物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波
蔡怀鹏, 高健, 李博原, 刘峰, 陈黎明, 远晓辉, 陈民, 盛政明, 张杰
物理学报. 2018, 67 (21): 214205
新型机械解理方法在二维材料研究中的应用
许宏, 孟蕾, 李杨, 杨天中, 鲍丽宏, 刘国东, 赵林, 刘天生, 邢杰, 高鸿钧, 周兴江, 黄元
物理学报. 2018, 67 (21): 218201
过渡金属硫族化合物柔性基底体系的模型与应用
周愈之
物理学报. 2018, 67 (21): 218102
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  物理学报--2018, 67 (21)   发布日期: 2018-11-05
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特邀综述

无衍射光束的产生及其应用
Generation and applications of non-diffraction beam

刘会龙, 胡总华, 夏菁, 吕彦飞
物理学报. 2018, 67 (21): 214204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181227
全文: [PDF 4045 KB] 下载:(154)
摘要

近年来,随着激光技术的快速发展,相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束,包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果;就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论;并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.

青年科学评述

过渡金属硫族化合物柔性基底体系的模型与应用 Hot!
Model and applications of transition metal dichalcogenides based compliant substrate epitaxy system

周愈之
物理学报. 2018, 67 (21): 218102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181571
全文: [PDF 3622 KB] 下载:(38)
摘要

柔性基底体系是晶体外延生长领域于20世纪90年代提出的概念.其核心思想是利用超薄的基底,使其在外延生长时能同时与外延晶膜发生应变,以抵消二者之间的晶格失配,从而减少外延晶膜中的位错,提高晶膜的质量.但是人工制备性能优良的超薄基底往往需要较为复杂的工艺.另一方面,过渡金属硫族化合物由于其层状结构特性和层间较弱的范德瓦耳斯相互作用,是天然的柔性基底.本文介绍近几年来新发展的过渡金属硫族化合物柔性基底体系的模型及应用.以Au-MoS2作为柔性基底外延生长的原型,结合密度泛函理论、线性弹性理论以及位错理论构建模型,并根据计算结果解释了早先利用透射电子显微镜观测到的Au薄膜在MoS2上外延生长的相关实验现象.此外,本文还介绍了受到该理论模型启发的相关实验工作,特别是利用Au薄膜分离大面积、单层、高质量MoS2的技术.最后,讨论了在该领域内值得关注和进一步探索的理论问题.

综述

冷等离子体强化制备金属催化剂研究进展
Research progress of metal catalysts enhanced synthesized by cold plasma

李壮, 底兰波, 于锋, 张秀玲
物理学报. 2018, 67 (21): 215202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181451
全文: [PDF 1276 KB] 下载:(20)
摘要
冷等离子体属于非热平衡等离子体,具有较高的电子能量和较低的气体温度,是一种制备金属催化剂的绿色新方法.等离子体强化制备金属催化剂包含复杂的物理和化学多相反应.一方面,等离子体提供的高活性环境不但可以加速化学反应,使反应时间从数小时缩短至数分钟,还可以使热力学或者动力学上不可行的反应发生,实现非常规制备;另一方面,等离子体强化制备过程中,在介观尺度上等离子体对相接触行为的影响,可使获得的金属催化剂结构区别于传统方法制备的催化剂.本综述总结了冷等离子体制备金属催化剂的反应器结构、物理化学机理、获得金属催化剂的结构特性、制备面临的挑战,并对未来发展进行了展望.重点阐述了冷等离子体反应器、制备机制及其对金属催化剂结构和性能的影响.

新型机械解理方法在二维材料研究中的应用 Hot!
Applications of new exfoliation technique in study of two-dimensional materials

许宏, 孟蕾, 李杨, 杨天中, 鲍丽宏, 刘国东, 赵林, 刘天生, 邢杰, 高鸿钧, 周兴江, 黄元
物理学报. 2018, 67 (21): 218201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181636
全文: [PDF 1057 KB] 下载:(36)
摘要

自从石墨烯被发现以来,机械解理技术已经成为制备高质量二维材料的重要方法之一,在二维材料本征物性的研究方面展现出了独特的优势.然而传统机械解理方法存在明显的不足,如制备效率低、样品尺寸小等,阻碍了二维材料领域的研究进展.近些年我们在机械解理技术方面取得了一系列的突破,独立发展了一套具有普适性的新型机械解理方法.这种新型机械解理方法的核心在于通过改变解理过程中的多个参数,增强层状材料与基底之间的范德瓦耳斯相互作用,从而提高单层样品的产率和面积.本文着重以石墨烯为例,介绍了该技术的过程和机理.相比于传统机械解理方法,石墨烯的尺寸从微米量级提高到毫米量级,面积提高了十万倍以上,产率大于95%,同时石墨烯依然保持着非常高的质量.这种新型机械解理方法具有良好的普适性,目前已经在包括MoS2,WSe2,MoTe2,Bi2212等几十种材料体系中得到了毫米量级以上的高质量单层样品.更重要的是,在解理过程中,通过调控不同的参数,可以在层状材料中实现一些特殊结构的制备,如气泡、褶皱结构等,为研究这些特殊材料体系提供了重要的物质保障.未来机械解理技术还有很多值得深入研究的科学问题,该技术的突破将会极大地推动二维材料领域的研究进展.

总论

一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法研究
Weak ultrasonic signal detection in strong noise

王大为, 王召巴
物理学报. 2018, 67 (21): 210501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180789
全文: [PDF 1141 KB] 下载:(78)
摘要
为解决在强噪声背景下获取超声信号的难题,基于粒子群优化算法和稀疏分解理论提出一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法.该方法将降噪问题转换为在无穷大参数集上对函数进行优化的问题,首先以稀疏分解理论和超声信号的结构特点为依据构建了粒子群优化算法运行所需要的目标函数及去噪后信号的重构函数,从而将粒子群优化算法和超声信号降噪联系在一起;然后根据粒子群优化算法可以在连续参数空间寻优的特点建立了用于匹配超声信号的连续超完备字典,并采用改进的自适应粒子群优化算法在该字典中对目标函数进行优化;最后根据对目标函数在字典上的优化结果确定最优原子,并利用最优原子按照重构函数重构出降噪后的超声信号.通过对仿真超声信号和实测超声信号的处理,结果表明本文提出的方法可以有效提取信噪比低至-4 dB的强噪声背景下的微弱超声信号,且和基于自适应阈值的小波方法相比本文方法表现出更好的降噪性能.

