摘要：触觉传感器是仿生皮肤丰富感知能力特点的柔性电子器件和系统,在机器人触觉系统和人体健康检测两大领域有重要应用前景.前者赋予机器人触觉等通过非视觉方式感知环境的能力,后者通过柔性器件贴附在皮肤上实现对脉搏、血压、心电、肌电等生理健康参数检测.从柔性、自愈合电子材料的研究,到器件结构设计,再到多功能系统集成等几个方面,仿生触觉传感器件和系统不断迭代发展,凭借其柔软、可拉伸的特性,赋予人机交互器件的穿戴舒适感,也让许多传统的监测或佩戴设备更便携、更日常化,在医疗检测设备、可穿戴式电子设备、健康大数据等领域都展示出巨大的潜力和应用前景.本文回顾了近年来仿生触觉传感器领域的研究进展,并展望其未来发展和应用方向.

摘要：光学超构材料是一种人工设计的微结构材料,它的出现打破了传统材料设计思维的局域性,为在微纳尺度上人为调控电磁波提供了新的范式,实现了具有超越自然界常规材料的光学性质.尤其是超构材料具有将光和电磁辐射耦合到亚波长尺度的能力,满足了高速发展的现代科学技术对光学元器件的高性能、微型化以及集成化的新要求.因此,基于超构材料的光子芯片带来很多令人鼓舞的应用,如突破衍射极限的完美成像、多功能的集成光学器件等.更有意思的是,超构材料光子芯片还可以用来模拟一些广义相对论的现象,尤其是探索一些尚未被实验证实的与引力相关的现象.本文从不同类型的超构材料芯片出发,简要介绍了在光学超构材料芯片上开展的类比引力的研究,最后对其发展现状、优势与面临的挑战进行了相应的总结与展望.

摘要：朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论是传统凝聚态物理两座重要的基石,在处理BCS超导体和液氦超流体的形成机制等重要物理问题中取得了巨大成功.然而,以20世纪80年代量子霍尔效应和高温超导的发现为开端,人们逐渐认识到,对于一大类新的量子态,比如分数量子霍尔态和量子自旋液体,其性质超越了朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论.拓扑序及其所具有的长程多体量子纠缠和分数化激发成为我们理解这些奇异量子态的关键概念.在量子材料和量子模拟系统中设计并寻找具有拓扑序的物态、探测并操控其分数化激发是当代凝聚态物理重要的研究方向.近期,在里德伯原子体系、超导量子处理器和二维摩尔超晶格等具有高度可调控性的量子实验平台中,拓扑序的量子模拟和操控得到了快速发展并取得了重要成果.本文将简要论述拓扑序在传统凝聚态材料体系和量子模拟体系中最近的研究进展和挑战,并对该领域未来可能的发展方向做出展望.

摘要：圆柱管听诊器具有结构简单、价格低廉、适用范围广等优势,但其尺寸通常较大,且工作频带难以覆盖心肺音频率范围.本文基于螺旋形超材料提出了一种圆柱形的心肺音听诊器件的设计理论,其尺寸可满足便携性要求(长度约1/5波长),且工作频带能有效覆盖典型心肺音频率范围(20∼1000 Hz).所设计器件的基本工作原理是利用内置的螺旋形超材料增加声波的传播路径长度,使不同频率下的等效声折射率均得到显著提升,从而在有效缩减结构尺寸的同时保持极宽的工作频带.基于等效媒质理论,对该结构中的声传播过程进行了理论分析,研究了其等效声学参数及灵敏度增益在不同频率下的变化特性,并通过有限元方法进行了验证.理论和仿真结果能够很好吻合,证明所设计的心肺音听诊器在20∼1000 Hz的宽频带内产生了平均10 dB的灵敏度提升.基于此,进一步分析了热黏滞损耗和结构参数变化对该器件的灵敏度和工作带宽的影响规律.最后,制备了心肺音听诊器样品并对其声学性能进行了实验测量,结果表明心肺音听诊器相比于圆柱管听诊器在20~1000 Hz全频带具有更高的灵敏度,在330~820 Hz频段的平均增益能够达到10 dB.本研究所设计的心肺音听诊器件具有灵敏度高、工作带宽大、设计简单、结构强度高、材质选择自由、鲁棒性等特性,为心肺音听诊器件的设计提供了新的思路,在医学临床诊断和声学传感等领域具有广泛的应用前景.

