阿秒科学是驱动超强超快激光往高平均功率和短脉冲宽度方向快速发展的动力之一。本文针对高重复频率阿秒光源的实际需求，开展了基于国产Yb:CaYAlO₄晶体的再生放大理论和实验研究。在理论研究中，根据Yb:CaYAlO₄晶体的热透镜计算结果，设计了热稳定性良好的模式可调再生腔；并对晶体π和σ偏振的放大输出能量和光谱进行计算。在此基础上，开展了Yb:CaYAlO₄晶体不同偏振性质的再生放大实验研究。在晶体π偏振的实验中，获得了平均功率16.1 W、单脉冲能量1.61 mJ、光谱中心波长1030 nm、光谱半高全宽16 nm的放大输出，压缩后的激光脉冲宽度为149 fs，压缩效率为92.1%，峰值功率大于9.5 GW。在σ偏振获得了平均功率28.7 W、单脉冲能量2.87 mJ、光谱中心波长1037 nm、光谱半高全宽11 nm的放大输出，压缩后的激光脉冲宽度为178 fs，压缩效率为91.5%，峰值功率大于14.2 GW，光束质量因子M² < 1.2。以上研究结果实现了目前Yb:CaYAlO₄晶体最高平均功率和最大单脉冲能量的输出。针对高重复频率阿秒光源、太赫兹和光参量放大领域的应用，后续计划增加两级行波放大实现平均功率200 W、脉冲能量20 mJ、脉冲宽度小于200 fs的激光输出。

图1  Yb:CYA晶体的行波放大仿真 (a) 输出功率；(b) 放大光谱

文章报道了基于Yb:CaYAlO₄晶体的再生放大器，在重复频率10 kHz下，实现了平均功率达28.7 W的放大输出。论文通过对晶体偏振增益特性的研究和设计，有效克服了激光放大过程中单偏振增益导致的增益窄化效应。这种通过增益控制避免激光光谱窄化的方法为发展短脉冲激光放大器提供了新的技术路线。文章思路清晰、结构完整，从理论和实验两方面详细研究了国产Yb:CaYAlO₄晶体的放大特性。相比同类性工作，在实验结果和研究新颖性上均有较大提升，对全固态飞秒激光放大器的研究具有重要推动作用。

相比于电荷流的高功耗，自旋流可以高效地传输能量与信息的同时避免焦耳热的产生，因此基于自旋流的电子器件成为未来电子信息器件研发的重要方向之一。自旋流及其输运现象的相关研究是自旋电子学器件的开发基础。本文着眼于铁磁金属镍(Ni)与非磁重金属(Pt)构建的异质结结构，研究了异质结界面的自旋输运特性，发现其对扩散自旋流的全阻塞效应。本工作以基于钇铁石榴石(yttrium iron garnet，YIG)的YIG/Ni/Pt三层器件开展，采用自旋泵浦技术激发扩散自旋流注入到镍中，同时检测与分析器件中的逆自旋霍尔电压，并与YIG/Ni双层器件中的信号进行对比分析。结果证明YIG/Ni/Pt三层器件中的铂金属层仅起分流作用而对逆自旋霍尔电流无贡献，即镍层中的扩散自旋流被阻塞于Ni/Pt异质结界面。本工作加深了对界面处自旋流输运的认识，铁磁性金属/非磁重金属自旋流阻塞界面的发现也为自旋电子器件的设计及新功能开发提供了新的思路与手段。

图1 金属/金属界面处自旋流传输(a)与自旋流阻塞(b)示意图；(c) 自旋泵浦效应诱导的自旋注入及逆自旋霍尔效应测量的原理图

基于自旋流的电子器件是未来电子信息器件研发的重要方向之一。3d铁磁金属和重金属层界面的自旋记忆损失（spin memory loss）是自旋流在多层膜界面传输一个无法回避的问题。本文采用自旋泵浦的手段产生自旋流，通过测量对比YIG/Ni和YIG/Ni/Pt的微波吸收和自旋泵浦信号，发现Pt层的生长并未额外贡献逆自旋霍尔效应电压。通过讨论分析发现双层膜和三层膜中的拟自旋霍尔电流行为趋于一致，得出结论自旋流在Ni/Pt界面无法穿过，Pt层在三层膜器件的自旋泵浦中仅仅起到分流的作用，并猜测了自旋流阻塞现象的两种原因：Ni/Pt界面的强反射界面或者自旋流在Ni/Pt界面被完全耗散。文中实验表述清楚，实验结果可信，讨论逻辑清楚，报道内容在该领域具有一定的新颖性。