窄带随机激励双稳压电悬臂梁响应机制与能量采集研究
Mechanism of a nonlinear bistable piezoelectric cantilever beam under narrow-band random excitations and its energy harvesting

吴娟娟, 冷永刚, 乔海, 刘进军, 张雨阳
物理学报. 2018, 67 (21): 210502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180072
全文: [PDF 6068 KB] 下载:(24)
摘要
具有中心频率的窄带随机振动是一种典型的环境振动,其振动特征与环境的变化密切相关.本文以双稳压电悬臂梁能量采集系统为研究对象,分析系统在不同磁铁间距下的等效线性固有频率特性,以带通滤波器输出一定带宽的窄带随机激励模拟环境振动,研究系统的响应和能量采集特征.研究表明,对于一定带宽的窄带随机激励,一方面系统始终存在一个固定的磁铁间距使其输出达到峰值,另一方面当激励中心频率在一定范围内变化时,系统还分别存在另外两个或一个不同磁铁间距也能使系统输出达到峰值,而且该峰值特性是系统在其等效线性固有频率处诱导双稳或单稳“共振”形成的.研究结果可为具有窄带随机激励特征的振动能量采集提供一定的理论和技术支持.

飞秒脉冲非对称互相关绝对测距
Absolute distance measurement based on asymmetric cross-correlation of femtosecond pulse

彭博, 曲兴华, 张福民, 张天宇, 张铁犁, 刘晓旭, 谢阳
物理学报. 2018, 67 (21): 210601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181274
全文: [PDF 356 KB] 下载:(31)
摘要
光学频率梳是一种重复频率与偏置频率锁定的新型光源,在频域上为频率间隔稳定的频率梳齿,在时域上为相对距离稳定的飞秒脉冲激光.光学频率梳在测距中的应用广泛,能够实现远距离高精度的测量.本实验使用飞秒激光脉冲作为光源,基于谐振腔扫描光学采样测距原理得到非对称的互相关干涉条纹,实现了远距离高精度的绝对测距.非对称互相关条纹可通过色散补偿与调节光学频率梳的重复频率得到,并通过得到的非对称的互相关干涉条纹对测距结果进行补偿.实验结果表明测距系统能够实现在50 m范围内误差为2 μm的绝对测距,测量相对误差为1.9×10-7.

基于光照-反射成像模型和形态学操作的多谱段图像增强算法
Multispectral image enhancement based on illuminance-reflection imaging model and morphology operation

王殿伟, 韩鹏飞, 范九伦, 刘颖, 许志杰, 王晶
物理学报. 2018, 67 (21): 210701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181288
全文: [PDF 6346 KB] 下载:(25)
摘要
为解决多谱段降质图像增强问题,提出了一种基于光照-反射成像模型和形态学操作的多谱段图像增强算法.首先对图像饱和度使用自适应非线性拉伸函数进行拉伸,使增强后的图像色彩更加饱和、自然;接下来利用引导滤波算法提取出图像的光照分量,提出了一种基于细节特征的加权融合策略,利用光照分布特性构造了一种自适应Gamma校正函数对光照分量进行处理,并将其与利用对比度受限的自适应直方图均衡化方法处理后的光照分量以及原始光照分量进行融合;然后在反射分量校正时,构造了一种形态学操作函数来校正反射信息;最后合并光照分量和反射分量,并与处理后的饱和度分量和色调分量一起得到增强图像.采用主客观评价指标对可见光低照度图像、水下图像、高动态范围图像、沙尘暴图像、雾天图像和热红外图像6种降质多谱段图像实验结果进行分析比较,结果表明本文算法能够有效地抑制图像噪声、增强图像细节信息、改善图像视觉效果,可应用于多种图像增强领域.

对比度阈值函数修正对于NVThermIP模型的影响
Effect of contrast threshold function correction on NVThermIP model

吴元庆, 王洋, 张延涛, 张宇峰, 刘春梅
物理学报. 2018, 67 (21): 210702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180493
全文: [PDF 1755 KB] 下载:(6)
摘要
NVThermIP模型作为经典的性能模型,在指导红外系统参数的设计优化方面略有不足,因此需要构建更科学合理的综合评估模型.在经典模型基础上,结合人眼噪声的理论和实验研究,利用噪声等效温差修正了系统的对比度阈值函数.并利用现有的红外系统实验数据,对修正后的模型进行图像模糊和不同距离下辨识两方面验证,结果证明该模型具有很高的预测精确度,可为新型系统设计分析提供可靠的依据和理论指导.
核物理学

基于裂变γ标识技术的瞬发裂变中子谱测量新方法
A novel method to measure prompt fission neutron spectrum based on fission γ tagging technique

何铁, 肖军, 安力, 阳剑, 郑普
物理学报. 2018, 67 (21): 212501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180563
全文: [PDF 1165 KB] 下载:(16)
摘要
瞬发裂变中子谱(prompt fission neutron spectrum,PFNS)是用于核实验诊断过程中十分重要的参数数据,传统的测量主锕系核素(U,Pu)PFNS的技术手段是采用裂变室,利用裂变碎片标识裂变中子,通过中子飞行时间技术获得裂变中子谱.目前出现了一种新的用于PFNS测量的技术,其原理是基于如下的物理事实:在一次裂变过程中,释放中子的同时伴随着释放7–8个γ射线光子,而非弹性散射效应产生的γ射线光子只有1–2个.据此,可以通过裂变γ射线的多重性将裂变中子和其他杂散中子甄选出来,达到测量PFNS的目的.本文建立了基于裂变γ标识技术的PFNS测量实验系统.利用该系统对252Cf中子源的PFNS进行了实验测量,测量结果与传统的裂变碎片标识法及ENDF/B-VⅡ数据库的标准谱进行了比较,对新方法的裂变标识率以及实验不确定度也一并进行了分析.
原子和分子物理学

电极位置和截面尺寸对分子器件输运性质的调控
Effect of electrode position and cross section size on transport properties of molecular devices

樊帅伟, 王日高
物理学报. 2018, 67 (21): 213101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180974
全文: [PDF 609 KB] 下载:(40)
摘要
研究表明分子器件的性能受器件结构搭建精度影响,分子与电极接触构型的微弱变化可能引起电输运特性较大差异.本文运用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法,研究了由金纳米线与benzene-1,4-dithiol(BDT)形成的分子结的电输运性质.通过对不同的Au-BDT接触构型输运性质的研究,发现当两电极处于对位构型时,有较好的电荷输运行为,而且比较符合制备工艺要求;当电极偏离轴线的角度不大于5°,且电极散射截面尺寸不小于4×4时,该分子结体系的电导和透射谱均比较稳定.电极截面尺寸小于4×4或者电极偏离轴线的夹角大于5°时,透射谱在费米能级附近出现不连续现象,导致体系电导降低.较小电极截面尺寸或者电极以较大角度偏离轴线将导致该分子结体系电导降低和透射谱连续性降低,主要是组成电极的金原子轨道与苯基分子轨道耦合缺失造成的.该研究为Au-BDT-Au体系设计和制备过程中电极的位置及电极截面尺寸做了科学的界定.

Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析
First principle study of electronic structure of Sb, S Co-doped SnO2

丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋
物理学报. 2018, 67 (21): 213102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181228
全文: [PDF 1109 KB] 下载:(28)
摘要
基于第一性原理的密度泛函理论和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似算法研究了Sb,S两种元素共掺杂SnO2材料的电子结构与电学性质.电子结构表明:共掺杂后材料仍然为n型导电直接带隙半导体;电荷密度分布改变,S原子与Sn,Sb原子轨道电子重叠加剧.能带结构表明,Sb,S共掺SnO2在能带中引入新的能级,能带带隙相比于单掺更加窄化,费米能级进入导带表现出类金属特性.电子态密度计算结果进一步证实了电子转移的正确性:在价带中部,S原子轨道与Sn,Sb轨道发生杂化,电子转移加剧,价带顶部被S 3p轨道占据,提供了更多的空穴载流子,价带顶上移;随着S掺杂浓度的增加,带隙宽度继续减小,导带逐渐变窄,导电性能呈现越来越好的趋势.

Rydberg原子的电磁诱导透明光谱的噪声转移特性
Noise transfer characteristics of Rydberg electromagnetically induced transparency

贾玥, 陈肖含, 张好, 张临杰, 肖连团, 贾锁堂
物理学报. 2018, 67 (21): 213201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181168
全文: [PDF 670 KB] 下载:(17)
摘要
基于马赫-曾德尔干涉仪和平衡零拍探测技术研究了Cs原子6S1/2↔6P3/2↔62D5/2Rydberg态阶梯型三能级系统电磁诱导透明效应中耦合光场的噪声向探测光场相位噪声的转移特性.实验中探测光频率锁定在Cs原子6S1/2↔6P3/2态共振跃迁线上,通过扫描6P3/2到62D5/2态跃迁的耦合光频率,测量了Rydberg态电磁诱导透明光谱.利用探测光经过声光调制器后的一级衍射光实现了马赫-曾德尔干涉仪的相位锁定,测量了不同锁定相位情况下的电磁诱导透明光谱,实验结果与阶梯型三能级系统的理论计算结果符合得很好.在此基础上详细研究了耦合光频率共振在6P3/2到62D5/2态跃迁线上时,耦合光频率噪声向探测光相位噪声的转移特性,发现耦合光频率噪声转移效率在高频处显示出较明显的抑制.同时观察到耦合光在不同失谐情况时,随着耦合光功率的改变,探测光相位噪声的变化特征表现出明显差异.

CO分子四个电子态的振转谱:两种效应修正方法的比较
Rovibrational spectrum calculations of four electronic states in carbon monoxide molecule: Comparison of two effect correction methods

徐慧颖, 刘勇, 李仲缘, 杨玉军, 闫冰
物理学报. 2018, 67 (21): 213301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181469
全文: [PDF 369 KB] 下载:(13)
摘要
基于完全活性空间自洽场方法和多参考组态相互作用(multi-reference configuration interaction method,MRCI)方法,采用MRCI+Q/CBS(TQ5)+CV+SR(方法A)和aug-cc-pwCVnZ-DK(n=T,Q,5)(方法B)方案,分别计算了包含Davidson修正(+Q)、芯-价电子关联(core-valence correlation correction,CV)效应以及标量相对论(scalar relativistic,SR)效应的CO分子的基态X1+和激发态a3Π,a'3+和A1Π的势能曲线.在此基础上,获得了这些电子态的振-转谱.通过与实验结果比较发现:方法A适合a'3+和A1Π等较高激发态的振-转谱的计算,方法B更适合基态X1+和第一激发态a3Π的振-转谱的精细计算.该研究可以为其他小分子高精度振-转谱快速计算方案选择提供参考.

Xe-NH (X3-)体系的势能面和冷碰撞动力学研究
Potential energy surface and cold collision dynamics of Xe-NH(X3-) system

乔政, 王雅丽, 吴明伟, 凤尔银, 黄武英
物理学报. 2018, 67 (21): 213401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181321
全文: [PDF 550 KB] 下载:(4)
摘要
以超冷Xe原子感应冷却NH(X3-)分子实验为背景,理论研究磁场中Xe和NH的冷碰撞动力学性质.通过从头算方法得到了解析表达的Xe-NH体系势能面,并在此基础上采用量子动力学计算方法,研究了磁场条件下NH低场追索态(n=0,mj=1)的冷碰撞塞曼弛豫截面.结果表明超冷Xe原子感应冷却NH分子可能在实验上难以实施.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

基于石墨烯的宽带全光空间调制器
Graphene-based broadband all-optical spatial modulator

莫军, 冯国英, 杨莫愁, 廖宇, 周昊, 周寿桓
物理学报. 2018, 67 (21): 214201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180307
全文: [PDF 822 KB] 下载:(17)
摘要
提出了单层石墨烯包裹微纳光纤的全光空间调制.石墨烯作为可饱和吸收体包裹在通过二氧化碳激光器加热制备的微纳光纤上,当信号光沿着微纳光纤传输时部分光将以倏逝场的形式沿着微纳光纤表面传递,并与石墨烯产生作用被吸收.同时将波长为808 nm的抽运光从空间垂直入射到石墨烯包裹的微纳光纤处,依据石墨烯的优先吸收特性,通过抽运光控制石墨烯对信号光的吸收,实现了宽带全光空间调制.在1095 nm波长处获得最大调制深度约为6 dB,调制带宽约为50 nm,调制速率约为1.5 kHz.空间全光调制器具有输出信号光“干净”的特点.与传统石墨烯微纳光纤全光调制器相比,输出端不需要对抽运光进行光学滤波而直接获得已调信号.该复合波导全光空间调制器以更为灵活、高效的方式打开了微纳超快信号处理的大门.

