物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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石墨烯铁磁-绝缘层-超导结的输运
陈玉, 陈家麟, 查国桥, 周世平
物理学报. 2014, 63 (17): 177402
温度压强对CO2吸收光谱的影响
朱湘飞, 林兆祥, 刘林美, 邵君宜, 龚威
物理学报. 2014, 63 (17): 174203
介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究
黄雪峰, 李盛姬, 周东辉, 赵冠军, 王关晴, 徐江荣
物理学报. 2014, 63 (17): 178802
物理学报  
   物理学报--2014, 63 (17)   发布日期: 2014-09-05
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总论

基于有限资源提升网络可生存性的拓扑重构方法
A topological reconfiguration method for enhancing networks survivability with limited resources

李黎, 郑庆华, 管晓宏
物理学报. 2014, 63 (17): 170201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170201
全文: [PDF 516 KB] 下载:(696)
摘要

给定网络拓扑结构和有限添加边资源,如何优化配置添加边使重构后的网络拓扑结构具有最优可生存性是非常有价值的研究问题. 本文首先明确网络可生存性的量化评估指标,以移除节点后网络结构的鲁棒性和有效性为优化目标,提出网络拓扑重构优化问题的建模与分析方法. 同时在给定资源代价的约束下,为实现添加边资源配置效率的最大化,提出优先配置节点加强保护圈的启发式算法. 仿真实验表明,该算法在有限资源约束的随机局部故障和选择性攻击环境中,能兼顾改善网络鲁棒性和传输效率,有效提升网络结构的可生存性.

离散变质量完整系统的Noether对称性与Mei对称性
Noether symmetry and Mei symmetry of a discrete holonomic mechanical system with variable mass

王菲菲, 方建会, 王英丽, 徐瑞莉
物理学报. 2014, 63 (17): 170202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170202
全文: [PDF 225 KB] 下载:(546)
摘要

本文研究离散变质量完整系统的Noether对称性与Mei对称性. 首先用差分离散变分的方法,建立起离散变质量完整系统的运动方程和能量演化方程. 然后给出该系统的Noether对称性和Mei对称性的定义及离散Noether守恒量的形式. 得到系统的Noether对称性与Mei对称性导致离散Noether守恒量的条件. 最后举例说明结果的应用.

基于噪声辅助非均匀采样复数据经验模态分解的混沌信号降噪
A chaotic signal denoising method developed on the basis of noise-assisted nonuniformly sampled bivariate empirical mode decomposition

王小飞, 曲建岭, 高峰, 周玉平, 张翔宇
物理学报. 2014, 63 (17): 170203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170203
全文: [PDF 632 KB] 下载:(531)
摘要

鉴于非均匀采样复数据经验模态分解(NSBEMD)相对传统分解方法的优势和噪声的NSBEMD特性,提出了一种基于噪声辅助NSBEMD的混沌信号自适应降噪方法. 该方法首先以含噪混沌信号和高斯白噪声分别为实、虚部来构造复数据并进行NSBEMD,然后根据虚部各IMF的能量来估算实部各IMF中包含的噪声能量,最后根据噪声能量的估计值对实部IMF进行奇异值分解(SVD)降噪. 噪声估计实验验证了噪声能量估计方法的可行性,而Lorenz信号和太阳黑子月平均数的降噪实验则表明,相对于现有EMD降噪方法,本文方法能够进一步消除噪声,更清晰地恢复出混沌吸引子的拓扑结构.

广义Duffing扰动振子随机共振机理的渐近解
Asymptotic solution to the generalized Duffing equation for disturbed oscillator in stochastic resonance

韩祥临, 林万涛, 许永红, 莫嘉琪
物理学报. 2014, 63 (17): 170204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170204
全文: [PDF 240 KB] 下载:(487)
摘要

利用非线性方法研究了一类广义Duffing扰动方程. 首先求得了典型的Duffing方程的解. 然后利用泛函广义变分迭代原理得到了广义Duffing扰动振子随机共振机理的近似解,并论述了解的一致有效性.

切换奇异系统的有限时间稳定
Finite-time stability for switched singular systems

张耀利, 吴保卫, 王月娥, 韩晓霞
物理学报. 2014, 63 (17): 170205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170205
全文: [PDF 323 KB] 下载:(475)
摘要

本文研究了一类连续切换奇异系统的有限时间稳定和状态反馈控制问题. 首先,讨论了连续切换奇异系统解的存在条件,然后给出连续切换奇异系统有限时间稳定和有限时间有界的概念;其次,利用模型依赖平均驻留时间方法和Lyapunov函数方法,分别给出切换奇异系统是正则、脉冲自由且有限时间稳定 和有限时间有界的充分条件,并设计状态反馈控制器,使得闭环系统有限时间稳定和有限时间有界且具有H性能指标γ;最后通过数值算例验证了本文方法的有效性.

基于压缩感知的目标频空电磁散射特性快速分析
Fast analysis of electromagnetic scattering characteristics in spatial and frequency domains based on compressive sensing

陈明生, 王时文, 马韬, 吴先良
物理学报. 2014, 63 (17): 170301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170301
全文: [PDF 293 KB] 下载:(458)
摘要

矩量法是求解目标电磁散射问题的一种常用数值方法,因其精度较高而被广泛应用. 应用矩量法求解目标频空电磁散射特性时,随着入射波的角度和频率的变化,需要间隔很小的角度和频率步长反复求解矩量法生成的矩阵方程,运算量极大. 为解决此类问题,本文结合压缩感知理论和渐近波形估计形成一种新的有效计算方法. 首先,基于压缩感知理论引入一种富含空间信息的新型入射源,其次,在该入射源照射下应用渐近波形估计技术求解,从而快速实现目标频空电磁散射特性分析.

光与物质相互作用系统中的量子Fisher信息和自旋压缩
Quantum Fisher information and spin squeezing in the interaction system of light and matter

常锋, 王晓茜, 盖永杰, 严冬, 宋立军
物理学报. 2014, 63 (17): 170302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170302
全文: [PDF 619 KB] 下载:(544)
摘要

Fisher信息是估计理论中的重要概念,最近发现与量子信息中的纠缠判据具有密切联系. 非旋波近似条件下,Dicke模型经典相空间表现为混沌动力学特征.本文详细考察了Dicke 模型描述的光与物质相互作用系统中量子Fisher信息和自旋压缩动力学特性. 结果表明:在短时瞬态情况下,无论初态处于规则区域还是混沌区域系统均表现为纠缠性质;但在长时稳态情况下,初态处于规则区域时系统纠缠消失,而初态处于混沌区域时系统则一直存在纠缠. 通过与系统自旋压缩动力学性质相比较,发现量子Fisher信息可以更有效地刻画量子混沌. 进一步考察初态处于规则和混沌区域时系统密度矩阵和纯度的动力学演化特性,发现混沌导致系统退相干现象发生,说明量子Fisher信息对混沌更敏感.