摘要：铁基高温超导体的基本结构单元是反萤石型Fe_2X_2层(X为磷族或硫族元素),因此,设计具有Fe_2X_2层的新化合物成为探索铁基超导材料的有效途径.本文在回顾铁基超导体结构特征和基本结构类型的基础上,归纳总结了铁基超导体块层结构设计的基本原则;着重介绍迄今发现的几类具有层状交生(intergrowth)结构的新型自掺杂铁基超导材料.

摘要：变换光学的发展与应用为实现片上集成多频传输和宽带非线性光子器件的设计提供了新的方法。基于变换光学理论模型,通过在铌酸锂(LiNbO_(3))薄膜光子晶体中调控色散和群速度的空间分布,获得了具有片上彩虹捕获特性的波导器件。通过对非线性四波混频过程进行分析,展示了其在宽带四波混频方面具有良好的应用前景。同时,所设计的变换光学波导结构也可应用于其他集成非线性光学器件。

摘要：通过设计“光子晶体-金属-光子晶体”模型,在有限差分时域仿真中计算比较两种结构的反射率,计算场强和介电系数变化规律与品质因子Q值大小,结果表明,该结构能够有效提高Q值并降低结构的辐射损耗。通过设计并在实验上加工制备了“光子晶体-超表面-光子晶体”的复合结构样品,在反射谱中观察到不同入射光偏振角下塔姆态的变化,利用超表面的各向异性实现了对塔姆态的偏振特性调控。该研究结果可以应用于非线性光学和量子光学的偏振和色散调控。

摘要：有效介质理论在利用人工微结构材料拓展光学参数方面具有重要意义.本文对电介质光子晶体等具有非局域性质的人工微结构材料发展了一种新的赝局域有效介质理论,通过局域的有效介电常数■εp(ω)、局域的有效磁导率■μp(ω)、以及额外的波矢ka来描述其光学性质.研究发现,该赝局域有效介质兼具局域和非局域介质的性质,在与ka垂直的晶面上表现出局域介质的光学性质,而在与ka平行的晶面则表现出非局域介质的光学性质,如负折射、全反射等.进一步研究表明,对于所有入射角的光波在穿过拥有奇数层结构单元的赝局域有效介质时,都会出现额外的相位差,基于此设计了一种全角度相位光栅.相对于传统的光学材料,赝局域介质具有更加丰富有趣的光学性质,有望在未来应用到更多的新型光学器件设计之中.

摘要：理论设计了光波-太赫兹波混合波导,构建了一种室温、连续、高效、集成化、低噪声、易于调制的相干太赫兹源。该混合波导由铌酸锂退火质子交换波导与金属超晶格波导混合集成,近红外通信波段的信号光和泵浦光在退火质子交换铌酸锂波导中传播,通过非线性差频产生0.379 THz的太赫兹波,所产生的太赫兹波通过金属超晶格波导传输。通过优化金属超晶格太赫兹波导的结构参数,理论上实现了准相位匹配,提高了太赫兹波的群折射率,从而通过慢光效应进一步增强非线性效应,理论非线性转换效率可达3.6×10^(-7) W-1。同时,所设计的混合集成波导结构也可用于其他非线性光学器件中。

摘要：外尔半金属是指三维能带结构具有手性拓扑点简并特征的无能隙固体材料,并且简并点附近的色散关系遵从外尔方程的描述.它具有很多独特的电子输运性质,比如:费米弧表面态、负磁阻效应、手性朗道能级等.类比电子系统的外尔半金属材料,人们设计出理想外尔超构材料,在电磁波体系里实现了频率一致的外尔点简并.本文打破这种超构材料的镜面对称性,通过数值计算发现了原本频率一致的外尔点出现了依赖手性的频移,频移的正负由外尔点的手性决定,因此实现了手性不同的外尔点在频率上的分离,同时也检验了晶面上外尔点之间的费米弧表面态.