物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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单脉冲时间精确可控的单纵模Nd:YAG激光器
戴殊韬, 江涛, 吴丽霞, 吴鸿春, 林文雄
物理学报. 2019, 68 (13): 134202
自驱动的Janus微球在具有不同障碍物的表面上的运动行为研究
张红, 宗奕吾, 杨明成, 赵坤
物理学报. 2019, 68 (13): 134702
在人工拓扑超导体磁通涡旋中寻找Majorana零能模
李耀义, 贾金锋
物理学报. 2019, 68 (13): 137401
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  物理学报--2019, 68 (13)   发布日期: 2019-07-05
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特邀综述

在人工拓扑超导体磁通涡旋中寻找Majorana零能模 Hot!
Search for Majorana zero mode in the magnetic vortex of artificial topological superconductor

李耀义, 贾金锋
物理学报. 2019, 68 (13): 137401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181698
全文: [PDF 1341 KB] 下载:(138)
摘要

寻找具有拓扑序的新物质态是目前一个非常活跃和令人激动的研究领域.与拓扑绝缘体类似,在超导体中也存在着拓扑非平庸的超导态,它与传统的超导体在拓扑性上是不等价的,这种具有非平庸拓扑序的超导体被称为拓扑超导体.拓扑超导体在体内具有非零的超导能隙,而在表面有无能隙的表面态.理论预言在拓扑超导体中能够实现具有非Abelian统计特性的Majorana费米子.Majorana费米子可以用来构建拓扑量子比特,在拓扑量子计算方面有重大的科研和应用前景.拓扑绝缘体的出现催生出了许多人工拓扑超导体材料.本专题将主要介绍在拓扑绝缘体/超导体异质结中探测Majorana费米子的一系列实验工作.通过对拓扑超导体的研究,人们对超导电性有了全新的认识,有可能找到实现Majorana费米子新奇量子物理性质的方法.

青年科学评述

金属材料界面与辐照缺陷的交互作用机理
Mechanism of interaction between interface and radiation defects in metal

刘思冕, 韩卫忠
物理学报. 2019, 68 (13): 137901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190128
全文: [PDF 2464 KB] 下载:(56)
摘要

高能粒子辐照在材料内部产生大量的辐照缺陷,如间隙原子、空位、位错环、空洞和气泡等.大量辐照缺陷的形成和演化引起材料微观结构的失稳并造成严重的辐照硬化和脆化.界面工程是一种调控材料抗辐照性能的有效方法.通过引入高密度的晶界、相界、自由表面等来增加空位和间隙原子的复合概率,能有效降低辐照缺陷的积聚,提高材料的结构稳定性,消除或减弱辐照的有害效应.本文简述了几种典型金属材料界面与不同类型辐照缺陷的交互作用机理,分析了界面结构、缺陷类型和辐照条件对交互作用过程的影响,最后讨论了本领域需进一步关注的热点问题,期望运用多学科知识和研究方法更好地揭示辐照损伤过程并设计新型抗辐照损伤材料.

总论

光纤偏振编码量子密钥分发系统荧光边信道攻击与防御
Eavesdropping and countermeasures for backflash side channel in fiber polarization-coded quantum key distribution

陈艳辉, 王金东, 杜聪, 马瑞丽, 赵家钰, 秦晓娟, 魏正军, 张智明
物理学报. 2019, 68 (13): 130301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190464
全文: [PDF 719 KB] 下载:(22)
摘要

实际安全性是目前量子密钥分发系统中最大的挑战.在实际实现中,接收单元的单光子探测器在雪崩过程的二次光子发射(反向荧光)会导致信息泄露.目前,已有研究表明该反向荧光会泄露时间和偏振信息并且窃听行为不会在通信过程中产生额外误码率,在自由空间量子密钥分发系统中提出了利用反向荧光获取偏振信息的攻击方案,但是在光纤量子密钥分发系统中暂未见报道.本文提出了在光纤偏振编码量子密钥分发系统中利用反向荧光获取信息的窃听方案与减少信息泄露的解决方法,在时分复用偏振补偿的光纤偏振编码量子密钥分发系统的基础上对该方案中窃听者如何获取密钥信息进行了理论分析.实验上测量了光纤偏振编码量子密钥分发系统中反向荧光的概率为0.05,并对本文提出的窃听方案中的信息泄露进行量化,得出窃听者获取密钥信息的下限为2.5×10-4.

考虑对流和扩散两种动力学起源的连续时间随机行走模型
Continuous time random walk model with advection and diffusion as two distinct dynamical origins

杨晓荣, 王琼, 叶唐进, 土登次仁
物理学报. 2019, 68 (13): 130501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190088
全文: [PDF 685 KB] 下载:(25)
摘要

本文建立了考虑两种动力学起源的连续时间随机行走模型,特别是在模型中明确区分了对流和扩散两种因素对粒子输运过程的影响.通过改变各因素的相对权重,描述了从正常输运到反常输运的过渡,并建立了相应的输运方程.该模型成功描述了复杂孔隙介质中溶质输运过程随着Péclet数的变化而经历的定性改变.

基于现场可编程逻辑门阵列的磁控忆阻电路对称动力学行为分析
Dynamic analysis of symmetric behavior in flux-controlled memristor circuit based on field programmable gate array

吕晏旻, 闵富红
物理学报. 2019, 68 (13): 130502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190453
全文: [PDF 4289 KB] 下载:(25)
摘要

将含绝对值项的磁控忆阻器引入改进型蔡氏电路,构建新型磁控忆阻混沌电路,通过分岔图与Lyapunov指数谱创新性地观察到系统的对称分岔行为,揭示系统双参数平面内运动状态分布的对称性.同时,基于忆阻电路参数-初值平面的系统运动分布图,分析对称吸引域内系统的多稳态特性,相图的绘制进一步证明电路多稳态现象的存在性.此外,应用现场可编程逻辑门阵列完成电路实验,在数字示波器上捕捉实验结果,证明所构磁控忆阻电路的物理可实现性.

