人物专栏
刘益春
《真空科学与技术学报》主编
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期刊简介
《真空科学与技术学报》(http://cjvst.cvs.org.cn) 是由中国真空学会主办，中国科学技术协会审定的国家级自然科学技术刊物，被中国科技核心期刊目录、北大核心期刊目录、Scopus数据库收录，是中国科学引文数据库来源期刊。学报刊发真空获得、改进、检测、应用的中文及英文研究论文，涉及物理、化学、工程、材料、生物等多学科的交叉。2025年1月，学报成立第十届编委会，现任主编为东北师范大学刘益春院士。50人的编委队伍有两院院士5人，国家级领军人才30余人，真空相关企业界代表10余人，具有广泛的代表性。
光子学中的Jackiw-Rebbi态:拓扑起源、实现机制与功能应用
付子怡;李健梅;郭阳;顾长志;Jackiw–Rebbi(JR)态是源于一维Dirac模型中质量项空间符号反转所引发的界面零能模，是拓扑界面态研究中的经典模型。近年来，随着拓扑光子学的发展，对有效Dirac质量的人工调控为构建可控的光学界面模式提供了一条统一的途径。本文系统梳理JR态的拓扑起源与理论模型，建立其在光子系统中的等效描述，并比较其在全介质超构结构、波导阵列、金属与等离激元体系以及非厄米光子系统中的实现方式。从结构设计与器件实现角度，分析了这些平台在质量项调控方式与界面构造方法上的共同原理与关键差异。随后，回顾了基于JR态的界面激光器、折射率传感器、相干控制器件以及强耦合极化激元平台的最新进展。讨论了当前的挑战与可能的发展方向。本综述系统阐述了JR态在光子学中的物理理解与工程实现。
螺旋波等离子体放电物理基础研究进展
徐天浩;李先快;魏仁泽;张海宝;螺旋波等离子体作为一种高密度低温等离子体，因其具有电子密度高、无电极烧蚀、电离效率高及可控性强等优势，在电推进、材料处理、核聚变等领域展现出广阔的应用前景。本文系统梳理了近五年螺旋波等离子体放电物理中的若干关键基础问题，重点讨论了螺旋波与Trivelpiece–Gould波的模式耦合机制、低磁场条件下的密度峰（低场峰）现象、双层结构的形成与特性、放电模式跃迁及其滞回行为，其他基于氩工质的丰富研究以及在非氩工质的应用研究现状。未来需发展综合数值模型与高时空分辨诊断技术，拓展多工质、多磁场构型下的系统研究，以推动基础认知与应用发展的协同提升。
隐藏式双层梳齿驱动的MEMS扫描镜阵列
吴善余;许高斌;张潇;唐飞翔;马渊明;针对传统静电驱动型MEMS扫描镜阵列普遍存在填充因子偏低、谐振频率较小的问题，提出了一种具有高填充因子、高谐振频率的二维MEMS扫描镜阵列。该扫描镜使用隐藏式梳齿驱动，外侧驱动结构为嵌套式双层梳齿。通过理论分析构建了扫描镜的驱动模型，并利用COMSOL软件对其静、动态特性进行了仿真研究。仿真结果表明，该器件在实现91%高填充因子的同时，当施加30 V正弦驱动电压时，此扫描镜内、外轴的谐振频率分别达到9364.9 Hz与13262 Hz，对应的偏转角可达4.1°和6.3°。通过对阵列特征频率与静态响应的分析，验证了该阵列具有良好的阵列一致性。此外，针对该器件设计了一套制备工艺并对其工艺误差敏感性进行了分析，为静电MEMS微镜阵列应用于扫描成像提供了理论参考。
无注入型量子点发光器件中声电耦合特性模拟仿真研究
曾涛;黄伟;吴妙坤;吴绍宏;李龙;吕佳洋;吴朝兴;无载流子注入(Non-Carrier-Injection, NCI)模式是一种无需外部电荷注入的新型电致发光策略，揭示NCI物理机制对于提升其辐射复合率具有重要价值。NCI器件在交流电场驱动下必然伴随晶格振动与声电耦合，但该效应对发光过程的影响尚未被系统研究。本文以核壳结构量子点为对象，通过有限元仿真，引入声子影响经验公式，建立了声电耦合框架，定量分析了温度与压电效应对能带结构、载流子分布及发光效率的影响。结果表明，温度升高通过增强电子-声子散射使电子浓度显著下降，是效率衰减的主因。压电效应诱导的内电场对能带施加周期性调制，使辐射复合率低于无压电条件，推测其机制为压电场在偏压阶段将部分电子解离核区，使其短暂滞留在核壳界面而未能有效复合。本工作为理解NCI量子点发光器件中的声电耦合效应及效率优化提供了理论参考。
加速器嵌入式小型氙抽空低温泵的研制及测试
