物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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Sr掺杂对La1-xSrxMnO3/LaAlO3/SrTiO3界面电子结构的影响
阮璐风, 王磊, 孙得彦
物理学报. 2017, 66 (18): 187301
深紫外激光光发射与热发射电子显微镜在热扩散阴极研究中的应用
任峰, 阴生毅, 卢志鹏, 李阳, 王宇, 张申金, 杨峰, 卫东
物理学报. 2017, 66 (18): 187901
掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算
万亚州, 高明, 李勇, 郭海波, 李拥华, 徐飞, 马忠权
物理学报. 2017, 66 (18): 188802
物理学报  
   物理学报--2017, 66 (18)   发布日期: 2017-09-20
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总论

改进的单次散射相函数解析表达式
Modified analytic expression for the single-scattering phase function

程晨, 史泽林, 崔生成, 徐青山
物理学报. 2017, 66 (18): 180201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180201
全文: [PDF 682 KB] 下载:(57)
摘要

单次散射相函数对电磁辐射传输模拟过程的准确性和计算效率有重要的影响.基于电磁散射与辐射传输中的基本理论,对单次散射相函数的解析表达式进行了研究,提出了一种新的单次散射相函数解析表达式.比较了单个粒子的Henyey-Greenstein相函数、Henyey-Greenstein*相函数与新的相函数随角度的分布,发现新的散射相函数提高了后向散射峰值,可以更合理地描述单个粒子的散射特性.按三种气溶胶粒子谱分布模式计算了Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数对应的数值结果,并与多分散系Mie散射相函数进行对比,发现新的相函数提高了与多分散系Mie散射相函数的符合程度.研究表明,对于大角度(大于90°)后向散射,新的相函数与Mie散射相函数均方根差较小的占73.3%,高于Henyey-Greenstein*相函数的26.7%,证明了新的相函数可以显著提高后向散射峰值.新的相函数对准确模拟辐射传输过程具有重要意义.

分块稀疏信号1-bit压缩感知重建方法
One-bit compressed sensing reconstruction for block sparse signals

丰卉, 孙彪, 马书根
物理学报. 2017, 66 (18): 180202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180202
全文: [PDF 446 KB] 下载:(33)
摘要

1-bit压缩感知理论指出:对稀疏信号进行少量线性投影并对投影信号进行1-bit量化,该1-bit信号包含足够的信息,从而能对原始信号进行高精度重建.然而,当信号难以进行稀疏表达时,传统1-bit压缩感知算法无法精确重建原始信号.前期研究表明,分块稀疏模型作为一种特殊的结构型稀疏模型,对于难以用传统稀疏模型进行表达的信号具有较好的表达作用.本文提出了一种针对分块稀疏信号的1-bit压缩感知重建方法,该方法利用分块稀疏的统计特性对信号进行数学建模,通过变分贝叶斯推断方法进行信号重建并在光电容积脉搏波(photoplethysmography)信号上进行了实验验证.实验结果表明,与现有1-bit压缩感知重建方法相比,本文方法重建精度更高,且收敛速度更快.

零行列式策略在雪堆博弈中的演化
Evolution of zero-determinant strategy in iterated snowdrift game

王俊芳, 郭进利, 刘瀚, 沈爱忠
物理学报. 2017, 66 (18): 180203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180203
全文: [PDF 416 KB] 下载:(37)
摘要

零行列式策略不仅可以单方面设置对手收益,而且可以对双方的收益施加一个线性关系,从而达到敲诈对手的目的.本文针对零行列式策略博弈前期与稳态期的收益存在偏差,基于Markov链理论给出零行列式策略与全合作策略博弈的瞬态分布、瞬态收益及达到稳态所需时间.发现在小的敲诈因子下,敲诈者前期收益高于稳态期收益,敲诈因子较大时,情况截然相反,并且敲诈因子越大,越不利于双方合作,达到稳态也越慢.这为现实生活中频繁更新策略的博弈提供了一种计算实时收益的方法.此外针对敲诈策略与进化人的博弈,论证了双方均背叛状态下,进化人下次博弈时一定进化为全合作策略.通过对所有状态下策略更新过程仿真,发现进化人在四种情况下的进化速度有显著差异,并最终演化为全合作策略,表明零行列式策略是合作产生的催化剂.

超高斯光束抽运调Q固体激光器仿真模型研究
Simulation model of super Gaussian beam pumped Q-switched solid-state laser

程秋虎, 王石语, 过振, 蔡德芳, 李兵斌
物理学报. 2017, 66 (18): 180204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180204
全文: [PDF 486 KB] 下载:(30)
摘要

仿真计算一直是研究激光器的重要手段,而激光理论是仿真计算的基础.虽然半经典激光理论能够精确地描述激光的产生过程,但是其复杂性导致仿真需要庞大的计算资源和计算时间.为了能够更加高效地对激光器进行仿真,提出了一种调Q固体激光器的仿真模型.基于此模型,研究了影响主动调Q激光产生过程的因素.这些因素包括抽运功率、抽运光分布和模式竞争.仿真计算结果与对照实验测量数据相符合,说明了模型的有效性.