新Chua多涡卷混沌吸引子的产生及应用
Generation and application of novel Chua multi-scroll chaotic attractors

贾美美, 蒋浩刚, 李文静
物理学报. 2019, 68 (13): 130503      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182183
全文: [PDF 1914 KB] 下载:(33)
摘要

本文采用对数函数序列构造了一个新Chua多涡卷混沌系统,分析了该系统的非线性动力学行为,主要包括对称性、不变性、平衡点、最大李雅普诺夫指数等.然后,设计递归反步控制器控制Chua多涡卷混沌系统中的混沌行为.最后,利用Chua多涡卷混沌系统检测了多频微弱周期信号.结果表明,对数函数序列与新Chua双涡卷混沌系统相结合能够产生丰富的Chua多涡卷混沌吸引子.产生机制为指标2的鞍焦平衡点用于产生涡卷,指标1的鞍焦平衡点用于连接涡卷.递归反步控制器能够将Chua多涡卷混沌系统控制到不动点或给定的正弦函数.Chua多涡卷混沌系统与递归反步控制器相结合的新微弱信号检测方法能够检测出淹没在高斯噪声背景下多频微弱周期信号的各频率.

基于交替起振光电振荡器的大量程高精度绝对距离测量技术
Long-range, high-precision absolute distance measurement technology based on alternately oscillating optoelectronic oscillator

谢田元, 王菊, 王子雄, 马闯, 于洋, 李天宇, 方杰, 于晋龙
物理学报. 2019, 68 (13): 130601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190238
全文: [PDF 766 KB] 下载:(19)
摘要

提出了一种基于交替起振的光电振荡器的大量程、高精度绝对距离测量方法.此方法构建了两个光电振荡环路,分别为测量环和参考环.通过切换光开关实现测量/参考光电振荡器的交替起振;通过切换微波开关实现光电振荡器高阶/低阶振荡模式的转换;通过频率计依次记录测量/参考光电振荡器的高阶/低阶振荡频率,然后计算测量/参考光电振荡器的腔长进一步得到绝对距离.本方案的优点是:由于采用了测量/参考两个光电振荡器腔长相减的方法消除系统自身的漂移,不需要控制腔长,结构简单.实验中,利用公里量级的光纤来模拟大量程的待测距离,利用高步进精度的光延时线来模拟距离变化.在等效6 km的空间往返待测距离上,测量误差为3.5 μm,相对测量精度达到5.8×10-10.

基于人工神经网络在线学习方法优化磁屏蔽特性参数
Online learning method based on artificial neural network to optimize magnetic shielding characteristic parameters

彭向凯, 吉经纬, 李琳, 任伟, 项静峰, 刘亢亢, 程鹤楠, 张镇, 屈求智, 李唐, 刘亮, 吕德胜
物理学报. 2019, 68 (13): 130701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190234
全文: [PDF 1113 KB] 下载:(35)
摘要

磁屏蔽在磁场敏感的装置如原子钟、原子干涉仪等精密设备中发挥重要的作用,在变化外磁场下的某个磁屏蔽内部剩余磁场,可以通过Jiles-Atherton磁滞模型和磁屏蔽系数计算得出,根据计算结果可以进行主动补偿来抵消内部磁场的改变.然而实际应用中磁滞模型中五个与磁屏蔽相关的参数以及磁场衰减的两个参数的准确值的获得是比较困难的,通常根据实测磁滞回线人工匹配调节参数会花费大量时间且很难确保最终参数是全局最优值.基于人工神经网络的机器学习方法已经成为一种对复杂模型进行参数优化的有效手段,得益于现代计算机强大的运算能力,该过程通常远远快于人工参数调节,并有更大概率找到全局最优值,获得优于手工调节的参数值.本文利用人工神经网络在线机器学习的方法,对磁滞模型的五个参数与磁屏蔽的另外两个屏蔽相关参数进行优化测定,并对模拟卫星磁场环境下磁屏蔽内剩余磁场进行预测.通过实际测量屏蔽筒内剩余磁场与预测值比对,发现通过机器学习方法得到的磁屏蔽特性参数优于手动找到的参数,且所用时间大大缩短.该结果不仅有助于更好地进行磁场补偿,用于冷原子系统参数优化调整,更重要的是验证了神经网络在多参数物理系统中的应用,可以使其他多参数共同作用的物理实验进行最优参数的快速确定.

核物理学

英国散裂中子源工程材料原位加载衍射实验高温样品环境优化设计
High temperature sample environment upgrade of ISIS engineering materials in-situ diffraction experiment

詹霞, Joe Kelleher, 高建波, 马艳玲, 初铭强, 张书彦, 张鹏, Sanjooram Paddea, 贡志锋, 侯晓东
物理学报. 2019, 68 (13): 132901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182295
全文: [PDF 918 KB] 下载:(12)
摘要

英国散裂中子源(ISIS)在工程材料中子衍射领域有着十余年丰富的研究经验,最为典型的衍射谱仪之一的Engin-X在材料、加工等方向有着广泛应用,包括残余应力分布测量、金属相变分析、微观力学研究等.Engin-X通过设置红外加热型高温炉配套材料试验机的样品环境以实现中子衍射原位高温力学实验,目前原位实验中高温炉最高设计温度可达1100℃.通过优化高温炉反射罩形状、布局、反射涂层,以及合理设置反射挡板等措施(例如采用一种椭圆-圆组合形状的反射罩),可实现更优的光线聚焦效果.模拟计算得知样品的能量吸收可提高109%以上,最终高温可达1400℃.相关研究有望拓展Engin-X中子衍射技术在材料研究领域的应用,同时也为中国散裂中子源(CSNS)工程材料衍射谱仪样品环境设计提供借鉴经验.

原子和分子物理学

循环载荷下纳米铜/铝薄膜孔洞形核、生长及闭合的分子动力学模拟
Molecular dynamics simulation of void nucleation, growth and closure of nano-Cu/Al films under cyclic loading

刘强, 郭巧能, 钱相飞, 王海宁, 郭睿林, 肖志杰, 裴海蛟
物理学报. 2019, 68 (13): 133101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181901
全文: [PDF 1353 KB] 下载:(16)
摘要

本文运用分子动力学模拟了在应变幅比为R=-1的循环载荷条件下,扩散焊纳米铜/铝双层薄膜内部孔洞形核、生长以及闭合的演化机理.研究发现,在循环载荷条件下,孔洞主要在铜/铝双层膜的铝侧内部形核,且有孔洞Ⅰ和孔洞Ⅱ两种演化方式.孔洞Ⅰ在铜-铝相互扩散形成双层膜时在因柯肯达尔效应所产生出的空隙缺陷位置处形核,这种形核方式下,空隙缺陷形成空位后,空位在铝侧无序结构内部向铜原子数相对密集的区域移动.当空位聚集形成孔洞时,孔洞在固定位置生长.孔洞Ⅱ在压杆位错被克服所形成的空隙缺陷位置处形核,在铝侧形核后的孔洞没有发生移动.与孔洞Ⅰ相比,孔洞Ⅱ在应变加载过程中孔洞形核时的应力大、孔洞生长速度较快且尺寸稍大,在应变卸载阶段孔洞闭合速度也较快.两种孔洞在形核、生长和闭合过程中有两方面的共同特点:1)两种孔洞都是在铝侧无序结构内部的空隙缺陷处形核.2)两种孔洞在其生长、闭合过程中外形变化相同.在孔洞生长阶段,两种孔洞在外形上都是先沿应变加载方向拉伸长大,然后沿与应变加载相垂直的方向长大,最后趋向球形发展.在孔洞闭合阶段,两种孔洞在外形上首先沿应变加载方向压缩成椭球状,然后沿与应变加载相垂直的方向从孔洞两端向孔洞中心闭合消失.在随后的循环加载过程中,孔洞消失位置处没有再次出现新孔洞,而是在铝侧其它位置无序结构内部的空隙缺陷处形核.

