物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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椭球与圆球混合胶体体系的玻璃化转变
孙艳丽, 王华光, 张泽新
物理学报. 2018, 67 (10): 106401
AgNbO3压电纳米材料压-电-化学耦合研究
洪元婷, 马江平, 武峥, 应静诗, 尤慧琳, 贾艳敏
物理学报. 2018, 67 (10): 107702
脱氧核糖核酸柔性的分子动力学模拟:Amber bsc1和bsc0力场的对比研究
熊开欣, 席昆, 鲍磊, 张忠良, 谭志杰
物理学报. 2018, 67 (10): 108701
物理学报  
   物理学报--2018, 67 (10)   发布日期: 2018-05-20
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总论

一种基于压缩感知的三维导体目标电磁散射问题的快速求解方法
Compressed sensing based fast method of solving the electromagnetic scattering problems for threedimensional conductor targets

丁亚辉, 孙玉发, 朱金玉
物理学报. 2018, 67 (10): 100201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172543
全文: [PDF 488 KB] 下载:(72)
摘要

提出了一种将压缩感知和特征基函数结合的方法来计算三维导体目标的雷达散射截面.利用压缩感知理论,将随机选择的矩量法阻抗矩阵作为测量矩阵,将激励电压视为测量值,然后再用恢复算法可实现二维或二维半目标感应电流的求解.对于三维导体目标,使用Rao-Wilton-Glisson基函数表示的感应电流在常用的离散余弦变换基、小波基等稀疏基上不稀疏.为此,本文将计算出的目标特征基函数作为稀疏基,用广义正交匹配追踪算法作为恢复算法来加速恢复过程,并应用到三维导体目标的雷达散射截面计算中.数值结果证明了本文方法的准确性与高效性.

新型双通道差分偏振干涉成像系统
Novel dual channel polarization interference imaging system

王田, 牛明生, 步苗苗, 韩培高, 郝殿中, 杨敬顺, 宋连科
物理学报. 2018, 67 (10): 100701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172691
全文: [PDF 2367 KB] 下载:(38)
摘要

针对Wollaston棱镜和Savart偏光镜(SP)组合的差分成像光谱系统存在光线溢出和无法改变系统光程等问题,设计了一种新型双通道差分偏振干涉成像系统.此系统不仅可获取正交偏振图像,还可以通过调整Savart偏光镜的厚度来改变系统光程.介绍了该系统的结构、理论原理,并利用琼斯矩阵推导出四束偏振光线的复振幅及其相干光干涉强度表达式.分析了宽视场Savart偏光镜(WSP)和可调光程的Savart偏光镜(MSP)的分束特性,得出WSP相较于SP具有更好的剪切能力和WSP可优化系统光路的结论.获得了不同楔形结构角下MSP的光程差、横向剪切量随楔形移动量的变化曲线.通过实验验证,获取了不同剪切量下的干涉图像和复色光下平行、垂直分量的空间图像,进而获得了总的强度图像和差分强度图像.得出差分强度图像相较于偏振强度图像具有较高对比度的结论.研究结果对双通道成像光谱系统的性能优化具有一定的参考意义.

原子和分子物理学

基于多组态含时Hartree-Fock方法研究电子关联对于H2分子强场电离的影响
Multiconfiguration time-dependent Hartree-Fock treatment of electron correlation in strong-field ionization of H2 molecules

张斌, 赵健, 赵增秀
物理学报. 2018, 67 (10): 103301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172701
全文: [PDF 652 KB] 下载:(30)
摘要
发展了三维的处理双原子分子非微扰电子动力学的多组态含时Hartree-Fock方法,并利用该方法研究了电子关联对于H2分子强场电离概率的影响.该方法采用能够精确处理双中心库仑势的椭球坐标系,以及减小双电子积分计算量的有限元-离散变量基函数方法.利用多组态含时Hartree-Fock方法计算了H2分子随分子取向角度变化的XUV光电离结果,并通过与单组态结果的对比研究了电子关联对于单电离和双电离概率的不同影响.研究表明,电子关联对于单电离过程影响很小,而在双电离过程中则发挥了重要作用,导致了电离概率的减小.该方法为进一步研究强场物理过程中的电子关联效应奠定了基础.