时域混合算法在一维海面与舰船目标复合电磁散射中的应用
Composite electromagnetic scattering from a ship located on one-dimensional sea surface with time-domain hybrid method

王强, 郭立新
物理学报. 2017, 66 (18): 180301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180301
全文: [PDF 690 KB] 下载:(17)
摘要
采用时域积分方程(TDIE)与时域基尔霍夫近似(TDKA)的混合算法研究粗糙海面与舰船目标的复合瞬态电磁散射.该方法将舰船目标及其近邻海面划分为TDIE区域,用TDIE方法精确求解;将剩余电大尺寸的粗糙海面划分为TDKA区域,采用高效的TDKA电流近似求解.通过混合算法和传统TDIE算法结果的对比,表明TDIE-TDKA混合算法能保证计算的精度,同时具有较高的计算效率.最后,讨论了海面上方有无目标、海面上方风速、电磁脉冲入射角、舰船目标尺寸、吃水深度对后向散射磁场的影响.

横场中具有周期性各向异性的一维XY模型的量子相变
Quantum phase transitions of one-dimensional period-two anisotropic XY models in a transverse field

宋加丽, 钟鸣, 童培庆
物理学报. 2017, 66 (18): 180302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180302
全文: [PDF 564 KB] 下载:(11)
摘要

通过解析和数值计算的方法研究了横场中具有周期性各向异性的一维XY自旋模型的量子相变和量子纠缠.主要讨论了周期为二的情况,即各向异性参数交替地取比值为α的两个值.结果表明,与横场中均匀XY模型相比,α=-1所对应的模型在参数空间的相图存在着明显的不同.原来的Ising相变仍然存在,没有了沿xy方向的各向异性铁磁(FMx,FMy)相,即各向异性相变消失,出现了一个新的相,并且该相内沿xy方向的长程关联函数相等且大于零,我们称新相为各向同性铁磁(FMxx)相.这是由于系统新的对称性所导致的.解析结果还说明系统在FMxx相中的单粒子能谱有两个零点,是一个无能隙的相.最后,利用冯·诺依曼熵数值地研究了系统在新相内各点的量子纠缠,发现该相内每一点的冯·诺依曼熵的标度行为与均匀XY模型在各向异性相变处的相似,即SL~1/3log2 L+Const.

基于cluster态的信道容量可控的可控量子安全直接通信方案
Cluster state based controlled quantum secure direct communication protocol with controllable channel capacity

郑晓毅, 龙银香
物理学报. 2017, 66 (18): 180303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180303
全文: [PDF 371 KB] 下载:(14)
摘要
提出了一种基于五粒子cluster态的信道容量可控的可控量子安全直接通信方案.通信三方利用五粒子cluster态自身的粒子分布情况,结合诱骗光子,对粒子分别做Z基单粒子测量和Bell基测量,便可完成信道的第一次安全性检测.通信控制方Cindy通过对手中的粒子序列随机选用测量基(Z基或者X基)测量来决定信道容量,并通过经典信道公布结果.发送方Alice将要发送的信息以及校检信息用于对手中的粒子序列进行幺正操作编码,并插入诱骗光子后将编码后的粒子序列发给接收方Bob并通过经典信道告知其诱骗光子的位置信息.Bob接收到粒子序列后,按照经典信道Alice发送的信息,结合Cindy公布的信息,剔除诱骗光子后按照一定的规则对手中的两组粒子序列进行Bell基测量,便可解码完成第二次安全性检测以及得到Alice发送的信息.通过对五粒子cluster态的纠缠结构性质进行分析,阐明了五粒子cluster态在该方案中所表现出的特点的物理缘由.结果表明,只需变化测量基的规则和用于编码的粒子,可以将该方案推广成可控双向量子安全直接通信.

基于谐振环的太赫兹宽带偏振转换器件研究
A broadband polarization converter based on resonant ring in terahertz region

付亚男, 张新群, 赵国忠, 李永花, 于佳怡
物理学报. 2017, 66 (18): 180701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.180701
全文: [PDF 939 KB] 下载:(23)
摘要
提出了一个基于谐振环结构的宽带且高效的太赫兹线偏振转换器.该结构由金属-电介质-金属三层构成,位于顶层的是基于开口谐振环的超表面,中间为介质层,底部为金属板.实验结果表明,该结构可以在0.59–1.24 THz频率范围内将线偏振的太赫兹波偏振方向旋转90°,转换率超过80%.通过计算该结构在所研究的频率范围内反射光的偏振角和椭圆角,证实了该结构可以在较宽的频率范围内实现高效的线偏振转换.对该结构在偏振转换率高的频率下表面电流和电场进行仿真,分析了高偏振转换率和宽带的机理.同时,研究了该结构的偏振转换率对入射角以及偏振角的依赖性,结果表明该结构在0°–30°入射角范围内、-10°–10°偏振角范围内均有很好的偏振转换性能.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应
Focusing effect of channel target on ultra-intense laser-accelerated proton beam