一类多能级Rosen-Zener模型的精确解
Exact solution to a kind of multi-level Rosen-Zener models

姚绍武, 曹洪, 岑理相
物理学报. 2019, 68 (13): 133201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190353
全文: [PDF 796 KB] 下载:(21)
摘要

本文利用代数动力学方法研究了一类Rosen-Zener模型及其多能级推广系统的精确解.不同于以往将二能级系统薛定谔方程转化为超几何方程的方法,本文证明这类特殊的Rosen-Zener模型可以通过引入正则变换或规范变换予以解析求解,并进一步揭示该方法可以推广求解其多能级系统.在此基础上详细刻画了随时间演化系统各能级间的跃迁几率,讨论了这类体系所具备的动力学不变量,以及这类模型存在的对偶系统及其可解性.

电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

基于矢量像差理论的离轴反射光学系统初始结构设计
Initial configuration design of off-axis reflective optical system based on vector aberration theory

操超, 廖志远, 白瑜, 范真节, 廖胜
物理学报. 2019, 68 (13): 134201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190299
全文: [PDF 810 KB] 下载:(20)
摘要

传统的离轴反射光学系统初始结构设计方法是先求取轴对称反射光学系统结构,然后通过光瞳离轴、视场离轴或二者结合的方法实现无遮拦设计.由于同轴光学系统像差分布规律不适用于离轴光学系统,因此离轴后的反射光学系统结构像差较大,而且系统无遮拦设计过程复杂.本文提出了一种基于矢量像差理论的离轴反射光学系统初始结构设计方法,可以直接获取光瞳离轴、视场离轴或二者结合的无遮拦离轴反射光学系统初始结构.该方法可以获得较好的离轴反射光学系统初始结构供光学设计软件进一步优化.针对面阵探测器,设计了一个长波红外离轴三反光学系统,通过光瞳离轴和视场离轴实现无遮拦设计,光学系统成像质量好,反射镜不存在倾斜和偏心,光学系统易于装调.

单脉冲时间精确可控的单纵模Nd:YAG激光器 Hot!
Single-axial-mode Nd:YAG laser with precisely controllable laser pulse output time

戴殊韬, 江涛, 吴丽霞, 吴鸿春, 林文雄
物理学报. 2019, 68 (13): 134202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190393
全文: [PDF 628 KB] 下载:(21)
摘要

报道了一种单脉冲输出时间精确可控的单纵模Nd:YAG激光器.该激光器谐振腔采用自滤波非稳腔结构得到TEM00模,利用磷酸钛氧铷电光晶体作为相位调制器来扫描腔长,通过种子注入的扫描-保持-触发技术锁定腔模,得到稳定的单脉冲输出时间精确可控的单纵模输出.该1064 nm激光器输出脉冲能量为50 mJ,脉冲建立时间48 ns,单脉冲输出时间抖动小于1%.用波长计WS7测量脉冲的波长和线宽,测量结果显示,波长计干涉仪干涉条纹清晰光滑,是典型的多光束干涉波形,显示波长为1064.40416 nm,线宽< 0.5 pm (波长计的极限分辨率).同时以0.1 Hz的工作频率连续记录了1700发脉冲的波长,波长抖动小于0.1 pm (峰峰值).

MoS2及其金属复合表面增强拉曼散射基底的发展及应用
Development and application of MoS2 and its metal composite surface enhanced Raman scattering substrates

李金华, 张思楠, 翟英娇, 马剑刚, 房文汇, 张昱
物理学报. 2019, 68 (13): 134203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182113
全文: [PDF 8883 KB] 下载:(7)
摘要

表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)作为一种超灵敏的无标签分析技术,在分子检测领域得到了广泛的研究及发展,而增强机理的探究及灵敏度、均匀性、稳定性等性能的提升一直是研究人员面临的重要挑战.本文通过梳理SERS机理的国内外研究进展,综述了单一金属基底、二硫化钼(MoS2)基底及金属/MoS2复合基底的机理及研究现状和存在的问题等;总结介绍了二硫化钼基底及金属/二硫化钼复合基底制备方法的优缺点;概述了二硫化钼及其金属复合基底在食品检测、生物医学、环境污染监测等方面的应用研究进展;最后提出了SERS技术目前存在的不足并对其发展前景进行了展望.

基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法
Microwave photonic frequency up-converter with LO doubling based on carrier suppression single-sideband modulation

许家豪, 王云新, 王大勇, 周涛, 杨锋, 钟欣, 张弘骉, 杨登才
物理学报. 2019, 68 (13): 134204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190266
全文: [PDF 816 KB] 下载:(11)
摘要

提出了一种基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法.通过将本振信号加载在马赫-曾德尔调制器上产生±1阶本振边带,利用光纤光栅进行边带分离,将-1阶本振边带作为载波输入双平行马赫-曾德尔调制器进行二次调制.中频信号通过90°电桥加载在双平行马赫-曾德尔调制器上,并使其工作在载波抑制单边带调制状态.最后将输出的中频单边带调制信号与光纤光栅反射的+1阶本振单边带信号进行合路拍频,即可获得频率为2ωLO+ωIF的上变频信号.为了验证该方法的有效性,搭建了上变频链路并进行了性能测试,实验结果表明链路的输出光谱和频谱较为纯净,经过单边带调制后的光谱杂散抑制比达到了22.5 dB,产生的本振倍频上转换信号的杂散抑制比达到了23.6 dB,系统的无杂散动态范围达到了96.1 dB·Hz2/3.该本振倍频上转换方法可有效降低对本振信号的频率需求,并且产生的上转换信号纯净度较高,为光载无线通信、光控相控阵雷达等系统中的高频发射提供了有效途径.