闫逸花;吕伟;王忠明;王迪;王茂成;陈伟;论文针对加速器氙气负载泵浦应用需求，结合有限可用束线空间，设计并研制了一台基于斯特林脉管复合型制冷机的小型氙抽空低温泵，泵体体积小，重量轻，并可提供20 W@50 K的总制冷量；冷板采用包裹束流包络的筒形结构配套环形挡板，温度分布均匀性好、温差小，对Xe理论泵速可达5000 L/s；利用MOLFLOW+进行脉冲馈气模拟，特定脉宽及流量条件下，馈管内可得到数ms、平均压强接近目标值的所需工作平台区域，足以满足数十μs的脉冲束工作要求；对氙泵样机和馈气管道进行重频脉冲馈气测试，压强分布结果与理论预期相符，动态真空响应好、停止馈气后真空可快速回落至本底水平，为实际操作提供了较大的便捷性。
基于高频高压激励与双通道 CNN 的真空灭弧室真空度智能检测实验研究
曹培;鲁燕青;丁敏;孙进;徐鹏;赵皓明;胡杰鑫;向文俊;廖敏夫;段雄英;真空度是影响真空断路器绝缘强度与开断性能的关键因素。针对传统真空灭弧室真空度检测技术精度低、设备要求严苛、操作复杂等局限性，本文提出一种基于高频高压电源激励与双通道CNN的真空灭弧室真空度检测方法。在工程相关的 10⁻4～10⁻2 Pa 真空劣化范围内开展了实验研究。基于实验结果进一步构建了双通道卷积神经网络，提取并融合时域和频域特征，实现了对五种真空状态的智能识别，模型验证准确率达 91.62%，未出现明显过拟合现象，模型泛化性能良好。该方法为真空灭弧室的现场无损检测提供了新的技术途径。
晶面取向与表面处理对单晶铜光电阴极平均横向能量的影响
周雪松;刘站锋;马文静;张文丽;刘毅;徐晓鹏;金欣玉;郭涛;高春泰;王思慧;降低光阴极发射电子的平均横向能量（Mean Transverse Energy， MTE），是获得低发射度以及高亮度电子束的重要途径，对于X射线自由电子激光、超快电子衍射以及超快电子显微镜等先进电子束装置具有重要意义。金属光阴极凭借良好的稳定性、较高的耐场能力以及相对成熟的制备工艺，已广泛运用于高亮度电子源研究当中。本文基于角分辨光电子能谱（Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy， ARPES）技术，系统开展了不同晶面取向单晶铜光阴极平均横向能量特性的研究，并进一步研究了表面处理工艺对发射电子横向能量分布产生的影响。在相同激发条件下，不同晶面的单晶铜表现出较为明显的MTE差异，其中Cu(110)晶面的平均横向能量最低。实验结果同时表明，经过氩离子刻蚀并结合退火处理后的单晶铜样品，相较于仅进行退火处理的样品，具有更低的平均横向能量。研究结果说明，单晶铜光阴极的平均横向能量并不完全由超额能量决定，晶面取向以及表面状态同样会影响发射电子的横向动量分布，进而改变其平均横向能量。借助晶面取向结构与表面处理工艺的协同优化，有望进一步降低电子束发射度，并为高亮度电子源的设计以及优化提供实验依据。
面向数字声音重建的静电MEMS扬声器优化及阵列加权方法
张潇;许高斌;吴善余;李文婷;关存贺;针对数字声音重建（DSR）技术中扬声器瞬态声压输出偏低及二值驱动约束下的波束赋形能力不足问题，本文对静电MEMS扬声器单元结构参数进行优化，并对阵列指向性与加权方法进行分析研究。首先，通过优化振膜厚度、边长及空腔高度，在12 V直流偏置与12 V交流驱动下，在谐振频率76 kHz时使单元于1 mm距离处的声压级提升至72.6 dB，具有较高的瞬态声压输出能力，响应时间小于23 μs，且声学输出满足线性叠加要求，符合DSR技术要求。其次，构建均匀平面方阵，对阵元数量与间距对指向性的影响进行分析，确定最优阵列配置为32×32、阵元间距λ/2，阵列主瓣宽度3.14°。最后，针对DSR阵列二值驱动特性，提出基于误差扩散的单元密度映射加权方法，将连续权值转换为二值开关状态。仿真结果得出，采用泰勒加权时，32 × 32阵列的峰值旁瓣电平为-27.49 dB，较未加权的-13.29 dB显著改善，表明该方法能够一定程度上逼近理想连续加权并抑制旁瓣电平。本文为DSR扬声器阵列的声场控制提供了有效技术方案。
溅射沉积技术的发展及其现状
杨文茂,刘艳文,徐禄祥,冷永祥,黄楠论述了溅射沉积薄膜技术的发展历程及其目前的研究应用状况。二极溅射应用于薄膜制备,揭开了溅射沉积技术的序幕,磁控溅射促使溅射沉积技术进入实质的工业化应用,并通过控制磁控靶磁场的分布方式和增加磁控靶数量,进一步发展为非平衡磁控溅射、多靶闭合式非平衡磁控溅射等,拓宽了应用范围。射频、脉冲电源尤其是脉冲电源在溅射技术中的使用极大地延伸了溅射沉积技术的应用范围。
划痕法综合评定膜基结合力