高斯玻色采样是实现量子计算优势的主要途径之一，同时也有望应用于加速稠密子图、量子化学等问题。然而，实验中必不可少的噪声却可能阻碍高斯玻色采样的量子优势。此前的研究主要关注于光子损失和光子非全同噪声。本文通过数值模拟研究了另一种噪声—光源相位噪声对高斯玻色采样的影响。采用蒙特卡罗方法近似计算相位噪声下高斯玻色采样的输出概率分布，发现随着探测光子数的增加，相位噪声带来的误差逐渐加大。同时，相位噪声会导致采样出大概率样本的能力，即HOG (heavy output generation)值显著降低。最后发现，在输入平均光子数相同时，有光子损失的高斯玻色采样相比无损失情形对于相位噪声有更大的容忍性。本文的研究有助于大规模高斯玻色采样中更好地抑制相位噪声。

图1  不同相位噪声下单模压缩真空态的Wigner函数

玻色采样是实现量子计算优势、展现超过经典计算能力的主要途径之一。本文研究了光源相位噪声对高斯玻色采样的影响，数值计算了相位噪声下高斯玻色采样的输出概率分布，以及输出概率分布与理想分布的偏离。结果表明，对于相位噪声，有光子损失的高斯玻色采样相比无损失情形可具有更大的容忍性。该研究工作具有创新性，可为大规模高斯玻色采样中抑制相位噪声提供一定的参考。

为了深入了解大气压空气等离子体气态产物的变化的物理-化学机理，本文以沿面介质阻挡放电为研究对象，采用傅里叶红外光谱和紫外吸收光谱法原位测量了不同电压和频率下特征产物(一氧化氮(NO)和臭氧(O₃))浓度的动态变化过程，并基于李萨如图和放电图像计算了等离子体的真实能量密度，通过拟合氮分子第二正带的发射光谱得到了气体温度。结果表明，在更高的电压和频率下，O₃的吸光度更低而NO的吸光度更高，还会加速产物从包含O₃的状态转化为无O₃的状态，此时真实能量密度和气体温度也更高。通过分析真实能量密度和气体温度对特征产物的生成和猝灭化学反应的影响，揭示了产物变化的微观机理。分析表明，O₃消失主要是由于O和O与O₂的激发态粒子以及NO对O₃的猝灭导致，其消失速度随着能量密度和气体温度的升高而加快。反观NO，气体温度的升高能显著提高其生成反应的速率，并抑制其解离速率。这有助于更快地生成大量NO，加速其对O₃的猝灭进程，这也是O₃消失越来越快的外因。

图1  放电面积、能量和能量密度随电压和频率的变化 (a)频率为变量；(b)电压为变量

论文报道了大气压交流空气SBDB放电中气相产物从O₃模式向NO_x模式转变的实验现象，研究了施加的电压和频率对放电产物浓度和发生模式转换快慢的影响，并结合真实能量密度和气体对产物变化的微观机理进行了分析与探讨。该论文的研究报道是有意义且有趣的，物理和化学内涵的解释论证也充分合理，写作可读性强。

Rb同位素分析在地质探索和环境监测中具有重要应用价值。本文基于可调谐激光吸收光谱技术，通过热分解的样品处理方式，搭建了一套Rb同位素吸收光谱测量装置，实现了Rb同位素比稳定测量。并通过新型多微管阵列结构设计原子发生器，增强了其原子束准直能力，有效抑制了光谱的多普勒效应，提高Rb同位素光谱分辨率。装置选用钽金属制作6 mm口径的高温原子发生器，内部堆叠1 mm口径微管阵列，发生器经电阻加热最高可达3000 ℃。实验通过高温(600 ℃)催化Rb₂CO₃样品释放气态Rb原子，同步利用探测激光通过Rb原子进行测量，获得高分辨率Rb原子吸收光谱，结合谱线参数反演获得自然丰度Rb₂CO₃样品中Rb同位素比(⁸⁵Rb∶⁸⁷Rb)为2.441±0.02，探测误差为5.9%，⁸⁷Rb检测极限达1.76‰ (3σ)。实验结果表明，相较于传统的单管结构，采用多微管阵列结构进行测量时，Rb原子谱线展宽降低了约450 MHz (半高全宽)，可有效区分Rb同位素的吸收光谱特征。多微管阵列结构的原子化装置与可调谐吸收光谱技术结合，在固体金属检测领域具有探测精度高、光谱分辨能力强的优势，为同位素丰度测量分析提供了可能，具有广阔的应用前景。