杨思谦, 周维民, 王思明, 矫金龙, 张智猛, 曹磊峰, 谷渝秋, 张保汉
物理学报. 2017, 66 (18): 184101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.184101
全文: [PDF 1000 KB] 下载:(31)
摘要
发散角过大是制约超强激光与固体靶相互作用加速产生高能质子束应用的一个重大物理难题.本文提出了一种结构化的通道靶型,与超强激光相互作用可提高质子束的发散特性,通道壁上产生的横向电荷分离静电场可对质子有效聚焦.采用二维particle-in-cell粒子模拟程序对激光通道靶相互作用过程进行了研究,分析了加速质子束的性能特点.模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束,尤其当通道靶的直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当时,横向静电场能够有效聚焦质子束,并且可保证相对较高的激光能量利用率.

基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光研究
All-fiber radio frequency-modulated pulsed laser based on frequency-shift feedback loop

杨宏志, 赵长明, 张海洋, 杨苏辉, 李晨
物理学报. 2017, 66 (18): 184201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.184201
全文: [PDF 493 KB] 下载:(23)
摘要
射频调制的脉冲激光是激光雷达探测领域内的一项重要研究内容.根据声光斩波器的强度和频率调制特性,设计了基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光.理论上,建立了基于频移反馈腔的激光外差相干理论模型,并进行了数值仿真.根据理论模型,实验上严格控制频移反馈腔的长度和声光斩波器触发信号的周期,在100 MHz的射频信号驱动下,产生了脉冲宽度110 ns、重复频率约20 kHz的具有最高700 MHz射频调制的脉冲激光(脉内调制激光);同时微调斩波周期可以实现脉冲前沿或后沿的多样性射频调制.通过改变反馈腔内光纤放大器的输出功率实现了射频调制深度的连续可调,最高达到了0.67.

高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析
Design and analysis of high-spectral resolution lidar discriminator

狄慧鸽, 华杭波, 张佳琪, 张战飞, 华灯鑫, 高飞, 汪丽, 辛文辉, 赵恒
物理学报. 2017, 66 (18): 184202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.184202
全文: [PDF 523 KB] 下载:(19)
摘要

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.

一种基于单水听器的浅海水下声源被动测距方法
A passive range method of underwater source based on single hydrophone

李晓曼, 朴胜春, 张明辉, 刘亚琴, 周建波
物理学报. 2017, 66 (18): 184301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.184301
全文: [PDF 740 KB] 下载:(16)
摘要
针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在群延迟理论的基础上,与warping变换处理相结合,提出了一种适用于浅海波导中宽带声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以实现对脉冲声源接收信号各阶简正波的分离提取,对分离后的简正波进行时频分析处理可以得到各阶简正波到达时刻和频率之间的关系,即各阶简正波的频散曲线,从而得到任意两阶简正波到达接收水听器的时延差.海底相移参数P是描述海底地声参数的一个重要参量,包含了海底地声参数信息,在海底环境参数未知而P已知的情况下,利用P和简正波水平波数之间的关系可以求得任意两阶简正波的△ Sg,mn(群慢差).根据群延迟理论,利用得到的任意两阶简正波的时延和△ Sg,mn可实现利用单水听器对水下声源进行被动测距.本文提出的测距方法测量简单、计算方便,具有较强的实用意义.数值仿真和海上实验数据处理结果的测距误差都在10%以内,证明了该方法的有效性.

基于雷诺应力模型的高精度分离涡模拟方法
High-order detached-eddy simulation method based on a Reynolds-stress background model

王圣业, 王光学, 董义道, 邓小刚
物理学报. 2017, 66 (18): 184701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.184701
全文: [PDF 2945 KB] 下载:(7)
摘要
基于Speziale-Sarkar-Gatski/Launder-Reece-Rodi(SSG/LRR)-ω雷诺应力模型发展了一类分离涡模拟方法,结合高精度加权紧致非线性格式在典型翼型及三角翼算例中进行了验证,并和传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法进行了对比.结果表明:基于SSG/LRR-ω模型的分离涡模拟方法,提高了原雷诺应力模型对非定常分离湍流的模拟能力;同时相比于传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法,尤其是在翼型最大升力迎角和三角翼涡破裂迎角附近,该方法在平均气动力预测的准确度、分离湍流模拟的精细度等方面更加优秀.

