物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质
张丽丽, 夏桐, 刘桂安, 雷博程, 赵旭才, 王少霞, 黄以能
物理学报. 2019, 68 (1): 017401
Re3W的点接触安德烈夫反射谱研究
王宗, 侯兴元, 潘伯津, 谷亚东, 张孟迪, 张凡, 陈根富, 任治安, 单磊
物理学报. 2019, 68 (1): 017402
有机金属卤化物钙钛矿薄膜中的光诱导载流子动力学和动态带重整效应
赵婉莹, 库治良, 金钻明, 刘伟民, 林贤, 戴晔, 阎晓娜, 马国宏, 姚建铨
物理学报. 2019, 68 (1): 018401
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  物理学报--2019, 68 (1)   发布日期: 2019-01-05
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编者按:
       水是世界上最重要也是最为奇特的物质.由于水的性质都具有反常的特点,水的理论和实验研究自身都极具挑战性,水参与各种物理、地质、化学、生命等过程,水的科学利用关系着人类的命运,水科学研究的重大意义是显而易见的.过去十年来,中国科学院组织相关研究所投入了可观的人力、物力全方位开展水科学研究,取得了一批国际水平的研究成果.本期“水科学重大关切问题研究专辑”收录了中国科学院物理所、化学所、上海应用物理所、国家纳米中心、中国科学技术大学和北京大学等课题组在最近一段时期的研究论文共8篇,内容涵盖光解水机理、界面水与水中的催化、结合水的定义与量化、限域结构中水与水中物质的输运、生物分子结合水的结构与动力学、水对土壤的调节机制、水合物的结构与利用,以及用于微观水结构研究的探针显微技术等具有重大关切的课题.我们希望通过本期水科学专辑的发表引起我国科学界和政府部门对水科学研究的重视,吸引更多的研究人员开展水科学的研究,促进水科学研究的蓬勃发展.

   (客座编辑:中国科学院物理研究所 杨国桢)

特邀综述

II-VI族稀磁半导体微纳结构中的激子磁极化子及其发光
Excitonic magnetic polarons and their luminescence in II-VI diluted magnetic semiconductor micro-nanostructures

邹双阳, Muhammad Arshad Kamran, 杨高岭, 刘瑞斌, 石丽洁, 张用友, 贾宝华, 钟海政, 邹炳锁
物理学报. 2019, 68 (1): 017101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181211
全文: [PDF 2871 KB] 下载:(90)
摘要
自旋是基本粒子(电子、光子)角动量的内在形式.固体中体现自旋特征的集体电子行为如拓扑绝缘体等是当前凝聚态物理领域关注的焦点,是基态行为.激子作为电子空穴对的激发态且寿命很短,可复合发光,它是否能体现自旋极化主导的行为?对此人们的认识远不如针对基态的电子.激子磁极化子(exciton magnetic polaron,EMP)是由磁性半导体微结构中铁磁自旋耦合态与自由激子相互作用形成的复合元激发,但其研究很有限.本文概述了我们在稀磁半导体微纳米结构中的EMP及其发光动态学光谱、自旋极化激子凝聚态的形成方面取得的一些进展,展望了未来可能在自旋光电子器件、磁控激光、光致磁性等量子技术方面的潜在应用.
专题:水科学重大关切问题研究

生物分子结合水的结构与动力学研究进展
Research progress of molecular structure and dynamics of biological water

叶树集, 李传召, 张佳慧, 谈军军, 罗毅
物理学报. 2019, 68 (1): 013101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181273
全文: [PDF 9757 KB] 下载:(81)
摘要
生物结合水在维护生物大分子的结构、稳定性以及调控动力学性质和生理功能等方面起着决定性的作用.从分子水平上理解生物结合水分子的结构与性质及其影响生物结构和功能的本质与规律,是揭示生物大分子生理功能机理的关键.目前生物结合水的结构与动力学相关研究尚处于初步阶段.本文从三个方面介绍当前生物结合水的相关研究及其进展:首先介绍结合水对蛋白质折叠、质子给予与迁移、配体结合与药物设计以及变构效应等生物结构和功能的影响;然后介绍生物分子周围的水分子结构研究情况;最后从时间尺度、动力学属性、生物分子与水分子之间的动力学耦合作用、蛋白质表面结合水次扩散运动等角度介绍生物分子水合动力学的研究进展,并归纳出一些目前尚待进一步解决的科学问题.

水溶液中结合水的定义与量化
Definition and quantification of hydration water in aqueous solutions

王强, 曹则贤
物理学报. 2019, 68 (1): 015101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181742
全文: [PDF 481 KB] 下载:(53)
摘要
水溶液中溶质的结合水具有不同于远离溶质的自由水的结构和性质.结合水的存在对水和溶质结构和动力学性质均具有显著甚至决定性的影响.然而,对结合水动力学和热力学性质的定量理解在诸多方面一直存在争议甚至严重分歧,其中重点包括如何定义和量化结合水,如何表征结合水和自由水的动力学差别,结合水如何参与生物大分子各种生物功能过程,以及溶质或界面影响结合水结构与性质的途径等.给出结合水定义的物理学依据和量化方法,是深入理解上述问题的第一步.本文简述了各种不同谱学方法定义结合水的基本原理及量化的困难,强调具有不同时间和空间响应尺度的测试方法所得结合水数不必完全可比.此外,系列水溶液物性随浓度升高会明显改变其浓度依赖关系,相应拐点浓度常被用于量化稀溶液中的溶质结合水数.我们近期研究的水溶液玻璃化转变温度-浓度关系,为结合水的定义、量化和水溶液的三区划分提供了物理依据,同时揭示了上述利用性质-浓度关系拐点浓度量化结合水方法的不足.

表/界面水的扫描探针技术研究进展
Recent advances in probing surface/interfacial water by scanning probe microscopy

尤思凡, 孙鲁晔, 郭静, 裘晓辉, 江颖
物理学报. 2019, 68 (1): 016802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182201
全文: [PDF 2193 KB] 下载:(51)
摘要
表面和界面水在自然界、人们的日常生活以及现代科技中无处不在.它在物理、化学、环境学、材料学、生物学、地质学等诸多基础学科和应用领域起到至关重要的作用.因此,表面和界面水的功能与特性的研究,是水基础科学的一项核心任务.然而,由于水分子之间氢键相互作用的复杂性,及其与水-固界面相互作用的竞争,使得表(界)面水对于局域环境的影响非常敏感,往往需要深入到分子层次研究其微观结构和动力学过程.近年来,新型扫描探针技术的发展使得人们可以在单分子甚至亚分子尺度上对表(界)面水展开细致的实空间研究.本文着重介绍几种代表性的扫描探针技术及其在表(界)面水体系中的应用,包括:超高真空扫描隧道显微术、单分子振动谱技术、电化学扫描隧道显微术和非接触式原子力显微术.此外,本文还将对表(界)面水扫描探针技术研究面临的挑战和未来发展方向进行了展望.

界面水与催化
Interfacial water and catalysis

胡钧, 高嶷
物理学报. 2019, 68 (1): 016803      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182180
全文: [PDF 493 KB] 下载:(63)
摘要
水的催化反应在界面进行,对新能源开发和环境保护等领域具有至关重要的作用.理解催化反应中材料界面水分子的结构、物性和分子机制,对于解决清洁能源、污水处理等关系国计民生的重大问题具有关键意义.由于水的复杂性,对于水分子在催化反应中的作用至今仍存在很大争议.界面水分子在催化反应中作为反应物、催化剂、溶剂,或是兼而有之,一直是科学界争论的热点话题.近年来,随着原位实验技术和计算机能力的快速提高,人们已经能够在原子尺度对催化反应中的界面水分子行为进行实时观测和理论模拟,为解析水在催化反应中的作用提供了实验依据和理论基础.本文简述当前催化反应中界面水研究面临的巨大机遇和挑战,以及现有实验和理论方法的最新进展和所遇到的困难,为设计优化与水应用相关的高效催化剂提供可行的思路.