图1  Rb同位素比测量实验装置

铷同位素分析在地质探索和环境监测中具有重要应用价值。该工作中提出的多微管阵列结构设计的方法相比于传统的单管结构具有一定创新性，产生的效果较为显著。

当今世界能源浪费巨大，其中绝大多数以废热的形式被浪费掉。热电效应可以将热能转换为电能并且没有危险物质的释放，因此热电效应的应用吸引了越来越多人的兴趣。自从石墨烯被发现以来，越来越多的二维层状材料被报道，它们通常比体块材料有着更加优越的电学、光学等物理性质，而新的理论和实验技术的发展，也促进了人们对于它们的研究。在本文中，首先介绍了基于二维材料热电性质的测量方法和测试技术，并对其测试中具有挑战性的问题进行讨论。随后对石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等材料的热电应用进行了介绍。最后，讨论了提升热电性能的各种策略与亟待解决的问题，并对此做出展望。

图1 (a) 基于场效应晶体管对二维半导体热电性质测量器件示意图；(b) 利用电子双层结构离子液体晶体管对二维材料的热电性质测量器件示意图；(c) 悬空热桥法器件示意图；(d) 利用H型方法测量样品的塞贝克系数示意图

作者介绍了国内外对二维材料热电性质、热导率等参数的测量方法和测试技术，并对其测试中具有挑战性的问题进行了详细讨论。以石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等材料的热电应用进行了介绍。在文章最后还讨论了提升热电性能的各种策略与亟待解决的问题。这篇文章对这一领域做了全面而细致的介绍和评论，比对同行的科学家和研究生有很好的参考价值。

对纯钨透射电镜薄膜样品在400 ℃ 进行了58 keV、 1×10¹⁷ cm^–2 (约0.1 dpa) 的氘离子辐照，辐照后进行了900 ℃/1 h的退火处理。离子辐照产生了平均尺寸为(11.10±5.41) nm，体密度约为2.40×10²² m^–3 的细小位错环组织，未观察到明显的空洞组织。辐照后退火造成了位错环尺寸的长大和体密度的下降，分别为(18.25±16.92) nm和1.19×10²² m^–3。通过透射电镜的衍射衬度分析，判断辐照后退火样品中的位错环主要为 a /2⟨111⟩类型位错环。通过“一步法” inside-outside衬度分析判断位错环为间隙型位错环。辐照后退火还造成了较大位错环之间接触融合，形成不规则形状的大型位错环。此外，退火后样品中还观察到了尺寸为1—2 nm的细小空洞组织。

图1 按照FS-RH法定义的柏氏矢量 (a) 先在缺陷晶体做闭合回路；(b) 先在完整晶体做闭合回路. 图中刃位错核心处的 “•”符号代表位错线的正方向为从纸外进入纸内的方向

尽管论文的研究材料、方法和内容都很传统，但是论述非常详细，技术说明和方法阐述地十分清晰，作为一篇中文的技术性论文，对于我国的材料辐照损伤业内人事（特别是初入行的研究人员）有很强的参考、学习和借鉴价值。

双结叠层太阳能电池由两个具有不同带隙吸收体的电池组成，通过差异化吸收更宽范围波长的太阳光，降低光子热化损失，已展现出打破单结太阳能电池Shockley-Queisser极限效率的巨大优势。获益于钙钛矿电池带隙可调和制备成本低的优点以及晶硅电池产业化的优势，钙钛矿/晶硅叠层太阳电池成为光伏领域的研究热点。本文系统的梳理了钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的最新研究进展，重点从钙钛矿顶电池、中间互联层和晶硅底电池的结构出发，总结出高效叠层器件在光学和电学方面的设计原则。本文还详细地分析了限制钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池继续提效的关键因素及解决措施，这对于钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的产业化之路是非常重要的。最后，对下一代更高效率的低成本叠层太阳能电池进行了展望。我们认为随着对光伏器件效率要求越来越高，基于钙钛矿/晶硅叠层结构的三结电池将会成为下一代低成本高效电池的研究热点。

图1 (a) TSC对太阳光谱吸收情况；(b)单结和多结太阳能电池工作原则[5]；(c)双结TSC理论PCE

该综述梳理了钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的最新研究进展，并分析了限制钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池继续提效的关键因素及解决措施，是光伏发展领域里的一个重要方向。