采用量子含时波包方法研究H/D+Li2→LiH/LiD+Li反应
H/D + Li2 → LiH/LiD + Li reactions studied by quantum time-dependent wave packet approach

李文涛, 于文涛, 姚明海
物理学报. 2018, 67 (10): 103401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180324
全文: [PDF 684 KB] 下载:(24)
摘要

采用量子波包方法和二阶分裂算符方法对H/D+Li2→LiH/LiD+Li反应在0.01到0.4 eV的碰撞能范围内进行了动力学计算.在态分辨的理论水平上计算了反应概率、积分截面、微分截面等动力学性质并与之前的理论结果进行了比较.结果表明:由于本文的计算中包含了总角动量J在体固定坐标轴上的所有投影所得,结果更加精确;此外,当H原子被重的同位素原子D取代,反应概率、积分截面增大,然而这并没有对反应机理产生大的影响.前后对称的微分截面表明插入反应机理在反应过程中占据主导地位.

电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

卢卡斯光子筛的聚焦特性研究
Focusing properties of Lucas sieves

谢静, 张军勇, 岳阳, 张艳丽
物理学报. 2018, 67 (10): 104201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172260
全文: [PDF 883 KB] 下载:(26)
摘要

介绍了一种基于卢卡斯数编码设计的轴上四焦点光子筛,其各焦距分布与黄金分割比密切相关.实验上利用相移数字全息验证了设计器件具有轴上四焦点聚焦特性,测量结果表明:轴向焦距和横向焦斑光强分布与理论设计值一致.该振幅型光子筛具有体积小、重量轻、易加工等优点,可应用于X波段显微和生物细胞阵列成像等领域.

强散射过程中基于奇异值分解的光学传输矩阵优化方法
Transmission matrix optimization based on singular value decomposition in strong scattering process

张熙程, 方龙杰, 庞霖
物理学报. 2018, 67 (10): 104202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172688
全文: [PDF 3693 KB] 下载:(26)
摘要

通过测量散射介质的传输矩阵能够控制光在此介质中的传输,但目前没有通过优化传输矩阵(即搜索介质本征传输矩阵)来提高光传输效率的研究.通过测量介质的传输矩阵进行奇异值分解与背景滤波,初步优化了传输矩阵后,提出通过遗传算法再次优化传输矩阵,实现了进一步优化传输矩阵,提高了聚焦效率和信噪比.所提方法为可见光在生物组织中的成像提供了一种新的思路和方法.

双腔光力学系统中输出光场纠缠特性的研究
Entanglement characteristics of output optical fields in double-cavity optomechanics

张秀龙, 鲍倩倩, 杨明珠, 田雪松
物理学报. 2018, 67 (10): 104203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172467
全文: [PDF 390 KB] 下载:(16)
摘要

腔光力学系统中的光辐射压力可以使系统中的各个子系统之间产生量子纠缠,最近在腔光力学系统中的量子纠缠引起了人们广泛的关注.本文研究了双腔光力系统中关于输出光场之间纠缠的性质,发现:此系统中力学振子的弛豫速率和滤波器带宽以及非相等耦合对输出光场之间纠缠的大小有着非常显著的影响,特别是在相等耦合条件下,输出光场中心频率与光腔本征频率近共振时,滤波器带宽对输出光场纠缠有着显著的抑制作用;但是如果采用非相等耦合,则可以有效抵制滤波器带宽对纠缠的抑制作用,使输出光场纠缠得到大幅提高.研究结果可应用在光力耦合系统中实现量子态转换、量子隐形传态等量子信息处理过程.

含间隔层的增益导引-折射率反导引平面波导激光器中高阶模式抑制研究
Supperssion of higher order modes in gain-guided index-antiguided planar waveguide laser

康达, 罗斌, 闫连山, 潘炜, 邹喜华
物理学报. 2018, 67 (10): 104204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180138
全文: [PDF 887 KB] 下载:(6)
摘要

为了抑制高功率波导激光器中的高阶模式,改善其光束质量,基于增益导引-折射率反导引理论,在对称分层波导结构中添加了一层间隔层,进一步加大了高阶模式与基模之间阈值增益系数的差异,利用这种模式竞争抑制高阶模式.同时从波动方程出发,推导出各模式的本征方程,并给出了基模和高阶模的场分布.引入间隔层之后的高低阶模式损耗计算结果表明,通过合理地选择间隔层参数,可以有效地抑制高阶模式.

高速850 nm垂直腔面发射激光器的优化设计与外延生长
Optimized design and epitaxy growth of high speed 850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers

周广正, 尧舜, 于洪岩, 吕朝晨, 王青, 周天宝, 李颖, 兰天, 夏宇, 郎陆广, 程立文, 董国亮, 康联鸿, 王智勇
物理学报. 2018, 67 (10): 104205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172550
全文: [PDF 1670 KB] 下载:(58)
摘要

利用传输矩阵理论和TFCalc薄膜设计软件分析了分布布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射率谱特性,对比了从谐振腔入射与从表面入射时反射率谱的差异,为白光反射谱表征VCSEL外延片提供了依据.利用Crosslight软件模拟了InGaAs/AlGaAs应变量子阱的增益谱随温度的变化特性及VCSEL器件内部温度分布,设计了增益-腔模调谐的VCSEL.采用金属有机物化学气相淀积设备外延生长了顶发射VCSEL,制作了氧化孔径为7.5 μm的氧化限制型VCSEL器件,测试了器件的直流特性、光谱特性和眼图特性;6 mA,2.5 V偏置条件下输出光功率达5 mW,4级脉冲幅度调制传输速率达50 Gbit/s.