光解水的原子尺度机理和量子动力学
Water photosplitting: Atomistic mechanism and quantum dynamics

申钰田, 孟胜
物理学报. 2019, 68 (1): 018202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181312
全文: [PDF 2698 KB] 下载:(62)
摘要
利用阳光直接将水分解为不含碳的氢气燃料和氧气是面向全球能源危机环保且低成本的解决方案.得益于电子结构理论和量子模拟方法的进步,人们已经能够直接研究在纳米颗粒上等离激元诱导光解水过程在原子尺度上的反应机理和超快动力学.本文简述近年来的相关工作进展.吸附在氧化物薄膜上的金纳米颗粒很有希望成为水分解的高效新型光催化剂.在光激发条件下,水分解反应速率和光强、热电子转移之间有强相关性.水分解速率不仅取决于光吸收强度,还受到等离激元量子振动模式的调控.这对于太阳能光解水器件中纳米颗粒的设计有借鉴意义.我们发现液态水在金团簇等离激元催化下100 fs内就能产生氢气.超快量子动力学模拟表明,该过程中场增强起主导作用,从金属到水反键态的超快电荷转移也扮演着重要角色.综合这些原子尺度上的量子动力学研究,我们提出受激水分子中氢原子高速碰撞(速度远远超出其热速度)合成氢分子的“链式反应”机理.

水合物研制、结构与性能及其在能源环境中的应用
Structure and properties of nature clathrate and its application in energy and enviromental science

朱金龙, 赵予生, 靳常青
物理学报. 2019, 68 (1): 018203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181639
全文: [PDF 3831 KB] 下载:(47)
摘要

天然气水合物是与能源和环境相关的物质,可以进行甲烷等能源气体的存储和提取,也可以用于对二氧化碳等废气的封存.天然气水合物主要分为三种结构:sI,sⅡ和sH,在本文中对其稳定性、水笼类型和大小以及可俘获气体进行了论述.中子衍射技术是研究水合物的重要手段之一,有着独特的优势.如中子的穿透性可以研究在高压状态下压力腔体内的大块样品;中子对于轻元素的敏感性可以很好地确定水合物当中的碳、氢、氧元素.通过中子衍射和非弹散射可以得到水合物中H/D原子的位置、各向异性振动因子、不同温度压力下的客体分子的水笼占据率、客体分子在水笼中的无序分布、原子核密度分布(通过最大熵方法);通过时间分辨中子,可以检测水合物形成及分解过程的热力学和动力学过程.而利用非弹中子可以得到气体分子平移和旋转振动模式以及分子的量子态转变.通过二氧化碳气体注入对天然气水合物的开采可以实现能源气体甲烷的开采和废气二氧化碳的水合物封存,在减小地质灾害和开采成本上有着独特的优势.

低维限域结构中水与物质的输运
Water and mass transport in low-dimensional confined structures

张锡奇, 闻利平, 江雷
物理学报. 2019, 68 (1): 018801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182131
全文: [PDF 3854 KB] 下载:(62)
摘要
低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的“量子限域超流体”概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.

基于加气水滴灌的土壤环境调节机理研究
Mechanism of soil environmental regulation by aerated drip irrigation

杨海军, 仵峰, 方海平, 胡钧, 侯铮迟
物理学报. 2019, 68 (1): 019201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181357
全文: [PDF 6944 KB] 下载:(24)
摘要
土壤是粮食安全、水安全和更广泛的生态系统安全的基础.我国水资源贫乏,且分布不均.传统农业采用的大水漫灌方式用水量大,还会破坏土壤团粒结构,造成土壤板结、土地盐碱化等土壤退化现象.地下滴灌技术节水效果明显,水的有效利用率超过95%;但也会在一定程度上破坏土壤结构.研究表明,使用加气水滴灌不但能增加作物产量,还能提高作物品质.本文综述了滴头埋深、加气滴灌频率、灌水量、植物生育期、加气方式与设备等几个因素对加气水滴灌效果的影响,总结了加气水滴灌对土壤水环境、气环境、微生物环境、营养环境和矿物环境的影响规律,并提出加气水滴灌对土壤环境的调节机理.加气水滴灌会改变土壤结构,其水、气、微生物、营养和矿物质等土壤环境的变化一方面是土壤结构变化的结果,另一方面又会促进土壤结构的变化.同步辐射X射线计算机断层扫描的原位实验结果也证实了加气水滴灌能改变土壤的结构.
综述

悬浮液凝固研究进展
Recent progress of solidification of suspensions

游家学, 王锦程, 王理林, 王志军, 李俊杰, 林鑫
物理学报. 2019, 68 (1): 018101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181645
全文: [PDF 1644 KB] 下载:(22)
摘要
悬浮液凝固是将固体颗粒均匀分散于液体中,并对液体进行凝固.它涉及冷冻铸造法多孔材料制备、冻土冻胀、海上浮冰、生物组织冷藏等多个学科和领域.近年来通过悬浮液凝固的方法,人们相继开发出了众多性能优异的新材料,这更为悬浮液凝固的研究注入了新的活力.悬浮液凝固过程中存在众多不同于传统合金凝固的独特现象,如颗粒密堆层、层片晶组织、周期性冰透镜体组织等,但这些凝固微观组织的形成机理尚不清楚.揭示颗粒对悬浮液凝固界面形态演化的影响机理,建立悬浮液体系的凝固理论,不仅帮助人们理解冻土冻胀等自然现象,也为高性能材料的制备与开发提供理论依据.本文首先回顾了悬浮液凝固的研究历史,然后对当前悬浮液凝固微观组织及颗粒动态堆积等方面的研究进展进行述评,并简要介绍本课题组近年来在悬浮液凝固方面的工作进展,最后对悬浮液凝固研究的未来发展进行了展望.
总论

三维各向同性谐振子的几何动量分布
Geometric momentum distribution for three-dimensional isotropic hormonic oscillator

刘全慧, 张梦男, 肖世发, 寻大毛
物理学报. 2019, 68 (1): 010301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181634
全文: [PDF 405 KB] 下载:(48)
摘要
尽管几何动量最初的引入是为了描述超面上的运动粒子的动量,却不需要限制在真实的曲面上.如果一个曲线坐标系包含了超面族和超面上的法向矢量作为一个坐标轴的单位矢量,几何动量可以定义在超面族上,并参与构造对易力学量完全集.在三维各向同性谐振子中,采用球坐标描述,存在等效球面,并在球面族上建立对易力学量完全集.因此,三维各向同性谐振子同时具有动量和几何动量分布.这两个动量的差,可以定义为径向动量,从而使得径向动量可以测量.那么,通过几何动量,可以显示出狄拉克引进的径向动量的物理意义,而不是一直认为的那样完全不具有观测意义.

压电材料双曲壳热弹耦合作用下的混沌运动
Chaotic motion of piezoelectric material hyperbolic shell under thermoelastic coupling

李林利, 薛春霞
物理学报. 2019, 68 (1): 010501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181714
全文: [PDF 6345 KB] 下载:(17)
摘要
运用弹性力学有限变形基本理论推导出了压电材料双曲壳在外激力和温度场作用下的非线性振动方程和协调方程.通过Bubnov-Galerkin原理,得到该结构的非线性动力学方程.利用Melnikov方法,得到系统产生Smale马蹄变换意义下混沌的条件,用四阶Runge-Kutta法编写程序对系统进行数值求解,并绘制出相应的分岔图、Lyapunov指数图、相轨迹图以及Poincaré截面图,分析了温度场对压电材料双曲壳系统的非线性特性的影响.仿真结果表明,随着温度的升高,系统的混沌与周期区交替出现,温度场的改变可影响和控制系统的振动特性.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

深海海底反射会聚区声传播特性
Characteristics of convergence zone formed by bottom reflection in deep water

张鹏, 李整林, 吴立新, 张仁和, 秦继兴
物理学报. 2019, 68 (1): 014301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181761
全文: [PDF 7004 KB] 下载:(20)
摘要
在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深海会聚区的海底反射会聚现象,在直达声区范围内的海底地形隆起可导致海底反射会聚区提前形成,并使得部分影区的声强明显提高.由于不平坦海底和海面的反射破坏了完全声道环境下的会聚区结构,在60 km范围内存在两个海底反射会聚区,会聚区增益可达10 dB以上,同时在11 km附近的影区和51 km附近形成高声强区域.当接收深度与声源深度相同时,第二会聚区的增益高于第一会聚区.在第一会聚区内,随着接收深度的增加,声线到达结构趋于复杂,多途效应更加明显.使用抛物方程数值分析结合射线理论对深海海底反射会聚区现象产生的物理原因进行了分析解释.研究结果对于声纳在深海复杂环境下的性能分析具有重要的指导意义.
气体、等离子体和放电物理

光子与相对论麦克斯韦分布电子散射的能谱角度谱研究
Photon spectrum and angle distribution for photon scattering with relativistic Maxwellian electrons