瞿全炎;邱万奇;曾德长;刘正义;用划痕实验探索了综合表征膜基结合力的方法。在瑞士CSM仪器的微划痕测试仪(Micro-Scratch Tester,MST划痕仪)对真空多弧离子镀设备制备的WC-Co/TiN膜基结合力进行划痕实验,系统地介绍了如何利用MST划痕仪所测的声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力,并用WS-92划痕仪对评定结果进行验证。评定结果表明,单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷,声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信。WS-92划痕仪测量的结果验证了MST划痕仪评定结果的准确性。
非平衡磁控溅射及其应用
董骐,范毓殿磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得在镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体镀膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量，使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀膜区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量。此外还讨论该项技术目前的发展状况。
直流反应磁控溅射制备二氧化钛薄膜的光催化性研究
董昊,张永熙,杨锡良,沈杰陈,华仙,蒋益明,顾元壮,章壮健在磁控溅射器中用钛板作阴极 ,采用直流反应磁控溅射在玻璃基板上制备二氧化钛薄膜 ,溅射气体为氧、氩混合气体 ,O2 与Ar比例为 1∶2 ,溅射总气压范围为 0 5～ 6 65Pa ,溅射时基板温度范围为 1 0 0～ 40 0℃ ,薄膜厚度范围为 1 4 0～ 1 1 0 0nm。XRD结果显示薄膜具有纯锐钛矿结构或锐钛矿和金红石的混合结构。在高的基板温度和适宜的溅射总气压下制备的薄膜以及厚度较厚的薄膜在紫外光照射后 ,有较好的光催化性
电磁超材料研究进展及应用现状
郭阳;杜硕;胡莎;李策;杨盛炎;顾长志;利用电磁波传递能量和信息一直是备受人们关注和重视的研究课题，因为它在通讯、能源、环境、医药等多应用领域中都扮演重要的角色。近年来，随着微纳米制造技术的进步，超材料的出现为解决传统电磁技术的瓶颈问题（如光路体积大、结构复杂、功能单一等问题）提供了新思路和新机会。得益于超强的电磁场调控能力，这些材料不仅能够实现传统光学元件的诸多功能，而且还能实现很多自然界不存在的、奇异的电磁响应和特性。本文将结合作者近年来的研究工作，对超材料的研究进展和发展趋势进行综述，主要思路是根据调控的电磁波自由度对超材料进行分类和阐述。最后作者还将介绍基于相变材料的主动调控超材料。
原子层沉积技术的发展现状及应用前景
魏呵呵;何刚;邓彬;李文东;李太申;随着微电子行业的发展,集成度不断提高、器件尺寸持续减小,使得许多传统微电子材料和科技面临巨大挑战,然而原子层沉积(ALD)技术作为一种优异的镀膜技术,因其沉淀的薄膜纯度高、均匀性及保行性好,还能十分精确地控制薄膜的厚度与成分,仍然备受关注并被广泛应用于半导体、光学、光电子、太阳能等诸多领域。本文简要介绍了ALD技术的原理、沉积周期、特征、优势、化学吸附自限制ALD技术和顺次反应自限制ALD技术及ALD本身作为一种技术的发展状况(T-ALD,PEALD和EC-ALD等);重点叙述了ALD技术在半导体领域(高k材料、IC互连技术等)、光学薄膜方面、纳米材料方面、催化剂的应用和新成果。最后,对ALD未来的发展应用前景进行了展望。
刀具涂层的研究进展及最新制备技术
王铁钢;张姣姣;阎兵;刀具涂层是机械加工行业实现高效率、高精度、高柔性和绿色制造的有效途径,其优异的综合性能不仅可延长刀具的使用寿命,而且能大幅度提升机械加工效率和零件的表面加工质量,尤其针对钛合金、高温合金等难加工材料的切削,极大降低了加工成本。文章概述了刀具涂层的特点、类别及刀具涂层材料的应用,总结了化学气相沉积技术、物理气相沉积技术、物理化学气相沉积技术的原理及优缺点。阐述了刀具涂层的发展历程,即从常用涂层到纳米复合涂层、功能梯度涂层等新型涂层,并对新型刀具涂层和最新制备技术的发展做了简单的分析与介绍。
溅射沉积技术的发展及其现状
杨文茂,刘艳文,徐禄祥,冷永祥,黄楠论述了溅射沉积薄膜技术的发展历程及其目前的研究应用状况。二极溅射应用于薄膜制备,揭开了溅射沉积技术的序幕,磁控溅射促使溅射沉积技术进入实质的工业化应用,并通过控制磁控靶磁场的分布方式和增加磁控靶数量,进一步发展为非平衡磁控溅射、多靶闭合式非平衡磁控溅射等,拓宽了应用范围。射频、脉冲电源尤其是脉冲电源在溅射技术中的使用极大地延伸了溅射沉积技术的应用范围。
