近日，我校第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛终审决赛落下帷幕，共评选出特等奖作品8件，一等奖作品10件，二等奖作品15件，三等奖作品20件，优秀奖作品20件。为更好展示学生创新创业优秀成果，提升校园科技文化氛围，现将本届“挑战杯”优秀作品予以展示。

自然科学类特等奖作品

1.自旋模型中的拓扑边界效应和多体局域化

本项目通过计算XXZ模型中的量子纠缠、量子失协以及中心自旋模型中的量子相干等量子资源随着外场和时间的演化来研究自旋模型对量子资源的保护作用。

对于XXZ模型，不同边界条件主要影响的是边界自旋而非其他自旋的两体量子关联。拓扑边界自旋可以保护量子纠缠和量子失协抵抗强磁场，而周期边界自旋可以保护它们抵抗非均匀磁场。与周期XXZ模型相比，拓扑XXZ模型的临界温度有显著提高。除此之外，拓扑XXZ模型还可以通过增强磁场强度来提高其临界温度，这对周期XXZ模型来说是不可行的。因此，利用拓扑XXZ模型在高温环境中制备纠缠态是可能的。

对于中心自旋模型，本项目主要研究了无序场中的XXZ各向异性中心自旋模型的动力学演化并且用数值的方法分析了无序强度对系统在经历了足够长时间以后达到稳态时的纠缠熵，关联函数和保真度的影响，揭示出从ETH相向MBL相的转变是相互作用和无序相互竞争所引起的。此外，我们发现库自旋完全极化的中心自旋模型虽然有一定的抵抗退相干的能力，但是我们总能通过外加一个无序场使得这个能力增强，进一步保护中心自旋的相干性,使其不被外界环境所影响。

拓扑与周期边界条件

不同边界条件下的两体量子纠缠

无序场下中心自旋与库自旋间的纠缠性质

无序场下中心自旋的极化

2.泡沫镍原位生长球状MnO2纳米片及其超电容性能研究

随着全球经济的迅速发展，化石能源的快速消耗和环境污染的日益加剧，人类对可持续和可再生能源的需求日益增加，这激发了科研人员对高效清洁的能量转换和储存器件的研究。超级电容器是一种充放电速率高、功率密度高和使用寿命长的储能器件。二氧化锰以其理论容量高、环境友好、自然储量丰富、价格低廉等优势成为最具应用潜力的超电容电极材料。

本项目介绍了一种无粘结剂Ni/MnO2电极的合成途径，借助溶剂热法将层状纳米MnO2固定在泡沫镍所支撑的框架上，再通过优化MnO2在泡沫镍上的质量负载和纳米结构形态，得到了较为理想的Ni/MnO2电极。这种层状纳米片结构可以改善电极与电解质的有效接触表面积，泡沫镍框架可以有效提高电子传导率，进而提高了电极的比电容和倍率性能。实验结果表明：该电极具有大比电容和优异的倍率能力。在1 mA cm-2的电流密度下，其面积比电容为2.31 F cm-2；在20 mA cm-2的高电流密度下，其面积比电容为1.48 F cm-2。在前述工作的基础上，基于该电极的超级电容器具有优异的电化学性能：电容能量密度高达160.1 mWh cm-2；9000个周期寿命循环后，比电容保持率为86.8％。

电极SEM图谱

电极CVGCD曲线图

电极EIS测试

电极XRD图谱