基于高精细度光腔锁频激光的分子吸收光谱测量
Measurement of molecular absorption spectrum with a laser locked on a high-finesse cavity

康鹏, 孙羽, 王进, 刘安雯, 胡水明
物理学报. 2018, 67 (10): 104206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172532
全文: [PDF 485 KB] 下载:(17)
摘要

利用高精细度光腔锁定激光频率,实现了对分子吸收光谱的高精度测量.光腔采用低热膨胀系数的殷钢结构设计和温度控制,实现了腔长度的稳定;通过将激光频率锁定在光腔纵模上,实现了高频率精度和高灵敏度的光腔衰荡光谱测量.利用该装置示范性地测量了二氧化碳分子在6470.42 cm-1附近的光腔衰荡光谱和色散光谱,得到了高精度的谱线参数,并和数据库谱线参数进行了对比.

基于噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术实现光纤激光器到1530.58 nm NH3亚多普勒饱和光谱的频率锁定
Frequency locking of fiber laser to 1530.58 nm NH3 sub-Doppler saturation spectrum based on noise-immune cavity-enhanced optical heterodyne molecular spectroscopy technique

贾梦源, 赵刚, 周月婷, 刘建鑫, 郭松杰, 吴永前, 马维光, 张雷, 董磊, 尹王保, 肖连团, 贾锁堂
物理学报. 2018, 67 (10): 104207      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172541
全文: [PDF 2504 KB] 下载:(13)
摘要
噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)由于结合了频率调制光谱与腔增强光谱两种技术,不仅可以将激光耦合到高精细度谐振腔大幅提高腔内功率,还可以实现低气压样品气体的高灵敏测量,因此基于该技术可以实现分子吸收线的饱和,获得亚多普勒光谱,从而能作为激光频率锁定的参考.本文基于光纤激光器的NICE-OHMS技术,将光纤激光器频率锁定到NH3的亚多普勒吸收线上.首先分析了基于Pound-Drever-Hall和DeVoe-Brewer技术实现激光到腔模和调制频率到腔自由光谱区频率锁定的性能,之后在腔内气压为70 mTorr条件下,测量了半高全宽为2.05 MHz的NH3亚多普勒信号,最后将1.53 μm的光纤激光器频率锁定到该亚多普勒吸收线上,相对频率偏差为16.3 kHz,阿伦方差结果显示,136 s积分时间下频率稳定度达到1.6×10-12.

基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统
Optimized linear wavenumber spectrometer based spectral-domain optical coherence tomography system

吴彤, 孙帅帅, 王绪晖, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉, 刘友文
物理学报. 2018, 67 (10): 104208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172606
全文: [PDF 1622 KB] 下载:(9)
摘要
相比传统光谱仪,基于线性波数光谱仪的谱域光学相干层析(OCT)无需对非线性波数干涉光谱数据进行重采样和插值,可大大减少数据计算量并提高成像灵敏度.通过模拟计算干涉光谱信号和点扩散函数,以点扩散函数半峰全宽值的倒数作为评价准则,可以优化包括色散棱镜材料的折射率、顶角角度以及衍射光栅和色散棱镜之间旋转角角度的线性波数光谱仪的结构参数.根据优化结果,实验中选用F2玻璃等边色散棱镜,以光栅-棱镜间旋转角角度为21.8°搭建了最优化线性波数光谱仪,并引入谱域OCT成像系统.实验测得成像系统的轴向分辨率达到8.52 μm,灵敏度达到91 dB,6 dB成像深度达到1.2 mm.结合具有通用并行计算能力的图形处理卡,在无需重采样和插值的情况下可实时处理和显示人手指指甲皮肤接缝处的横断面OCT图像,验证了基于最优化线性波数光谱仪的谱域OCT系统的成像性能.