李树
物理学报. 2019, 68 (1): 015201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181796
全文: [PDF 2494 KB] 下载:(34)
摘要
光子与相对论麦克斯韦分布电子散射的描述及能谱角度谱计算非常复杂且费时.本文提出了一种光子与相对论麦克斯韦速度分布电子散射的蒙特卡罗(MC)模拟方法,该方法能够细致模拟高温等离子体中任意能量光子与任意温度电子的Compton和逆Compton散射问题.对于散射后光子的能谱和角度谱参数,可以根据电子温度抽样若干不同状态的电子,分别模拟其与光子发生散射,可以得到各次散射后的光子能量和偏转角度,取统计平均后的结果即可获得该光子与该温度电子散射的能谱和角度谱分布.根据该方法编写了光子与相对论电子散射MC模拟程序,开展了高温全电离等离子体中光子与相对论电子散射的能谱角度谱计算和分析,分析结果显示:热运动电子将展宽出射光子能谱,且低能光子与高温电子散射后的蓝移现象明显;出射光子的角度谱很复杂,其决定于入射光子能量、出射光子能量及电子温度.基于该方法计算并以数表形式给出的光子-相对论电子散射能谱角度谱数据,可以供辐射输运数值模拟程序使用.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

电阻率与强度性能的关联及铜合金性能分区
Correlation between electrical resistivity and strength of copper alloy and material classification

李鸿明, 董闯, 王清, 李晓娜, 赵亚军, 周大雨
物理学报. 2019, 68 (1): 016101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181498
全文: [PDF 640 KB] 下载:(20)
摘要
铜合金以低电阻率为特征,由于电阻率与强度存在着共同的微观结构机理,两者往往协同变化,而导致难以对合金进行性能的全面评估和选材.本文以Cu-Ni-Mo合金作为研究对象,以团簇结构[Mo1-Ni12]构建固溶体的近程序结构模型,解析了电阻率和强度依赖于成分的定量变化规律,并定义了拉伸强度/电阻率的值为代表合金本质特性的“强阻比”,得到了完全固溶态Cu-Ni-Mo合金的强阻比为7×108 MPa/Ω·m,完全析出态的强阻比为(310–490)×108 MPa/Ω·m.进而应用强阻比对常用铜合金进行了性能分区,给出铜合金材料选材的依据,得出了基于Cu-(Cr,Zr,Mg,Ag,Cd)等二元基础体系的铜合金适用于高强高导应用,而基于Cu-(Be,Ni,Sn,Fe,Zn,Ti,Al)等为基础二元体系的铜合金不能实现高强高导.该强阻比为310的特征性能分界线的发现为合金性能的全面评估提供了量化依据,可指导高强高导铜合金的选材和研发.

基底支撑刚度梯度变化对石墨烯层间摩擦力的影响
Influence of stiffness gradient on friction between graphene layers

董赟, 段早琦, 陶毅, Gueye Birahima, 张艳, 陈云飞
物理学报. 2019, 68 (1): 016801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181905
全文: [PDF 3006 KB] 下载:(27)
摘要
基于纳米摩擦能耗理论,利用分子动力学方法建立了公度接触下支撑刚度梯度变化的石墨烯层间摩擦力模型,分析了基底质心刚度和支撑刚度梯度变化对基底和薄片各接触区摩擦能耗的贡献.结果表明:软边界区始终贡献驱动力;硬边界区贡献的摩擦力最大,且随着支撑刚度的增大,硬边界区对总摩擦的贡献比也越高.各接触区的摩擦力是薄片和基底之间的褶皱势和接触区产生的法向变形差两部分的共同作用.前者是公度接触下阻碍滑移的界面势垒和刚度梯度方向上不同刚度支撑原子热振动引起的势梯度;后者是接触边界过渡区两侧原子的非对称变形和自由度约束突变引起的非平衡边界势垒相耦合的结果.本文对研究公度接触下刚度梯度支撑的纳米器件的相对运动规律有指导意义.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

WS2与WSe2单层膜中的A激子及其自旋动力学特性研究
Dynamics of A-exciton and spin relaxation in WS2 and WSe2 monolayer

俞洋, 张文杰, 赵婉莹, 林贤, 金钻明, 刘伟民, 马国宏
物理学报. 2019, 68 (1): 017201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181769
全文: [PDF 1138 KB] 下载:(19)
摘要
单层过渡金属硫化物由于其特有的激子效应以及强自旋-谷耦合性质,在光电子学及谷电子学等方面有着很广阔的应用前景.利用超快时间分辨光谱,本文系统地比较了两类钨基单层硫化物(WS2和WSe2)的A-激子动力学和谷自旋弛豫特性.实验结果表明,WS2单层膜的A-激子弛豫表现为双指数过程,而对于WSe2,其A-激子衰减表现为三指数过程,且激子的寿命远长于前者.WS2谷自旋极化弛豫表现为单指数衰减,其寿命约0.35 ps,主要由电子-空穴交换作用所主导.而对于WSe2,谷自旋弛豫表现出双指数弛豫特性:一个寿命为0.5 ps的快过程和一个寿命为28 ps的慢过程.快过程的弛豫来源于电子-空穴交换作用,而慢过程则由于自旋晶格散射形成暗激子的过程.通过调谐抽运光波长,进一步证实WSe2较WS2更容易形成暗激子.

基于超薄发光层及双极性混合间隔层的白光有机发光器件研究
White organic light emitting devices based on ultrathin emitting layer and bipolar hybrid interlayer

俞浩健, 姚方男, 代旭东, 曹进, 田哲圭
物理学报. 2019, 68 (1): 017202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181803
全文: [PDF 1037 KB] 下载:(16)
摘要
本文采用非掺杂超薄发光层及双极性混合间隔层结构,获得了高效、光谱稳定的白光有机发光器件.基于单载流子器件及单色蓝光有机发光器件的研究,确定了双极性混合间隔层的最佳比例;通过瞬态光致发光寿命研究,验证了不同发光材料之间的能量传递过程;得到的三波段和四波段白光有机发光器件的最高效率分别为52 cd/A(53.5 lm/W)和13.8 cd/A(13.6 lm/W),最高外量子效率分别为17.1%和11.2%.由于发光层不同颜色之间依次的能量传递结构,三波段白光有机发光器件的亮度从465到15950 cd/m2时,色度坐标的变化Δ CIE仅为(0.005,0.001);四波段白光有机发光器件的亮度从5077到14390 cd/m2时,色度坐标的变化Δ CIE为(0.023,0.012).

AlGaN插入层对InAlN/AlGaN/GaN异质结散射机制的影响
Effects of AlGaN interlayer on scattering mechanisms in InAlN/AlGaN/GaN heterostructures

陈谦, 李群, 杨莺
物理学报. 2019, 68 (1): 017301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181663
全文: [PDF 438 KB] 下载:(20)
摘要
InAlN/AlN/GaN异质结中,名义上的AlN插入层实为Ga含量很高的AlGaN层,Al,Ga摩尔百分比决定了电子波函数与隧穿几率,因此影响与InAlN/AlGaN势垒层有关的散射机制.本文通过求解薛定谔-泊松方程与输运方程,研究了AlGaN层Al摩尔百分含量对InAlN组分不均匀导致的子带能级波动散射、导带波动散射以及合金无序散射三种散射机制的影响.结果显示:当Al含量由0增大到1,子带能级波动散射强度与合金无序散射强度先增大后减小,导带波动散射强度单调减小;在Al含量为0.1附近的小组分范围内,合金无序散射是限制迁移率的主要散射机制,该组分范围之外,子带能级波动散射是限制迁移率的主要散射机制;当Al摩尔百分含量超过0.52,三种散射机制共同限制的迁移率超过无插入层结构的迁移率,AlGaN层显示出对迁移率的提升作用.

第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质 Hot!
Electronic and optical properties of n-pr co-doped anatase TiO2 from first-principles

张丽丽, 夏桐, 刘桂安, 雷博程, 赵旭才, 王少霞, 黄以能
物理学报. 2019, 68 (1): 017401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181531
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摘要

作为一种稳定性好、抗辐射能力强、原材料丰富的宽禁带半导体,ZnO在光催化的研究领域中成为热点材料,但是其仅能吸收可见光中的紫光,因此如何扩大ZnO对可见光的响应范围是一个值得研究的问题.掺杂改性是解决这个问题的常用方法.基于以上考量,本文应用第一性原理计算方法研究了N与Pr掺杂对ZnO的电子结构和光学性质的影响.研究结果表明:共掺体系比单掺体系更容易形成,且共掺体系的稳定性随Pr浓度的增加先增强后变弱;同一体系的最短Zn–O键与最长Zn–O键的布居数比例随杂质浓度的增大先增大后减小,说明杂质的掺入对体系的晶格畸变有很大的影响,有利于光生空穴-电子对的分离,从而提高材料的光催化活性.N 2p态与Pr 4f态发生杂化对晶体的完整性产生了破坏,在杂质原子周围形成晶场,造成能级劈裂,带隙减小;介电函数虚部的主峰位均向低能区域移动,吸收光谱中各掺杂体系发生红移,各共掺体系随着杂质原子Pr浓度的增加,在可见光区的响应范围依次扩大,吸收能力也依次增加,说明N与Pr的共掺杂对提高ZnO的光催化性是有利的.