基于旋转不变态的测量设备无关量子密钥分配协议研究
Measurement of device-independent quantum key distribution for the rotation invariant photonic state

东晨, 赵尚弘, 董毅, 赵卫虎, 赵静
物理学报. 2014, 63 (17): 170303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170303
全文: [PDF 374 KB] 下载:(608)
摘要

本文提出了一种基于旋转不变态的偏振无关测量设备量子密钥分配协议,既适用于偏振编码测量设备无关量子密钥分配系统,也应用于相位编码测量设备无关量子密钥分配系统的相干过程. 通过在线偏振基进入信道传输前嵌入2块q玻片,使得在传输过程中将线偏振基转化为旋转不变的圆偏振基,而第三方对接收到的脉冲进行Bell态测量前,利用q玻片的算符可逆性,将圆偏振基还原为线偏振基进行测量,可以有效消除信道传输中偏振旋转导致的误码. 本文分析了偏振无关的三诱骗态测量设备无关量子密钥分配系统的误码率,研究了密钥生成率与安全传输距离的关系,仿真结果表明,对于偏振编码测量设备无关量子密钥分配系统,该协议可以有效提高系统的最大安全通信距离,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.

三维简谐势阱中玻色-爱因斯坦凝聚的边界效应
Boundary effects of Bose-Einstein condensation in a three-dimensional harmonic trap

袁都奇
物理学报. 2014, 63 (17): 170501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170501
全文: [PDF 326 KB] 下载:(326)
摘要

在定义特征长度的基础上,应用Euler-MacLaurin公式,研究了理想玻色气体在三维简谐势阱中玻色-爱因斯坦凝聚的边界效应. 结果表明:粒子的凝聚分数由于有限尺度和有限粒子数效应而减小,修正的凝聚分数和凝聚温度由于边界效应存在一个极大值,选择优化的最佳势阱参数,可以有效提高凝聚分数和凝聚温度;热容量的跃变存在边界效应和粒子数效应,选择合理的势阱参数时,热容量的跃变存在一个极小值. 导出了简谐势阱中有限理想玻色气体的状态方程,揭示了压强的各向异性(或各向同性)取决于简谐势频率的各向异性(或各向同性).

耦合系统的朗之万动力学产生法
The Langevin dynamics approach to generate solid interaction system

邓琪敏, 邹亚中, 包景东
物理学报. 2014, 63 (17): 170502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170502
全文: [PDF 279 KB] 下载:(321)
摘要

提出一种朗之万动力学方法获取处于热平衡态耦合系统内部振子坐标,数值模拟了单端固定简谐振子链的时间演化行为,并将其平衡性质与解析解进行了比较. 结果表明了朗之万动力学方法的有效性. 推广应用于非简谐四次方型耦合系统,模拟得到振子的四次方均坐标,与理论值验证;以模拟结果作为样本点计算哈密顿量,其能量分布与Boltzmann分布相符.

谷值V2控制Boost变换器的精确建模与动力学分析
Precise modeling and dynamic characteristics of valley V2 controlled Boost converter

何圣仲, 周国华, 许建平, 吴松荣, 阎铁生, 张希
物理学报. 2014, 63 (17): 170503      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170503
全文: [PDF 819 KB] 下载:(661)
摘要

建立了谷值V2控制Boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上得到了输入电压、输出电容及其等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)变化时的分岔图,推导了不动点处的雅可比矩阵,利用特征值和最大Lyapunov指数对系统进行了稳定性分析,并验证了分岔图的正确性. 重点研究了输入电压和输出电容及其ESR对谷值V2控制Boost变换器的动力学特性的影响. 研究结果表明,输入电压增大时,变换器从周期1态经历1次倍周期分岔和边界碰撞分岔进入混沌状态;输出电容及其ESR具有相同的分岔路由,随着输出电容及其ESR的逐渐减小,变换器具有从周期1态经历周期2态、周期4态、周期8 态、逐渐演变到混沌态的动力学行为. 最后,用仿真和实验结果验证了本文理论分析的正确性.

色关联乘性和加性色噪声驱动的多稳态系统的稳态特性
Steady-state analysis of a tristable system driven by a correlated multiplicative and an additive colored noises

时培明, 李培, 韩东颖
物理学报. 2014, 63 (17): 170504      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170504
全文: [PDF 338 KB] 下载:(501)
摘要

研究了色关联乘性和加性色噪声作用下的三稳态系统的稳态问题. 首先利用一致有色噪声近似方法,推导出稳态概率密度函数的表达式,然后分析了乘性噪声和加性噪声的强度以及关联性对稳态概率密度函数的影响,研究结果表明:加性噪声强度、加性噪声和乘性噪声的关联强度和关联时间可以诱导系统的非平衡相变.

埋地油气管道地磁感应电流(GIC)的混沌特性研究
Chaotic characteristic study of GIC in buried steel oil pipeline

梁志珊, 王鹏, 胡黎花, 张举丘
物理学报. 2014, 63 (17): 170505      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170505
全文: [PDF 464 KB] 下载:(537)
摘要

空间天气影响下的钢制油气管道会产生地磁感应电流,地磁感应电流能够加速管道腐蚀,干扰管道监测装置,危及人身安全. 为了研究管道地磁感应电流的非线性动力学特性,首先基于线传输理论,建立了管道地磁感应电流模型,并应用Melnikov方法对模型进行分析,揭示了地磁场与管道系统相互作用而产生混沌的机理,指出管道地磁感应电流具有出现混沌的可能性. 其次,以中国西气东输一线管道中卫处6次磁暴事件数据为例,依据功率谱分析法、主分量法、关联维数法、Lyapunov指数法等多种混沌判别方法,对计算得到的地磁感应电流时间序列作了定量和定性的分析,进一步验证理论分析的结果. 数学模型和实际数据两方面都表明:在空间天气影响下,埋地钢制管道系统内的地磁感应电流具有混沌特性,为空间天气影响下的钢制油气管道保护提供了理论依据.

基于综合故障的无线传感器网络无标度容错拓扑模型研究
A scale-free fault tolerant topology model in wireless sensor network for toleration of comprehensive fault

刘彬, 董明如, 刘浩然, 尹荣荣, 韩丽
物理学报. 2014, 63 (17): 170506      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170506
全文: [PDF 339 KB] 下载:(442)
摘要

针对无线传感器网络实际应用中遇到的环境损毁和能量耗尽的问题,本文首先对网络综合故障进行建模,获取满足综合故障容忍能力和网络生命期双重需求的网络节点度和节点度上限值的取值规律,并结合由无标度特征导出的两者关系,从而求得最优节点度上限值,最终引入关于节点度上限值的适应度函数,提出了容忍环境损毁和能量耗尽综合故障的无标度容错拓扑演化模型. 仿真实验结果表明,该模型演化生成的无标度拓扑对环境损毁和能量耗尽具有较好的容错性,并能够有效地延长网络生命期.