随活性剂浓度变化的分离压对垂直液膜排液过程的影响
Effect of concentration-dependent disjoining pressure on drainage process of vertical liquid film

叶学民, 杨少东, 李春曦
物理学报. 2017, 66 (18): 184702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.184702
全文: [PDF 634 KB] 下载:(4)
摘要
针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,基于文献实验结果进一步完善了受活性剂浓度影响的分离压(disjoining pressure)模型,应用润滑理论建立了液膜厚度、活性剂浓度和液膜表面速度的演化方程组,通过数值计算分析了在不同分离压作用下含不溶性活性剂液膜的演化特征.结果表明,垂直液膜的排液过程通常经历两个阶段:首先是厚膜阶段,此时重力对排液过程起主导作用.在随后的薄膜阶段,毛细作用和分离压作用影响逐渐增大,其中分离压将控制液膜的演化历程.分离压对垂直液膜排液过程的影响与活性剂类型及活性剂浓度与静电作用力的关联强度密切相关.当分离压与活性剂浓度正相关时,随斥力关联系数α增大,液膜的排液和变薄过程得以减缓,由此增强了液膜稳定性;当分离压与活性剂浓度负相关时,随斥力关联系数α绝对值增大,液膜排液过程加速,由此加大液膜失稳的风险.
气体、等离子体和放电物理

纳秒激光诱导空气等离子体射频辐射特性研究
Characteristics of radio-frequency emission from nanosecond laser-induced breakdown plasma of air

戴宇佳, 宋晓伟, 高勋, 王兴生, 林景全
物理学报. 2017, 66 (18): 185201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.185201
全文: [PDF 410 KB] 下载:(15)
摘要
开展了波长为532 nm、脉宽为8 ns的纳秒激光诱导空气等离子体射频电磁辐射特性实验研究,基于锥形天线探测空气等离子体在30–800 MHz频谱范围有较强的射频电磁辐射,是等离子体内电偶极子振荡变速运动造成的.实验结果表明:随激光能量增加,30–200 MHz范围内射频辐射强度逐渐变强,但360–600 MHz频率范围射频辐射强度逐渐变弱.等离子体射频辐射的空间分布依赖于入射激光的偏振方向,当激光偏振方向与天线放置方向一致时,该方向上空气等离子体的射频辐射强度高,谱线较丰富.射频辐射总功率随激光能量先增加后降低,采用等离子体电子密度变化对等离子体频率及等离子体衰减系数影响(制约)关系,对射频辐射总功率随激光能量的变化规律进行了解释.

甚高频激发的容性耦合Ar+O2等离子体电负特性研究
Electronegativity of capacitively coupled Ar+O2 plasma excited at very high frequency

杨郁, 唐成双, 赵一帆, 虞一青, 辛煜
物理学报. 2017, 66 (18): 185202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.185202
全文: [PDF 865 KB] 下载:(7)
摘要
利用探针辅助的脉冲激光诱导负离子剥离诊断技术对掺入5% O2的容性耦合Ar等离子体电负特性进行了诊断研究.首先详细解析了脉冲激光剥离后探针的电信号,分析了探针偏压在低于或高于空间电位下的探针收集信号特征;根据探针偏压与探针收集信号之间的依赖关系,用来描述Ar+O2等离子体电负特性的等离子体电负度被定义为脉冲激光剥离出的电子电流与偏压高于空间电位的探针收集到的背景电子电流的饱和比值,并对等离子体电负度随放电气压、射频功率以及轴向位置的变化进行了诊断测量.实验结果表明等离子体的电负度随着射频功率的增加而减小、随着放电气压的上升而变大;由于非对称电极的分布特性,在轴向方向上靠近功率电极时等离子体电负度有升高的趋势,这种趋势可能与鞘层边界附近二次电子的动力学行为以及负离子的产生与消失过程有关.

真空及空气中金属丝电爆炸特性研究
Characteristics of electrical explosion of single wire in a vacuum and in the air

王坤, 史宗谦, 石元杰, 赵志刚, 张董
物理学报. 2017, 66 (18): 185203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.185203
全文: [PDF 828 KB] 下载:(15)
摘要
开展了铝丝在真空和空气环境中的电爆炸特性研究.从金属丝电爆炸的电压、电流波形得到了金属丝内的沉积能量,并基于以上电参数特征分析了电爆炸产物的状态,获得了空气中铝丝电爆炸电流暂停时间随初级储能电容充电电压的变化规律.真空和空气中铝丝电爆炸在电压击穿时刻的沉积能量分别为2.8和6 eV/atom.采用波长为532 nm、亚纳秒激光探针对金属丝电爆炸物理过程开展了高时空分辨率的阴影和纹影诊断.阴影图像清晰地展示了不同气氛环境中高密度电爆炸产物的膨胀过程,根据光学诊断图像分析了高密度丝核沉积能量的结构和空气中铝丝电爆炸产生的激波的膨胀轨迹.真空和空气环境中高密度电爆炸产物的平均膨胀速度分别为1.9和3 km/s.基于实验数据和输运参数模型,估算了金属丝在电压击穿时刻的温度.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