基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析
Principle analysis of snapshot Mueller matrix imaging polarimeter using birefringent crystal

曹奇志, 元昌安, 胡宝清, 任文艺, 赵银军, 张晶, 李建映, 邓婷, Mingwu Jin
物理学报. 2018, 67 (10): 104209      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172604
全文: [PDF 4356 KB] 下载:(20)
摘要
针对传统穆勒矩阵成像测偏仪包含活动部件,需进行多次测量,容易产生测量误差,不能对运动目标或动态场景进行同时、实时测量等问题,提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心分光器件的快拍Mueller矩阵成像测偏技术(MSP-SMMIP).它不含任何活动部件,能通过单次快拍测量获取目标强度图像和全部16个穆勒矩阵阵元图像.它主要由偏振态产生和偏振态分析两部分组成,偏振干涉条纹通过偏振态产生光路后定位于测试样品上,随后这些条纹通过空间载频将样品的Mueller矩阵分量编码,经偏振态分析光路成像于焦平面上.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明了光场偏振态被MSP-SMMIP调制的过程,给出了其像面干涉图表达式,讨论了Mueller矩阵反演和系统定标的方法.基于CCD相机参数分析了系统的光学指标.通过数值模拟实验给出模拟测量结果,通过定性和定量评价测量结果表明该系统的可行性.MSP-SMMIP技术具有稳态、快拍、结构简洁、易定标、可同时实时获取目标强度图像和全部Mueller矩阵阵元图像的显著特点.

稠密颗粒射流倾斜撞击颗粒膜特征
Characteristics of granular sheet of dense granular jet oblique impact

王悦, 李伟锋, 施浙杭, 刘海峰, 王辅臣
物理学报. 2018, 67 (10): 104501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172092
全文: [PDF 2684 KB] 下载:(17)
摘要
采用高速摄像仪对稠密颗粒射流倾斜撞击形成的类液体颗粒膜特征进行实验研究,考察了颗粒粒径、射流速度以及射流含固率等因素对颗粒膜形态及动态特征的影响.结果表明:随着颗粒粒径增大,稠密颗粒倾斜撞击流由颗粒膜向散射模式转变;随着射流速度增加,气固不稳定增强,射流流量出现脉动,正面与侧面分别表现为颗粒膜的非轴对称振荡和表面波纹结构;颗粒膜非轴对称振荡的振荡频率和振荡幅度随射流速度的增大而增大;表面波纹速度和波长沿传播方向增大,波纹间存在叠加现象.颗粒膜出现非轴对称振荡主要是因为喷嘴出口由气固不稳定性引起的射流流量脉动,射流流量脉动频率与撞击面振荡频率基本相当.

玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为研究
Elastic behavior of glass-rubber mixed particles system

赵子渊, 李昱君, 王富帅, 张祺, 厚美瑛, 李文辉, 马钢
物理学报. 2018, 67 (10): 104502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172772
全文: [PDF 731 KB] 下载:(21)
摘要
废旧橡胶制品颗粒与砂土颗粒混合物作为建筑填充材料具有环保、轻质、减震效果好等特点.软硬组分的混合比例可以调制体系力学性能从而实现兼顾材料柔韧性与强度的需求,但细观层面上材料性能改变的原因尚不明确.本文主要研究玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为及其微观机制.利用飞行时间法测量混合材料等效动弹性模量,发现随着橡胶颗粒增加,体系逐渐从类玻璃刚性行为转变为类橡胶柔性行为.离散元模拟结果与实验结果类似.此外,模拟显示低橡胶颗粒占比样品内主要由玻璃颗粒构成主力链结构,而橡胶颗粒基本不参与强力链的构成.当橡胶颗粒占比较大时,玻璃颗粒和橡胶颗粒共同构成主力链网络结构,但颗粒间法向接触力分布相对更为均匀,可视为玻璃颗粒悬浮于橡胶颗粒中.基于上述结果,提出了改进的等效介质理论,用于描述混合颗粒体系的弹性行为.研究认为:橡胶颗粒占比较小时内部颗粒的变形相对均匀,材料近似满足等应变假设,视为并联弹簧模型;橡胶颗粒占比较大时混合材料近似满足等应力假设,视为串联弹簧模型.两种模型得到的结果与模拟结果一致.上述结果有利于从微观角度揭示混合颗粒材料弹性行为的变化机制.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

椭球与圆球混合胶体体系的玻璃化转变 Hot!
Glass transition in binary mixture of colloidal ellipsoids and spheres

孙艳丽, 王华光, 张泽新
物理学报. 2018, 67 (10): 106401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180264
全文: [PDF 1546 KB] 下载:(26)
摘要

以椭球与圆球混合的胶体体系为研究对象,通过增加体系的面积分数,从实验上研究了混合体系发生玻璃化转变过程中结构和动力学行为的演变规律.在结构方面,通过计算和分析径向分布函数、泰森多边形以及取向序参量,发现椭球可以有效地抑制圆球结晶,整个体系在结构上始终保持无序.在动力学方面,通过计算体系的均方位移和自散射函数,发现随着面积分数的增加,体系的动力学明显变慢,弛豫时间在接近模耦合理论预测的玻璃化转变点快速增大并发散.通过考察快速粒子参与的协同重排行为,发现协同重排区域形状、大小和位置都与椭球的存在密切关联.

