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大氣氣溶膠，即大氣中的懸浮顆粒物。通常所說的PM10（粒徑小于10微米，可吸入顆粒物）或者PM2.5（粒徑小于2.5微米，可入肺細粒子）是大氣氣溶膠的重要組成部分。從生成來源上看，大氣氣溶膠分為一次氣溶膠（Primary Aerosols）和二次氣溶膠（Secondary Aerosols）。一次氣溶膠指自然界或人類活動直接排放的氣溶膠粒子；二次氣溶膠指通過大氣中的物理、化學過程新生成的氣溶膠粒子。在大氣污染過程中，汽車尾氣以及人類其他燃燒過程中產生的氮氧化物、煤炭等含硫燃料燃燒產生的二氧化硫等氣體通過參與這些復雜的過程產生二次氣溶膠，即“氣-粒”轉化過程。二次氣溶膠是重度霾過程的氣溶膠污染物的重要來源。 大氣氣溶膠以固態、半固態或者液態幾種形式的相態而存在，其相態與上述大氣中的化學過程有著緊密的聯系。氣溶膠粒子可以作為大氣化學反應的“容器”，在氣溶膠表面或內部進行與二次氣溶膠生成有關的化學反應。氣相分子在不同相態的顆粒物中的傳輸速率差別很大，固態氣溶膠幾乎只有表面能發生氣相化學反應，而液態氣溶膠在顆粒內部也能發生化學反應。因此化學反應加速與液態氣溶膠表面積和體積的增大會形成正反饋過程，在液態氣溶膠上發生的異相化學反應生成二次氣溶膠，對霧霾過程中顆粒物爆發性增長有重要的貢獻。因此，對城市氣溶膠在邊界層內以什么相態存在的空間分布的探測，是研究二次氣溶膠生成、演化和擴散所迫切需要的一項技術，對于理解霧霾形成的機理有著重要的意義。 氣溶膠的相態與顆粒物的化學組分和環境的相對濕度有關。目前對于顆粒物相態的測量，通常僅限于地面采樣觀測，缺少垂直空間方向上顆粒物相態的探測手段。在顆粒物濃度相對較高的大氣邊界層內，垂直方向上相對濕度往往有很大的變化，氣溶膠的相態也一定存在很大差異。 北京大學物理學院大氣與海洋科學系李成才副教授研究組與北京大學環境科學與工程學院朱彤教授研究組、吳志軍研究員研究組共同合作，提出了一種新的利用偏振激光雷達獲得氣溶膠粒子相態垂直廓線的方法。氣溶膠粒子對入射電磁波的散射過程，會造成散射光偏振特性的改變，如果利用線偏振光照射，散射光的偏振度相對于入射光會減小，這種改變稱為氣溶膠的退偏振能力。利用激光雷達觀測的大氣退偏振比可以對氣溶膠粒子進行分類，例如非球形的冰晶和沙塵具有較大的退偏振比，而近于球形的城市氣溶膠細粒子具有較小的退偏振比，區分沙塵與城市細粒子氣溶膠的觀測技術在國內外已經比較成熟，通常也是激光雷達業務觀測的一項主要內容。但是把類似的觀測進一步應用于區分城市氣溶膠細粒子的特性，國際上尚沒有相應的研究結果。通常來說，固態顆粒物形狀不規則，而液態顆粒物更趨近于球型，不同相態的粒子退偏振能力存在差異。結合激光雷達垂直觀測以及地面顆粒物相態儀的測量，研究組發現，激光雷達觀測的城市氣溶膠細粒子后向散射退偏振比與氣溶膠粒子的彈跳率（與相態相關）具有很好的關系，從而建立了利用氣溶膠粒子后向散射退偏振比反演氣溶膠相態的參數化方案，并在國際上首次實現了長時間實時連續的氣溶膠相態垂直廓線的探測。偏振激光雷達反演氣溶膠粒子相態概念圖 該研究成果已在線發表在美國化學學會（ACS）主辦的環境與生態領域國際頂級期刊Environmental Science & Technology Letters（2018 IF=6.934）上。大氣與海洋科學系博士研究生檀望舒為論文第一作者，通訊作者為李成才副教授。北京大學為唯一通訊作者單位。論文評審人之一對論文成果基于高度評價：“......to my knowledge, it is the first time in field studies. Particle phase states have been a hot topic because they can potentially influence the rates of gas-particle partitioning and multiphase reactions. I think this is a timely paper on this topic. The use of lidar depolarization to detect the particle phase states is novel”。

北京大學物理學院寬禁帶半導體研究中心沈波和楊學林課題組與俞大鵬、劉開輝課題組合作，成功實現了Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長，相關工作于2019年7月23日在Advanced Functional Materials上在線刊登 [doi.org/10.1002/adfm.201905056]。 GaN基寬禁帶半導體具有帶隙大、擊穿電場高、飽和電子漂移速度大等優異，能夠滿足現代電子技術對高溫、高頻、高功率等性能的要求，對國家的高技術發展和國防建設具有重要意義。由于缺乏天然的GaN單晶襯底，GaN基半導體材料和器件主要在異質襯底上外延生長。因具有大尺寸、低成本及易于集成等優點，Si襯底上外延GaN成為近年來學術界和產業界高度關注的熱點領域。 目前用于GaN外延生長的Si襯底主要是Si(111)襯底，其表面原子結構為三重排列，可為六方結構的GaN外延提供六重對稱表面。然而，Si(100)襯底是Si集成電路技術的主流襯底，獲得Si(100)襯底上GaN外延薄膜對于實現GaN器件和Si器件的集成至關重要。但Si(100)表面原子為四重對稱，外延生長時無法有效匹配；同時Si(100)表面存在二聚重構體，導致GaN面內同時存在兩種不同取向的晶疇。迄今國際上還未能實現標準Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長。圖 Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長 沈波和楊學林課題組創造性地使用單晶石墨烯作為緩沖層，在Si(100)襯底上實現了單晶GaN薄膜的外延生長，并系統研究了石墨烯上GaN外延的成核機理和外延機制。該突破不僅為GaN器件與Si器件的集成奠定了科學基礎，而且對當前國際上關注的非晶襯底上氮化物半導體外延生長和GaN基柔性器件研制具有重要的指導價值。