基于引力搜索算法的湍流相位屏生成方法
Generation of turbulence phase screen based on gravitational search algorithm

张冬晓, 陈志斌, 肖程, 秦梦泽, 吴浩
物理学报. 2019, 68 (13): 134205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190081
全文: [PDF 908 KB] 下载:(11)
摘要

本文提出了一种全新的相位屏生成方法,结合了经典快速傅里叶变换(FFT)模型与稀疏谱模型.经典的FFT模型由于低频成分的严重缺失,限制了其在高精度相位屏生成方面的应用,为此,本文将相位屏的低频部分单独提取出来,应用稀疏谱模型生成相应的低频补偿屏,将二者相加后得到最终的精确相位屏.结果表明,补偿屏的模拟精度与低频采样点的分布有关,且存在一种最优分布使得最终的相位屏结构函数与理论结构函数的误差最小.为兼顾相位屏生成速度,本文选取了16个低频采样点,采样点位置由两个待定参数确定,并应用引力搜索算法对参数进行优化得到最终的低频采样点分布.仿真结果表明,该方法与传统低频补偿方法相比精度提高了1—2个数量级,且运算速度优于传统方法.

飞秒脉冲抽运掺镱微结构光纤产生超连续谱的实验研究
Experimental study of supercontinuum generation in Yb3+-doped microstructure fiber pumped by femtosecond pulses

王伟, 左玉婷, 董婷婷, 朱维震, 林天旭, 徐海东, 卿源, 韩颖, 齐跃峰, 侯蓝田
物理学报. 2019, 68 (13): 134206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182051
全文: [PDF 968 KB] 下载:(9)
摘要

本文利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运自制的掺镱微结构光纤,对微结构光纤中的非线性效应及超连续谱产生机理进行了实验研究.研究发现,当抽运光偏离Yb3+吸收最高峰85 nm时,仍具有较高的发光效率.在飞秒脉冲抽运下,位于反常色散区的发射光首先被位于正常色散区的抽运光激发、放大并俘获,然后演化为超短脉冲,随后在微结构光纤中产生非线性效应.微结构光纤1发射光位于零色散波长附近,产生基阶孤子并在拉曼作用下红移,微结构光纤2发射光位于距离零色散波长较远的反常色散区,产生高阶孤子分裂效应形成超连续谱,但是1380 nm处的OH-吸收限制了超连续谱的进一步展宽.忽略抽运光耦合效率、微结构光纤损耗等因素的影响,输出光谱中超连续谱的产生效率最高可以达到98%以上,意味着几乎所有的残余抽运光和发射光均展宽为超连续谱.在0.50 m长的微结构光纤中,获得了较高的波长转换效率和较宽的超连续谱.通过拉锥处理,零色散波长发生蓝移,最终产生的超连续谱相在短波处范围展宽,而在长波处范围缩短.因此利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运Yb3+掺杂微结构光纤,可以获得可调谐的超连续谱.

声场中球形空化云中气泡的耦合谐振
Coupled resonance of bubbles in spherical cavitation clouds

张鹏利, 林书玉, 朱华泽, 张涛
物理学报. 2019, 68 (13): 134301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190360
全文: [PDF 799 KB] 下载:(15)
摘要

本文从泡群中气泡动力学方程出发,对泡壁运动方程进行线性约化,得到球状泡群中气泡谐振频率的表达式,并给出了泡群中气泡谐振频率与单泡Minnaert频率的修正系数.讨论了泡群中气泡初始半径、气泡数量、气泡之间距离对谐振频率的影响.研究结果表明:考虑到气泡的相互作用后,球状泡群中气泡的谐振频率明显小于单泡的Minnaert频率.随着泡群中气泡数量的减少、气泡之间距离增大,泡群中气泡之间的相互作用减弱,气泡的谐振频率回归到Minnaert单泡谐振频率.同时泡群中气泡的谐振频率随气泡之间距离、气泡数量的影响变化梯度也不相同.泡群中气泡数量越多、气泡距离近越近,气泡之间相互作用强,谐振频率变化幅度快.

基于压电材料的薄膜声学超材料隔声性能研究
Sound insulation performance of thin-film acoustic metamaterials based on piezoelectric materials

贺子厚, 赵静波, 姚宏, 蒋娟娜, 陈鑫
物理学报. 2019, 68 (13): 134302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190245
全文: [PDF 1412 KB] 下载:(23)
摘要

针对低频噪声的隔离问题,设计了一种基于压电材料的可调控薄膜声学超材料,该材料由压电质量块嵌入弹性薄膜制成.建立了材料的有限元分析模型,并且计算了材料的各阶特征频率与20—1200 Hz频段的传输损失曲线,并通过实验验证了有限元计算的真实性.计算结果表明:此声学超材料在20—1200 Hz频段内隔声性能良好,存在两个50 dB以上的隔声峰与一个可调式的隔声峰.通过分析简单结构的首阶共振模态并构建其等效模型,从理论上探究了结构参数对薄膜声学超材料隔声性能的影响,并通过有限元计算验证了其等效模型的正确性;综合分析材料的特征频率与传输损失曲线,进一步讨论了结构的隔声机理,分析结果表明,在特征频率处,薄膜的“拍动”会导致声波在其后的传播过程中干涉相消,实现声波的衰减;通过Fano共振理论,探究了各共振点处传输损失曲线特征不同的原因;压电质量块与外接电路组成LC振荡电路,在电路的共振频率处,压电材料的振动可以吸收声波的能量从而造成一个隔声峰,同时可以改变外接电路的参数来调整电路的共振频率,从而实现对隔声性能的调控.最后,探究了压电质量块偏心量对材料性能的影响,并通过有限元计算验证了材料隔声性能的可调性.研究结果为可调式薄膜声学超材料的设计提供了理论参考.

深海大接收深度海底混响研究
Bottom reverberation for large receiving depth in deep water

王龙昊, 秦继兴, 傅德龙, 李整林, 刘建军, 翁晋宝
物理学报. 2019, 68 (13): 134303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20181883
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摘要

海洋混响对主动声纳工作性能的影响不可忽略,一直是水声学研究中的一个重要课题.在南海实验中获取了深海混响实验数据,包含近海底大接收深度的混响信号,其强度随时间变化存在锯齿形结构.为对混响数据进行深入分析,基于射线理论提出了一种深海海底混响模型,能够计算本地混响和异地混响强度,并可解释深海混响信号的产生过程.该模型首先对海底散射体进行网格式划分,然后根据每个网格内散射体产生混响信号的准确时间进行混响计算,对于传播路径丰富的深海环境比传统按圆环或椭圆环处理散射体的方式更加精确.在多种收发距离和接收深度条件下,将数值模拟结果与实验数据进行比较.结果表明:对于大接收深度,混响整体吻合较好;而靠近海面处的混响,二者的一致性下降.分析结果表明,使用的海底散射系数参数适用于该实验海区,同时验证了该散射系数模型对于小掠射角海底散射更加准确,对应深海大接收深度混响.