基于逾渗理论的非晶合金屈服行为研究
Yield behavior of amorphous alloy based on percolation theory

平志海, 钟鸣, 龙志林
物理学报. 2017, 66 (18): 186101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.186101
全文: [PDF 505 KB] 下载:(14)
摘要
从非晶合金的微观结构出发,基于处理强无序和具有随机几何结构系统常用的理论方法––逾渗理论来描述非晶合金剪切屈服时的塑性流变.为了更好地理解非晶合金剪切带萌生时的临界问题,结合已有的“自由体积(free volume)模型”和“剪切转变区(shear transformation zone)模型”,建立了非晶合金剪切转变的逾渗模型.以Cu25Zr75二元非晶合金为例,计算了在剪切转变区内易发生塑性流动的原子团簇剪切失稳的逾渗阈值,并粗略估算了这些原子团簇的大小.研究发现,剪切失稳的逾渗阈值与临界约化自由体积浓度(xC~ 2.4%)有着相似的特性,不同之处在于其值与自由体积的分散度有着密切联系.研究结果作为非晶合金的韧脆转变问题提供了新思路.

单晶CeB6发射性能及磁电阻各向异性研究
Anisotropy study on thermionic emission and magnetoresistivity of single crystal CeB6

包黎红, 陶如玉, 特古斯, 黄颖楷, 冷华倩, Anne de Visser
物理学报. 2017, 66 (18): 186102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.186102
全文: [PDF 830 KB] 下载:(5)
摘要
采用X射线劳厄定向法对单晶CeB6的(110),(111),(210)和(310)晶面进行了定向.系统研究了不同晶面热发射性能及磁场对电阻率的影响规律.结果表明,当阴极温度为1873 K时(110),(111),(210)和(310)晶面最大发射电流密度分别为38.4,11.54,50.4和20.8 A/cm2,表现出了发射性能的“各向异性”.Richardson-Dushman公式计算逸出功结果表明,上述晶面中(210)晶面具有最低的逸出功,为2.4 eV.从实际应用来看,该晶面有望替代商业化的钨灯丝成为新一代的场发射阴极材料.磁电阻率测量结果显示,当晶体从[001]方向旋转至[011]方向时电阻率从73 μupΩ·cm变化至69 μupΩ·cm,表明电阻率在磁场中沿不同方向同样具有“各向异性”的特点.

强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析
Experimental investigation of tin fragments mixing with gas subjected to laser driven shock

辛建婷, 赵永强, 储根柏, 席涛, 税敏, 范伟, 何卫华, 谷渝秋
物理学报. 2017, 66 (18): 186201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.186201
全文: [PDF 618 KB] 下载:(3)
摘要
冲击波在金属材料自由面卸载时,材料表面会形成微颗粒向外喷射,这是材料表面一种特殊的破坏形态.在内爆压缩和高压工程领域的相关物理过程中,微喷射颗粒是引起界面混合现象的重要来源,会直接影响后期的混合状态和压缩过程.而微颗粒的尺寸、形态、运动速度等是开展微喷混合过程理论和数值模拟研究的重要参数.由于实验中动态诊断的难度较大,目前已获取的微喷颗粒尺寸及分布数据十分有限.基于神光III原型激光装置,本文设计并开展了强激光驱动冲击加载,锡材料微喷颗粒经过气体区混合后,低密度泡沫材料对微颗粒进行回收分析的实验研究.通过对微喷颗粒回收样品的X光电子计算机断层扫描分析和图像重建,获得了两个典型加载压强条件下与气体混合后微喷颗粒的三维图像,通过与真空实验条件下回收微喷颗粒图像的对比分析,对混合后的微喷颗粒分布形态有了初步的认识;测量统计了回收颗粒尺寸与数目,并通过分析,给出了微喷颗粒尺寸的双指数分布规律.

利用一维原子链模型研究薄膜瞬态结构变化
Transient structure of thin films based on one-dimensional chain model

郭鑫, 李明华, 李毅飞, 陶梦泽, 王进光, 李大章, 辛建国, 陈黎明
物理学报. 2017, 66 (18): 186202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.186202
全文: [PDF 570 KB] 下载:(2)
摘要
对于晶格结构响应的仿真与实验有助于我们理解激光激发引起的动态过程.利用一维原子链模型研究了激光加热后由于温度分布不均匀性产生的热应力对晶格的影响,该模型的计算结果与使用超快X射线衍射获得的实验结果相符合.该模型为研究光激发金属以及半导体等材料的超快晶格动力学提供了理论分析基础.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

单轴应变对H在α-Fe中占位及扩散的影响
Influence of single axis strain on site occupation and diffusion of hydrogen atom in α-Fe

李守英, 王勇, 赵卫民
物理学报. 2017, 66 (18): 187101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.187101
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摘要
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了H在不同单轴应变下α-Fe中的间隙占位,计算了H原子的溶解能、态密度、电荷差分密度和电荷布居.结果表明:不同单轴拉压应变作用下,H原子优先占据四面体间隙(Ts)位,且随着压应变减小、拉应变增加,H原子越易溶于α-Fe.压应变使得Ts位的H获得更多的电子,而拉应变减少了这种电荷转移.应用LST/QST过渡态搜索计算垂直应变方向的扩散.八面体间隙位是邻近Ts位H的扩散过渡态.扩散激活能与应变呈线性关系,且随着压应变的增加,扩散激活能降低,扩散更容易.