基于瞬态光栅频率分辨光学开关装置的阿秒延时相位控制
Attosecond relative delay measurement using transient-grating frequency-resolved optical grating

黄沛, 方少波, 黄杭东, 赵昆, 滕浩, 侯洵, 魏志义
物理学报. 2018, 67 (21): 214202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181570
全文: [PDF 630 KB] 下载:(19)
摘要
操控多路激光脉冲之间的相对延时(相对相位)对于亚周期相干合成技术意义重大.当周期量级脉冲之间的相对延时接近数十飞秒时,常见的飞秒脉冲测量手段已无法满足脉冲之间相对相位的精确调控需求.本文基于瞬态光栅频率分辨光学开关装置,精确反演出脉冲之间的相对相位.此方案不仅有助于直接产生亚周期(亚飞秒)脉冲,还可应用于时间隐身学和二维相干光谱学等相关领域.

1550 nm垂直腔面发射激光器的特征参量随温度的变化
Temperature dependence of characteristic parameters of 1550 nm vertical-cavity surface-emitting laser

马凌华, 夏光琼, 陈建军, 吴正茂
物理学报. 2018, 67 (21): 214203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180572
全文: [PDF 480 KB] 下载:(10)
摘要

在采用自旋反转模型分析垂直腔面发射激光器(VCSELs)动力学行为的过程中,为了正确预测VCSELs的动力学行为,需要准确给出自旋反转模型中光场衰减速率k、总反转载流子衰减速率γN、线性二向色性系数γa、线性双折射系数γp、自旋反转速率γs和线宽增强因子α这6个特征参量.本文对1550 nm VCSELs在自由运行和平行光注入下的输出特性进行实验分析,获取了这6个特征参量的值,并着重研究了当激光器温度在10.00–30.00 ℃范围内变化时,这6个特征参量呈现的变化趋势.研究结果表明,随着温度的逐渐升高,γp整体呈现逐渐增加的趋势,γaγsγNk呈现复杂的变化趋势,而α则呈现逐渐减小的趋势.

相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波 Hot!
High order harmonics generation by relativistically circularly polarized laser-solid interaction

蔡怀鹏, 高健, 李博原, 刘峰, 陈黎明, 远晓辉, 陈民, 盛政明, 张杰
物理学报. 2018, 67 (21): 214205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181574
全文: [PDF 1943 KB] 下载:(25)
摘要

超短超强激光与固体靶表面等离子体相互作用可以通过高次谐波的方式产生从极紫外到软X射线波段的相干辐射,获得飞秒甚至阿秒量级的超短脉冲,可用于观测原子或分子中的电子运动等超快动力学过程.本文实验研究了相对论圆偏振飞秒激光与固体靶相互作用的高次谐波产生过程,实验结果表明,在较大入射角下,圆偏振激光也可以有效地产生高次谐波辐射.通过预脉冲控制靶表面的预等离子体密度标长,发现高次谐波的产生效率随密度标长的增加而单调下降.进一步通过二维粒子模拟程序,分析了激光的偏振以及预等离子体密度标长对高次谐波产生的影响,很好地解释了实验观测结果.

基于重复编码的海上可见光通信大气信道建模
Atmospheric channel model of maritime visible light communication based on repeated coding

郑晓桐, 郭立新, 程明建, 李江挺
物理学报. 2018, 67 (21): 214206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181112
全文: [PDF 2749 KB] 下载:(24)
摘要
可见光通信作为一种新型无线通信技术,在海上舰船场景中的应用吸引了广泛的关注.海上可见光通信系统受多种因素的影响,包括海浪随机起伏和大气湍流,大气湍流将导致可见光信号的强度随机波动,降低可见光通信系统在大气中的链路质量.本文基于对数正态衰减分布,建立了采用重复编码的海上可见光通信的链路评估模型.在此基础上,根据Pierson-Moskowitz海谱,分析了海上风速、大气折射率结构常数、能见度、重复编码分集度以及接收器孔径对可见光通信系统平均误码率的影响.本文提出的海上大气链路评估模型可为海上可见光通信网络的搭建提供重要参考.

非局域高次非线性介质中的多极暗孤子
Multi-pole dark solitons in nonlocal and cubic-quintic nonlinear medium

郑一帆, 黄光侨, 林机
物理学报. 2018, 67 (21): 214207      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180786
全文: [PDF 2184 KB] 下载:(15)
摘要
研究一维非局域三-五次非线性模型下,暗孤子和多极暗孤子的新解和传输特性.发现非局域程度和非线性参量变化对暗孤子的峰值和束宽产生影响,并且在特定的竞争非局域非线性参数下存在稳定基态暗孤子和多极暗孤子的束缚态.另外,讨论了在局域自聚焦三次和非局域自散焦五次非线性介质中暗孤子和两极暗孤子的传输特性,发现孤子比在自散焦三次和自聚焦五次的非线性介质中传输更加稳定.进一步研究了单暗孤子和三极暗孤子的功率与传播常数和非局域程度的关系,并讨论了不同类型暗孤子的线性稳定性问题.

新型二维压电声子晶体板带隙可调性研究
Tunable bandgaps in novel two-dimensional piezoelectric phononic crystal slab

廖涛, 孙小伟, 宋婷, 田俊红, 康太凤, 孙伟彬
物理学报. 2018, 67 (21): 214208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180611
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摘要
设计了一种由涂有硬质材料涂层的柱状压电散射体周期性连接在四个环氧树脂薄板上构成的具有大带宽的新型二维压电声子晶体板,并利用有限元方法计算了该声子晶体板的能带结构、传输损失谱和位移矢量场.研究表明:与二组元材料构成的传统声子晶体板相比,新设计的声子晶体板的第一完全带隙频率更低,并且带宽扩大了5倍;通过在压电体表面上施加不同的电边界条件,可以实现多条完全带隙的主动调控;压电效应对能带结构有很大的影响,并且有利于完全带隙的扩大与形成.基于带隙的可调谐性,分析了可切换路径的压电声子晶体板波导,结果表明可以通过改变电边界条件来限制弹性波能量流.

