亮点文章 | 2020年第17期

在基于白光中子源的中子核反应测量中，伴随中子束的伽马射线是重要的实验本底之一。文章对中国散裂中子源反角白光中子源的束内伽马射线进行了研究。通过蒙特卡罗模拟，得到了伽马射线的能量分布和时间结构。通过直接测量和间接测量两种方法测得低能中子区的束内伽马射线的时间结构。直接测量实验中，将载⁶Li的ZnS(Ag) 闪烁体探测器置于束流线上，通过飞行时间法直接测量束内的中子和伽马射线的时间结构，并利用波形甄别技术进行粒子鉴别。间接测量法是将铅样品置于束流线上，利用 C6D6 闪烁体探测器测量样品上的散射伽马射线，从而得到出入射伽马射线的时间结构。实验测量结果与模拟结果在12 μs—2.0 ms 的时间区间内具有较好的一致性。

图1   CSNS Back-n布局图

图2   束内伽马射线的TOF谱对比

文章研究了中国散裂中子源反角白光中子源的束内伽马射线的能量分布和时间结构。采用 Monte-Carlo 方法模拟了伽马射线的能量分布和时间结构，采用直接测量和间接测量两种方法获得了低能中子区的束内伽马射线的时间结构。论文成果对研究白光中子源的中子核反应测量具有重要意义。

耦合相振子的同步研究对理解复杂系统自组织协同的涌现具有重要的理论意义。相比于传统耦合振子的两体成对耦合，多重耦合近年来得到广泛的关注。当相振子间的多重耦合机制起主要作用时，系统会涌现一系列去同步突变，这一新颖的动力学特性对理解复杂系统群体动力学提供了重要的理论启示。文章研究了平均场的三重耦合 Kuramoto 系统的同步动力学，发现了去同步转变具有不可逆性，并利用平均场自洽方法和无序态线性稳定性分析揭示了不可逆去同步突变的动力学机制。进一步研究发现，随着振子自然频率分布半宽度的变化，系统会经历一系列去同步驻波态的转变。在相变临界点，系统在高维相空间会通过鞍结分岔导致同步态失稳而塌缩至稳定的低维不变环面。本文的研究揭示了多重耦合函数作用的振子系统的各种协同态及其相变机制，同时可为理解其他复杂系统（如超网络结构）协同态的动力学转变提供理论借鉴。

图1   自然频率为双峰 Lorentz 分布且ω0=1时不同分布半宽γ对应的系统序参量R1，R2随耦合强度K 的变化 (a)，(d)γ=0；(b)，(e)γ=0.5；(c)，(f)γ=1. 图中实线和符号标记分别对应于理论预测和数值结果（N=10⁵个耦合相振子），对于每一个η，系统的初始相位分别按概率 η 和1-η 随机设置为 0 和 π

该稿件研究了一定条件下的多重耦合振子系统的同步动力学特性，发现了一种具备不可逆同步涌现转变的三重耦合系统，分析了振子自然频率分布半宽度变化对同步的影响。该工作的研究关注点具有非常高的理论深度和广泛的应用前景，可为生物学、化学和信息学等学科中的群体同步行为提供理论和模型的支撑。研究过程中，理论解析分析和计算机数值分析相结合，说明过程到位，所得结果相互佐证，为稿件的结论提供了很好的支持。

利用双 Hanbury Brown-Twiss 探测系统理论分析并在实验上精确测量了不同光场的高阶光子关联g ⁽ⁿ⁾ (n>2)。探测系统通过四个单光子计数模块，探测分析光子时间关联的联合分布概率。在理论上，考虑实际探测系统背景噪声和系统效率的影响，分析研究了热态、相干态、压缩真空态和 Fock 态的三阶及四阶光子关联的结果，和其随光场入射光强、压缩参数及光子数的变化。并在实验中研究了探测系统分辨时间和计数率对相干态和热态的三阶及四阶光子关联的影响。在分辨时间为2¹⁰ ns，计数率为80 kc/s时，准确测量得到在零延迟处热态的三阶及四阶光子关联，相对理论值的统计偏差分别为 0.3% 和 0.8%。此外还测量得到了不同延迟时间下热态的高阶光子关联的结果。实验表明综合对各种影响因素的分析可精确测量光场的高阶光子关联，该方法在量子关联成像及光场特性分析中有着重要的应用。

图1   (a) τ3= 0 μs，(b) τ3= −10 μs，(c) τ3= 10 μs 时，全时延条件下热态的四阶光子关联，图(a)中零延迟处的峰值为23.8(-0.19, +0.19)

针对一阶和二阶相干度测量在描述光场特性方面的不足，本文提出了利用高阶关联测量来逆补的方案，是一个非常有价值的想法。更值得赞赏的是，本文搭建了双 HBT 实验探测系统，并应用于测量了不同光场如热态、相干态、压缩真空态和 Fock 态的三阶和四 阶光子关联，并考虑实际 SPCM 探测系统的效率和背景影响；以及不同光场的高阶光子光联随入射强度、压缩参数及光子数的变 化。实验测量结果和理论预期符合较好。

