北京大学量子材料中心王健研究组与合作者在钛酸锶（SrTiO3）衬底上外延生长的单原胞层厚（0.55 nm）铁硒（FeSe）薄膜中观测到了具有磁激发迹象的玻色模式和强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。两项发现为超导机制备受争议的单原胞层铁硒薄膜提供了异号配对的重要实验证据，表明在该体系中尽管界面电–声耦合被认为可以增强超导特性，自旋涨落对于库珀对的配对有着不可忽略的作用，或对铁基高温超导机理的统一理解提供重要参考。 提升超导转变温度和理解库珀配对机制是超导领域两个最重要的研究方向。在以往的铁基超导研究中，基于电子–空穴费米口袋嵌套的s±波配对被广泛接受。然而对于AxFe2−ySe2 (A = K, Rb, Cs, Tl)、(Li1−xFex)OHFe1−ySe，尤其是单原胞层 FeSe/SrTiO3等一系列重电子掺杂铁硒化合物，重电子掺杂会导致费米能级上移，进而导致布里渊区中心Γ点的空穴费米口袋降至费米能级以下，使得电子–空穴费米口袋嵌套理论失效。因而，铁基超导中的s±配对图像受到严峻挑战。 钛酸锶衬底上外延生长的铁硒薄膜具有铁基超导家族最简单的分子结构和最高的超导转变温度（能隙闭合温度的典型值为65 K），自2012年被清华大学薛其坤团队发现以来在国际凝聚态物理领域掀起了研究热潮。前期，北京大学王健研究组与薛其坤研究组合作采用电输运和抗磁性测量首次报道了单层铁硒中高温超导的直接证据（Chin. Phys. Lett. 31, 017401 (2014)，被Science编辑选择文章Science 343, 230 (2014)报道）。然而，其中的超导配对机制，一直存在争议，始终悬而未决。 为了揭示单层铁硒中的超导配对机制，王健研究组开展了一系列系统的实验。实验中的单层铁硒超薄膜采用分子束外延技术生长于钛酸锶衬底。通过原位超高真空（~10−10 mbar）原位扫描隧道谱探测，研究组发现超导能隙外存在由电子–玻色子耦合导致的鼓包（hump）结构。系统的扫描隧道谱实验揭示以该鼓包为特征的玻色模式更接近磁激发信号（图1），极有可能是充当配对媒介、且连接布里渊区近邻角落（M点）电子费米口袋的(π,π)自旋涨落。超导序参量作为复数，其在费米面上的分布存在同相位（保号：sign-preserving）与反相位（异号：sign-reversing）两种情形。杂质散射作为一种相位敏感技术，已广泛应用于以往超导配对研究。其中非磁性杂质尤为特殊，其选择性地局域破坏s±波、d波等异号配对，实验上表现为诱导超导能隙内的束缚态，而对传统保号s波配对无明显效应，因此可用于区分异号和保号配对图像。王健研究组采用沉积于单层铁硒表面的强非磁性杂质铅（Pb）吸附原子作为散射中心，实验中发现相对于正常超导谱形，铅原子在超导带隙边界附近诱导出电子型谱权重增强，同时超导能隙减弱（图2）。该特征是‘隐’束缚态的典型信号。系统的势散射强度调节（图2(d)）等实验也印证了这一观点，有力地说明单层铁硒超导能隙函数存在异号。同时，基于异号配对图像，如扩展s±波（图2(e)），南京大学王强华教授与南京师范大学高绎教授理论上定性复现了非磁性杂质诱导的超导谱形重构。上述的玻色模式与非磁杂质散射两项研究成果一致支持单层铁硒中存在以自旋涨落为媒介的异号配对，为最终澄清单层铁硒的界面高温超导机制奠定了重要基础，同时也预示具有不同费米面构型的铁基高温超导体或存在统一解释。图1. 单原胞层 FeSe中具有磁激发迹象的玻色模式。(a) 单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱，显示超导能隙外由电子–玻色子耦合导致的鼓包结构；(b) Ω/2Δ1与Δ1的统计负关联（Ω：玻色模式能量；Δ1：内超导能隙）。图2. 单原胞层 FeSe中强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。(a) Pb吸附原子的STM形貌图；(b) Pb吸附原子和正常单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱，显示9.5 mV处存在‘隐’束缚态；(c) 跨Pb吸附原子的扫描隧穿线谱；(d) 101组Pb吸附原子扫描隧穿谱（黑实线下方）与无吸附原子时的扫描隧穿谱（黑实线上方）对比；(c) 扩展s±波图像下非磁性杂质的模拟局域态密度谱。 两项工作分别于2019年5月22日和2019年7月15日发表于Nano Letters（Nano Lett. 19, 3464−3472 (2019)）、Physical Review Letters（Phys. Rev. Lett. 123, 036801 (2019)）。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00144、https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.036801。 其中Nano Letters文章北京大学博士生刘超飞为第一作者，北京大学王健教授为通讯作者；Physical Review Letters文章，北京大学博士生刘超飞、王子乔和南京师范大学高绎教授为共同第一作者，北京大学王健教授和南京大学王强华教授为共同通讯作者。 以上工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、北京市自然科学基金、江苏省自然科学基金等经费的支持。王健特别感谢谢心澄、王垡、徐莉梅、任泽峰以及量子物质科学协同创新中心在北大超高真空分子束外延与低温扫描隧道显微镜实验室搭建过程中给予的支持。