样品表面银膜的粗糙度对钛酸钡微球成像性能的影响
Effect of silver film roughness on imaging property of BaTiO3 microsphere

王建国, 杨松林, 叶永红
物理学报. 2018, 67 (21): 214209      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180823
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摘要
研究了样品表面镀有不同表面粗糙度的银膜对钛酸钡(BaTiO3 glass,BTG)微球成像效果的影响,发现当银膜表面的粗糙度(RMS)从3.23 nm增大到6.80 nm时,用直径为15 μm的BTG微球观察直径为250和580 nm的微球阵列,样品的成像范围增大.另外,BTG微球还可以清晰分辨原本不可分辨的直径为200 nm的微球阵列.结果表明,粗糙银膜引起的散射作用和表面等离激元波的局域场增强效应,使得更多物体的高频信息耦合进微球,提高了微球成像的分辨率和成像范围.

基于拓展分离变量法的层合材料瞬态传热分析
Transient heat transfer analysis of laminated materials based on extended separation of variables

李长玉, 林水木, 戴海燕, 吕东霖
物理学报. 2018, 67 (21): 214401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180743
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摘要
层合材料各层热物理参数不同,难以用常规的分离变量法求解.针对此问题对常规分离变量法进行了拓展,将层合材料受热时的温度场在时间域上分成微小时间段,在每个微小时间段内层合材料交界处的温度可认为随时间正比变化,并假设比例系数,此时在微小时间段内对各层分别利用分离变量法单独求得解析解,根据交界处温度相等能量连续的关系可求出比例系数,进而求出该微小时间段内的温度场,通过循环求解可得整个时间段内的温度场.之后,利用拓展的分离变量法对常用层合隔热材料瞬态传热进行了分析,通过与有限元方法计算的结果比较,验证了本文方法的正确性,分析了隔热材料类型、厚度,材料表面对流换热系数,空气温度等参数对隔热效果的影响.拓展分离变量法利用解析的方式求解了层合材料瞬态传热问题,物理意义比常规的数值方法明确,计算效率也较高.

激光聚焦扰动作用下高超声速边界层稳定性实验研究
Influence of laser-generated perturbations on hypersonic boundary-layer stability

刘小林, 易仕和, 牛海波, 陆小革
物理学报. 2018, 67 (21): 214701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181192
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摘要
在马赫数6、单位雷诺数3.1×106/m的条件下对半锥角7°直圆锥边界层稳定性开展了实验研究.以激光聚焦于流场中局部空间而产生的膨胀冲击波作为人工添加的小扰动,分析了该扰动对高超声速圆锥边界层流动稳定性的影响.实验中利用响应频率达到兆赫兹量级的高频压力传感器对圆锥壁面脉动压力进行测量,通过对压力数据进行短时傅里叶分析和功率谱分析发现,相比于不添加激光聚焦扰动的结果,添加激光聚焦扰动使边界层中第二模态波的出现位置提前,且扰动波的幅值大幅度地增加,在相同的流向范围内,激光聚焦扰动将边界层中的扰动波从线性发展阶段推进到非线性发展阶段,其对边界层中扰动波发展的促进效果明显.同时,激光聚焦位置的不同对边界层中扰动波的发展也具有不同的影响.当激光直接聚焦于圆锥壁面X=100 mm位置时,边界层中频率为90 kHz的扰动波幅值增长最快,在X=500 mm的位置处其幅值放大倍数为3.81,相比而言当激光聚焦位置位于圆锥前方自由来流中时,边界层幅值增长最快的扰动波频率大幅减小为73 kHz,相同范围内,其幅值放大倍数为4.51倍.由此可见,当激光聚焦位置位于圆锥上游的自由来流中时,其对边界层中扰动波的影响更为显著.

前缘曲率对三维边界层内被激发出非定常横流模态的影响研究
Influence of leading-edge curvature on excited unsteady cross-flow vortices in three-dimensional boundary-layer

陆昌根, 沈露予
物理学报. 2018, 67 (21): 214702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181343
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摘要
三维边界层感受性问题是三维边界层层流向湍流转捩的初始阶段,是实现三维边界层转捩预测与控制的关键环节.在高湍流度的环境下,非定常横流模态的失稳是导致三维边界层流动转捩的主要原因;但是,前缘曲率对三维边界层感受性机制作用的研究也是十分重要的课题之一.因此,本文采用直接数值模拟方法研究在自由来流湍流作用下具有不同椭圆形前缘三维(后掠翼平板)边界层内被激发出非定常横流模态的感受性机制;揭示不同椭圆形前缘曲率对三维边界层内被激发出非定常横流模态的扰动波波包传播速度、传播方向、分布规律、感受性系数以及分别提取获得一组扰动波的幅值、色散关系和增长率等关键因素的影响;建立在不同椭圆形前缘曲率情况下,三维边界层内被激发出非定常横流模态的感受性问题与自由来流湍流的强度和运动方向变化之间的内在联系;详细分析了不同强度各向异性的自由来流湍流在激发三维边界层感受性机制的物理过程中起着何种作用等.通过上述研究将有益于拓展和完善流动稳定性理论,为三维边界层内层流向湍流转捩的预测与控制提供依据.

表面弹性对含可溶性活性剂垂直液膜排液的影响
Effect of surface elasticity on drainage process of vertical liquid film with soluble surfactant

叶学民, 李明兰, 张湘珊, 李春曦
物理学报. 2018, 67 (21): 214703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181020
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摘要
针对含可溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度、表面和内部活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和活性剂溶解度耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性是影响可溶性活性剂垂直液膜排液过程中必不可少的因素.排液初期,随表面弹性增加,液膜初始厚度增大,表面更趋于刚性化.随排液进行,弹性不同的液膜呈现不同的典型排液特征:当弹性较小时,液膜上部表面张力高,下部表面张力低,产生正向的马兰戈尼效应,与重力作用相抗衡.当弹性较大时,膜上部表面张力低,下部表面张力高,产生逆向的马兰戈尼效应,促使液膜排液加速,更易发生失稳.活性剂溶解度通过控制液膜表面的活性剂分子吸附量,进而影响表面弹性:当活性剂溶解度较大时,液膜厚度较小,很快发生破断;随溶解度降低,液膜稳定性增加,初始表面弹性也随之增大,并随液膜变薄逐渐接近极限膨胀弹性值.