钠离子电池层状氧化物正极材料具有高容量、易合成等优势，表现出巨大的应用潜力。为了开发出高容量、长循环的正极材料，本文提出对NaNi_0.4Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.1O₂ (NCMT)用Mg²⁺部分取代Ni²⁺的改性策略，设计并合成了高容量、长循环的NaNi_0.35Mg_0.05Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.1O₂ (NCMT-Mg)正极材料。该材料在2.4—4.3 V电压范围内，显示165 mAh·g^–1的高可逆比容量。在0.1 C的倍率下循环350周后，仍有111 mAh·g^–1的可逆比容量，容量保持率为67.3%，相较于未掺杂的原始样品提升了约13%。本文对其进行了系统表征并揭示了其高电压循环稳定的机理，为开发出高性能钠离子正极材料提供了重要参考。

图1 (a)—(d) 材料NCMT各元素轨道(Mn 3s，C 1s，Mn 2p，Ni 2p)的XPS测试结果图；(e)—(i) 材料NCMT-Mg各元素轨道(Mn 3s，C 1s，Mn 2p，Ni 2p，Mg 1s)的XPS测试结果图

锂离子电池自商业化以来，成为便携电子市场中主要的储能器件。随着对锂离子电池需求的快速增长，锂离子电池各项原材料的消耗也逐渐增加。为了可持续发展，需要寻找可替代锂离子电池的储能体系。由于钠资源相对丰富，钠离子电池近年来受到众多研究者的关注。在各类钠离子正极材料中，层状氧化物因具备高能量密度、制备简单、电压窗口可调等优势而得到了广泛的研究。本文通过研究目前已有的掺杂Cu和Ti的层状氧化物材料的NaNi_0.4Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.1O₂，分析其在4.0 V以上高电压区间的充放电行为，发现不可逆的复杂相变是造成电池性能急剧衰减的主要原因之一，进而作者通过采用Mg²⁺取代过渡金属层中的Ni²⁺抑制材料在高电压阶段的相转变，有效地提升了电池整体的循环稳定性。

传统的免标定波长调制光谱方法一般需要结合光谱数据库和激光调制参数进行复杂的吸收光谱模拟，对先验光谱参数的准确度和硬件参数提出了很高的要求，同时不合适的初值会增加计算时间，甚至会导致陷入局部最优解。为提高计算效率，本文引入一种快速免标定波长调制光谱技术获取积分吸光度。该方法对光谱数据库的依赖性低，计算效率高，同时解决了传统方法在高温高压下由于吸收谱线展宽变大而导致的谐波信号不完整问题。进一步将该方法应用于非均匀复杂燃烧场层析成像，并结合所提成像系统实现了快速在线重建温度、浓度分布。通过数值模拟和丁烷喷灯燃烧火焰的实验验证该方法获得积分吸光度的准确性和计算效率。结果表明，与传统的波长调制方法相比重建分布基本一致，最大测量相对偏差仅为0.94%，与热电偶测量值相比最大相对偏差为3.5%，验证了该方法的准确性。在重建精度相当的前提下，分析两种方法获得积分吸光度的计算效率。所引方法和传统方法平均每路计算时间分别为0.15 s和21.10 s。所引方法的计算效率比传统方法至少提高了2个数量级，为实现在线重建燃烧场的温度、浓度分布提供了快速可靠的研究方法和技术手段。

图1 在线成像算法的基本框架

该论文引入一种快速免标定波长调制光谱技术获取积分吸光度的方法，并应用于非均匀复杂燃烧场层析成像。该方法与传统方法相比提高了计算效率，避免了采集数据后再离线计算，实现了在线层析成像，并且通过数值模拟和丁烷喷灯燃烧火焰的实验验证该方法的有效性。该论文为工业在线层析成像提供了一种快速重建的方法。

铁电材料在室温下具有可以在外加电场作用下改变方向的自发极化，不同方向的极化在材料内部形成畴结构，会对其物理特性和实际应用具有显著影响。本文将最初用于微磁模拟的布朗方程引入铁电材料的大尺度模拟中，研究其中可能出现的重要畴结构。在以有效哈密顿量方法为基础推导出铁电材料中关于电偶极子的布朗方程后，以BaTiO₃，PbTiO₃块体和SrTiO₃/PbTiO₃/SrTiO₃夹心结构等钙钛矿铁电材料为研究对象，验证了布朗方程的有效性并讨论了其中的多种畴结构，如周期性条带状畴、涡旋型拓扑畴结构等，并与相关实验结果进行了对比分析。

图1  PTO宏观极化沿⟨100⟩方向的偶极子构型

本文将微磁理论中的布朗方程用于铁电体畴结构的研究，发展了一个独立于目前已知铁电体的理论方法，为研究铁电畴结构以及其它性能提供了一个新的途径。对该方法的进一步拓展，可为理解和预测铁电系统中复杂的畴构型及其潜在应用提供帮助。