Re3W的点接触安德烈夫反射谱研究 Hot!
Point-contact Andreev reflection spectroscopy on Re3W superconductor

王宗, 侯兴元, 潘伯津, 谷亚东, 张孟迪, 张凡, 陈根富, 任治安, 单磊
物理学报. 2019, 68 (1): 017402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181996
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摘要

本文通过对不同晶体结构Re3W样品的点接触测量和对比研究,证实具有中心对称结构和非中心对称结构的Re3W都是弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer超导体,同时发现在两个相表面都可以形成很理想的点接触结,即电子通过界面时受到的非弹性散射很弱.将Re3W样品置于大气环境近六个月后重新进行测量,仍然能够得到类似的结果,表明Re3W具有很好的稳定性.Re3W的这种优良特性,不仅可通过点接触实验得到的参数推算出Re3W两个相的费米速度,而且提供了一种简单的方法,可以在点接触实验中利用Re3W来印证针尖材料的费米速度和测量其自旋极化率等.作为尝试,本文用Re3W/Ni点接触结测量了铁磁性金属Ni的自旋极化率,得到了与前人报道一致的结果.

基于倾斜纳磁体翻转倾向性的与(或)逻辑门应力模型
Modeling of stress-regulated AND (OR) logic gate based on flipping preference of tilted nanomagnet

刘嘉豪, 杨晓阔, 危波, 李成, 张明亮, 李闯, 董丹娜
物理学报. 2019, 68 (1): 017501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181621
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摘要
纳米磁性逻辑器件具有高抗辐射性、低功率、天然非易失性等优势,应用前景广阔.倾斜放置的纳磁体具有翻转倾向性,在控制时钟撤去后倾斜纳磁体倾向于翻转至长轴的一端.利用倾斜纳磁体的翻转倾向性,提出了一种应力调控的与(或)磁逻辑门,并建立了其动态磁化的数学模型.使用微磁学方法对逻辑门进行了仿真,结果验证了预期逻辑门功能.与现有的逻辑门相比,基于倾斜纳磁体的与(或)门结构具有能耗更低、可靠性更高和制造工艺更简单等优点.

Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数
Refractive index and thermo-optic coefficient of Ge-Sb-Se chalcogenide glass

杨安平, 王雨伟, 张少伟, 李兴隆, 杨志杰, 李耀程, 杨志勇
物理学报. 2019, 68 (1): 017801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181869
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摘要
Ge-Sb-Se硫系玻璃被认为是极佳的红外传输材料和有潜力的非线性光学材料.在光学设计中,玻璃的线性折射率(n)及其热光系数(ζ)是关键技术参数.以预测和调控Ge-Sb-Se玻璃的nζ为目的,考察了玻璃的nζ,密度(d)和体积膨胀系数(β)与化学参数dSe和拓扑网络结构参数<r>的内在联系.研究发现,玻璃的nd的增加而增大;ζβ的增大而近似线性减小;βdSe的减小或<r>的增大而减小;当Ge含量固定时,ddSe的减小或<r>的增大而增大,当Sb含量固定时,ddSe=0时具有最小值.基于实测dn,拟合获得了Ge,Sb和Se元素在2–12 μm波段的摩尔折射度(Ri),分别为RGe=10.16–10.50 cm3/mol,RSb=16.71–17.08 cm3/mol和RSe=11.15–11.21 cm3/mol,根据dRi计算得到的n与实测值的偏差小于1%.基于实测ζβ,拟合得到了Ge,Sb和Se元素在2–12 μm波段的摩尔折射度温度系数(φi),分别为φGe=21.1–22.6 ppm/K,φSb=7.2–8.4 ppm/K和φSe=90.2–94.2 ppm/K,根据βφi计算得到的ζ与实测值的偏差小于6 ppm/K.

三维多孔复合碳层对电极的制备及其光伏性能研究
Fabrication and photovoltaic performance of counter electrode of 3D porous carbon composite

陈卓, 方磊, 陈远富
物理学报. 2019, 68 (1): 017802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181833
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摘要
基于TiO2光阳极、Pt对电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)因其优异的光电转换特性受到了广泛的关注,然而Pt昂贵的价格制约了其发展与应用.针对这一问题,本文设计、制备了一种由相对致密且高导电的石墨膜(PC层,底层)及多孔碳纳米颗粒膜(CC层,顶层)构成的低成本、高性能三维多孔复合碳层对电极.基于该CC/PC对电极的DSSC具有优异的光伏性能:在1.5标准太阳光照射下,其填充因子高达65.28%(较Pt对电极高4.1%)、光电转换效率高达5.9%(为Pt对电极的94.2%).CC/PC对电极的优异光伏性能主要归因于其独特的三维多孔导电结构,该结构有极高的比表面积和丰富的催化反应活性位,有利于电子的快速传输及离子的快速转移,在这些因素的协同作用下,其光电转换性能大大改善.

单光子调制频谱用于量子点荧光寿命动力学的研究
Research on fluorescence lifetime dynamics of quantum dot by single photons modulation spectrum

张强强, 胡建勇, 景明勇, 李斌, 秦成兵, 李耀, 肖连团, 贾锁堂
物理学报. 2019, 68 (1): 017803      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181797
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摘要
本文开展了基于单光子调制频谱测量量子点荧光寿命动力学特性的研究.在脉冲激光激发下,对探测到的量子点单光子荧光信号进行频谱分析以获得荧光调制频谱,研究发现特征频谱信号幅值与荧光寿命之间存在确定的非线性对应关系.这种单光子调制频谱方法能有效消除背景噪声和单光子探测器暗计数的影响,用于分析量子点荧光寿命动力学特性时在准确度以及时间分辨率方面都较目前普遍采用的荧光衰减曲线寿命拟合方法呈现出明显优势:当涨落误差为5%时,寿命测量准确度提高了一个数量级;当涨落误差和偏离误差均为5%时,对动力学测量效率以及时间分辨率提高了四倍以上.因此单光子调制频谱可以作为获取量子点在短时间尺度内激发态动力学信息的一种有效技术手段.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

基于电化学-热耦合模型研究隔膜孔隙结构对锂离子电池性能的影响机制
Mechanism of influence of separator microstructure on performance of lithium-ion battery based on electrochemical-thermal coupling model

曾建邦, 郭雪莹, 刘立超, 沈祖英, 单丰武, 罗玉峰
物理学报. 2019, 68 (1): 018201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181726
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摘要

隔膜孔隙结构对锂离子电池性能具有重要的影响,本文提出了可准确描述充放电过程中锂离子电池内部复杂物理化学现象的电化学-热耦合模型,发现该模型较文献中模型的计算结果更接近实验测试数据.利用该模型探讨了隔膜孔隙率与扭曲率分别对锂离子电池性能的影响规律,发现减小孔隙率或增大扭曲率,电池输出电压、最大放电容量和平均输出功率均不断降低,电池表面温度和温升速度均不断升高;当孔隙率减小或扭曲率增大到一定程度时,放电初期电池输出电压均会出现先下降后回升的现象,且孔隙率越小或扭曲率越大,其下降的幅度越大、速度越快,回升所需时间也越长;要确保其不低于截止电压,隔膜扭曲率必须小于临界扭曲率(其下降至最低点刚好等于截止电压时的隔膜扭曲率).综合分析了放电过程中电池内部各电化学参量和产热量的动态分布规律,发现隔膜孔隙率和扭曲率主要影响放电末期电极膜片内部电化学反应以及其他放电时刻电解液中有效Li+扩散(传导)系数.