固体炸药爆轰的一种考虑热学非平衡的反应流动模型
Thermal nonequilibrium detonation model of solid explosive

李诗尧, 于明
物理学报. 2018, 67 (21): 214704      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172501
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摘要
基于固体炸药爆轰过程中化学反应混合区内的固相反应物与气相生成物处于力学平衡状态及热学非平衡状态的事实,提出一种考虑热学非平衡效应的反应流动模型来描述固体炸药的爆轰流动现象.该爆轰流动模型的主要特点是,在反应混合物Euler方程和固相反应物质量守恒方程的基础上,通过附加一套关于固相反应物的组分物理量的流动控制方程来表达固相反应物与气相生成物之间的热学非平衡效应.根据反应混合区内固相反应物与气相生成物这两种化学组分保持各自内能守恒的混合规则,并借助它们具有压力相等的性质以及满足体积分数总和为1的条件,推导获得的附加方程有:固相反应物的内能演化方程、体积分数演化方程及反应混合物的压力演化方程.这样,建立的爆轰模型包括:反应混合物的质量守恒方程、动量守恒方程、总能量守恒方程、压力演化方程,以及固相反应物的质量守恒方程、内能演化方程、体积分数演化方程.对所获得的爆轰模型方程组采用一个时空二阶精度的有限体积法进行数值求解,典型爆轰问题算例结果表明本文提出的固体炸药爆轰模型是合理的.
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截面的蒙特卡罗计算方法
Monte Carlo method for computing relativistic photon-Maxwellian electron scattering cross sections

李树
物理学报. 2018, 67 (21): 215201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180932
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摘要
高温全电离等离子体的辐射输运问题中,光子与电子的Compton散射与逆Compton散射是其中重要的特性,光子与相对论麦克斯韦电子散射的描述及截面的计算非常复杂且费时.本文提出了一种用于模拟计算光子与相对论麦克斯韦速度分布电子散射截面的蒙特卡罗计算方法.给出了各步骤的具体实现办法,推导了对应的计算公式,研究了相对论电子速率抽样方法,编写了光子与相对论电子散射的微观截面的蒙特卡罗计算程序.开展了高温全电离等离子体中,不同能量光子与不同温度电子散射的微观散射截面计算和分析.模拟计算结果显示,在电子温度低于25 keV情况下,本文方法与多重数值积分方法的计算结果非常接近;但随着电子温度继续升高,二者差异逐渐增大并较明显,经分析,可能是本文方法目前的电子速率抽样偏差所致,希望将来能够找到更好的相对论电子速率抽样方法以克服此缺陷.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

铝中气泡在电子束辐照下的异常放热现象
Anomalous heat-releasing phenomenon from bubbles in aluminum induced by electron beam irradiation

杜玉峰, 崔丽娟, 李金升, 李然然, 万发荣
物理学报. 2018, 67 (21): 216101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181140
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摘要
在室温下,利用离子加速器对纯铝透射样品分别注入He+,Ne+和Ar+三种惰性气体离子,通过透射电子显微镜原位观察分析了纯铝中三种气体气泡在电子束辐照下形貌及电子衍射花样的变化.实验表明,在200 keV电子束辐照下,三种惰性气体气泡均会合并长大,亮度逐渐增强,最终破裂,气泡内部产生许多约几个纳米的黑色斑点衬度像,选区电子衍射花样由单晶斑点衍射花样变为多晶衍射环.这一现象的原因可能是气泡在电子束辐照过程中发生了放热反应,使气泡附近铝熔化后再结晶产生多晶,从而在电子衍射花样中观察到了多晶衍射环.然而,氦气泡在80 keV电子束辐照下氦气泡形貌和选区电子衍射花样保持不变,辐照后衍射花样中无多晶衍射环产生;氦氩混合气体气泡在200 keV电子束辐照下气泡形貌和选区电子衍射花样同样保持不变;这可能与电子束能量和气泡内气体压力有关.

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究
Radiation induced parasitic effect in silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistor

彭超, 恩云飞, 李斌, 雷志锋, 张战刚, 何玉娟, 黄云
物理学报. 2018, 67 (21): 216102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181372
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摘要
基于60Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明:器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

石墨烯纳米片磁有序和自旋逻辑器件第一原理研究
First-principles study of magnetic order in graphene nanoflakes as spin logic devices

池明赫, 赵磊
物理学报. 2018, 67 (21): 217101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181297
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摘要
尺寸效应和拓扑阻挫能够在有限石墨烯纳米片段中形成磁有序,本文对能够产生大自旋或电子自旋反铁磁耦合的石墨烯有限片段进行合理分类,提出几种能够作为基本逻辑门的特殊结构并对其进行第一原理电子结构计算,为设计高密度超快自旋器件提供了有效方案和理论依据.计算结果证明:基于有限石墨烯片段的逻辑门结构能够在室温下进行错误率较低的可纠错运算.

电化学析氢反应中单层MoSe2氢吸附机理第一性原理研究
Hydrogen adsorption mechanism on single-layer MoSe2 for hydrogen evolution reaction: First-principles study

徐紫巍, 石常帅, 赵光辉, 王明渊, 刘桂武, 乔冠军
物理学报. 2018, 67 (21): 217102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180882
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摘要

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文计算了单层2H相MoSe2纳米材料表面及两种边缘(Mo原子边缘、Se原子边缘)不同活性位点、不同氢原子吸附率下的氢吸附吉布斯自由能(Gibbs free energy,用△GH0表示),并且将对应的微观结构进行了系统分析比较,得出△GH0最接近于0 eV的吸附位点及相应的吸附率.同时,结合差分电荷密度和电负性理论,分析了单层MoSe2两种边缘氢吸附的电荷转移及成键特性,进一步解释了不同吸附位点呈现的结构与能量趋势.最后,通过基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟,研究了高温热运动对两种边缘氢吸附的影响,获得了氢原子发生脱附的临界温度及对应的微观动态过程.该理论研究从原子尺度揭示了单层2H相MoSe2纳米材料边缘不同位点在不同温度下对氢原子吸附和脱附的微观机理,证实了Mo原子边缘的畸变和重构行为,加深了对实验中单层2H相MoSe2边缘在不同温度下氢吸附机理的理解,为实验中通过控制MoSe2边缘设计廉价高效的析氢催化剂提供理论参考.

双波长自由载流子吸收技术测量半导体载流子体寿命和表面复合速率
Determination of carrier bulk lifetime and surface recombination velocity in semiconductor from double-wavelength free carrier absorption

王谦, 刘卫国, 巩蕾, 王利国, 李亚清
物理学报. 2018, 67 (21): 217201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181509
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摘要
提出了采用双波长自由载流子吸收技术同时测量半导体材料载流子体寿命和前表面复合速率的方法.通过数值模拟,定性分析了不同载流子体寿命和前表面复合速率对信号的影响,同时对测量参数的可接受范围和不确定度进行计算并与传统频率扫描自由载流子吸收方法测量结果进行比较.结果表明:提出的双波长自由载流子吸收方法可明显减小载流子体寿命和前表面复合速率的测量不确定度,提高参数测量精度;表面杂质和缺陷越多的样品,其前表面复合速率测量不确定度越小.进一步分析表明,此现象与不同波长激光抽运产生的过剩载流子浓度分布不同有关.

