未来碳基电子器件的构筑材料需要特定直径及能带带隙的单壁碳纳米管(single-walledcarbon nanotubes,SWCNTs),但目前在实验上实现特定直径和手性的碳纳米管选择性制备仍面临巨大挑战.利用碳纳米管作为种子模板可以生长特定直径和手性的SWCNTs,但对其微观生长机制还缺乏清晰理解.首次基于自主开发的新一代ReaxFF全碳反应力场,采用分子动力学模拟系统研究了种子法选择性生长SWCNTs的微观过程.通过设计不同直径、手性指数及边缘结构的开口短碳纳米管作为种子,系统揭示了SWCNTs上下边缘结构演化和生长机制及其微观调控规律.此外,还探讨了氢在SWCNTs生长过程中的作用,发现氢在SWCNTs形成的关键步骤中发挥重要影响,为理解氢对SWCNTs选择性生长的作用机制提供了新的视角.不仅阐明了种子法生长SWCNTs的微观机制,还为实现特定直径和手性的可控实验制备提供了理论依据,对碳基电子器件材料的设计与应用具有一定参考价值.

钙钛矿氧化物异质界面中二维电子气(two-dimensionalelectron gas,2DEG)与界面超导性的发现使其成为研究热点之一.近年来,氧化物界面研究取得突破性进展,除了传统的LaAlO$_{3}$/SrTiO$_{3}$(LAO/STO)界面,2021年在KTaO$_{3}$(KTO)界面也发现超导性,其超导转变温度($T_{\rm c}$)较LAO/STO高出一个数量级,约为2 K,引起广泛关注.与STO界面体系相比,KTO氧化物界面显现出高载流子迁移率、强自旋轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC)等特点,为理解非常规超导机制和构建新物理特性的研究提供了新途径,使KTO异质界面成为未来电子和自旋电子应用的有力候选者.本文旨在总结近5年KTO界面的最新进展,概述多种氧化物与KTO界面超导的新奇物理现象,并讨论目前研究中尚未解决的问题,为未来研究提供参考.

采用静电纺丝技术制备了聚间苯二甲酰间苯二胺(poly (m-phenylene isophthalamide),PMIA)纳米纤维膜,创新性地在耐高温PMIA纳米纤维膜上引入了亲锂材料ZnO纳米片,成功构筑了一种多级微纳结构的纳米纤维复合隔膜.ZnO纳米片能够原位形成Li-Zn合金层,定向促进锂的均匀沉积,抑制锂枝晶的生长.借助这一设计,制备的锂离子电池(lithium-ion battery,LIB)用ZnO-PMIA复合隔膜实现了高离子电导率(0.750 mS/cm)和低界面阻抗(244 $\Omega$).ZnO-PMIA-0.1M复合隔膜组装的锂离子电池在0.5 C下表现出了优异的循环稳定性,100次循环后,电池比容量仍保持在较高水平(128.5 mA$\cdot$h/g).

为进一步改善Zn-6Al-3Mg (ZAM)合金的表面质量,提高其耐蚀性,研究了Ti或Ti/B添加对ZAM合金中Al枝晶的细化作用.结果显示:ZAM合金的Al枝晶为标准的二次枝晶形貌,但在添加了Ti或Ti/B后,Al相由二次枝晶、一次枝晶和轴状晶形貌组成;添加的Ti或Ti/B可有效细化Al枝晶,且ZAM-Ti/B合金的细化效果要优于ZAM-Ti合金.透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)观察结果显示:Ti、B的添加会使ZAM合金中产生新的析出相TiAl$_{3}$和TiB$_{2}$;TiAl$_{3}$出现在Al枝晶的中心位置,TiB$_{2}$通常被MgZn$_{2}$相包围,从而有效细化了ZAM合金中的Al枝晶.