圆柱形热集中器理论、仿真和实现
Cylindrical thermal concentrator:theory, simulation, and implement

毛福春, 李廷华, 黄铭, 杨晶晶, 贾邦婕
物理学报. 2014, 63 (17): 170507      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170507
全文: [PDF 2560 KB] 下载:(502)
摘要

作为一种高效的热能收集与俘获技术,热集中器最近引起了研究者的关注. 本文从热传导方程和坐标变换关系出发,导出了圆柱形热集中器温度分布的解析表达式,并通过与COMSOL数值仿真结果比较证实了表达式的正确性. 分析了热集中器性能与材料各向异性和器件几何结构二者之间的联系,结果表明,包层热超材料的各向异性越大,集中器的热集中性能越好;包层与内核的半径比越大,集中器的热聚焦能力越强. 利用包层与背景媒质之间的温度关系,进一步研究了用常规材料实现热集中器的方法,通过将两种常见的天然材料沿角向按周期交替排列并调整各自面积的大小,可观察到不同程度热集中现象.

以广义Redlich-Kwong气体为工质的不可逆回热式斯特林热机循环输出功率和效率
Power output and efficiency of irreversible regenerative Stirling heat engine using generalized Redlich-Kwong gas as the working substance

郑世燕
物理学报. 2014, 63 (17): 170508      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170508
全文: [PDF 325 KB] 下载:(511)
摘要

研究了热阻、回热损失和热漏等多种不可逆因素对以广义Redlich-Kwong气体为工质的斯特林热机性能的影响,给出了斯特林热机输出功率和效率的具体表达式并分析非理想回热特性及循环主要性能参数(如循环体积比及工质高低温比等)对循环输出功率和效率的影响. 同时指出,只有在理想回热及无热漏的情况下,气体斯特林热机的效率才能达到卡诺效率.

Stadium型介观器件腔中粒子逃逸率的研究
Escape rates of particles in Stadium mesoscopic devices

沈志朋, 张延惠, 蔡祥吉, 赵国鹏, 张秋菊
物理学报. 2014, 63 (17): 170509      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170509
全文: [PDF 346 KB] 下载:(392)
摘要

本文研究了粒子在二维弱开口的Bunimovich Stadium型介观混沌器件中的逃逸规律. 利用经典统计的方法,通过改变器件端口宽度、圆弧半径及器件腔长等参数,首次发现随器件各项参数变化的分形维数与粒子逃逸率趋势符合,并揭示了混沌体系的逃逸指数受器件形状的影响. 统计并拟合了粒子逃逸率与粒子波数大小的关系,数值结果表明,粒子逃逸率与波数为二次函数关系,但逃逸率与能量大小不是严格的线性关系. 进一步分析了在器件入口处粒子的衍射效应对粒子逃逸的影响,结果表明,衍射效应使粒子逃逸率增加,且粒子数的演化在时间较短时不再满足指数关系,长时间的演化再次满足指数衰减规律.

高反射效率高定向性的热解石墨晶体X射线谱仪
A high efficiency highly oriented pyrolitic graphite X-ray spectrometer

闫文超, 苏鲁宁, 林晓宣, 杜飞, 袁大伟, 廖国前, 刘成, 沈忠伟, 陈黎明, 李玉同, 马景龙, 鲁欣, 王瑄, 王兆华, 魏志义, 盛政明, 张杰
物理学报. 2014, 63 (17): 170701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.170701
全文: [PDF 536 KB] 下载:(388)
摘要

基于高定向热解石墨晶体(highly oriented pyrolitic graphite,HOPG)研制了一种新型反射式X射线谱仪. 该谱仪具有高反射效率、较高能谱分辨率及相对较宽的能谱测量范围. 根据计算,在相同的入射条件下,该谱仪的效率比一般X射线弯晶谱仪高3个量级;谱仪能谱分辨率理论值最高达350;理论探测范围是6.891 keV至9.193 keV. 我们将该谱仪应用在高功率密度激光与固体靶相互作用的实验中,发现在普通弯晶谱仪无法采到信号的实验条件下,HOPG谱仪依然采集到清晰的Cu K谱线. 分析发现在8.048 keV(Cu的Kαup光子能量)附近的能谱分辨能力最高达到40 eV,分辨率>200.

电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

基于多阶等离激元谐振的超薄多频带超材料吸波体
Ultra-thin multiband metamaterial absorber based on multi-order plasmon resonances

王雯洁, 王甲富, 闫明宝, 鲁磊, 马华, 屈绍波, 陈红雅, 徐翠莲
物理学报. 2014, 63 (17): 174101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174101
全文: [PDF 7255 KB] 下载:(828)
摘要

本文设计了一种超薄螺旋结构超材料吸波体,其厚度(1.034 mm)约为其工作波长(4.81 GHz,6.59 GHz,9.16 GHz,12.69 GHz和13.71 GHz)的(1/60,1/44,1/32,1/23,1/21). 仿真和实验结果表明,该吸波体在4.81 GHz,6.59 GHz,9.16 GHz,12.69 GHz和13.71 GHz处吸收率分别达到94.55%、99.89%、99.73%、99.26% 和99.41%,实现了多频带强吸收. 从表面电流和功率损耗密度两个方面分析了产生强吸收的原因,理论分析表明,多频带强吸收能在五个相邻频率处产生多阶局域表面等离激元谐振,螺旋结构之间强烈的电谐振使超材料结构单元产生强烈的吸收. 该超材料吸波体设计简单、易于制作和应用,在电磁波吸收中具有应用价值.

半导体抽运铯蒸气激光器阈值特性分析
Analysis on threshold characteristics of a diode-pumped Cs vapor laser

徐艳, 陈飞, 谢冀江, 李殿军, 杨贵龙, 高飞, 郭劲
物理学报. 2014, 63 (17): 174201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174201
全文: [PDF 349 KB] 下载:(463)
摘要

本文建立了一种速率方程模型,以铯蒸气为例描述了半导体抽运碱金属蒸气激光器的阈值特性. 经数值求解该模型,定量分析了抽运光束腰位置和半径、蒸气池长度、运行温度等参量对激光器的阈值抽运功率的影响. 结果表明,存在最佳的抽运光束腰位置和半径、蒸气池长度以及运行温度使阈值最低,此外改善抽运光束质量也能有效降低阈值抽运功率. 所得规律与目前实验事实基本相符,表明了该模型能较好地反映半导体抽运碱金属蒸气激光器的阈值特性,为该类激光器的优化设计提供一定的借鉴和参考.