石墨烯与金属的欧姆接触理论研究
Theoretical study on ohmic contact between graphene and metal electrode

蒲晓庆, 吴静, 郭强, 蔡建臻
物理学报. 2018, 67 (21): 217301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181479
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摘要
石墨烯材料应用于多种电子器件时不可避免地要与金属电极接触,它们之间的接触电阻直接影响了器件的性能.为了揭示影响金属电极与石墨烯间接触电阻的因素,提出有效地抑制这些影响的措施,本文建立了一种求解接触电阻的物理模型,将载流子的输运分为金属与正下方石墨烯之间、正下方石墨烯与邻近石墨烯之间的两个过程,分别研究各个过程的输运概率;结合金属电极与石墨烯接触对载流子分布的影响分析接触电阻,据此分别探讨了金属电极材料、栅极电压、掺杂浓度、金属与石墨烯原子距离等对接触电阻的影响.为验证理论分析结果的正确性,制作了金与石墨烯接触的实验样品,实验测得的接触电阻与理论分析结果符合.理论分析结果表明,可通过选择与石墨烯功函数接近的金属材料,降低二氧化硅层厚度,增加载流子平均自由程,改进金属材料的表面形态使其更光滑,减小金属与石墨烯耦合长度等方法降低石墨烯与金属电极的接触电阻.

第一性原理研究half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的半金属铁磁性
First-principles study on half-metallic ferromagnetism of half-Heusler alloys VLiBi and CrLiBi

姚仲瑜, 孙丽, 潘孟美, 孙书娟, 刘汉军
物理学报. 2018, 67 (21): 217501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181129
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摘要
构建只含有一种过渡金属元素的half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi.采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算结果表明,VLiBi和CrLiBi是半金属性铁磁体,它们的半金属隙分别是0.25 eV和0.46 eV,晶胞总磁矩分别为3.00 μB和4.00 μB.磁性计算结果显示,晶胞总磁矩主要来源于V和Cr的原子磁矩,Li和Bi的原子磁矩较弱,而且Bi的原子磁矩为负值.利用平均场近似方法计算合金的居里温度TC,VLiBi和CrLiBi的居里温度(TC)的估算值分别为1401 K和1551 K.使晶格常数在±10%的范围内变化,分别计算VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算研究表明,晶格常数在-5.6%–10%和-6.9%–10%的范围内变化时VLiBi和CrLiBi仍具有半金属性,并且晶胞总磁矩稳定于3.00 μB和4.00 μB.采用局域密度近似(LDA)+U(电子库仑相互作用项)的方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,当U的取值增大到5 eV时VLiBi和CrLiBi仍保持半金属性.此外,采用考虑自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC)效应的广义梯度近似(GGA)+SOC方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,计算结果显示有微弱的自旋向下能带穿过费米能级,此时VLiBi和CrLiBi在费米面处的自旋极化率分别为98.8%和94.3%,它们的晶胞总磁矩分别为3.03 μB和4.04 μB.VLiBi的半金属性几乎不受SOC效应的影响,而CrLiBi在费米面处仍有较高的自旋极化率.

基于拓扑优化设计的宽频吸波复合材料
Broadband absorbent materials based on topology optimization design

莫漫漫, 马武伟, 庞永强, 陈润华, 张笑梅, 柳兆堂, 李想, 郭万涛
物理学报. 2018, 67 (21): 217801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181170
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摘要
本文基于拓扑优化方法设计并制备了一种宽频吸波复合材料,该吸波复合材料由高强玻璃纤维透波板、电阻损耗型超材料、聚氨酯泡沫和碳纤维反射板组成.仿真及测试结果表明,该吸波复合材料在2–18 GHz频段内的平板反射率均小于-12 dB.并且由于采用高强玻璃纤维及碳纤维复合材料作为面板层,聚氨酯泡沫作为芯材,因此该吸波复合材料不仅在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率,同时还具有质量轻、耐高温、耐低温、耐湿热、抗腐蚀等特点,便于实现吸波与力学性能及耐环境性能的兼容,具有一定的工程应用价值.

Pt/Au/n-InGaN肖特基接触的电流输运机理
Current transport mechanism of Schottky contact of Pt/Au/n-InGaN

徐峰, 于国浩, 邓旭光, 李军帅, 张丽, 宋亮, 范亚明, 张宝顺
物理学报. 2018, 67 (21): 217802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181191
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摘要
基于热电子发射和热电子场发射模式,利用I-V方法研究了Pt/Au/n-InGaN肖特基接触的势垒特性和电流输运机理,结果表明,在不同背景载流子浓度下,Pt/Au/n-InGaN肖特基势垒特性差异明显.研究发现,较低生长温度制备的InGaN中存在的高密度施主态氮空位(VN)缺陷导致背景载流子浓度增高,同时通过热电子发射模式拟合得到高背景载流子浓度的InGaN肖特基势垒高度和理想因子与热电子场发射模式下的结果差别很大,表明VN缺陷诱发了隧穿机理并降低了肖特基势垒高度,相应的隧穿电流显著增大了肖特基势垒总的输运电流,证实热电子发射和缺陷辅助的隧穿机理共同构成了肖特基势垒的电流输运机理.低背景载流子浓度的InGaN肖特基势垒在热电子发射和热电子场发射模式下拟合的结果接近一致,表明热电子发射是其主导的电流输运机理.