高超音速飞行器是本世纪正在研发的前沿科技新项目，它又被称作“近空间高超音速飞行器（NSHV）”。从科技的角度分析，高超音速飞行器同时融合了航天和航空的诸多前沿技术，这些前沿技术与传统飞行器技术比较，主要有以下几方面特点：复杂的气动特性；使用超燃冲压发动机；飞行器机体与发动机一体化；飞行器机体与推进系统和飞行器结构动态之间耦合强；飞行器模型非线性度高；飞行器飞行高度、速度跨度大；飞行环境复杂，瞬息万变；气动特性和气热特性变化剧烈；控制精度高，末制导难度大。

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，太阳能等绿色可再生能源近年来得到了广泛关注。伴随着光电转换效率的提升和生产成本的下降，太阳能电池愈加凸显其广阔的应用前景。有机无机杂化铅卤钙钛矿太阳能电池，作为新型太阳能电池的后起之秀，在短短七年内，光电转换效率从3.8%迅速增长到22.1%。虽然钙钛矿太阳能电池在效率上已经取得重大突破，但人们对于钙钛矿材料本身的生长机理以及薄膜形貌的形成机制研究还需要进一步加强，而基于此的研究对钙钛矿材料的深入认知以及相应的光电器件的应用具有重大意义。

针对高速离 心泵内流速高， 进口段容易引起回流璇涡、叶轮中存在二

北京大学物理学院颜学庆教授/马文君研究员团队近期在激光加速重离子领域获得重要进展。他们利用人工设计的双层纳米靶材，获得了能量高达580兆电子伏特（MeV）的碳离子，将飞秒激光加速重离子能量记录提高了两倍。相关结果以” Laser Acceleration of Highly Energetic Carbon Ions Using a Double-Layer Target Composed of Slightly Underdense Plasma and Ultrathin Foil”为题发表在物理评论快报上（Physical Review Letters 122，014803 （2019））。 高能重离子在肿瘤治疗、生物辐照、核物理与核能等领域有着广泛的用途。利用超强飞秒脉冲激光加速重离子一直是激光加速领域的难点。之前的大量实验研究中，通常只能获得最高能量为几兆电子伏特每核子（MeV/u）的重离子。而在相同条件下，质子可被加速至近百兆电子伏特，远高于重离子。这是因为，要有效加速重离子，需要将其在加速初始阶段就电离到高电荷态注入到加速场中，并且保持足够长的加速时间。一般情况下，这两点很难同时实现。马文君研究员团队在前期工作的基础上（PRL 115, 064801 (2015)，PRL 113, 235002 (2014), Adv Mater 21(5),603 (2009), Nano Lett 7(8), 2307(2007)），设计并制备出了一种由超薄超低密度碳纳米管泡沫与类金刚石纳米薄膜组成的双层复合靶材，成功地同时实现了这两个条件。复合靶材在超强飞秒脉冲激光作用下，位于类金刚石纳米薄膜中的碳离子，先后经历了光压电离注入与长达数百飞秒的鞘场加速两个过程，最终速度达到了光速的30%。这是首次利用超短脉冲在实验中实现了重离子的级联加速。图：本研究结果（）与已有重离子加速实验结果汇总。 他们的理论与数值模拟工作表明，这种高效的加速方案也适用于金、钍、铀等重离子。在现有激光条件下，可产生能量为数十兆电子伏特每核子、密度为传统束流10^9倍的高能高密度重离子束流。这种高能高密度重离子束团将为超重元素合成、短寿命核素加速、温稠密物质等温加热等重要物理难题的解决提供新的方案。，将为科学前沿领域及新兴交叉学科的迅猛发展带来新的机遇。 马文君研究员为论文第一作者与通讯作者。颜学庆教授与韩国基础科学研究所的Nam，Chang Hee教授为共同通讯作者。论文主要作者还包括陈佳洱院士、贺贤土院士、M. Zepf教授, J. Schreiber教授, Kim, I Jong教授、林晨研究员、卢海洋研究员和余金清博士等。该项目得到国家重大科技基础设施培育项目（2017ZF22）、科技部重大仪器专项、自然科学基金重点项目、核物理与核技术国家重点实验室和北京市卓越青年科学家等项目的支持。 相关文章链接如下：Phys. Rev. Lett. 122, 014803 （2019）https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014803Phys. Rev. Lett. 115, 064801 (2015)https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.064801