有机金属卤化物钙钛矿薄膜中的光诱导载流子动力学和动态带重整效应 Hot!
Photoinduced charge carrier dynamics and spectral band filling in organometal halide perovskites

赵婉莹, 库治良, 金钻明, 刘伟民, 林贤, 戴晔, 阎晓娜, 马国宏, 姚建铨
物理学报. 2019, 68 (1): 018401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181854
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摘要

近年来有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点,引起了学术界和产业界的广泛关注,其优异的光电特性逐渐在能源领域展现出独特的优越特性.在短短几年内,有机-无机混合物钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经高达23%,发展速度逐步赶上甚至超越了成熟的硅太阳能电池.本文利用飞秒瞬态吸收光谱,对二步法制备的(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3和(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3/Spiro-OMeTAD有机-无机卤化物钙钛矿薄膜材料的激发态动力学进行了对比研究,详细讨论了两种薄膜样品中的电荷载流子产生与复合机制.通过紫外-可见吸收光谱测得钙钛矿薄膜(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3和(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3/Spiro-OMeTAD的吸收光谱与CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜材料的双价带结构相对应.从瞬态吸收光谱中,观察到760 nm附近的光致漂白信号,此时的载流子复合过程符合二阶动力学过程,而在约550–700 nm光谱范围内则是光诱导激发态吸收信号.实验结果表明,(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3钙钛矿薄膜样品中光生载流子主要的弛豫途径是自由电子和空穴的复合.抽运光激发样品使价带中的电子跃迁到导带,随着延迟时间的增加,电子和空穴复合,光谱发生红移现象.所观察到的带重整效应可以根据Moss-Burstein效应解释.相比较而言,(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3/Spiro-OMeTAD钙钛矿薄膜样品在光激发后电子和空穴分离,空穴迅速转移到空穴传输层,这将导致样品吸收度增加,漂白信号快速恢复,电子-空穴的复合不再对漂白信号的弛豫动力学起主导作用,同时也削弱了带重整现象.本文的实验结果对半导体有机-无机金属卤化物钙钛矿薄膜在光伏领域的应用具有重要意义,为今后高效、稳定的钙钛矿太阳电池的研究提供了参考.

具有感觉记忆的忆阻器模型
Mathematical model of memristor with sensory memory

邵楠, 张盛兵, 邵舒渊
物理学报. 2019, 68 (1): 018501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181577
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摘要
人类记忆的形成包括感觉记忆、短期记忆、长期记忆三个阶段,类似的记忆形成过程在不同材料忆阻器的实验研究中有过多次报道.这类忆阻器的记忆形成过程存在有、无感觉记忆的两种情况,已报道的这类忆阻器的数学模型仅能够描述无感觉记忆的忆阻器.本文在已有模型的基础上,根据有感觉记忆的忆阻器的研究文献中所报道的实验现象,设计了具有感觉记忆的忆阻器模型.对所设计模型的仿真分析验证了该模型对于存在感觉记忆的这类忆阻器特性的描述能力:对忆阻器施加连续脉冲激励,在初始若干脉冲作用时忆阻器无明显的记忆形成,此时忆阻器处于感觉记忆阶段,后续的脉冲作用下忆阻器将逐渐形成短期、长期记忆,并且所施加脉冲的幅值越大、宽度越大、间隔越小,则感觉记忆阶段所经历的脉冲数量越少.模型状态变量的物理意义可用连通两电极的导电通道在外加电压作用下的形成与消失来给出解释.

基于K-阶结构熵的网络异构性研究
Network heterogeneity based on K-order structure entropy

黄丽亚, 霍宥良, 王青, 成谢锋
物理学报. 2019, 68 (1): 018901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181388
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摘要
结构熵可以考察复杂网络的异构性.为了弥补传统结构熵在综合刻画网络全局以及局部特性能力上的不足,本文依据网络节点在K步内可达的节点总数定义了K-阶结构熵,可从结构熵随K值的变化规律、最大K值下的结构熵以及网络能够达到的最小结构熵三个方面来评价网络的异构性.利用K-阶结构熵对规则网络、随机网络、Watts-Strogatz小世界网络、Barabási-Albert无标度网络以及星型网络进行了理论研究与仿真实验,结果表明上述网络的异构性依次增强.其中K-阶结构熵能够较好地依据小世界属性来刻画小世界网络的异构性,且对星型网络异构性随其规模演化规律的解释也更为合理.此外,K-阶结构熵认为在规则结构外新增孤立节点的网络的异构性弱于未添加孤立节点的规则结构,但强于同节点数的规则网络.本文利用美国西部电网进一步论证了K-阶结构熵的有效性.
物理学报
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[编号:20161878]    一种基于二维Helmholtz腔阵列的低频宽带隔声结构实验研究

高东宝 刘选俊 田章福 周泽民 曾新吾 韩开锋
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 232 )
基于圆周排列的Helmholtz共振腔单元, 设计并实现了一种具有低频宽禁带的声人工结构, 可以在结构中心处实现二维隔声效果. 针对实际模型, 搭建了二维声场测量平台, 进行了相应的实验研究, 实验结果与有限元仿真结果吻合较好. 该结构在较宽的频带内(680-1050Hz)可以实现较好的隔声效果, 最大隔声量可达41dB. 实验中还研究了单元参数及共振状态对隔声效果的影响. 隔声区的大小与共振单元的分布形式有直接关系, 而良好的共振状态将对提高隔声量有一定帮助. 研究结果对设计新型声防护结构具有理论与应用价值.
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[编号:20161865]    贝叶斯迭代联合双边滤波的散焦图像快速盲复原

尹诗白 王卫星 王一斌 李大鹏 邓箴
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 216 )
实现有效的单幅散焦图像盲复原对军事及地质勘测领域的清晰图像获取具有极为重要的意义。常用算法存在计算量大,振铃及噪声敏感的问题,为此本文提出了贝叶斯框架下迭代双边滤波器的快速盲复原算法。它首先用基于深度信息的盲去卷积结果估计点扩散函数的概率模型,进而通过贝叶斯理论构建合理的盲复原最小优化问题,抑制振铃效应;然后推理分析最小优化问题的求解实质,得出双边滤波器快速求解最小优化问题的结论,简化求解过程,减少计算量;最后设计迭代联合双边滤波器的求解方式,即利用一次双边滤波器求解的复原结果设计联合双边滤波器的指导图,再将指导图作为优化问题的输入,迭代实施求解,去除噪声的同时确保复原质量。实验结果表明:该算法能有效抑制振铃,减少计算量,去除噪声,85%图像的像素误差平均值低于0.03,较常用盲去卷积法在同一误差区间的复原成功率提高了19%,运行时间缩短了约78%,能有效用于单幅散焦图像盲复原的实际工程实践中。
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[编号:20161805]    阵元随机均匀分布球面阵列联合噪声源定位方法

张揽月 丁丹丹 杨德森 时胜国 朱中锐
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 219 )
本文研究基于球面传声器阵列的噪声源定位方法,设计加工了阵元随机均匀分布64元球面传声器阵列,研究了球面近场声全息和球谐函数模态展开聚焦波束形成联合噪声源定位识别方法,对算法的性能进行了仿真分析,并利用球面传声器阵列进行了噪声源定位识别试验。研究表明,阵元随机均匀分布球面阵列具有全空间稳定的目标定位性能,球面近场声全息对低频近距离声源具有较高的定位精度,球谐函数模态展开聚焦波束形成对高频远距离声源具有较高的定位精度,将两种方法联合进行声源的定位识别,可以利用较小孔径的球面阵列和较少阵元的条件下,在宽频带范围内获得对目标声源良好的定位性能。
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[编号:20161731]    粒子( Ep≥45MeV)核内级联Monte Carlo模拟程序研究

胡志良 周斌 曾智蓉 梁天骄
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 304 )
本文基于核内级联物理过程,采用Monte Carlo方法发展了一款质子、中子以及π介子的粒子输运程序。基本物理模型基于适当简化和核内级联Bertini模型,同时借鉴了INCL模型质心系下的角微分分布以克服Bertini模型之不足,即采用Monte Carlo方法模拟核子与核子、核子与π介子间的弹性散射、非弹性散射等过程,粒子相互作用时,核子密度随半径变化且作用截面参考Bertini模型22类实验截面数据,出射粒子散射角在质心系下的抽样遵从INCL模型所确定的微分分布。可模拟45MeV~3500MeV的中子、质子或2500MeV以下π介子引起的核内级联过程。入射粒子能量在60~378MeV范围内反应截面理论计算值与已有实验数据、以及在65~3000MeV较宽能区范围内反应截面、出射粒子增殖比、微分截面和剩余核等计算结果与MCNPX、GEANT 4和PHITS模拟结果较好吻合。
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[编号:20161832]    基于行扫描测量的运动目标压缩成像