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点电子结构和光吸收性质
First principle study of electronic structures and optical absorption properties of O and S doped graphite phase carbon nitride (g-C3N4)6 quantum dots

翟顺成, 郭平, 郑继明, 赵普举, 索兵兵, 万云
物理学报. 2017, 66 (18): 187102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.187102
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摘要

利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N46量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C3N46量子点杂质原子周围的C–N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C3N46量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C3N46量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C3N46量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C3N46量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C3N46量子点光吸收的影响.

Sr掺杂对La1-xSrxMnO3/LaAlO3/SrTiO3界面电子结构的影响 Hot!
Effect of Sr doping on electronic structure of La1-xSrxMnO3/LaAlO3/SrTiO3 heterointerface

阮璐风, 王磊, 孙得彦
物理学报. 2017, 66 (18): 187301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.187301
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摘要
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了La1-xSrxMnO3层中Sr的掺杂方式和掺杂量对4La1-xSrxMnO3/3LaAlO3/4SrTiO3(LSMO/LAO/STO)异质结构原子和电子结构的影响.结果表明:对于相同的Sr掺杂量,掺杂方式的差异对体系电子结构的影响微弱,不会导致体系发生金属-绝缘体转变;掺杂量的不同对体系电子结构有着显著的影响,当Sr的掺杂量较少时,LAO/STO界面处存在着准二维电子气,当Sr的掺杂量高于1/3时,LAO/STO界面处准二维电子气消失.我们相信,Sr的引入以及通过Sr掺杂量的改变可以对LSMO覆盖层极化进行调控,这也是导致体系LAO/STO界面处金属-绝缘体转变的可能原因,进一步为极化灾变机制导致的界面处电子重构提供了证据.

磁光材料Verdet常数贡献性的讨论
Contributions to Verdet constant of magneto-optical materials

蔡伟, 邢俊晖, 杨志勇
物理学报. 2017, 66 (18): 187801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.187801
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摘要
Verdet常数是表征材料磁光性能的重要参数,具有波长和温度依赖性.为了更好地分析入射光波长、温度等对Verdet常数的影响机理,从基础理论切入,分析了现有理论的优缺点.结合光的波粒二象性特性,提出了波动跃迁性贡献理论,即法拉第效应是光的波动性作用以及电偶极跃迁作用带来的贡献之和,波动性对偏转角的贡献为正,跃迁性贡献为负.在抗磁性材料中,波动性贡献大于跃迁性贡献,Verdet常数为正;顺磁性材料中,跃迁性贡献远大于波动性贡献,Verdet常数为负.进而分别以典型抗磁性材料重火石玻璃ZF1和顺磁性材料铽镓石榴石为例,并结合相关数据、参数、模型,对理论进行了验证.试验结果表明,在精确描述材料Verdet常数方面,波动跃迁性贡献理论具有一定的优越性.

深紫外激光光发射与热发射电子显微镜在热扩散阴极研究中的应用 Hot!
Applications of deep ultraviolet laser photo-and thermal-emission electron microscope in thermal dispenser cathode research

任峰, 阴生毅, 卢志鹏, 李阳, 王宇, 张申金, 杨峰, 卫东
物理学报. 2017, 66 (18): 187901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.187901
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摘要

对热扩散阴极表面微区发射状态进行原位观察和分析一直是热阴极研究的重要课题.本文着重介绍深紫外激光光发射电子/热发射电子显微镜的基本原理及其在热扩散阴极研究中的典型实例.系统配备了高温激活所用的加热装置,样品可被加热至1400 ℃.系统具有光发射电子、阴极热发射电子、光发射电子和阴极热发射电子联合三种电子成像模式.应用表明,对于热扩散阴极而言,深紫外激光光发射电子像适于呈现阴极表面的微观结构形貌;热发射电子像适于反映阴极表面的本征热电子发射及均匀性;光电子和热电子联合成像适于对阴极表面的有效发射点做出精确定位.