类石墨烯结构二维层状碳化硅的非线性二次谐波特性的第一性原理研究
First-principles study of stacking effect on second harmonic generation of graphene-like two-dimensional silicon carbide

施佳妤, 蓝尤钊
物理学报. 2018, 67 (21): 217803      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181337
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摘要
二维层状碳化硅(two-dimensional layered silicon carbide,2d-SiC)是一种类石墨烯结构的半导体,在非线性光学频率转换上具有潜在的应用.本文基于第一性原理高精度全电子势线性缀加平面波结合态求和方法研究了层叠和拉伸下类石墨烯2d-SiC结构的非线性二次谐波系数.非线性过程物理源分析表明,三带项构成的单粒子跃迁过程是2d-SiC结构的二次谐波过程的主要微观跃迁机制,电子的带间运动显著受到带内运动的调谐,π电子离域带对非线性过程有重要贡献.理论上给出了2d-SiC结构的二次谐波系数的角度依赖,为实验研究提供理论参考.拉伸可导致不同频率的二次谐波增强.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究
Growth and characterization of grid-like β-Ga2O3 nanowires by electric field assisted chemical vapor deposition method

冯秋菊, 李芳, 李彤彤, 李昀铮, 石博, 李梦轲, 梁红伟
物理学报. 2018, 67 (21): 218101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180805
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摘要
利用外电场辅助化学气相沉积(CVD)方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三组生长方向构成的网格状β-Ga2O3纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga2O3纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明:外加电压的大小对样品的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga2O3纳米线取向性开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga2O3纳米线;并且随着外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.

直拉硅单晶生长过程中工艺参数对相变界面形态的影响
Effects of process parameters on melt-crystal interface in Czochralski silicon crystal growth

张妮, 刘丁, 冯雪亮
物理学报. 2018, 67 (21): 218701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180305
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摘要
为改善晶体相变界面形态,提高晶体品质,提出了一种融合浸入边界法(immersed boundary method,IBM)和格子Boltzmann法(lattice Boltzmann method,LBM)的二维轴对称浸入边界热格子Boltzmann模型来研究直拉法硅单晶生长中的相变问题.将相变界面视为浸没边界,用拉格朗日节点显式追踪相变界面;用LBM求解熔体中的流场和温度分布;用有限差分法求解晶体中的温度分布.实现了基于IB-LBM的动边界晶体生长过程研究.得到了不同晶体生长工艺参数作用下的相变界面,并用相变界面位置偏差绝对值的均值和偏差的标准差来衡量界面的平坦度,得到平坦相变界面对应工艺参数的调整方法.研究表明,相变过程与晶体提拉速度、晶体旋转参数和坩埚旋转参数的相互作用有关,合理地配置晶体旋转参数和坩埚旋转参数的比值,能够得到平坦的相变界面.
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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 ( 383 )
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: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 ( 196 )
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: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 ( 209 )
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: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 ( 651 )
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: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 ( 514 )
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 ( 236 )
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: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 ( 211 )
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: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 ( 222 )
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: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 ( 198 )
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: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 ( 173 )
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: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 ( 344 )
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: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 ( 158 )
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: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 ( 267 )
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 ( 182 )
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: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 ( 259 )
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: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 ( 175 )
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 ( 184 )
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 ( 209 )
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 ( 391 )
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: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 ( 161 )
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: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 ( 174 )
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: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 ( 433 )
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 ( 149 )
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: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 ( 141 )
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: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 ( 229 )
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: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 ( 198 )
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:20161267]    基于振动抑制高精度宽带激光扫频干涉测量方法研究

刘国栋 许新科 甘雨
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 126 )
本文研究了基于振动抑制的高精度宽带激光扫频干涉测量方法。在激光扫频干涉测量中振动引起目标位移,导致在测量信号拍频中叠加了多普勒频移,该频移量通常远大于目标实际位移产生的频率变化,直接计算目标距离将造成测距精度下降。为解决该问题,本文首先建立了振动对宽带激光扫频干涉测距系统的影响模型,分析了振动对测距的影响机理,通过对测量系统的色散失配效应进行补偿降低了色散影响,然后对测量信号进行交叠分时ChirpZ变换计算不同时刻目标距离,进一步结合卡尔曼滤波方法对目标距离信息进行状态估计,使测量重复性由185.4μm提高到9.0μm,有效降低了环境振动对测量结果的影响,提高了测量精度。该方法在不需要改变激光扫频干涉绝对距离测量装置的条件下,为进一步提高振动环境中的测距精度提供了解决方法,降低了装置复杂度和成本。
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[编号:20161755]    基于模糊近似熵的抑郁症患者静息态fMRI信号复杂度分析

杨孝敬 杨阳 李淮周 钟宁
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 125 )
本研究提出采用模糊近似熵 (fuzzy approximate entropy, fApEn) 的方法对fMRI (functional magnetic resonance imaging) 复杂度量化分析,并与样本熵 (sample entropy,SampEn) 进行比较.本研究采用22个成年抑郁症患者(11男, 年龄在18-65岁之间).我们期望测量的静息态fMRI信号复杂度与Goldberger/Lipsitz模型一致,越健康、越稳健其生理表现的复杂度越大,且复杂度随年龄增大而降低.全脑平均模糊近似熵与年龄之间差异性显著(r=-0.512, p<0.001).相比之下,样本熵与年龄之间差异性不显著 (r=-0.102, p=0.482). 模糊近似熵同样与年龄相关脑区 (额叶, 顶叶, 边缘系统, 颞叶,小脑顶叶)之间差异性显著 (p<0.05).样本熵与年龄相关脑区之间差异性不显著性.这些结果与Goldberger/Lipsitz模型一致,说明采用模糊近似熵分析fMRI数据复杂度是一个有效的新方法.
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[编号:20161539]    利用啾啾脉冲光谱滤波和非线性偏振旋转技术实现高稳定性和开机自启动的全光纤掺Yb3+光纤锁模激光器

张攀政 汪小超 李菁辉 冯滔 张志祥 范薇 周申蕾 马伟新 朱俭 林尊琪
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 106 )
建立理论模型,讨论了非线性偏振旋转全光纤锁模激光器的锁模过程、谐波过程以及导致激光器锁模运行难以稳定的影响因素。讨论了采用啁啾脉冲光谱滤波产生脉冲自振幅调制,增加激光器锁模稳定性和自启动能力的机理。讨论了非线性偏振旋转与啁啾脉冲光谱滤波相结合实现锁模的物理过程和脉冲演化过程。研制出全光纤结构的超短脉冲掺Yb3+光纤环形激光器,采用非线性偏振旋转和啁啾脉冲光谱滤波相结合的锁模技术,实现了激光器锁模的开机自启动和高稳定运行。对激光器进行了长期运行稳定性、锁模开机自启动能力、锁模输出参数可重复性监测。锁模脉冲中心波长1052.9nm,谱宽9.1nm,脉冲能量4.25nJ,脉冲宽度17.8ps。运行期间,各参数波动均小于0.3%。开机自启动能力和可重复性测试显示,激光器可实现一键自启动,启动后各参数可重复精度在0.55%以内。
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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 ( 117 )
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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