靖远煤业集团有限责任公司魏家地煤矿和西安科技大学合作，针对高应力动压下大巷反复破坏返修难题，分析巷道反复破坏的原因，得到高应力动压软岩巷道破坏机理，提出合理的维修支护方案，维修的巷道做到安全可靠、经济合理，便于操作与施工，不影响施工进度，减小巷道服务期内变形量、维修次数，降低生产成本。 该成果经甘肃省科技厅鉴定为国际先进水平，申请专利 1 项，发表科技论文 10 余篇。该成果在 靖远煤业集团有限责任公司魏家地煤矿二号石门返修工程的应用，取得了明显的社会经济效益。

成果简介： 饱和—非饱和介质中水分与溶质迁移转化理论，是农业水资源可持续利用与水土环境保护的重要理论基础。本项目主要以认识含水介质中水分与溶质不规则迁移规律，发展相应的模拟理论与方法为目标，以室内外试验、理论分析和数值模拟为手段，系统开展了非饱和土壤水分动态随机与分形模拟理论、含水介质中溶质非费克迁移理论及模拟模型、含水层中抽水井附近非达西流理论与模型、区域地下水动态模拟的理论与方法等方面的研究，主要成果包括：(1)提出了土壤水力特性参数求解的新方法

该成果 2013 年获全国商业科技进步奖二等奖。本研究采用纳米 ZnO 和 SBS 为外掺剂，寻求合适的制备工艺，制备纳米材料/聚合物复合改性沥青。借鉴聚合物改性沥青的研究方法、试验手段及评价方法，探讨纳米材料/聚合物复合材料改性沥青及混合料的路用技术性能；并通过微观、化学分析手段，研究纳米 ZnO 和 SBS 加入到基质沥青中，与基质沥青的相互作用机理，以期望达到较为良好的改性效果，促进纳米材料/聚合物复合改性沥青的发展与应用。

结合遗传学和生物化学的方法，鉴定到了一个新的光形态建成的正调节因子CSU4。CSU4是COP1和DET1的遗传抑制子。进一步研究发现，CSU4参与了生物钟节率的调节，它可与生物钟节率核心因子CCA1直接互作并抑制其转录抑制功能。CSU4在清晨抑制CCA1基因的表达，在傍晚抑制PIF4基因的表达。同时，CSU4也调节了众多其他生物钟节率基因的表达。研究证明CSU4是一个整合生物钟节率和光信号途径的关键调控子，在不同的时间点调控植物的生长发育过程。

本项目以国家自然科学基金 重点项目、国家杰出青年科学基金项目等为依托，历时十余年研究，建立了粗粒 土颗粒破碎机理与塑性本构理论。主要取得的科学发现点如下：(1) 针对传统强度理论无法描述粗粒土的颗粒破碎、各向异性、尺寸效应 等问题，建立了粗粒土三维统一非线性强度理论。该强度理论能够准确地模拟粗 粒土因颗粒破碎所导致的偏平面及子午面上非线性的强度特征；能够合理地反映 粗粒土因自重产生的横观各向同性的强度特征；能够准确地模拟粗粒土复杂的各 向异性的强度特征；还能够合理地反映粗粒土三维尺寸效应的强度特征。(2) 提出考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构理论。试验表明，粗 粒土剪胀特性与中主应力系数相关，据此提出了考虑中主应力影响的粗粒土三维 应力-剪胀方程。针对传统本构模型无法描述中主应力对应力变形影响的问题， 建立了考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构模型。在边界面理论框架下， 建立了屈服面与边界面的演化规律，获得了应力变形特征。(3) 提出颗粒破碎影响的状态相关塑性本构理论。试验发现粗粒土颗粒破 碎会导致颗粒级配发生变化，细颗粒填充粗颗粒孔隙，进而使得临界状态线发生 移动，并伴随能量散耗，因此，提出了考虑颗粒破碎的三维临界状态面及临界状 态理论。粗粒土在压缩和剪切作用下，颗粒破碎，并具有状态相关性，因此，提 出了考虑颗粒破碎的应力-孔隙耦合状态方程。根据所提出的考虑颗粒破碎三维 临界状态面，建立了考虑颗粒破碎影响的状态相关塑性理论。