浅海波导中低频声场干涉简正模态的判别
Identification of interference normal mode pairs of low frequency sound in shallow water

孟瑞洁, 周士弘, 李风华, 戚聿波
物理学报. 2019, 68 (13): 134304      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190221
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摘要

浅海波导中,低频宽带声场中干涉简正模特性可用于声源定位和环境参数反演,然而实际应用中由于存在声源位置不确知、某些简正模激发较弱、模型参数选取失配等因素的制约,导致干涉简正模阶数的判别存在问题.结合水平线列阵应用,根据阵列接收信号中干涉简正模成分的波束输出角度与距离无关但与干涉简正模阶数和频率相关的波导固有频散特性,提出了一种基于阵元域接收信号自相关函数WARPING变换过滤干涉简正模,进而对其波束输出角度进行模基匹配判别简正模阶数的方法.利用2011年北黄海海域声学实验中坐底布放的32元水平线列阵接收的爆炸声脉冲信号,对方法进行了验证.并由仿真数据分析了声速剖面、海底参数和水深等参数失配及信噪比对方法性能的影响.结果表明水深变化14%以上对干涉简正模波束输出角度的提取值影响最大,可引起方法失效;声速剖面和海底参数在一定失配范围内对方法性能的影响可忽略;方法要求单阵元信噪比大于2 dB.

深海大深度声场垂直相关特性
Vertical correlations of sound field at large depths in deep water

李整林, 董凡辰, 胡治国, 吴双林
物理学报. 2019, 68 (13): 134305      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190134
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摘要

深海声场垂直相关特性对提高垂直阵阵列增益和水下目标探测性能具有重要意义.基于2014年南中国海实验大跨度垂直阵接收的声信号,分析了深海直达区、影区和会聚区等不同距离下的大深度声场垂直相关特性,并使用射线理论解释了深海垂直相关随空间变化机理.在直达声区内,声场垂直相关半径几乎可以覆盖整个水深,且随着深度增加,直达声和海面反射声到达时间差增加,相关略有下降.在声影区内,声场能量主要来源为经一次海底反射和一到两次海面反射的声线,垂直相关整体偏低.第一会聚区内垂直相关系数随着接收深度的增加而周期性振荡,并且与声能量在深度上的分布具有相似结构,这是高声强区域两组反转声线在垂直方向上周期性干涉的结果.

基于连续数值模拟的筒仓卸载过程中颗粒物压强及其速度场分析
Analysis of the granular pressure and velocity field of hourglass flow based on the local constitutive law

周益娴
物理学报. 2019, 68 (13): 134701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182205
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摘要

应用基于局部本构理论的连续数值模拟方法,研究出口在底部和侧面的颗粒物在类三维矩形容器内的卸载现象.重点是容器厚度W和出口高度D对颗粒物压强与速度的影响.受力分析和数值模拟结果均表明,距离出口较近区域的颗粒物压强与WD呈现如下相关性:当D/W足够小时,压强只与D相关;当D/W足够大时,压强只与W相关.且出口在底部和侧面时均有上述结果.模拟结果还显示,当出口在底部时,对于模拟中所有D/W值,出口中心处法向速度只和D相关;当出口在侧面时,颗粒物出口中心处法向速度则与压强变化规律一致.由此可见,出口处的压强并不控制颗粒物的出口法向速度.另外,与出口在侧面相比,出口在底部时,造成流量相关性规律改变的D/W临界值较大,一般实际情况无法满足,因此出口中心处法向速度只与D相关,始终满足Beverloo定律.

自驱动的Janus微球在具有不同障碍物的表面上的运动行为研究 Hot!
The dynamics of self-propelled Janus microspheres near obstacles with different geometries

张红, 宗奕吾, 杨明成, 赵坤
物理学报. 2019, 68 (13): 134702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190711
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摘要

自驱动粒子在靠近边界尤其是平面上障碍物的边界时,会展现出奇特的运动行为.本文通过实验研究了固定于平面上的微米级障碍物的几何效应(包括大小和形状)对双氧水驱动的Janus微球运动行为的影响.实验结果表明,当障碍物尺寸超过临界值后,自驱动的Janus微球会被其“捕获”并沿着其边界定向运动.自驱动粒子在障碍物边界的停留时间及运动速率随着双氧水浓度的增加而增大,且其在圆柱形障碍物边界和球形障碍物边界的停留时间及运动速率均随着障碍物直径的增加而增大.但在相同的双氧水浓度和障碍物直径条件下,自驱动粒子在圆柱边界上的停留时间比其在球形障碍物边界上长;在圆柱边界上的运动速率比在球形障碍物边界上小,揭示了自驱动粒子在障碍物边界上的运动行为与障碍物的几何特性密切相关.本研究有助于进一步理解自驱动粒子在不同大小及形状的障碍物中的运动特征,掌握并利用这些特征在诸如设计特殊几何形状来引导自驱动粒子的运动等领域有很好的应用价值.

凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

Zr, Nb, V在α-Fe(C)中的占位、电子结构及键合作用的第一性原理研究
First principle study of occupancy, bonding characteristics and alloying effect of Zr, Nb, V in bulk α-Fe(C)

刘飞, 文志鹏
物理学报. 2019, 68 (13): 137101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182282
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摘要

采用第一性原理的方法计算了Zr,Nb,V固溶于α-Fe (C)后形成晶胞的体积变化率、晶胞总能、结合能、态密度、电荷布居数及力学性能,并由此研究了Zr,Nb,V与α-Fe (C)的微观作用机理.结果表明,V优先置换α-Fe (C)晶胞中顶角位置的Fe原子,而Zr,Nb优先置换α-Fe (C)晶胞中体心位置的Fe原子.Zr,Nb降低了铁素体的稳定性,Zr比Nb更难固溶于α-Fe (C).V固溶后增加了晶胞结合能,对晶胞主要起到提高韧性的作用.Zr,Nb,V固溶于铁素体后,Zr,Nb仅与Fe原子形成金属键,而V与铁素体晶胞中的Fe原子形成了金属键和Fe—V离子键,其离子键的作用均强于Zr,Nb原子与铁素体晶胞中的键合作用,是晶胞结合能增加的主要因素.Zr,Nb主要是通过弥散强化的方式改善钢铁材料的力学性能,V固溶能在一定程度上提高铁素体的韧性,是提高力学性能的主要原因.