增益对一维周期结构慢光传输特性影响
Influence of gain on propagation properties of slow light in one-dimensional periodic structures

沈云, 傅继武, 于国萍
物理学报. 2014, 63 (17): 174202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174202
全文: [PDF 390 KB] 下载:(384)
摘要

本文以一维周期结构为例,对增益与慢光之间的影响做了更进一步的深入研究. 研究发现,增益对有限长和无限长一维周期结构中的慢光效应具有不同的影响. 对无限长结构,增益的加入会减弱结构的慢光效应. 而对于实际应用中存在的有限长周期结构,增益补偿在一定情况下会增强其慢光效应. 文章的研究对促进周期结构作为慢光器件尤其是作为可调谐慢光器件在高密度光子集成中的广泛应用具有积极意义.

温度压强对CO2吸收光谱的影响 Hot!
Influence of temperature and pressure on absorption spectrum of around 1.6 μm for differential absorption lidar

朱湘飞, 林兆祥, 刘林美, 邵君宜, 龚威
物理学报. 2014, 63 (17): 174203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174203
全文: [PDF 452 KB] 下载:(578)
摘要

为了提高差分吸收CO2探测激光雷达的反演精度,本文采用可调谐半导体激光吸收光谱技术,利用双光路差分实验系统,在不同温度和压强下精确探测了CO2吸收谱线(1.572 μm附近)的精细结构,分析了吸收光谱谱型的变化差异,获得了5个温度(287K,297K,311K,315K,324K)的压力增宽系数和吸收截面,推算出了CO2的温度相关指数. 这些参数是对现有数据库的补充和完善,确保差分吸收CO2探测激光雷达的精确反演,从而提高其探测能力.

光子晶体中基于有效折射率接近零的光束准直出射
Collimating emission from photonic crystals based on the quasi-zero-effective-index

赵浩, 沈义峰, 张中杰
物理学报. 2014, 63 (17): 174204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174204
全文: [PDF 5444 KB] 下载:(550)
摘要

利用平面波展开法(PWM)和时域有限差分法(FDTD)研究了二维正方格子光子晶体靠近禁带边沿附近频率光波的传输特性. 研究发现,若有效折射率接近于零,可出现光束从晶体表面准直出射的现象,且光束的出射方向只与晶体表面的取向有关,而与晶格取向无关. 这种现象与自准直现象有很大不同.

颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响
Influence of granular coefficient of rolling friction on accumulation characteristics

韩燕龙, 贾富国, 唐玉荣, 刘扬, 张强
物理学报. 2014, 63 (17): 174501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174501
全文: [PDF 20481 KB] 下载:(608)
摘要

为探讨颗粒摩擦系数对堆积特性的影响,利用离散单元法,模拟静摩擦系数固定时,变化滚动摩擦系数对椭球形颗粒堆积角及堆积体的影响. 利用自制斜面仪测定了颗粒静摩擦系数,并对滚动摩擦系数与堆积角建立线性方程. 结果表明,滚动摩擦系数对颗粒堆积特性有显著影响,颗粒堆积角随滚动摩擦系数增大而增大,边界圆与连续圆间的间隙随滚动摩擦系数增大而减小. 依据颗粒堆积过程中旋转动能的变化可以阐述上述结果,建立的滚动摩擦系数与堆积角的线性方程可为具体颗粒物料滚动摩擦系数的获取提供数值测量思路. 模拟堆积的过程可为散体物料一些不易测量的参数进行虚拟实验标定.

一类含三势阱Mathieu-Duffing振子的相对转动系统的分岔和混沌
Bifurcation and chaos of some relative rotation system with triple-well Mathieu-Duffing oscillator

刘彬, 赵红旭, 侯东晓
物理学报. 2014, 63 (17): 174502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174502
全文: [PDF 3031 KB] 下载:(400)
摘要

建立了一类具有三势阱Mathieu-Duffing振子的两质量相对转动系统的非线性动力学方程. 应用多尺度法和奇异性理论分析该系统在非自治情况下的余维3分岔特性. 利用Melnikov方法获得系统在Smale马蹄意义下混沌的阈值. 最后通过数值仿真,研究了系统的混沌行为和安全盆分岔,得到安全盆被侵蚀的过程与系统通向混沌的过程之间密切联系.

相同尺度下气泡与复杂壁面的耦合特性研究
Study on coupling characteristics between bubble and complex walls at the same scale

史冬岩, 王志凯, 张阿漫
物理学报. 2014, 63 (17): 174701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.174701
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摘要

采用格子Boltzmann方法(LBM)建立了气液固三相耦合的动力学模型,研究了相同尺度下上浮气泡与复杂壁面的相互耦合作用. 首先,基于黏性流体理论,通过构建一组格子Boltzmann(LB)方程来描述气液两相的运动,并以LB离散体积力的形式计入了黏性力、表面张力和重力. 同时,采用LBM中的Half-way反弹模型与有限差分格式相结合的方式进行固壁边界的处理. 然后,利用本文建立的模型,对不同特征尺寸比条件下,气泡与考虑边缘效应的平面固壁和曲面固壁的耦合特性进行了研究. 研究发现固壁边界条件以及特征尺寸比对气泡的运动和拓扑结构的变化都具有明显的非线性影响. 最后,研究了流体属性对气泡与复杂壁面耦合规律的影响.

气体、等离子体和放电物理

高功率脉冲磁控溅射的阶段性放电特征
Phasic discharge characteristics in high power pulsed magnetron sputtering

吴忠振, 田修波, 李春伟, Ricky K. Y. Fu, 潘锋, 朱剑豪
物理学报. 2014, 63 (17): 175201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.175201
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摘要

本文从放电靶电流出发,采用一种新的研究方法,即将靶电流分解为多个代表具体放电特性的特征参数,全面而系统的研究了不同的工作气压条件下,靶电流各特征参数随靶电压的增加而进行的演化. 结果发现高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)放电靶电流在靶电压由低向高增加的过程中,出现靶电流峰值和平台值的交替变化,体现出明显的阶段性放电特征,且不同的放电阶段在不同气压下出现一定的移动,会在测量范围内出现某些放电阶段的缺失. 本文还通过等离子体发射光谱对HPPMS放电靶前等离子体测量发现五个不同的放电阶段分别主要对应氩原子、铬原子、氩离子、铬离子和氩、铬高价离子的放电,但不同的放电条件下相邻的阶段会出现一定程度的交叠.

凝聚物质:结构、力学和热学性质

铒离子注入绝缘体上Si的射程分布研究
Investigation on range distribution of Er ions implanted in silicon-on-insulator

秦希峰, 马桂杰, 时术华, 王凤翔, 付刚, 赵金花
物理学报. 2014, 63 (17): 176101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.176101
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摘要

利用离子注入掺杂技术设计、制作半导体集成器件时,了解离子注入半导体材料的射程分布和横向离散规律等是很重要的. 用200–500 keV能量的铒(Er)离子注入SOI(silicon-on-insulator,绝缘体上的硅)样品中,利用卢瑟福背散射(RBS)技术研究了剂量为2×1015 cm-2的Er离子注入SOI的平均投影射程Rp和射程离散ΔRp,把测出的实验值和SRIM软件得到的理论计算值进行了比较,发现平均投影射程Rp的实验值跟理论计算值符合较好,射程离散Δ Rp的实验值和理论计算值差别大一些.

