于此提出先确定所需实验的电畴翻转状态再进行定向观测的手段。论文研究结果有新意。

金刚石硅空位色心在量子信息技术和生物标记领域有重要应用前景。本文对硅衬底上多晶金刚石生长过程中硅空位色心形成机理及调控方法进行研究。通过改变金刚石生长氛围中的氮气和氧气比例，实现了对硅空位色心发光强度的有效调控，所制备系列多晶金刚石样品的光致发光光谱显示，硅空位色心荧光峰与金刚石本征峰的比值最低为1.48，最高可达334.46，该比值与金刚石晶粒尺寸正相关。进一步用光致发光面扫描和拉曼面扫描分析样品可知，多晶金刚石中的硅应来自于硅衬底，在多晶金刚石生长过程中，衬底硅单质先扩散至金刚石晶粒处，随着金刚石晶粒生长，硅单质再扩散并入金刚石晶体结构中形成硅空位色心。不同样品硅空位发光强度的差异，是由于生长过程中氮气和氧气对金刚石硅空位色心的形成分别起到促进和抑制的作用。

图1  (a) 硅衬底金刚石样品的光致发光光谱，纵轴刻度范围0—20是线性坐标，20—500是对数坐标；(b) 钼衬底上以样品S1生长条件生长的金刚石样品的光致发光光谱；(c) S1—S5硅空位色心荧光峰与金刚石本征峰的比值；(d) 硅衬底金刚石样品生长速率

金刚石硅空位色心未来在量子信息技术和生物标记领域有着一定的研究与应用潜力，本文关于硅空位色心形成及调控的研究，对该方向的未来发展有一定的参考价值。