王盼盼 姚旭日 刘雪峰 俞文凯 邱棚 翟光杰
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 192 )
摘要:运动目标成像在实际应用中具有重要作用,而如何获取高质量运动目标图像是该领域研究中的一个热点问题。本文采用行扫描的采样方式,通过构造运动测量矩阵,建立一种基于压缩感知理论的运动物体成像模型,并通过仿真及实验,验证了该模型对于恢复运动物体图像信息的可行性。实验结果证明,该方法可获得高质量的运动物体成像。本文通过引入图像质量评价标准,分析了运动物体成像质量与速度之间的关系。本文还将该方法与普通压缩感知算法进行比较,结果证明,在相同速度下,该方法的成像质量更高。因而,该成像方法在无人机对地观测、产品线视频监测等领域有着很好的应用前景。
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[编号:20161678]    基于频域电磁场的微波器件微放电阈值快速粒子模拟

王洪广 翟永贵 李记肖 李韵 王瑞 王新波(Wang Xinbo) 崔万照 李永东
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 414 )
提出了一种利用频域电磁场快速计算微波器件微放电阈值的粒子模拟方法,首先通过CST微波工作室频域求解器获得微波器件中频域电磁场分布,在微放电过程模拟时将其转化到时域,再采用Boris算法求解电磁场中的电子运动,然后判断电子是否与三角面片边界相交,进行二次电子发射处理。变化输入功率,经过系列粒子模拟后,根据电子数目随时间的变化曲线确定微放电阈值。采用该方法,分别对平行平板和同轴传输线微波器件的微放电阈值进行了模拟计算,并与CST粒子工作室的模拟结果进行了对比。结果表明,两者获得的阈值基本一致,但本方法的计算效率提高了1~2个数量级。
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[编号:20161880]    总剂量辐照对热载流子效应的影响研究

何玉娟 章晓文 刘远
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 242 )
本文研究了总剂量辐照(TID, Total Irradiation Dose)效应对0.35?m NMOS器件热载流子(HCI, Hot Carrier Injection)测试的影响情况,试验结果表明:经过100krad(Si)总剂量辐照后进行5000s的热载流子测试,NMOS器件阈值电压随着总剂量的增大而减小,然后随热载流子测试时间的增大而增大,且变化值远远超过未经过总剂量辐照的器件;总剂量辐照后经过200小时高温退火,再进行5000s的热载流子测试,其热载流子退化值远小于未高温退火样品,但比未辐照样品更明显;即总剂量辐照与热载流子的协同效应,要超过两种效应的简单叠加。根据两种效应的原理分析,认为总剂量辐照感生氧化层陷阱电荷中的空穴与热电子复合减少了正氧化层陷阱电荷,但辐照感生界面态俘获热电子形成负的界面陷阱电荷,使得两者的协同效应模拟方式比单机理模拟方式更恶劣。
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[编号:20161703]    (2+1)维高阶Broer-Kaup系统的非局域对称及相互作用解

辛祥鹏 刘汉泽 刘希强
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 228 )
本文利用非局域对称方法及相容Tanh展开法研究了(2+1)维高阶Broer-Kaup系统。通过对Broer-Kaup系统的留数对称进行局域化,把非局域对称转化成等价的李点对称,同时得到了相应的对称群. 利用相容Tanh展开方法,得到了(2+1)维高阶Broer-Kaup系统的多种形式的波与孤立子的相互作用解,如椭圆周期波与孤立子等. 为了研究这些解的动力学行为,本文给出了解的相应图像.
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[编号:20161642]    环形光子晶体光纤中涡旋光的传输特性研究

张羚翔 魏薇 张志明 廖文英 杨振国 范万德 李乙钢
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 536 )
由于涡旋光具有轨道角动量,将它应用于光纤通信领域可以有效提高信息传输速率.设计了一种环形光子晶体光纤(简称RPCF),利用COMSOL Multiphysics软件对其涡旋光TE01、HE_21^±和TM01模式特性进行模拟计算,它们之间有效折射率差分别为4.59×〖10〗^(-4) 和3.62×〖10〗^(-4);其中,TE01模式的涡旋光在入射光波长范围为1650-1950 nm时,色散值在44.18 - 45.83 ps?nm^(-1)?km^(-1)之间平坦;入射光波长在1550 nm时,TE01模式的涡旋光的非线性系数为1.37 W^(-1)?km^(-1).该结构的光子晶体光纤的涡旋光具有损耗小,色散平坦等特性,对光纤中传输涡旋光、将涡旋光应用于超连续谱等方面研究具有重要意义.
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[编号:20161829]    复杂噪声场下对角减载技术的原理及应用

夏麾军 马远良 刘亚雄
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 250 )
实际水下噪声场是非常复杂的,它具有一定的相关性,且各阵元接收到的噪声的功率不相等,因此归一化的噪声协方差矩阵不是单位矩阵,使得一些阵列信号处理算法的性能将下降。针对这个问题,本文充分分析了复杂噪声场的物理特性,建立了噪声协方差矩阵的物理模型,提出了一种复杂噪声场下的协方差矩阵对角减载技术。首先将数据协方差矩阵减去一个减载系数矩阵,在使得波束输出信噪比达到最大的约束条件下,获得了减载系数矩阵的理论表达式和近似表达式。然后利用最小二乘方法,估计减载系数矩阵,并且理论分析了噪声场的相关性及输入信噪比对估计误差的影响。最后仿真实验和湖试数据处理结果表明,在复杂噪声场条件下,该算法提高了输出信噪比,改善了阵列信号处理算法的性能,并且该算法计算复杂度低,可以实时处理。
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[编号:20161819]    基于前冲康普顿电子高能伽马能谱测量系统设计

贾清刚 张天奎 许海波
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 258 )
除中子外,聚变核心同时释放大量高能伽马,其能谱可反映聚变过程关键物理参数,并为过程诊断提供重要信息.由于聚变伽马的时间与能量特性,需要设计高探测效率及能量分辨率的伽马谱仪.根据高能伽马谱仪的概念设计(Gamma-to-Electron Magnetic Spectrometer GEMS),针对该系统中伽马-电子转换靶,电子偏转汇聚,电子探测等关键环节进行优化设计以提高系统探测效率及能量分辨率.其中采用Monte-Carlo程序Geant4模拟研究了伽马-电子转换靶中康普顿散射与多次库伦散射对由转换靶出射电子的能谱与角分布的影响.开发并行遗传算法对复杂几何偏转磁场参数进行优化,得到低强度(小于100高斯)复杂边界偏转磁场.根据系统优化设计结果,采用Geant4模拟了该系统对不同能量伽马的响应. 此外,还模拟可该系统对特征聚变伽马能谱的测量,结果显示,该系统可在聚变中子产额分别为2.5×1015及1.2×1016条件下,对10-20 MeV高能伽马能谱测量实现能量分辨分别满足0.5 MeV(小于5%)及0.25 MeV(小于2.5%),说明该系统可用于聚变过程伽马能谱的诊断.
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[编号:20161851]    基于环形泵浦光的红外超分辨显微成像方法

刘鸿吉 刘双龙 刘伟 牛憨笨 陈丹妮
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 157 )
本文提出一种突破衍射极限的红外显微成像方法,该方法基于泵浦-探测模式,采用了环形而非高斯型强度分布的泵浦光,由于样品在环形光强度峰值附近区域达到吸收饱和,因此当高斯分布的探测光随后到达样品时,只有环形光的中心区域才能吸收探测光的能量. 而且吸收区域随着环形光的强度增加而减小. 这意味着,如果以被吸收的探测光能量作为该成像系统的信号,本文提出的方法可以使系统的分辨率超越衍射极限的限制. 本文模拟了不同环形光能量下成像系统的空间分辨率,结果表明:当环形光能量为100 nJ、探测光能量为0.1 nJ时,该方法的理论分辨率在236 nm,比传统红外显微成像系统分辨率提高了约14倍.
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[编号:20161846]    抽样法与灵敏度法keff计算不确度量化

胡泽华 叶涛 刘雄国 王佳
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 167 )
核反应堆的中子学模拟计算中,核数据不确度导致的积分量计算不确定度,通常采用基于微扰理论的灵敏度与不确定度(S/U)分析方法(简称,灵敏度法)量化。灵敏度分析法原则上只适用于线性模型,且一般计算程序不能直接进行灵敏度分析。而抽样法,通过随机抽样核数据,直接输入中子学计算程序进行计算,对计算结果统计分析量化不确定度。抽样法易于实现、计算精确、且适用性强。在灵敏度分析与不确定度量化程序SURE中,增加了抽样法不确定度量化功能。为将抽样法应用于复杂问题的模拟计算的不确度量化,需对其进行细致的考核。选取简单的临界基准实验模型,采用灵敏度分析法和抽样法,分别进行有效中子增殖因数keff计算的不确定度量化,得到了各核素各反应道核数据导致的keff计算不确定度。对比显示,两种方法的不确定度量化结果有很好的符合,验证了SURE程序抽样法功能的正确性。抽样法计算的keff符合正态分布,说明在一般核数据的不确定度范围内,keff与核数据成线性关系,灵敏度分析法不确定度量化可以适用。
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[编号:20161771]    基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案