考虑相界效应的Ni基单晶合金纳米压痕模拟
Nanoindentation simulation of Ni-base single-crystal superalloy with the consideration of interface effect

胡兴健, 郑百林, 胡腾越, 杨彪, 贺鹏飞, 岳珠峰
物理学报. 2014, 63 (17): 176201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.176201
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摘要

利用分子动力学方法分别模拟金刚石压头压入Ni模型和Ni基单晶合金γ/γ’ 模型的纳米压痕过程,通过计算得到两种模型[001]晶向的弹性模量及硬度. 采用中心对称参数分析不同压入深度时两种模型内部位错形核、长大过程以及Ni基单晶合金γ/γ’(001)相界面错配位错对纳米压痕过程的影响. 结果显示:压入深度0.641 nm之前,两种模型的压入载荷-压入深度曲线相似,说明此时相界面处的错配位错对纳米压痕过程的影响很小;压入深度0.995 nm时,在错配位错处发生位错形核,晶体在γ 相中沿着{111} 面滑移,随即导致Ni基单晶合金γ/γ’模型压入载荷的下降,并在压入深度达到1.487 nm之前低于Ni模型相同压入深度时的压入载荷;压入深度从1.307 nm开始,由于相界面错配位错的阻碍作用,Ni基单晶合金γ/γ’模型压入载荷上升速度较快.

化学气相沉积法制备石墨烯的铜衬底预处理研究
The pre-treatment of copper for graphene synthesis

王浪, 冯伟, 杨连乔, 张建华
物理学报. 2014, 63 (17): 176801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.176801
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摘要

铜作为一种在化学气相沉积法制备石墨烯中被广泛采用的衬底材料,其表面形貌和质量对石墨烯的品质有较大的影响. 提出了一种简单有效的铜衬底预处理方法,在生长石墨烯前,将铜衬底在浓度为1 mol/L的硝酸铁水溶液中进行预刻蚀,研究了不同刻蚀时间的影响. 发现当预刻蚀时间为90 s时,经石墨烯生长后得到了相对平整且无杂质颗粒的表面;与盐酸预刻蚀及电化学抛光方法进行了比较,实验结果表明,硝酸铁溶液预刻蚀的效果优于盐酸处理,可与电化学抛光效果比拟,且操作更为简单快捷. 经过不同型号铜衬底实验验证,此方法具有普遍适用性.

钯和铂金属在石墨烯表面不同生长机理第一性原理研究
Density functional study on the different behaviors of Pd and Pt coating on graphene

李峰, 肖传云, 阚二军, 陆瑞锋, 邓开明
物理学报. 2014, 63 (17): 176802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.176802
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摘要

本文采用密度泛函计算方法,研究了钯和铂金属在石墨烯表面不同的生长机理. 几何结构和电子结构分析表明,钯金属的dz2轨道电子通过石墨烯的π电子为中介,转移电子至钯金属的dxz+dyz轨道,并保持石墨烯的π电子不变. 该电荷转移机理增强了钯金属与石墨烯衬底之间的相互作用,是钯在石墨烯表面生长的主要原因. 反之,铂金属不存在该生长机理,而铂原子的自发团聚是铂金属无法在石墨烯表面生长的另一主要原因.

多孔ZnO微米球的制备及其优异的丙酮敏感特性
Synthesis of porous micro-sphere ZnO and its excellent sensing properties to acetone

薄小庆, 刘唱白, 李海英, 刘丽, 郭欣, 刘震, 刘丽丽, 苏畅
物理学报. 2014, 63 (17): 176803      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.176803
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摘要

以六水合硝酸锌、尿素为原料,以六亚甲基四胺为表面活性剂,利用水热法合成了多孔氧化锌微米球. 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和吸附仪对样品的结构、形貌、比表面积和孔径进行了表征. 利用所得多孔微米球氧化锌制备了气敏元件,并对其气敏特性进行了测试. 结果表明:在280℃的工作温度下,表面多孔氧化锌微米球气敏元件对50 ppm的丙酮气体的灵敏度为26.8,响应时间和恢复时间分别约为4 s和10 s,并具有良好的选择性.

凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响
Effects of optical phonon and built-in electric field on the binding energy of bound polarons in a wurtzite In0.19Ga0.81N/GaN quantum well

赵凤岐, 张敏, 李志强, 姬延明
物理学报. 2014, 63 (17): 177101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177101
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摘要

用改进的Lee-Low-Pines变分方法研究纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱结构中束缚极化子能量和结合能等问题,给出基态结合能、不同支长波光学声子对能量和结合能的贡献随阱宽和杂质中心位置变化的数值结果. 在数值计算中包括了该体系中声子频率的各向异性和内建电场对能量和结合能的影响、以及电子和杂质中心与长波光学声子的相互作用. 研究结果表明,In0.19Ga0.81N/GaN量子阱材料中光学声子和内建电场对束缚极化子能量和结合能的贡献很大,它们都引起能量和结合能降低. 结合能随着阱宽的增大而单调减小,窄阱中减小的速度快,而宽阱中减小的速度慢. 不同支声子对能量和结合能的贡献随着阱宽的变化规律不同. 没有内建电场时,窄阱中,定域声子贡献小于界面和半空间声子贡献,而宽阱中,定域声子贡献大于界面和半空间声子贡献. 有内建电场时,定域声子贡献变小,而界面和半空间声子贡献变大,声子总贡献也有明显变化. 在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中,光学声子对束缚极化子能量和结合能的贡献比GaAs/Al0.19Ga0.81As量子阱中的相应贡献(约3.2–1.8和1.6–0.3 meV)约大一个数量级. 阱宽(d=8 nm)不变时,在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中结合能随着杂质中心位置Z0的变大而减小,并减小的速度变快. 随着Z0的增大,界面和半空间光学声子对结合能的贡献缓慢减小,而定域光学声子的贡献缓慢增大.

基于电压变化率的IGBT结温预测模型研究
Investigation of the prediction model of IGBT junction temperature based on the rate of voltage change

刘宾礼, 唐勇, 罗毅飞, 刘德志, 王瑞田, 汪波
物理学报. 2014, 63 (17): 177201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177201
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摘要

基于半导体物理和IGBT基本结构,通过合理简化与理论推导,建立了电压变化率模型,对电压变化率的影响因素与温度特性进行了深入研究,得出电压变化率随电压或电流的增大,线性增大;随结温增大,线性减小. 基于电压变化率模型,建立了IGBT电压变化率结温预测模型. 仿真和实验结果验证了模型的正确性与准确性. 对实现IGBT结温在线监测、提高IGBT模块及电力电子装置可靠性具有一定的理论意义和应用价值.