为解决Cr8Mo2SiV钢铸锭凝固组织粗大及心部偏析问题,采用脉冲磁致振荡(pulsed magneto-oscillation,PMO)技术调控铸锭凝固过程.通过组织表征与元素分析,系统研究了不同PMO峰值电流(0、1 000$K_{\rm P}$、1 500$K_{\rm P}$和2 000$K_{\rm P}$ A)对Cr8Mo2SiV钢凝固组织和偏析的影响.研究结果表明:PMO处理显著细化了凝固组织,在1 500$K_{P}$ A参数下柱状晶区比例由未处理样品的30.8%降至8.07%,等轴晶区提升至86.31%;同时元素偏析得到了明显改善,心部偏析区域面积缩小,枝晶间Cr、Mo等元素富集降低;PMO作用会促进形核,同时由于内部产生了电磁力,故型壁晶粒脱落,从而细化晶粒,并诱导熔体内部形成双环流增强溶质均匀分布.该技术为改善Cr8Mo2SiV钢铸锭凝固质量提供了有效手段.

纳米材料在聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术中的广泛应用为改进生物医学领域的检测方法开辟了新途径.已有实验揭示了PCR效率与pM区金纳米粒子浓度间的振荡行为,其产生或与带电胶体粒子间的长程库仑作用和纳米颗粒电子态的量子尺寸效应相关联.通过蒙特卡洛模拟可以发现,溶液中金纳米粒子的径向分布函数随着电荷的增加逐步呈现出峰值特征,从而引发光子在溶液中瑞利散射的相干行为,影响PCR反应过程中释放光子的再利用效率.研究结果表明,振荡周期与下游反应光子的波长吻合,同时其能量与金纳米粒子费米能级附近的能级宽度相匹配.而金纳米粒子可以吸收并储存于其内部的电子态,通过再释放促进PCR上游反应进程,并通过电子的玻尔兹曼分布来弥补所需能量的不足部分.该研究有望推动PCR特有的精确探测手段在量子生物科技领域的应用.

据报道,Ni掺杂的Fe$_{5}$GeTe$_{2}$单晶居里温度($T_{\rm C}$)可达478 K,由于室温铁磁范德瓦尔斯(van der Waals,vdW)材料在自旋电子学应用中具有较大潜力,故为了探究Ni掺杂对Fe$_{5}$GeTe$_{2}$单晶室温磁电阻(magnetoresistance,MR)效应的影响,采用化学气相输运(chemical vapor transport,CVT)法生长了一系列(Fe$_{1-x}$Ni$_{x})_{5+\delta}$GeTe$_{2}$单晶样品,并采用综合物性测量系统(physical property measurement system,PPMS)和磁性能测量系统(magnetic property measurement system,MPMS)分别对其磁性以及室温MR随着Ni掺杂含量的变化进行了测量.研究结果表明,室温MR随着Ni掺杂含量的变化出现了从线性负磁电阻(negative magnetoresistance,NMR)转变为2种不同类型的非线性NMR、再转变为线性正磁电阻(positive magnetoresistance,PMR)的变化趋势.详细分析了不同MR行为的微观机制并阐述了其在自旋电子学器件的应用前景.

单比特量子逻辑门是实现量子计算的核心元件,其高保真度和良好的鲁棒性是不可或缺的关键特性.利用几何相位的全局特性来设计量子门是一个重要的方法,该方法能够较好地抵抗某些局部干扰,从而提高门操作的容错能力.在一些实验方案中,常在量子门操作之后施加一个补偿脉冲以提高保真度.在非绝热几何量子计算的框架下,从一般的含时微扰论出发,考察了系统误差对保真度的影响,并得出了相应的解析结果.此外,还通过数值模拟验证了这些解析结果对量子门鲁棒性的影响,为设计更优的脉冲确立了可能的方向.研究结果表明,加入补偿脉冲后,量子非门和S门保真度的偏差可以降低约50%.

提出一种结合多头注意力(multi-head attention,MHA)机制和自适应邻接矩阵的新型时空图卷积网络(spatio-temporal graphconvolutional network,STGCN)模型.MHA机制对时空特征和外部环境因素进行加权融合,自适应邻接矩阵对道路网络的连接权重进行动态调整,提升了对空间依赖性的刻画能力.结果表明,该模型在伦敦道路网络数据集上的表现优于已有模型,在多个指标上显著提升了预测精度.