随着金属-氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 器件的尺寸进入到纳米量级，器件的噪声机理逐渐开始转变。传统的热噪声与漏源电流模型精度出现下降，散粒噪声成为器件噪声不可忽略的因素。文章通过求解能量平衡方程，推导了短沟道MOSFET 器件的沟道电子温度和电子速度表达式，由此建立了漏源电流模型；基于漏源电流模型建立了适用于 40 nm 以下器件的散粒噪声模型和热噪声模型。研究了 n 型金属-氧化物半导体场效应晶体管 (NMOSFET) 器件在不同偏置电压下，器件尺寸对散粒噪声抑制因子和噪声机理的影响。研究表明：已有的热噪声模型与散粒噪声模型的精度随着器件尺寸的减小而下降，导致相应的散粒噪声抑制因子被高估。当 NMOSFET 器件的尺寸减小到 10 nm 时，器件的噪声需由热噪声与受抑制的散粒噪声共同表征。文章建立的短沟道器件散粒噪声模型可应用于纳米尺寸NMOSFET器件噪声性能的分析与建模。

图1   全散粒噪声和热噪声随栅源偏置电压的变化（Leff=10 nm）

本文通过理论模拟的方法分析了MOSFET中器件尺寸对散粒噪声、热噪声和抑制因子的影响，进而总结出器件尺寸变小情况下器件的噪声归属。所建立的源漏电流模型对于理解短沟道FET器件中的性能具有较好作用。论文对于模型的建立推导和建立给出了详细分析和说明，具有较好的指导意义。

用于核反应堆的金属结构材料中氢/氦泡的前躯体——（氢/氦）-空位复合体的形成受到温度、辐照剂量等多方面因素的影响，研究其在材料中的形成和演化行为对气泡形核的理解及先进核反应堆材料的发展起着至关重要的作用。然而，受到分辨率的局限，这种原子尺度的微结构很难用电镜等常规方法进行表征，以致于该问题的研究上可利用的数据相对较少。正电子湮没谱学是一种研究材料中微观缺陷的特色表征方法，近些年来慢正电子束流和新型核探测谱仪技术的不断发展以及基于慢束发展起来的多种实验测试方法的改进，使正电子湮没技术应用已拓展到金属材料中氢/氦行为的研究领域，在金属材料表面氢/氦辐照损伤的研究中发挥了重要作用。文章结合国内外相关进展以及本课题组的一些研究成果评述了正电子湮没谱学在金属材料氢氦行为研究中的应用，着重讨论了正电子湮没寿命谱、多普勒展宽谱、CDB三种测量方法在如下金属材料氢/氦行为研究中的优势：1）氢/氦气泡尺寸和浓度的估算；2）高能氢/氦离子辐照损伤缺陷及缺陷的退火、时效的演化行为；3）不同形变程度样品中氢/氦与形变缺陷的相互作用；4）不同能量或剂量氢/氦离子辐照对材料造成的损伤以及氢氦协同作用。

图1   DBS中参数的定义

不断发展的正电子谱学和技术在研究物质微结构方面有特殊的优势，被广泛用于凝聚态物理、材料物理、表面及薄膜的研究工作，取得很好的效果。该文作者对自己和国内外同行用正电子谱学做的科研工作做了综述，特别是用寿命谱、多普勒展宽谱和符合测量，对氢、氦辐照材料效应做了详细讨论，对相关领域的研究人员有参考价值。

缺陷调控是影响半导体太阳能电池光电转换效率的关键因素。缺陷与掺杂直接决定半导体中载流子的类型、浓度、传输以及光生载流子的非辐射复合。真实半导体中存在的缺陷种类繁多，浓度各异，使得缺陷，特别是单个点缺陷性质的实验表征非常困难，因而理论与计算在缺陷研究中起到了重要的作用。本文首先介绍了基于第一性原理的缺陷计算方法，然后以典型太阳能电池材料CdTe, Cu(In,Ga)Se₂, Cu₂ZnSnS(Se)₄ 和 CH₃NH₃PbI₃ 为例，详细介绍了如何从理论计算角度认识和调控太阳能电池材料的缺陷性质。

图1  采用HSE06计算VCd在不同价态下的形成能随费米能级的变化趋势及结构对称性

本文以CdTe、钙钛矿等几种典型的太阳能电池为例，详细的介绍了太阳能电池材料中缺陷性质的理论与计算的研究现状。由于缺陷可以用于调控材料中迁移率、非辐射复合等重要物理性质，其对于改善太阳能电池的发光效率至为关键。然而由于缺陷的种类繁多，且形成过程极为复杂，因此从理论上分析缺陷性质并预测太阳能材料性质非常重要。文中通过缺陷性质、晶界性质等方面，对CdTe, Cu(In,Ga)Se₂, Cu₂ZnSnS(Se)₄ ,钙钛矿等多种当前主流的太阳能电池材料的研究现状和面临的主要瓶颈进行了梳理和对比，是一个比较有意义的工作。

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