混合量子点器件电致发光的能量转移研究
Electroluminescent energy transfer of hybrid quantum dotsdevice

何月娣, 徐征, 赵谡玲, 刘志民, 高松, 徐叙瑢
物理学报. 2014, 63 (17): 177301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177301
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摘要

在量子点的研究中,对于量子点光致发光研究报道较多,而量子点电致发光研究报道较少,特别是对于混合量子点电致发光器件中能量转移机理的研究未见报道,由于不同量子点之间的能量转移机理决定着器件的性能,为此本论文对该方面进行了研究. 分别制备了单种量子点器件和混合器件,混合器件是利用红、绿、蓝三种量子点按照1:1的比例两两混合,做成结构为ITO/PEDOT:PSS/QDs/Al的器件. 研究发现在一定电压范围内,单种量子点器件的发光强度随着电压增加持续上升,而混合量子点器件的发光出现了短波长下降,长波长上升的现象,表明当有外加电场时不同尺寸的量子点间产生了较高效率的能量转移. 同时首次对混合量子点电致发光器件能量转移的各项参数进行了计算,得到了能量转移效率E、临界能量转移距离R0与外加电场的关系,对制备混合量子点电致发光器件具有指导意义.

SnO2/p+-Si异质结器件的电致发光:利用TiO2盖层提高发光强度
Electroluminescence from SnO2/p+-Si heterostructured light-emitting device:enhancing its intensity via capping a TiO2 film

蒋昊天, 杨扬, 汪粲星, 朱辰, 马向阳, 杨德仁
物理学报. 2014, 63 (17): 177302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177302
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摘要

通过在重掺硼硅(p+-Si)衬底上溅射SnO2薄膜并在O2气氛下800 ℃热处理形成SnO2/p+-Si异质结. 基于该异质结的器件可在低电压(电流)驱动下电致发光. 进一步地,通过在SnO2薄膜上增加TiO2盖层,使器件的电致发光获得显著增强. 这是由于TiO2盖层的引入,一方面使SnO2薄膜更加致密,减少了非辐射复合中心;另一方面TiO2较大的折射率和合适的厚度使SnO2薄膜电致发光的出光效率得到提高.

化学气相沉积中影蔽效应对硅薄膜表面形貌和微结构的影响
Influence of shadowing effect on morphology and microstructure of silicon thin film in chemical vapor deposition

张海龙, 刘丰珍, 朱美芳
物理学报. 2014, 63 (17): 177303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177303
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摘要

采用斜入射热丝化学气相沉积技术(OAD-HWCVD),研究了气流入射角度(θ)对氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜表面和微结构的影响. 实验发现,薄膜厚度为1 μm时,均方根粗糙度与tanθ成指数关系;在入射角度为75°时,薄膜表面由自仿射表面转变为mound表面. 采用拉曼谱和红外谱表征了硅薄膜的微结构随气流入射角度的变化. 在薄膜转变为mound表面生长之前,随入射角度的增加,准局域的影蔽效应使得薄膜中微空洞的数目及尺寸增加,导致薄膜微结构因子升高、致密度下降、薄膜质量变差. 在薄膜转变为mound表面生长之后,非局域的影蔽效应导致大尺度的空洞,同时薄膜中以Si-Hn(n ≥ 2)形式存在的氢增多. 本文以非晶硅薄膜为例,结合标度理论,分析了薄膜生长过程中的表面形貌和微结构与影蔽效应的关系.

Au-Si60-Au分子结电子输运性质的理论计算
Theoretical calculation of electron transport properties of the Au-Si60-Au molecular junctions

柳福提, 程艳, 陈向荣, 程晓洪, 曾志强
物理学报. 2014, 63 (17): 177304      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177304
全文: [PDF 510 KB] 下载:(531)
摘要

运用密度泛函理论对Si60团簇的结构进行几何优化,得到基态结构是一个直径为1.131 nm,平均键长为0.239 nm,分子最低未占据轨道与最高占据轨道能量差即能隙值为0.72 eV,具有C1点群的空心笼状结构. 然后把它与两半无限的Au(100)-4×4电极相连构成Au-Si60-Au三明治结构分子结点,运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法对其电子输运性质进行了第一性原理计算. 当两电极的距离为1.74 nm时,分子结点的平衡电导为1.93 G0G0=2e2/h),然后在-2.0–2.0 V的电压范围内,计算了不同电压下的电导与电流,得到其-曲线成近线性关系,从分子前线轨道与透射谱分析了Si60分子的电子输运特性,讨论了电荷转移量与电导之间的关系.

Mg掺杂n型Sn基Ⅷ型单晶笼合物的结构及电传输特性
Structural and electrical transport properties of Mg-doped n-type Sn-based type Ⅷ single crystalline clathrate

孟代仪, 申兰先, 李德聪, 晒旭霞, 邓书康
物理学报. 2014, 63 (17): 177401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177401
全文: [PDF 809 KB] 下载:(326)
摘要

本文采用Sn自熔剂法,制备Mg掺杂Sn基单晶笼合物Ba8Ga16-XMgXSn30 (0 ≤ X ≤ 1.5),并对其结构及电传输性能进行研究. 结果表明所制备化合物为具有空间群I43 m的Ⅷ型单晶笼合物,随Mg掺杂量的增加,对应化合物的熔点略有升高,晶格常数减小,掺杂样品中填充原子Ba的实际含量低于理想值8.0,其在十二面体空洞中的占有率约为0.93(Mg的名义含量X=1.5时). 所有样品均表现为n型传导,Mg的掺入对材料的能带结构有一定影响,Mg掺杂后,样品的载流子浓度降低,Seebeck系数的绝对值、电阻率增加,Mg的名义含量X=1.5时,样品的功率因子在430 K附近取得最大值1.26×10-3 W·m-1·K-2.

石墨烯铁磁-绝缘层-超导结的输运 Hot!
Tunneling conductance spectrum of graphene ferromagnet-insulator-superconductor junctions

陈玉, 陈家麟, 查国桥, 周世平
物理学报. 2014, 63 (17): 177402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177402
全文: [PDF 1643 KB] 下载:(494)
摘要

本文运用平均场模型的Dirac-Bogoliubov-de-Gennes方程和Bolonder-Tinkham-Klapwijk理论研究石墨烯铁磁-绝缘层-超导结的输运性质. 研究表明:考虑有限宽度的绝缘层,隧穿电导-电压曲线呈现无衰减的振荡行为;同时隧穿电导随铁磁层中的交换能呈现非单调变化. 对上述现象从石墨烯中类Dirac准粒子色散关系密切相关的电子散射过程予以解释.