高温金属熔体黏度突变探索
Abnormal viscosity changes in high-temperature metallic melts

商继祥, 赵云波, 胡丽娜
物理学报. 2018, 67 (10): 106402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172721
全文: [PDF 1735 KB] 下载:(15)
摘要
高温金属熔体的黏度是衡量液态金属动力学性质的一个重要指标,是高温金属熔体的基本物理性能之一.熔体的黏度在表征脆性系数、金属玻璃形成能力的大小和液-液相变现象方面起关键性作用.本文在介绍高温金属熔体黏度测量方法的基础上,综合评述了单质、二元和多元合金黏度随温度的变化规律和黏度突变特征,分析了黏度突变研究的物理意义,并指出高温金属熔体黏度今后研究的发展方向.

有机阳离子对卤素钙钛矿太阳能电池性能的影响
Effects of organic cations on performance of halide perovskite solar cell

张翱, 陈云琳, 闫君, 张春秀
物理学报. 2018, 67 (10): 106701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180236
全文: [PDF 3178 KB] 下载:(75)
摘要

采用第一性原理计算了CH3NH3PbI3中有机部分CH3NH3+和CH3NH3的静电特性.结果表明:CH3NH3+具有强的亲电特性,CH3NH3的CH3-端具有弱亲电性,而NH3-端具有弱亲核性.发现在CH3NH3PbI3中CH3NH3+之间强静电排斥作用在相变中起着重要的作用,且在室温条件下CH3NH3+在无机笼中具备活性和无序的特性,使得TiO2/CH3NH3PbI3异质结中n型TiO2的电子通过界面扩散到CH3NH3PbI3材料,并与CH3NH3+结合形成CH3NH3,CH3NH3的静电特性导致在内建电场作用下更容易取向,取向的CH3NH3周围形成的静电场会变得更弱和更加均匀.这对无机框架上载流子的产生和传输更加有利,这样的异质结比传统的pn结具有更大优势.这是CH3NH3PbI3太阳能电池高的光电转换效率的重要原因.

凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼电子结构及其自旋/谷输运性质
Electronic structure and spin/valley transport properties of monolayer MoS2 under the irradiation of the off-resonant circularly polarized light

张新成, 廖文虎, 左敏
物理学报. 2018, 67 (10): 107101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180213
全文: [PDF 436 KB] 下载:(22)
摘要
基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型和久保线性响应理论,研究了外部非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼(MoS2)电子结构及其自旋/谷输运性质.研究结果表明:单层MoS2布里渊区K谷和K'谷附近自旋依赖子带间的能隙随着非共振右旋圆偏振光引起的有效耦合能分别线性增大和先减小后增大,随着非共振左旋圆偏振光引起的有效耦合能分别先减小后增大和线性增大,实现了系统能带结构有趣的半导体-半金属-半导体转变.此外,单层MoS2在外部非共振圆偏振光作用下,呈现有趣的量子化横向霍尔电导和自旋/谷霍尔电导,自旋极化率在非共振右/左旋圆偏振光有效耦合能±0.79 eV附近达到最大并发生由正到负或由负到正的急剧转变,谷极化率随着非共振圆偏振光有效耦合能先增大后减小并在其绝对值0.79–0.87 eV范围内达到100%.因而,可以利用外部非共振圆偏振光将单层MoS2调制成自旋/谷以及光电特性优异的新带隙材料.

Fe掺杂GaN光电特性的第一性原理研究
First-principles study on the optical properties of Fe-doped GaN

贾婉丽, 周淼, 王馨梅, 纪卫莉
物理学报. 2018, 67 (10): 107102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172290
全文: [PDF 838 KB] 下载:(19)
摘要
基于密度泛函理论体系,计算了本征GaN材料和12.5%的Fe掺杂GaN体系的光电特性,分析了晶体结构、能带结构和电子态分布、介电函数、吸收系数、折射率、反射率、能量损失谱和消光系数,从理论上讨论了掺杂对体系光电特性的影响.计算所得理想GaN的禁带宽度为3.41 eV,Fe的重掺杂体系明显变窄,为3.06 eV,但仍为直接带隙半导体.本征GaN材料与Fe掺杂GaN体系的静态介电常数为5.74和6.20,折射率为2.39和2.48,能量损失最大值在20.02 eV和18.96 eV,最大吸收系数能量均在13.80 eV左右.计算结果为Fe掺杂GaN高压光电导开关材料及器件的进一步研究提供了有力的理论依据和实验支持.