曹正文
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 190 )
为了提高量子安全直接通信的效率, 本文提出了一种基于 Bell 态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案. 该方案中 Alice 将所有 Bell 态粒子划分为两个序列 $S_A$ 和 ${S_B}$ , 先将 ${S_B}$ 发给 Bob 进行第一次窃听检测, 检测结果表示量子信道安全后再将信息序列编码在序列 $S_A$ 和单光子序列 $S_S$ 混合的量子态序列上; 然后将已编码序列经过顺序重排和添加单光子检测粒子发给合法接收方 Bob. 该方案避免了复杂的 U 变换, 简化了方案的实现过程. 同时顺序重排和检测粒子的结合保证了方案的安全性. 另外 3 bit 经典信息加载在一个态上的编码规则大大提高了编码容量, 从而使信息传输效率也得到提高.
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[编号:20161827]    非球形效应对强声场中次 Bjerknes力的影响

马艳 林书玉
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 229 )
考虑了非球形气泡在声场中的形状振动,推导了非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力方程,数值模拟了声场中非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力和两个球形气泡之间的次Bjerknes力,并对非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力的影响因素进行了分析讨论。研究结果表明:当驱动声压振幅大于非球形气泡的Black阈值且又能使得非球形气泡稳定振动时,在第一个声驱动周期内,非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力和两个球形气泡的次Bjerknes力方向差异较大,在大小上是两个球形气泡次Bjerkens力的几倍到几十倍,且有着更长的作用距离。非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力取决于非球形气泡的形状模态阶数、两个气泡初始半径的比值、驱动声压振幅气泡间距和两个气泡的相对位置。
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[编号:20161887]    N/B掺杂石墨烯光电性质研究

禹忠 党忠
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 478 )
石墨烯自2004年发现以来,由于其独特的化学成键结构,使其拥有出色的化学、热学、机械、电学、光学特性而引起了人们极大的关注。由于石墨烯为零带隙材料,因此限制了其在纳电子学领域的发展。只有扩大石墨烯的带隙,才能推广石墨烯在纳电子学中的应用范围。本文构建了本征石墨烯、N掺杂石墨烯、B掺杂石墨烯三种模型,主要研究了本征石墨烯和不同掺杂浓度下的N/B掺杂石墨烯的能带结构、电子态密度、及光电性质,包括:吸收谱、反射谱、折射率、电导率和介电函数。研究表明:N/B掺杂石墨烯费米能级附近的电子态主要是由C-2p和N-2p/B-2p轨道杂化形成的,且N/B掺杂可以引起石墨烯费米能级和光电性质的改变。本文得出的结论可为石墨烯在光电子器件应用方面提供理论依据。
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[编号:20161653]    展向旋转平面库埃特湍流瞬时场的五分解方法

盖杰 刘泽宇 罗佳奇 蔡庆东 Zhenhua Xia
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 164 )
展向旋转平面库埃特湍流是旋转系统下壁湍流研究的经典问题,并且此湍流问题中的大尺度roll cells结构也受到广泛关注。本文,采用五分解方法将存在二次流的瞬时场分解为五部分,包括平均流场,二次流场的流向和横向部分,还有剩余场的流向和横向部分。通过五分解法,可以掌握湍动能各“分量”在能量平衡和能量传递方面的重要机制。研究结果表明,二次流和剩余场的流向运动(横向运动)是通过二次流涡量与剩余场剪应力相关项进行能量传递,二次流(剩余场)的流向运动和横向运动之间是通过旋转项进行能量传递。此外,剩余场的流向和横向运动之间还通过压力与应变率相关的再分配项进行能量传递。对于剩余场流向部分,在一定的旋转强度范围内,通过二次流涡量与剩余场剪应力相关项从二次流流向部分获取的能量大于从平均流获取的能量,说明二次流流向运动对剩余场流向运动有很大影响。
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[编号:20161738]    新型Fibonacci准周期结构一维等离子体光子晶体的全方位带隙特性研究

张娟
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 192 )
以二元Fibonacci准周期结构的一维等离子体光子晶体为对象,在系统研究不同初始序列及周期数的该结构光子晶体带隙特性的基础上,给出了一种新颖的一维等离子体光子晶体结构,用于扩大全方位光子带隙。相比文献中结构,该结构更简单(层数大大减少、且属于二元结构),全方位光子带隙宽度也更宽。此外,讨论了等离子体材料参数,如等离子厚度、等离子体频率、碰撞频率对该结构全方位带隙的影响,并与文献结构情况进行了对比。研究结果可为新型全方位反射器的设计提供重要的理论指导。
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[编号:20161598]    碰撞参数对磁化电负性等离子体鞘层结构的影响

刘惠平 邹秀 邹滨雁 邱明辉
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 680 )
数值研究了离子马赫数的取值和碰撞参数对由热的电子、热的负离子和冷的正离子构成的磁化电负性等离子体鞘层结构的影响.通过理论推导得到了鞘层模型的玻姆判据的表达式,并得到了不同离子马赫数情况下鞘层的正离子密度分布和净电荷分布曲线,还进一步得到了几个不同碰撞参数下鞘层的带电粒子密度、净电荷以及电势分布曲线.结果表明,离子马赫数取值不同对应不同的鞘层结构;碰撞使鞘层中正离子密度增加,使电子密度更快减小到零,对负离子密度分布影响不明显;碰撞使净电荷密度的峰值幅度增加并向鞘层边缘移动,使鞘层中电势值升高并使鞘层厚度减小.
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[编号:20161688]    气泡线性振动对含气泡水饱和多孔介质声传播的影响

郑广赢 黄益旺
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 284 )
为了研究孔隙水含少量气泡时多孔介质中波的传播,本文在Biot模型的基础上,将孔隙水中气泡的体积振动融合到多孔介质的孔隙流体渗流连续性方程中,从而得到了考虑气泡体积振动的孔隙流体渗流连续性方程。在此基础上,根据气泡线性振动下气泡瞬时半径和介质背景压力的关系,以及多孔介质运动方程和流体介质运动方程,导出了受气泡影响下多孔介质位移矢量波动方程,建立了非水饱和多孔介质声速频散和衰减预报模型。气泡的存在增大了孔隙水的压缩率,导致含气泡水饱和多孔介质声速的降低。当声波频率等于气泡的共振频率时,在声波激励下,介质呈现高频散,且孔隙水中的气泡产生共振,吸收截面达到最大,使得多孔介质的声衰减也达到最大。文中数值分析验证了上述结论,表明了气泡含量、大小和驱动声场频率是影响声波在含少量气泡的水饱和多孔介质中传播的主要因素。
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[编号:20161866]    Mg-Y-Cu合金长周期有序相热力学稳定性及其电子结构的第一性原理研究

马振宁 周全 汪青杰 王逊 王磊
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 189 )
采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势方法计算了Mg-Y-Cu合金中长周期有序相14H和18R (18R(m),18R(t))的形成焓、电子态密度和电荷密度.计算结果表明,14H和18R相都具有负的形成焓,说明两相都能够由单质转变形成,并且14H相比18R相更加稳定;14H和18R相的态密度分布形态和变化趋势相似,它们的成键峰均主要来自于Mg的3s轨道、Mg的2p轨道,Cu的3p轨道和Y的4d轨道的贡献,且在费米能级低能级区域产生了轨道杂化效应. 14H相和18R相的成键都具有明显的共价性.通过对各相(0001)面的电荷密度分析表明,14H和18R相中的Cu原子和Y原子之间都形成了共价键,并且14H相的共价性比18R相的共价性更强.
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[编号:20161787]    纳米SiO2/环氧树脂复合物介电性与纳米粒子分散性关系

