物理学报
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ISSN 1000-3290
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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
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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
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  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
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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.
物理学报
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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 ( 463 )
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 ( 289 )
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 ( 132 )
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 ( 450 )
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 ( 111 )
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 ( 314 )
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 ( 200 )
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 ( 274 )
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 ( 165 )
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 ( 170 )
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 ( 128 )
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 ( 134 )
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 ( 134 )
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 ( 166 )
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 ( 167 )
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 ( 164 )
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 ( 188 )
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 ( 138 )
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 ( 169 )
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 ( 127 )
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 ( 113 )
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 ( 156 )
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 ( 130 )
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 ( 160 )
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 ( 173 )
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 ( 350 )
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 ( 119 )
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 ( 143 )
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 ( 124 )
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 ( 118 )
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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Acta Physica Sinica
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