各Li吸附组分下硅烯氢存储性能的第一性原理研究
First-principles study of hydrogen storage properties of silicene under different Li adsorption components

盛喆, 戴显英, 苗东铭, 吴淑静, 赵天龙, 郝跃
物理学报. 2018, 67 (10): 107103      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172720
全文: [PDF 645 KB] 下载:(10)
摘要
利用Li原子对硅烯进行表面修饰是提高硅烯氢存储能力的一种有效方法.为了充分挖掘Li修饰硅烯的氢存储性能,本文采用范德瓦耳斯作用修正的第一性原理计算方法,对不同Li吸附组分下硅烯的结构、稳定性和氢存储能力进行了研究.研究结果表明,硅烯体系能够在Li组分从0.11增加到0.50时保持稳定,其最大储氢量随Li组分的增加而增大,氢气平均吸附能则存在减小趋势;当Li组分达到0.50而饱和时,硅烯体系具有最大的储氢量,相应的质量储氢密度为11.46 wt%,平均吸附能为0.34 eV/H2,远高于美国能源部设定的储氢标准,表明提高Li组分甚至使其达到饱和在理论上能有效提高Li修饰硅烯的储氢性能.此外,通过对Mulliken电荷布居、差分电荷密度和态密度的分析,发现Li修饰硅烯的储氢机制与电荷转移诱导的静电相互作用和轨道杂化作用有关.研究结果可为Li修饰硅烯在未来氢存储领域的应用提供理论指导.

基于塔姆激元-表面等离极化激元混合模式的单缝加凹槽纳米结构的增强透射
Enhanced optical transmission by exciting hybrid states of Tamm and surface plasmon polaritons in single slit with multi-pair groove nanostructure

祁云平, 周培阳, 张雪伟, 严春满, 王向贤
物理学报. 2018, 67 (10): 107104      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180117
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摘要
金属单缝纳米结构因为结构简单、易于集成,常用在基于表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的纳米结构中构建光源.但是,金属亚波长单缝结构一直存在透射率低的问题,如何提高其透射率一直是研究的重点.为了更好地提高金属亚波长单缝的透射率,本文对之前文献提出的分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector,DBR)和金属银薄膜纳米缝结构进行改进,在金属银薄膜两侧设计凹槽.当TM偏振光由DBR侧入射至DBR-银纳米缝结构时,DBR-银膜界面上和银膜入射侧凹槽一起激发的塔姆激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)和SPPs,以及纳米缝和银膜出射侧凹槽对的SPPs同时激发,利用凹槽激发的SPPs和银膜表面处的TPPs-SPPs混合模式的干涉相长耦合作用,通过塔姆激元的局域场增强效应和两侧凹槽与单纳米缝的干涉相长耦合作用进一步提高了表面等离极化激元模式的激发效率,再加上纳米缝中的类法布里-珀罗腔共振效应,使纳米缝的透射率得到增强.本文采用有限元方法研究了DBR-银纳米缝结构上单纳米缝加凹槽的透射特性.经过一系列参数优化,使DBR-银纳米缝凹槽结构的最大透射率增加到0.22,相对于TiO2-银纳米缝结构的透射率(0.01)提高了22倍,比文献[23]得到的最大透射率0.166有所提高.研究结果在纳米光源设计、光子集成电路和光学信号传输等相关领域具有一定的应用价值.

氧化锌掺钡的电子结构及其铁电性能研究
Electronic structures and ferroelectric properties of Ba-doped ZnO

徐佳楠, 陈焕铭, 潘凤春, 林雪玲, 马治, 陈治鹏
物理学报. 2018, 67 (10): 107701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172263
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摘要
运用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了不同原子百分比含量的Ba掺杂ZnO半导体体材料超晶胞的能带结构、电子态密度、极化率和相对介电值.计算结果表明:Ba掺杂的ZnO体系为直接带隙半导体材料,其禁带宽度随着Ba原子掺杂百分比的增加呈现出逐渐增大的趋势.体系铁电性能的计算表明:与纯ZnO相比,ZnO掺入Ba原子后的极化率与相对介电值发生了较为明显的变化,其极化率随着Ba原子掺杂百分比的增加而增大,相对介电值随着Ba原子掺杂百分比的增加而减小.对角化后的极化率分量的数值结果表明:在电场作用下超胞中可能存在微畴结构,并且由于畴间电偶极矩的强相互作用,使得超胞宏观上表现为几乎具有各向同性的极化率特征.