通过引入全局注意力机制(global attention mechanism,GAM),在YOLOv7模型的基础上提出了YOLOv7-GAM模型,增强了对关键区域的关注能力.通过引入多尺度训练方案,提高模型对小目标的感知性能,并设计了一种两阶段增强检测算法,能够有效缓解因遮挡、重叠和小目标问题引起的检测性能下降.在输入图像分辨率为640$\times$640的情况下,该方案的检测速度可满足实际生产环境中的实时性需求,且其性能优于相关的算法.

道路场景目标检测是智慧交通领域的重要组成部分,直接关系到众多智慧交通应用性技术的实施.然而,现有道路场景目标检测域泛化技术普遍存在域不变特征提取不充分、检测精度不高和泛化能力弱的问题.针对此问题,提出复杂天气条件下道路场景目标检测的域泛化方法.设计了道路场景域不变特征生成模型,分别提取源域图像的域内不变特征和域间不变特征,并生成更具多样性的复杂天气条件下的道路场景域不变特征,以提高目标检测模型的泛化能力;在此基础上,设计了道路场景目标检测域泛化模型,引入自蒸馏机制,使目标检测模型提取的特征拥有丰富的域不变特征,以进一步增强泛化能力,从而提高目标检测模型的检测精度.实验结果表明,所提出的目标检测域泛化模型性能与对比模型相比有明显提升,能显著提高目标检测模型的泛化能力和检测精度,其中F1-score较基线目标检测模型提升0.042$\sim$0.051,均值平均精度(mean average precision,mAP)提升3.0%$\sim$5.9%,证明了所提出的目标检测域泛化方法的有效性和优越性.

为了应对当前有标签加密流量数量有限的挑战,同时迅速适应新兴流量的分类任务,提出了一种融合模型无关元学习(model-agnostic meta-learning,MAML)和对比学习的小样本加密流量分类模型.具体来说,通过引入监督对比损失来改进MAML的内层优化,使得会话流经过特征编码网络生成的嵌入表示在标签空间更易区分,从而获得跨多个任务的通用的元知识.借助元知识,新任务适应阶段只需少量标记数据,即可在目标任务上快速学习并获得出色性能.在公有数据集ISCXVPN-NonVPN2016和一个私有数据集上的实验结果表明,所提方法超越了已有的小样本分类方法.在2way-10shot任务中,所提方法在公有数据集上达到97.46%的准确率和97.12%的F1分数;在私有数据集上达到95.19%的准确率和94.96%的F1分数.此外,所提出的模型能够缓解MAML难以应对的类间相似性和类内差异性问题.在公有数据集的5way-10shot任务中,所提出模型的准确率和F1分数相较于MAML分别提升了3.62%和3.70%.

针对全同态加密(fully homomorphic encryption,FHE)中多项式乘法计算时间较长的问题,设计了1种硬件乘法结构对其进行加速.首先,结合2种硬件模加结构完成可配置的硬件模加单元设计,降低了硬件资源消耗;然后,利用特殊模数法对Barrett约减法进行改进,缩短了模约减计算时间,并将其用于改进优化的常数-几何数论变换(constant-geometrynumber-theoretic transform,CG-NTT)算法;最后,在现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)平台上完成乘法模块设计.实验结果表明,使用硬件乘法结构能够减少96.26%的多项式乘法计算时间,并且查找表(look-up-table,LUT)的资源消耗能够减少50.71%$\sim$93.97%.

针对带有不确定性的严格反馈的网络化控制系统,提出一种基于固定时间扰动观测器的动态事件触发通信固定时间反步控制方法.首先,提出一种固定时间稳定的扰动观测器以估计系统中的不确定性;然后,设计一种动态事件触发机制来减少系统的通信资源浪费,进而通过补偿不确定性的影响,并考虑事件触发机制对系统的影响,在反步控制框架下设计一种无奇点问题的实际固定时间稳定的控制器;最后,通过数值仿真验证所提出控制方法的有效性.