第一性原理研究Li2NH的晶格动力学和热力学性质
First-principles study of lattice dynamical and thermodynamic properties of Li2NH

赵玉娜, 丛红璐, 成爽, 于娜, 高涛, 马俊刚
物理学报. 2019, 68 (13): 137102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190139
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摘要

采用第一性原理的赝势平面波方法系统地研究了Li2NH的电子结构、晶格动力学和热力学性质.计算得到的晶格常数与先前的理论和实验结果符合得很好.运用线性响应理论计算了整个布里渊区高对称方向上的声子色散曲线和相应的声子态密度,发现Li2NH (Pnma)声子色散曲线没有虚频,动力学性能相对最稳定,计算结果和先前实验及理论数据符合得很好.最后,利用得到的声子态密度进一步预测了Li2NH的热力学性质,包括晶格振动对Helmholtz自由能、内能、熵和热容的贡献,计算结果在一定程度上可为Li-N-H储氢体系的应用提供理论指导.

铁基合金薄带多次等温回火特性的研究
The characteristics of multiple isothermal tempered Fe-based alloy ribbons

许校嘉, 方峥, 陆轩昂, 叶慧群, 范晓珍, 郑金菊, 何兴伟, 郭春羽, 李文忠, 方允樟
物理学报. 2019, 68 (13): 137501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190017
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摘要

Fe基合金薄带的磁性能对应力敏感,特别是退火过程应力感生磁各向异性是否可以用回火方法消除,是一个令人感兴趣的科学问题.本文采用同步辐射X射线衍射技术,观测Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带经外加394.7 MPa应力540℃保温30 min退火后,进行多次等温回火样品的微观结构,用SupereyesB011型显微摄像机记录样品应力退火和回火过程的宏观伸长量,并利用HP4294A型阻抗分析仪测量相应样品的磁各向异性.对实验数据进行曲线拟合后发现,虽然应力退火过程的残余应力引起的晶格各向异性是产生磁各向异性的主要原因,但不是唯一原因,在应力退火过程中非晶基底的蠕变引起的纳米晶晶粒定向团聚,也是应力退火感生磁各向异性的重要原因;而且,因应力退火过程中非晶基底的蠕变引起纳米晶晶粒定向团聚感生的磁各向异性无法用等温回火方法完全消除.

三价镨离子掺杂对铽镓石榴石晶体磁光性能影响的量子计算
Quantum calculation of the influence of trivalent praseodymium ions doping on the magneto-optical properties of terbium gallium garnet crystal

蔡伟, 许友安, 杨志勇
物理学报. 2019, 68 (13): 137801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190576
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摘要

在铽镓石榴石(TGG)晶体中掺杂Pr3+离子能够有效提升材料的磁光性能,但目前缺乏系统的理论计算阐明此问题.本文根据量子理论,分析了掺杂Pr3+离子的影响机理并进行了定量计算.根据微扰理论解算久期方程,得到自旋-轨道耦合、晶场、有效场及离子之间的超交换作用下,Tb3+,Pr3+离子的能级位移及波函数;进一步解算出Tb3+,Pr3+离子自基态4f至5d的跃迁电偶极矩、各能级上的分布概率及平均磁矩;获得了Pr:TGG晶体的维尔德常数和磁化率,以及维尔德常数与Pr3+离子掺杂量之间的关系.研究结果表明:由于Pr3+离子引起的法拉第旋转角较Tb3+离子大,同时Tb3+离子和Pr3+离子之间强烈的超交换作用引起了能级的进一步分裂,导致Pr:TGG晶体维尔德常数明显提升;掺杂Pr3+离子后,晶体内部有效磁矩增高,磁化率增大,且温度依赖性降低;维尔德常数数与Pr3+离子掺杂量成分段线性关系,当晶体内部的Tb3+离子和Pr3+离子含量相等时,达到最大值.本文的计算结果与已有的实验数据符合较好.

物理学交叉学科及有关科学技术领域

基于金属光栅实现石墨烯三通道光吸收增强
Enhancement of graphene three-channel optical absorption based on metal grating

江孝伟, 武华, 袁寿财
物理学报. 2019, 68 (13): 138101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20182173
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摘要

为了增强单层石墨烯在可见光和近红外波段的吸收效率并实现多通道光吸收.本文利用石墨烯-金属光栅-介质层-金属衬底混合结构在λ1=0.553 μm、λ2=0.769 μm、λ3=1.130 μm三通道上提高了石墨烯吸收效率,石墨烯吸收效率最高可达41%.对3个光吸收增强通道的磁场分布分析可得它们分别源于表面等离子体激元共振、法布里-帕罗干涉腔共振、磁激元共振.经过模拟分析可知,通过调节金属光栅宽度、介质层厚度可以调谐混合结构的共振峰波长和吸收效率,而石墨烯化学势仅能对共振峰λ3的吸收效率有影响.最后优化结构参数,在最优结构参数下混合结构在3个光吸收增强通道的光吸收效率可达0.97以上,这可以作为超材料吸收器.

锂离子电池正极材料Li2MnO3稀土掺杂的第一性原理研究
First-principles study of rare-earth-doped cathode materials Li2MnO3 in Li-ion batteries

郑路敏, 钟淑英, 徐波, 欧阳楚英
物理学报. 2019, 68 (13): 138201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190509
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摘要

掺杂是锂离子电池电极材料优化改性的一种有效的方法.稀土元素因其具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力,成为掺杂改性的重要选择.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素(La,Ce,Pr,Sm)掺杂的锂离子电池正极材料Li2MnO3的性质.通过稀土元素的掺杂,Li2MnO3材料的晶格常数和晶胞体积都有不同程度的增大.由于稀土原子的价态不同,导致掺杂后的Li2MnO3的电子结构性质不同.La掺杂的Li2MnO3表现出金属性,而Ce,Pr,Sm掺杂的结构为半导体性质,但带隙与未掺杂情况下相比有所减小.Li2MnO3中的Li离子迁移在La和Ce掺杂后展示出复杂的能垒变化.在远离稀土离子处,Li离子迁移势垒比未掺杂时减小,但在靠近稀土离子处则表现为势垒变化的多样性.当Li离子在离稀土离子最近的位置处进行迁移,势垒有明显的增加,这一结果与稀土离子周围的局域结构变化大密切相关.