物理学交叉学科及有关科学技术领域

流延法制备高锂离子电导Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3固态电解质及其环氧树脂改性
Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3 high lithium ion conducting solid electrolyte prepared by tape casting and modified with epoxy resin

陈棋, 尚学府, 张鹏, 徐鹏, 王淼, 今西誠之
物理学报. 2017, 66 (18): 188201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188201
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摘要
以溶胶凝胶法合成的高纯Li1.4Al0.4Ti1.6(PO43(LATP)纳米晶体粉末为原料,通过流延法成膜,在950 ℃下煅烧5 h合成LATP固态电解质片;对其进行环氧树脂改性后,能量色散X射线光谱元素图像表明环氧树脂完全浸入LATP内部,可以有效防止水渗透.研究发现流延法合成的LATP固态电解质在25 ℃时电导率高达8.70× 10-4S· cm-1、活化能为0.36eV、相对密度为89.5%.经过环氧树脂改性后电导率仍高达3.35× 10-4S· cm-1、活化能为0.34eV、相对密度为93.0%.高电导隔水的环氧树脂改性LATP固态电解质可作为锂金属保护薄膜用于新型高比容量电池.

单次空时域并行欠采样下的频率和到达角联合估计
Joint estimation of frequency and direction of arrival under the single-and-parallel spatial-temporal undersampling condition

黄翔东, 刘明卓, 杨琳, 刘琨, 刘铁根
物理学报. 2017, 66 (18): 188401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188401
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摘要
随着应用频段的不断升高,空时域欠采样下的入射信号的频率和到达角的联合估计变得愈加困难.为解决此难题,本文提出了一种基于互素稀疏阵列的联合估计器.首先,结合互素稀疏阵列和闭式中国余数定理,建立了频率估计和到达角估计的理论模型;其次,将频谱校正理论和中国余数定理结合起来,导出了频率估计算法;再次,将相位差校正和中国余数定理结合起来,导出了到达角估计算法.该估计器不仅可降低现有估计器的硬件成本,而且仅需对单次并行采样的快拍做并行处理即可获得联合估计结果,无需对单阵元做多次采样,数据处理效率较高.仿真实验表明,该估计器具有较高的鲁棒性估计精度,因而在雷达、遥感等被动感知领域具有较广阔的应用前景.

利用纳米球提高红外波长上转换探测器效率
Improvement in the efficiency of up-conversion infrared photodetector by nanospheres

刘顺瑞, 聂照庭, 张明磊, 王丽, 冷雁冰, 孙艳军
物理学报. 2017, 66 (18): 188501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188501
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摘要
在红外波长上转换探测器氮化硅(SiNx)钝化层制作单层六角密排的二氧化硅(SiO2)纳米球阵列,以提高红外波长上转换探测器的整体效率.采用自组装的方法在器件钝化层上制备了直径分别约为300,450,750和1000 nm的SiO2纳米球,并与无表面微纳结构器件进行对比测试.结果表明:钝化层附着SiO2纳米球能有效地提高红外波长上转换器的光提取效率;当SiO2纳米球直径为750 nm时的光提取效率最优,是无表面微纳结构器件的2.6倍,可实现低成本制作高效率红外波长上转换探测器.

用全内反射瞬逝场照明磁镊研究Bloom解旋G-四联体
Study of Bloom resolving G-quadruplex process by using high resolution magnetic tweezer with illumination of total internal reflection

赵振业, 徐春华, 李菁华, 黄星榞, 马建兵, 陆颖
物理学报. 2017, 66 (18): 188701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188701
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摘要
G-四联体(G-quadruplex,G4)是广泛存在于细胞基因组中的一种DNA结构,在DNA的代谢如复制、转录、同源重组等过程中起重要作用.G4解旋酶近年来受到广泛研究,其中Bloom(BLM)解旋酶的研究已经相当丰富,但仍有一些基本问题不清楚.我们应用全内反射瞬逝场照明磁镊对BLM解旋G4的动力学过程进行了深入研究,观察到了BLM解旋G4的分步过程.相对于单分子荧光共振能量转移技术而言,借助磁镊的长时间观测性能,我们在近饱和三磷酸腺苷(ATP)浓度的实验体系中观察到BLM长时间反复解开G4或者长时间维持G4于打开状态的两种作用方式.最后,使用相同的实验条件做了单分子荧光共振能量转移实验,确定了加载2–3 pN的外力对BLM解旋G4没有显著影响.

非线性拟合方法用于透射式脉冲红外技术测试碳/碳复合材料的热扩散系数
Application of nonlinear data fitting method to thermal diffusivity of carbon-carbon composite measured by transmission pulsed thermography

李晓丽, Sun Jian-Gang, 陶宁, 曾智, 赵跃进, 沈京玲, 张存林
物理学报. 2017, 66 (18): 188702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188702
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摘要
为了测试碳/碳复合材料的热扩散系数,本文提出了非线性拟合用于透射式脉冲红外检测的数据处理方法.非线性拟合通过循环迭代的方法持续调整拟合参数,让理论值不断逼近实验值,直至获得最佳结果.传统的透射式脉冲红外成像技术利用半高时间法测试材料的热扩散系数,但通常会受到采集时间不足和信噪比差的限制.本文提出的非线性拟合方法可以有效消除或减弱这两种影响.在使用该方法之前,首先选用常见的304不锈钢评估了该方法的测量精度及拟合长度对测试结果的影响.结果显示304不锈钢的测量精度达到0.3%,且当拟合长度不小于半高时间法采集时间的1/5时,拟合长度对非线性拟合结果影响很小.随后使用该拟合方法测试了不同厚度的碳/碳复合材料试件,并通过热扩散系数测量结果分析了试件之间的热参数差异性和材料自身的均匀性.