掺杂晶体材料ZnGa2O4:Fe3+局域结构畸变及其微观自旋哈密顿参量研究
Local structure distortion and the spin-Hamiltonian parameters for Fe3+-doped ZnGa2O4 crystal materials

杨子元
物理学报. 2014, 63 (17): 177501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177501
全文: [PDF 354 KB] 下载:(386)
摘要

基于Newman的晶场叠模型与微观自旋哈密顿理论,建立了ZnGa2O4:Fe3 + 晶体材料中磁性离子Fe3+局域结构与其自旋哈密顿(spin-Hamiltonian,SH)参量(包括二阶零场分裂(zero-field splitting,ZFS)参量D,四阶ZFS参量(a-F),Zeeman g因子:g//g,Δ g(=g//-g))之间的定量关系. 采用以全组态完全对角化方法为理论背景的CFA/MSH(Crystal Filed Analysis/Microscopic Spin Hamiltonian)研究软件,研究了ZnGa2O4:Fe3+材料中磁性离子Fe3 +的SH参量与其局域结构的依赖关系. 研究表明:对于ZnGa2O4:Fe3+ 晶体材料,当磁性离子Fe3+的局域结构畸变参数Δ R =0.0487 nm,Δ θ =0.192°时,其基态SH参量理论计算结果与实验测量符合很好,进一步表明Fe3 +掺入晶体材料后将引起磁性Fe3 +离子局域结构的微小畸变,但其仍然保持D3d点群对称局域结构. 在此基础上研究分析了SH参量的微观起源,结果表明:ZnGa2O4:Fe3+晶体材料的SH参量主要来源于SO(spin-orbit)磁相互作用机理,来自其他磁相互作用机理(包括SS(spin-spin),SOO(spin-other-orbit),OO(orbit-orbit),SO-SS-SOO-OO)的贡献比较小.

聚丙烯中电树枝生长机理研究
The mechanism of electrical treeing propagation in polypropylene

迟晓红, 高俊国, 郑杰, 张晓虹
物理学报. 2014, 63 (17): 177701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177701
全文: [PDF 19300 KB] 下载:(465)
摘要

耐电树枝老化特性是表征聚合物绝缘材料介电性能的重要参数之一. 聚丙烯(PP)是典型半结晶聚合物,其复杂的非均匀聚集态结构影响电树枝的生长. 本文对PP及加入成核剂的PP试样进行了耐电树枝化性能实验,通过偏光显微镜(PLM)及差示扫描量热法(DSC)分析加入成核剂前后PP的结晶形态、结晶度以及结晶结构对电树枝生长特征的影响. 以相界面自由能的热驱动作用以及放电雪崩理论为基础,对电树枝生长的热力学和动力学机理进行分析,阐明电场分布对电树枝生长的重要作用. 根据半结晶材料的结晶相和非晶相的物理性能,建立材料内部电场分布计算模型,模拟针-板电极条件下聚合物材料内部的局域电场分布情况,分析了电树枝通道的动力学生长特征,探讨了成核剂改变PP的结晶结构抑制电树枝沿电场生长的作用.

基于改进维纳逆滤波的衍射成像光谱仪数据误差分析与重构
Error analysis and reconstruction for diffractive optic imaging spectrometer using the multiple iterations

李娜, 贾迪, 赵慧洁, 苏云, 李妥妥
物理学报. 2014, 63 (17): 177801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177801
全文: [PDF 9615 KB] 下载:(336)
摘要

衍射成像光谱仪探测到的高光谱数据需要进行计算与反演才可以得到成像光谱数据,本文对衍射成像光谱仪的成像过程及数据误差产生的原理从空间维和光谱维两方面进行了分析,并针对其光谱重构过程中系统点扩散函数标准差较大时重构结果清晰度较低、存在振铃等问题,提出了基于改进维纳逆滤波的光谱数据重构算法,该方法在分析衍射成像光谱仪数据特点与误差的基础上,将每一次维纳逆滤波的重构结果视为新的模糊图像,利用成像过程及维纳逆滤波的基本原理确定新的模糊图像对应的点扩散函数,反复进行维纳逆滤波达到提高图像清晰度的效果,再根据图像自身的空间和光谱特征分布,进行自适应性的噪声去除. 利用模拟的衍射成像光谱数据进行验证,在系统点扩散函数的标准差为2.5的情况下,能得到无振铃的重构结果,且与传统维纳逆滤波法的重构结果进行比较,清晰度、细节能力等指标均有所提高,满足了衍射成像光谱数据应用需求.

弯曲氧化锌微米线微腔中的回音壁模
Whispering gallery modes in a bent ZnO microwire

邱康生, 赵彦辉, 刘相波, 冯宝华, 许秀来
物理学报. 2014, 63 (17): 177802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177802
全文: [PDF 772 KB] 下载:(638)
摘要

本文用微区共聚焦荧光光学显微镜在垂直于氧化锌微米线c轴的方向测量微米线上不同位置的光谱,通过对比直的和弯曲的微米线上TE和TM偏振的光谱,观察到了弯曲氧化锌微米线中不同位置的回音壁模式的移动,其机理是在弯曲应力作用下激子能级发生了移动,带边附近的介电常数也随之变化,导致微腔中的回音壁模式发生移动.

Rashba自旋-轨道相互作用影响下量子盘中强耦合磁极化子性质的研究
Study of the properties of strong-coupling magnetopolaron in quantum disks induced by the Rashba spin-orbit interaction

白旭芳, 乌云其木格, 辛伟, 额尔敦朝鲁
物理学报. 2014, 63 (17): 177803      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.177803
全文: [PDF 453 KB] 下载:(633)
摘要

本文基于Lee-Low-Pines幺正变换法,采用Tokuda 改进的线性组合算符法研究了Rashba自旋-轨道相互作用效应下量子盘中强耦合磁极化子的性质. 结果表明,磁极化子的相互作用能Eint的取值随量子盘横向受限强度ω0、外磁场的回旋频率ωc、电子-LO声子耦合强度α和量子盘厚度L的变化均与磁极化子的状态性质密切相关;磁极化子的平均声子数Nωcω0α的增加而增大,随L的增加而振荡减小;在Rashba自旋-轨道相互作用效应影响下磁极化子的有效质量将劈裂为m+*m-*两种,它们随ωcω0α的增加而增大,随L的增加而振荡减小;在研究量子盘中磁极化子问题时,电子-LO声子耦合和Rashba自旋-轨道相互作用效应的影响不可忽略,但Rashba 自旋-轨道相互作用和极化子效应对磁极化子的影响只有在电子运动的速率较慢时显著.

物理学交叉学科及有关科学技术领域

忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路的特性研究
Properties of memristor in RLC circuit and diode circuit

王天舒, 张瑞德, 关哲, 巴柯, 俎云霄
物理学报. 2014, 63 (17): 178101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178101
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摘要

对第四类基本电路元件:忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路特性进行了研究,分别建立了两种电路的数学模型,并进行了仿真研究,分析了电路中的电容、电感、电阻等参数对电路特性的影响,得出了相关的结论.