环状聚合物及其对应的线性链熔体在启动剪切场下流变特性的分子动力学模拟研究
Rheological properties of ring and linear polymers under start-up shear by molecular dynamics simulations

杨俊升, 黄多辉
物理学报. 2019, 68 (13): 138301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190403
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摘要

采用非平衡分子动力学方法研究了环状聚合物及其对应的线性链熔体在启动剪切场下的结构与流变特性.模拟结果显示:低剪切速率下(γ<1×10-4τ-1)环状链分子体系相比于同分子量的线性链体系并没有出现明显的过冲现象.该结果表明,在启动剪切场下环状分子与其对应的线性链相比较表现出了更弱的分子形变,同时模拟结果也与最近实验观察的结果一致.为了进一步探究这种现象背后的分子机理,在分子层面统计了不同流场强度下,链段的长度和取向角分布随着应变的演化,统计结果证明了环状聚合物分子链段弱的形变是导致其弱的剪切变稀和峰值应变的主要因素.本文还给出了过冲点和稳态在不同剪切速率下环状分子与其对应的线性链的流变特性(过冲应变、最大应力、最大黏性和稳态黏性)、结构和取向参数与维森伯格数(WiR)所满足的标度关系.

低噪声超导量子干涉器件磁强计设计与制备
Design and fabrication of low-noise superconducting quantum interference device magnetometer

韩昊轩, 张国峰, 张雪, 梁恬恬, 应利良, 王永良, 彭炜, 王镇
物理学报. 2019, 68 (13): 138501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190483
全文: [PDF 603 KB] 下载:(19)
摘要

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)作为一种极灵敏的磁通传感器,在生物磁探测、低场核磁共振、地球物理等领域得到广泛应用.本文介绍了一种基于SQUID的高灵敏度磁强计,由SQUID和一组磁通变压器组成.SQUID采用一阶梯度构型,增强其抗干扰性.磁通变压器由多匝螺旋的输入线圈和大尺寸单匝探测线圈组成,其中输入线圈与SQUID通过互感进行磁通耦合.利用自主工艺平台,在4英寸硅衬底上完成了基于Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森隧道结的SQUID磁强计制备.低温测试结果显示,该磁强计磁场灵敏度为0.36 nT/Φ0,白噪声段磁通噪声为8 μΦ0/√Hz,等效磁场噪声为2.88 fT/√Hz.

P波间期的心脏电流源重建及电活动磁成像
Current source reconstructing and magnetic imaging of cardiac electrical activity during P-wave

周大方, 蒋式勤, 赵晨, Petervan Leeuwen
物理学报. 2019, 68 (13): 138701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190005
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摘要

用超导量子干涉仪在人体胸腔表面测量的磁场数据重建心脏电流源及其成像,是一种无创获取心脏电活动信息的新技术.由于P波间期的心脏磁信号比R波峰值弱,信噪比较低,本文提出了一种可提高分布源空间谱估计强度对比度(ⅡC)的波束成形方法.该方法分两步:1)在空间滤波器的加权矩阵中引入导联场矩阵,使滤波器输出估计对磁场电流源及其分布比较敏感.通过求解逆问题,可以改进重建分布源强度的对比度;2)通过设置源强度阈值,提取每个时刻重建源中偶极矩强度极大的电流源,消除其他位置上相对弱的伪源,可提高P波间期电流源重建的精度.文中采用理论分析与仿真试验,比较了ⅡC与3种其他电流源重建方法的性能.结果表明,ⅡC的单源空间谱估计的强度对比度较高,电流源重建精度相对较好.文中还分析了2个健康人的61通道心磁测量数据,以及他们P波间期的心脏电活动成像.与其他3种方法相比,ⅡC的电流源成像结果最优.能够显示健康人P波峰时刻心房的电活动较心室强.P波间期右心房除极时,心脏电活动具有方向特征.

地球物理学、天文学和天体物理学

源自弦景观的有效Quintessence
Effective quintessence from string landscape

翟韩豫, 申佳音, 薛迅
物理学报. 2019, 68 (13): 139501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190282
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摘要

最近Vafa等人提出了两个弦沼泽地的判据,并且在研究宇宙学中两个弦沼泽地判据所施加的约束条件时,发现暴胀模型通常与这两个判据很难相容.将这两个判据应用于当前时期宇宙的加速膨胀时,发现特定的quintessence模型可以满足这些限制,同时满足根据当前观测所施加的约束.基于大尺度洛伦兹破缺的宇宙学模型,我们得到了修正的Friedmann方程,在计算的过程中给出了三种可行的近似,并定义了一个有效的真空能量密度Λeff,其行为对于弦景观表现为单调下降的类quintessence势能,对于大部分具有裸的正真空能量密度的沼泽地,有效宇宙学常数随时间的演化会出现局域极小.将光度距离的计算结果与天文观测值做对比,我们得到负宇宙学常数也可以使宇宙产生加速膨胀,因而用亚稳的de Sitter真空来解释宇宙后期的加速膨胀是不必要的,沼泽地猜想所导致的沼泽地模型与后期宇宙加速膨胀不相容性的困难也就不存在了.

基于射电观测的日冕物质抛射驱动激波的统计特征研究
Statistical analysis of shock properties driven by coronal mass ejections based on observations of type Ⅱ radio bursts

周坤论, 丁留贯, 王智伟, 封莉
物理学报. 2019, 68 (13): 139601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190223
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摘要

本文基于Wind/WAVES和STEREO/SWAVES等多卫星射电观测资料,选择第24太阳活动周2007年1月至2015年12月期间77个Ⅱ型射电暴样本事件,拟合其激波速度,分析了激波参数与日冕物质抛射(CME)、耀斑和太阳高能粒子(SEP)等参数的相关关系及变化规律,并探讨了射电增强对这些关系的影响.研究结果显示:1)在Ⅱ型射电暴十米百米(DH)波段范围起始时刻,激波高度比CME前沿高度略高一点,即激波脱体距离(standoff distance)约0.4 Rs,且这个高度随CME向外传播而增大.在低日冕和高日冕,激波脱体距离随CME速度的变化呈现明显相反的规律;在低高度上,CME速度快,激波脱体距离大,而在高高度上,CME速度慢,脱体距离大.2)射电增强伴随事件的CME速度明显大于无射电增强事件;射电增强伴随事件的激波速度与CME质量、动能的相关性明显好于无射电增强伴随事件.3)有射电增强伴随的Ⅱ型射电暴DH波段持续时间与CME速度、质量、动能之间无明显相关性,而无射电增强事件的DH波段持续时间与这三个量之间呈正相关.4)产生SEP事件的激波速度明显大于未产生SEP事件的激波速度;有射电增强伴随的Ⅱ型射电暴(激波)事件产生SEP事件的比例略高于无射电增强事件(73.5%> 67.4%),但射电增强事件产生大SEP事件(large SEP event)的比例(67.6%)明显高于无射电增强事件(37.2%).进一步表明,Ⅱ型射电暴射电增强可作为其驱动源(激波)大概率产生大SEP事件的辨别信号之一.