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究
Inverted metamorphic triple-junction solar cell and its radiation hardness for space applications

宋明辉, 王笃祥, 毕京锋, 陈文浚, 李明阳, 李森林, 刘冠洲, 吴超瑜
物理学报. 2017, 66 (18): 188801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188801
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摘要
使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×106/cm2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25 ℃测试条件下,面积24 cm2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×1015/cm2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.

掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算 Hot!
First principle study of ternary combined-state and electronic structure in amorphous silica

万亚州, 高明, 李勇, 郭海波, 李拥华, 徐飞, 马忠权
物理学报. 2017, 66 (18): 188802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188802
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摘要
基于密度泛函理论和分子动力学方法,研究了ITO-SiOx(In,Sn)/n-Si异质结光伏器件中非晶SiOx层的氧化态和电子结构.计算结果表明:具有钝化隧穿功能的超薄(<2 nm)非晶SiOx层,是由In,Sn,O,Si四种元素相互扩散形成的,其中In,Sn元素在SiOx网格中以In–O–Si和Sn–O–Si成键态存在,形成了三元化合物.In和Sn的掺杂不仅在SiOx的带隙中分别引入了Ev+4.60 eV和Ev+4.0 eV两个电子能级,还产生了与In离子相关的浅掺杂受主能级(Ev+0.3 eV).这些量子态一方面使SiOx的性能得到改善,在n-Si表面形成与反型层相衔接的p-型宽禁带“准半导体”,减少了载流子的复合,促进了内建电场的建立.另一方面有效地降低了异质结势垒高度,增强了ITO-SiOx(In,Sn)/n-Si光伏器件中光生非平衡载流子的传输概率,促进了填充因子的提升(>72%).

多层单向耦合星形网络的特征值谱及同步能力分析
Synchronizability and eigenvalues of multilayer star networks through unidirectionally coupling

孙娟, 李晓霞, 张金浩, 申玉卓, 李艳雨
物理学报. 2017, 66 (18): 188901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188901
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摘要
随着复杂网络同步的进一步发展,对复杂网络的研究重点由单层网络转向更加接近实际网络的多层有向网络.本文分别严格推导出三层、多层的单向耦合星形网络的特征值谱,并分析了耦合强度、节点数、层数对网络同步能力的影响,重点分析了层数和层间中心节点之间的耦合强度对多层单向耦合星形网络同步能力的影响,得出了层数对多层网络同步能力的影响至关重要.当同步域无界时,网络的同步能力与耦合强度、层数有关,同步能力随其增大而增强;当同步域有界时,对于叶子节点向中心节点耦合的多层星形网络,当层内耦合强度较弱时,层内耦合强度的增大会使同步能力增强,而层间叶子节点之间的耦合强度、层数的增大反而会使同步能力减弱;当层间中心节点之间的耦合强度较弱时,层间中心节点之间的耦合强度、层数的增大会使同步能力增强,层内耦合强度、层间叶子节点之间的耦合强度的增大反而会使同步能力减弱.对于中心节点向叶子节点耦合的多层星形网络,层间叶子节点之间的耦合强度、层数的增大会使同步能力增强,层内耦合强度、节点数、层间中心节点之间的耦合强度的增大反而会使同步能力减弱.

加权网络中基于冗余边过滤的k-核分解排序算法
A ranking approach based on k-shell decomposition method by filtering out redundant link in weighted networks

罗仕龙, 龚凯, 唐朝生, 周靖
物理学报. 2017, 66 (18): 188902      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.188902
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摘要
k-核分解排序法对于度量复杂网络上重要节点的传播影响力具有重要的理论意义和应用价值,但其排序粗粒化的缺陷也不容忽视.最新研究发现,一些真实网络中存在局域连接稠密的特殊构型是导致上述问题的根本原因之一.当前的解决方法是利用边两端节点的外部连边数度量边的扩散性,采取过滤网络边来减少这种稠密结构给k-核分解过程造成的干扰,但这种方法并没有考虑现实网络上存在权重的普遍性.本文利用节点权重和权重分布重新定义边的扩散性,提出适用于加权网络结构的基于冗余边过滤的k-核分解排序算法:filter-core.通过世界贸易网、线虫脑细胞网和科学家合著网等真实网络的SIR(susceptible-infected-recovered)传播模型的仿真结果表明,该算法相比其他加权k-核分解法,能够更准确地度量加权网络上具有重要传播影响力的核心节点及核心层.

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