AgNbO3压电纳米材料压-电-化学耦合研究 Hot!
Piezo-electrochemical coupling of AgNbO3 piezoelectric nanomaterials

洪元婷, 马江平, 武峥, 应静诗, 尤慧琳, 贾艳敏
物理学报. 2018, 67 (10): 107702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180287
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摘要

采用水热法合成了AgNbO3压电纳米材料,表征了其压-电-化学耦合用于机械催化的物理机理.该耦合是压电效应和电化学氧化还原效应的乘积效应.经历60 min的机械振动后,AgNbO3纳米材料机械催化振动降解罗丹明B(~5 mg/L)的降解率达70%以上.压-电-化学耦合效应的中间产物––强氧化的羟基自由基也被检测到,这表明压-电-化学耦合效应在实现机械催化过程中的关键作用.经过5次回收再利用,AgNbO3纳米材料的机械催化活性无明显降低.AgNbO3压电纳米材料具有高的压-电-化学耦合、高的机械催化降解率、可多次重复使用等优点,在振动降解有机染料方面具有重要的应用前景.

极化控制的双波段宽带红外吸收器研究
Polarization-controlled dual-band broadband infrared absorber

杨鹏, 韩天成
物理学报. 2018, 67 (10): 107801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172716
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摘要
红外吸收器在红外隐身、辐射制冷、红外探测、传感器等方面有重要的应用前景.一维光栅型吸收器由于其结构简单、易于加工的优势备受关注,然而其不足之处是频带很窄,且只对一种极化有效.本文提出了一种基于简单一维周期结构的双波段宽带吸收器,对横磁波和横电波都有效,且吸波频段随入射波的极化方式而改变.该结构的基本单元由八个梯度排列的子单元构成,每个子单元由两层金属-介质双层膜垂直层叠组成.全波仿真结果表明,在1.68–2 μm波段,该结构对横磁波吸收超过90%,而对横电波吸收很小(小于6%);在3.8–3.9 μm波段,该结构对横电波吸收超过90%,而对横磁波吸收很小(小于5%).另外,该结构具有宽角度吸收特性,当入射角增大到60°时仍然能够保持较高的吸收率和较宽的吸收频带.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

基于涂覆石墨烯的三根电介质纳米线的THz波导的模式特性分析
Modes characteristics analysis of THz waveguides based on three graphene-coated dielectric nanowires

卫壮志, 薛文瑞, 彭艳玲, 程鑫, 李昌勇
物理学报. 2018, 67 (10): 108101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180036
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摘要
研究了一种基于涂覆石墨烯的三根电介质纳米线的THz波导,采用多极方法对这种波导所支持的5种低阶模的有效折射率的实部和传播长度进行了解析分析.结果表明,通过改变工作频率、中间纳米线半径、纳米线之间的间距以及石墨烯的费米能,可以有效地调节波导的模式特性.当工作频率从30 THz增加到40 THz时,这些模式的有效折射率的实部增大,传播长度减小,并且在变化的过程中会出现交叉现象.当中间纳米线的半径从25 nm增加到75 nm时,除了模式3和模式4基本不受影响,其他模式有效折射率的实部增大,传播长度变化各不相同.当纳米线之间的间距从10 nm增加到50 nm时,除了模式3和模式4基本不受影响,其他模式有效折射率的实部减小,传播长度增大,并且在变化的过程中会出现交叉现象.当石墨烯的费米能从0.4 eV增加到1.2 eV时,有效折射率的实部减小,传播长度增大.计算表明,多极法得到的结果与有限元方法得到的结果完全一致.本研究可以为基于涂覆石墨烯的电介质纳米线的THz波导的设计、制作和应用提供理论基础.

用于精密测量玻尔兹曼常数的量子电压噪声源芯片研制
Development of quantum voltage noise source chip for precision measurement of Boltzmann constant

王兰若, 钟源, 李劲劲, 屈继峰, 钟青, 曹文会, 王雪深, 周志强, 付凯, 石勇
物理学报. 2018, 67 (10): 108501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172643
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摘要
量子噪声温度计系统可通过比较导体中电子运动的热噪声和量子电压参考噪声精密测量玻尔兹曼常数,其中量子电压噪声源所合成的量子电压参考噪声由一组超导约瑟夫森结阵产生.本文详细介绍了基于Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森结的量子电压噪声源芯片的设计、制备及测试;采用脉冲驱动模式,合成了具有量子精度的100 kHz交流量子电压信号.结果表明:本文所研制的噪声温度计核心芯片已具备了合成交流电压的功能,可为后续玻尔兹曼常数精密定值、重新定义及复现热力学温度研究提供核心器件.