Acta Physica Sinica
2019
2019 Vol.68 No.14  2019-07-11
物理学报
最新录用
说明:近期正式录用的文章,尚未确定具体刊出日期,只公布中英文摘要,文章内容以最后发表为准。
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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 ( 865 )
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: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 ( 497 )
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: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 ( 233 )
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: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 ( 605 )
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: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 ( 197 )
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: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 ( 482 )
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: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 ( 325 )
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: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 ( 431 )
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: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 ( 262 )
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: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 ( 409 )
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: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 ( 223 )
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: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 ( 221 )
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: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 ( 223 )
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: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 ( 278 )
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: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 ( 313 )
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: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 ( 266 )
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: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 ( 283 )
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: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 ( 222 )
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: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 ( 264 )
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: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 ( 209 )
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: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 ( 186 )
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: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 ( 246 )
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: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 ( 221 )
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: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 ( 269 )
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: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 ( 279 )
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: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 ( 543 )
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:20160539]    低能电子穿越玻璃直管和锥管的动力学过程的研究

万城亮 张红强 陈熙萌
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 180 )
我们通过实验测量1.5keV电子穿越玻璃直管/锥管的二维角分布的时间演化, 研究了低能电子与绝缘玻璃管相互作用的动力学过程。观察到了低能电子穿越玻璃直管和锥管后其强度随时间呈现振荡。穿透的强度出现振荡峰结构,在出现峰的地方,透射的电子最开始出现微弱的圆点,随后微弱的圆点变为较明显的亮点,此后亮点逐渐变大变亮,接着变暗,最后亮斑迅速消失,同时透射电子的角分布中心伴随移动。这种行为显示了低能电子在玻璃管内的充放电呈现振荡行为,当入射电荷累积足够大时,其存在一个快速放电的通道,后迅速充电产生阻止电子穿越的电场。对比锥管后的角分和直管的角分布,我们发现锥管的穿透电子束流密度比直管的大40%。锥管的充放电的时间比直管快,这显示了锥管更容易快速放电,其由于充电建立的电场也更容易影响传输的电子。电子在玻璃直管和锥管的快速充放电的动力学过程显示出电子的传输机制与高电荷态离子有很大不同,其快速充放电过程显示了带负电的电子与绝缘体材料相互作用中的充放电过程与带正电离子的不同。
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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 ( 236 )
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:20160907]    H$_2^{+}$在强激光脉冲作用下的电离率和原子核间距的关系

俞祖卿 杨魏吉 何峰
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 212 )
本文利用蒙特卡洛方法模拟电子在激光场以及分子库仑势作用下的经典轨迹,研究了氢分子离子H$_2^+$的电离率和原子核间距的关系,为电荷共振电离 增强现象提供了一种基于电子经典运动的解释。当原子核间距为$5\sim6$原子单位时,H$_2^+$的电离率显著增大。电子的运动轨迹揭示此时电子 先围绕其中一个原子核运动,在逐步获得越来越多的动能后,运动轨迹受到另一个原子核的强烈影响,最后电子逃逸原子核的束缚。 原子核之间的库仑势垒和激光调制的库仑势垒的高度差与电离率的大小直接相关。
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[编号:20161176]    Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中对流斑图的分区和成长

宁利中 胡彪 宁碧波 田伟利
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 194 )
采用Simple算法对二维流体力学基本方程组进行了数值模拟,研究了Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中对流斑图的分区,成长及水平流动对不同斑图特征物理量的影响。结果表明,上下临界雷诺数将流动分成三个区域,即行波区,局部行波区,水平流区。和随着相对瑞利数增大而增大。在对流斑图的成长阶段,三种斑图随时间的成长过程是不同的,但对流圈都是从下游区开始成长的;特征物理量随着时间的变化也是不同的,行波对流和局部行波对流的最大垂直流速和努塞尔数经过指数增长阶段后进入周期变化的稳定阶段;水平流斑图的和经过缓慢增长后又缓慢降到到稳定值。三种斑图的和随雷诺数增大而减小的,不同斑图区域有不同的变化规律。本文给出了和随的变化关系式及不同斑图的和随着的变化关系式。
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· 光子晶体光纤超连续谱的孤子俘获数值研究 [2012, No.12:124203-124203] (38658)
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· 重氧空位对金红石型和锐钛矿型TiO2导电性能影响的模拟计算 [2013, No.23:237101-237101] (30737)
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· 功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究 [2014, No.10:104217-104217] (19086)
· 水热条件下钛酸钡晶粒生长基元模型研究(Ⅱ)——生长基元稳定能计算及晶粒的成核与生长 [1997, No.1:1-11] (18397)
· 银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究 [2015, No.13:137104-137104] (18280)
· 纳秒激光烧蚀铝材料的二维数值模拟 [2010, No.10:7120-7128] (18189)
· 超声速层流/湍流压缩拐角流动结构的实验研究 [2013, No.18:184702-184702] (17700)
· 光声内窥镜系统在人体直肠癌离体组织中的实验研究 [2014, No.8:84204-084204] (17540)
· 中小学门口道路上学期间的一个元胞自动机模型 [2014, No.9:94502-094502] (17529)
· Ag-N共掺p型ZnO的第一性原理研究 [2013, No.16:167701-167701] (17396)
· 基于COSMIC掩星资料的全球第二对流层顶详细特征 [2013, No.3:39205-039205] (17341)
· 量子隐形传态网络的互联与路由策略 [2011, No.4:40304-040304] (17330)
· 锂离子电池SnSb/C复合负极材料的热碳还原法制备及电化学性能研究 [2014, No.16:168201-168201] (17330)
· 渐近非对称陀螺分子H122C16O的高温光谱 [2008, No.6:3440-3445] (17306)
· 低速湍流模拟的预处理技术研究 [2015, No.13:134701-134701] (17298)

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