高铭泽 张沛红
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 192 )
采用硅烷偶联剂改性纳米SiO2,制得改性纳米SiO2分散液和改性纳米SiO2颗粒。分别利用“机械法”制备未改性纳米SiO2复合环氧树脂和改性纳米SiO2复合环氧树脂,利用“气泡法”制备改性纳米SiO2复合环氧树脂。复合物中纳米SiO2含量分别为2wt%、3wt%、4wt% 、5wt%和6wt%。测试了复合物的击穿特性和耐电晕特性,结果表明复合物的击穿场强和耐电晕性随纳米SiO2含量的增加而增加,击穿场强在含量为5wt%时达到最大值。“气泡法”制备改性纳米SiO2复合环氧树脂的击穿场强和耐电晕性好于其它两种方法制备的复合环氧树脂。以5wt%纳米SiO2含量复合物为例,利用Image J软件分析复合物扫描电镜(SEM)图像,通过森下氏分散指数(Morisita’s Index)方法对复合物中纳米SiO2的分散性进行定量表征,得出“气泡法”制得的纳米SiO2/环氧树脂复合物的分散性好于“机械法”制备的复合物。研究发现纳米SiO2在环氧树脂基体中分散性越好,复合物的击穿特性和耐电晕性越好。
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[编号:20161638]    三终端非对称夹角石墨烯纳米结的弹道热整流

顾云风 吴晓莉 吴宏章
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 201 )
提出并通过非平衡格林函数法验证了一个三终端石墨烯纳米结弹道热整流的理论模型——石墨烯带两端作为左右热极,其上加一倾斜分支作为控制热极形成一个Y形纳米结。结果发现热流倾向于从与控制热极夹角较小的热极流向另一个热极。控制热极与左右热极间夹角差别的增大有利于热整流。这一现象在扶手椅型石墨烯带上尤其明显。锯齿型石墨烯带加上与其呈30度夹角的扶手椅型分支具有最明显的热整流效应。对于左右热极宽度不同的热整流器,倾斜控制极热可以使整流比在原来的基础上提高超过50%。
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[编号:20161838]    基于声散射的水下气泡群空间关联性研究

范雨喆 李海森 徐超 陈宝伟
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 225 )
基于气泡空间位置非独立分布气泡群的线性声散射,从统计观点对气泡间的空间关联性进行了研究,通过对气泡群进行子区域划分,提出了等效空间关联函数这一概念.由于等效空间关联函数随气泡空间位置变化而变化,提出了基于子气泡群散射声波的气泡分布以及聚集趋势的声学反演方法.通过对理论进行建模仿真发现,这一方法不但能准确反演出气泡群的分布及聚集趋势,还具有在被多个含聚集中心气泡群“掩埋”的条件下对目标气泡群聚集趋势的检测能力.为了进一步对理论进行验证,对船舶气泡尾流进行了声学测量,实验获得的等效空间关联函数符合尾流中气泡群的分布和聚集趋势.本文的研究工作,可为海洋中不同成因气泡群识别以及恶劣海况下风浪形成气泡群“掩埋”下的尾流、鱼群等水下气泡群检测提供理论基础.
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[编号:20161604]    基于亥姆霍兹定理计算动力学系统的哈密顿能量函数

王春妮 王亚 马军
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 419 )
亥姆霍兹定理表明任意空间矢量场可以分解为涡旋场和梯度场的叠加。由于电磁场变化和电磁波传播则导致电磁场能量的迁移,动力学振子和神经元处于复杂电磁环境下必然伴随能量的吸收和释放。对于非线性混沌电路,电容器充电放电,以及电感线圈感应过程中都伴随着能量的转换和迁移。包含量纲的非线性振荡电路可利用标度变换方法转换为无量纲的动力学方程。利用平均场理论,电场能量和磁场能量的转换可用若干非线性振荡电路的动力学方程来刻画。基于亥姆霍兹定理来研究一类无量纲非线性动力学系统的哈密顿能量计算问题,对于实际的非线性振荡电路,通过标度变换可快速计算其能量函数。该结果对于动力学系统自适应控制有重要的参考价值。
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[编号:20161691]    钙钛矿结构SnTiO3铁电相变的第一性原理研究

叶红军 王大威 姜志军 成晟 魏晓勇
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 367 )
铁电材料因其自发极化而表现出优异的介电、压电、热电等性能,可用于电容器、滤波器、传感器、探测器、换能器等多种应用途径。本文利用有效哈密顿方法和基于密度泛函理论的第一性原理计算对钙钛矿结构SnTiO$_3$ 进行了研究, 计算获得了SnTiO$_3$ 的有效哈密顿量系数. 利用这一结果, 通过蒙特卡罗模拟, 预测了SnTiO$_3$ 的相变温度和参与相变的结构相.
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[编号:20161448]    ”作者要退稿“高温热环境微扰下一维杜芬型振子退相干的频率响应及其与经典运动的对应(暂不发,作者要求退稿)

张世辉 阎占元 崔英敏
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 325 )
以杜芬型振子为例, 借助Wigner函数和主方程, 研究了高温热环境微扰下一维受驱非线性系统退相干的频率响应. 其中, 退相干用线性熵标度, 量子演化以相干态为初始Wigner函数. 通过数值模拟发现, 对于不同的初始波包中心, 系统线性熵随时间的增长均会受到驱动频率的影响, 其平均增长速率的频率响应曲线存在显著的响应峰, 在响应峰附近退相干得到了明显增强. 通过简要的理论分析可以看出, 环境微扰导致的线性熵增长, 其速率和Wigner 函数在傅里叶空间沿高频方向的扩散有关. 后者源自量子演化过程中能级之间的干涉, 它会受到驱动频率的影响. 上述影响导致了线性熵增长的频率响应. 这一点也可以由线性熵增长频率响应曲线和经典方均根振幅频率响应曲线之间的对应得到进一步的佐证. 因为, 根据经典量子对应理论, 参与量子演化的系统能级在经典极限下可以通过方均根振幅反映出来. 从这个角度说, 对于本文研究的情况, 经典方均根振幅的频率响应曲线可以作为线性熵增长频率响应曲线的一个经典指标.
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[编号:20160892]    2D/3D湍流热对流近底板流态与温度边界层特性研究

黄茂静 包芸
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 199 )
本文采用可高效并行计算的湍流热对流直接数值模拟(DNS),计算了系列Ra数的二维方腔和三维扁方腔的Rayleigh-Bénard热对流。针对二维和展向平均三维的平均场计算结果,选取Ra = 109、1010、5?1010三组典型Ra数,发现所有流动中都存在大尺度环流和角涡,而且随着Ra数的增加,大尺度环流的形状都变圆,角涡尺寸都变小。在二维流动中,大尺度环流呈椭圆形,有四个角涡,而展向平均三维流动中,大尺度环流呈梭形,只有两个角涡。由于二维和三维流动中大尺度环流和角涡特性的不同,较小角涡的作用使二维流动中羽流向上运动的范围相比三维流动更广,造成该局部区域温度边界层厚度变大。温度边界层厚度λθ与Ra数之间存在标度关系,二维和三维的标度律的指数基本一致,标度关系的系数稍有不同。
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[编号:20161812]    NiAl中Ni空位对杂质C原子的多重捕获及温度效应的第一性原理研究

胡雪兰 罗阳 赵若汐 胡艳敏 宋庆功 张艳峰
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 101 )
本文应用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了NiAl金属间化合物中Ni空位对杂质C元素的多重捕获。研究结果表明:在Ni空位存在时,单个C原子最易于存在于空位中心附近的富Ni八面体间隙位置且与邻近的Ni原子和Al原子之间存在共价键形式的相互作用。多个C原子在NiAl中倾向于以“Sequential”的方式被Ni空位捕获,进而形成CnVNi (n=1,2,3,4)团簇。通过电荷密度和差分电荷密度分析得到,当Ni空位捕获多个C原子后,C原子之间有着优先于自身成键的特性。进一步,我们应用热力学模型计算了温度对于CnVNi (n=1,2,3,4)团簇浓度及空位浓度的影响。研究表明本征Ni空位的浓度会随着温度的升高而升高。在NiAl金属间化合物中,大多数的杂质C原子会被Ni空位捕获而不是存在于远离Ni空位的八面体间隙位置。由于C原子被Ni空位捕获的过程是一个放热过程,使得体系温度升高,因此会进一步激发更多的Ni空位产生。但是在一定的温度范围内(温度小于1000K时),Ni空位均以CnVNi团簇的形式存在。
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[编号:20161640]    不同原子在飞秒强激光场中的里德堡态激发和双电离(原子分子超快过程研究专题)

赵磊 吕航 徐海峰
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 126 )
利用质量分辨的脉冲电场电离方法结合飞行时间质谱,系统地研究了He,Ar和Xe原子在800 nm飞秒强激光场中的里德堡态激发过程,并将其与非序列双电离过程进行了比较,探讨了激发与非序列双电离过程的区别,以及不同原子里德堡态激发过程的规律性变化。研究结果将有助于我们深入了解强激光场中原子里德堡态激发的物理机制。
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