脱氧核糖核酸柔性的分子动力学模拟:Amber bsc1和bsc0力场的对比研究 Hot!
Molecular dynamics simulations on DNA flexibility: a comparative study of Amber bsc1 and bsc0 force fields

熊开欣, 席昆, 鲍磊, 张忠良, 谭志杰
物理学报. 2018, 67 (10): 108701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180326
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摘要

脱氧核糖核酸(DNA)的结构柔性对DNA生物功能的实现具有重要作用,全原子分子动力学模拟是一种研究DNA结构柔性的重要方法.DNA的分子动力学力场在Amber bsc0基础上有了进一步的发展,即Amber bsc1.本文采用基于最新bsc1力场和先前bsc0力场的分子动力学模拟对DNA的宏观柔性和微观柔性进行对比研究,发现力场的改进对DNA宏观柔性参量的预测有一定改善,即所预测的拉伸模量和扭转-伸缩耦合比与实验值更为接近,而弯曲持久长度和扭转持久长度两种力场结果皆与实验值一致.微观分析发现,除了滑移量稍变大,bsc1力场得到的微观结构参量如扭转角和倾斜角与实验值更为接近,且新力场下DNA宏观柔性的改善与DNA的微观结构参量及其涨落紧密相关.

基于图像内容视觉感知的图像质量客观评价方法
Objective assessment method of image quality based on visual perception of image content

姚军财, 刘贵忠
物理学报. 2018, 67 (10): 108702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180168
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摘要
图像质量客观评价在图像和视频传输、编解码以及服务质量中起着非常重要的作用.然而现有的方法往往没有考虑图像内容特征及其视觉感知,使得其质量客观评价与主观感知结果存在一定的差距.基于此,本文结合图像内容的复杂性特征和人眼的掩蔽特性、对比敏感度特性以及亮度感知的非线性特性,提出了一种基于人眼对图像内容感知的图像质量客观评价方法.该方法首先结合亮度感知的非线性模型将图像进行转换,得到人眼感知强度图;再分别以人眼对比敏感度值和图像局部平均对比度值作为权重因子对强度求和,以求和的数据信息作为人眼感知图像的内容,并构建图像感知模型;最后以此模型分别模拟人眼感知参考图像和失真图像,并计算二者的强度差,以强度差为评价分数的基础构建图像质量客观评价模型.采用LIVE,TID2008和CSIQ三个数据库中的共47幅参考图像和1549幅测试图像进行仿真实验,且与SSIM,VSNR,FSIM和PSNRHVS等典型的图像质量客观评价模型进行对比分析,同时探讨影响图像质量评价的因素.结果表明:所提方法的评价分数与主观评价分数的Pearson线性相关性系数和Spearman秩相关系数值比SSIM的评价结果均有一定程度的提高,提高幅度分别平均为9.5402%和3.2852%,比PSNRHVS和VSNR提高幅度更大.综合以上表明:所提方法是一种有效可行的图像质量客观评价方法;同时,在图像质量客观评价中,考虑人眼对图像内容的感知和复杂度的分析有助于提高图像质量主客观评价的一致性,评价精度可得到进一步的提高.

基于棱镜二次聚光的高倍聚光模组聚光特性与三结电池光谱响应匹配与优化
Concentrating characteristics of Fresnel lens with prism secondary concentrator and optimization of high concentrating photovoltaic module with triple-junction cell

郭银, 舒碧芬, 汪婧, 杨晴川, 江景祥, 黄妍, 周正龙
物理学报. 2018, 67 (10): 108801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172778
全文: [PDF 2737 KB] 下载:(9)
摘要
目前Ⅲ-V多结高倍聚光(HCPV)太阳电池实验室效率记录已高达46%,而相对应的模组效率与之相差仍较大,其中由于模组中聚光非理想性引起的损失就高达20%.本文通过建立光学模型和非均匀光照的三维电池电路网络模型,以Ⅲ-V族三结电池为例,研究了菲涅耳透镜一次聚光、棱镜二次聚光的HCPV模组的聚光特性和光电特性.结果发现:由于光线非平行入射和菲涅耳透镜的色散现象,使得沿光轴方向短、中、长波段聚光发散及聚光不均匀,从而造成了三结电池的上、中、下各子电池光谱响应失配损失,模组光电转换性能下降;进一步,通过采用棱镜二次聚光,能较好地改善聚光和温度均匀性;通过对光轴方向上短、中、长波段的聚光特性与三结电池光谱响应匹配优化,使得模组输出功率提高10%以上.模拟结果已得到实验验证.

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