Lu3+掺杂对CdO陶瓷电、热输运性能的影响
Effeet of Lu3+-doping on high-temperature electric and thermal transport properties of CdO

董国义, 李龙江, 吕青, 王淑芳, 戴守愚, 王江龙, 傅光生
物理学报. 2014, 63 (17): 178102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178102
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摘要

利用传统固相烧结法制备了Cd1-xLux O (x=0%,0.1%,0.5%,0.75%,1.0%,1.25%,1.5%,2%)陶瓷样品并研究了Lu3+掺杂对其电、热输运性能的影响. 随着Lu3 +掺杂浓度的增大,Cd1-xLux O样品的室温载流子浓度持续增大而其迁移率表现出先增大后减小的趋势. 在300–1000 K测试温度区间内,Cd1-xLux O的电导率表现出金属电导行为且其电导率和热导率均随着Lu3+掺杂浓度的增大而升高;塞贝克系数在整个测试区间内均为负值,其随温度和载流子浓度的变化关系可用自由电子模型描述.

基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体设计
Design of a polarization-insensitive and broadband terahertz absorber using metamaterials

邹涛波, 胡放荣, 肖靖, 张隆辉, 刘芳, 陈涛, 牛军浩, 熊显名
物理学报. 2014, 63 (17): 178103      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178103
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摘要

本文设计了一种基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体. 吸波体包含两层金属和一层中间介质,表面金属层每一个周期单元由五种尺寸接近的金属块按照相邻不同的规律排列成5×5的方形阵列. 各种尺寸金属块分别产生单峰谐振吸收,五个谐振吸收峰相互靠近从而产生宽带吸收. 通过研究吸波体表面电流和电场z分量分布情况可知,入射太赫兹能量的吸收主要是由y方向上电场引起的电偶极子振荡和z方向上磁场引起的磁极化产生,而且金属层的欧姆损耗起主要作用. 仿真结果表明,吸波体吸收率在80%以上的带宽约为1.2 THz,最高吸收率可达98.7%,半峰全宽(FWHM)为1.6 THz,该宽带吸波体的厚度约为中心波长的二十分之一,对偏振方向不敏感,且能实现大角度吸收,在太赫兹频段的电磁隐身、测辐射热探测器以及宽带通信等领域有潜在的应用价值.

K2分子在强激光场下的量子调控:缀饰态选择性分布
Quantum control of K2 molecule in an intense laser field:Selective population of dressed states

姚洪斌, 李文亮, 张季, 彭敏
物理学报. 2014, 63 (17): 178201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178201
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摘要

利用含时量子波包法理论研究了分子在强激光场条件下的量子调控. 选取K2分子的三态模型(基态|X>、激发态|B>和电离态|X+>)作为研究对象. 在强激光场的作用下,激发态Bangle 缀饰成两个子态:|α>态和|β>态. 分析K2分子电离后的光电子能谱,可以得到缀饰态|α>和|β>的能量和概率分布信息. 同时,根据分子的缀饰态理论,提出了K2 分子的缀饰态选择性分布方案. 研究表明:调节激光场的强度可以实现对缀饰态能量的调控,改变激光场的波长可以实现对缀饰态概率的选择性分布.

光伏电池组件隐式、显式单二极管模型准确性对比研究
Accuracy comparison between implicit and explicit single-diode models of photovoltaic cells and modules

高献坤, 姚传安, 高向川, 余泳昌
物理学报. 2014, 63 (17): 178401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178401
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摘要

光伏电池组件非线性输出特性的物理建模及其优化参数的准确提取是光伏发电系统设计计算、性能评估及优化控制的重要前提. 相对于传统的隐式单二极管模型,该文在光伏电池显式单二极管模型的基础上利用Lambert W函数推导了光伏组件的显式单二极管模型,提出一种基于重启边界约束Nelder-Mead单纯形算法的参数提取方法rbcNM,并利用两种典型光伏电池组件的实测数据对隐式、显式单二极管模型的准确性进行了对比测试和验证. 结果表明:rbcNM算法可以快速准确的提取隐式、显式单二极管模型的优化参数,计算结果与实测数据具有很好的一致性,相对于已有文献在准确度上取得了大幅度的提升;显式单二极管模型的准确性显著高于隐式单二极管模型,对光伏电池组件的电流-电压和功率-电压特性曲线具有更高的拟合精度.

隧道场效应晶体管静电放电冲击特性研究
Research on electrostatic discharge characteristics of tunnel field effect transistors

王源, 张立忠, 曹健, 陆光易, 贾嵩, 张兴
物理学报. 2014, 63 (17): 178501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178501
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摘要

随着器件尺寸的不断减小,集成度的逐步提高,功耗成为了制约集成电路产业界发展的主要问题之一. 由于通过引入带带隧穿机理可以实现更小的亚阈值斜率,隧道场效应晶体管(TFET)器件已成为下一代集成电路的最具竞争力的备选器件之一. 但是TFET器件更薄的栅氧化层、更短的沟道长度容易使器件局部产生高的电流密度、电场密度和热量,使得其更容易遭受静电放电(ESD)冲击损伤. 此外,TFET器件基于带带隧穿机理的全新工作原理也使得其ESD保护设计面临更多挑战. 本文采用传输线脉冲的ESD测试方法深入分析了基本TFET器件在ESD冲击下器件开启、维持、泄放和击穿等过程的电流特性和工作机理. 在此基础之上,给出了一种改进型TFET抗ESD冲击器件,通过在源端增加N型高掺杂区,有效的调节接触势垒形状,降低隧穿结的宽度,从而获得更好的ESD设计窗口.

超高真空系统中GaAlAs光电阴极的重新铯化研究
Recesiation of GaAlAs photocathodes in an ultrahigh vacuum system

张益军, 甘卓欣, 张瀚, 黄帆, 徐源, 冯琤
物理学报. 2014, 63 (17): 178502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178502
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摘要

为了探索在超高真空系统中使用稳定性和重复性好的光电阴极,开展了金属有机化学气相沉积生长的反射式GaAlAs和GaAs光电阴极的激活实验和重新铯化实验,测试了Cs/O激活后和重新补Cs后的光谱响应曲线和光电流衰减曲线. 实验结果表明,在100 lx白光照射条件下,超高真空环境中的GaAlAs光电阴极在Cs/O激活后和重新补Cs激活后的光电流衰减寿命相比GaAs光电阴极更长,并且在多次补Cs激活后呈现较一致的蓝绿光响应能力和光电流衰减寿命,体现了GaAlAs光电阴极在真空系统中稳定性和可重复性使用方面具有的优越性,为海洋真空探测器件和真空电子源领域的研究提供了实验指导.

交变力磁力显微镜动态成像技术的研究
Dynamic magnetic imaging by alternating force magnetic force mmicroscopy

李正华, 李翔
物理学报. 2014, 63 (17): 178503      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178503
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摘要

近年来磁力显微镜(magnetic force microscopy,MFM)对动态磁场信号的测量与分析由于其特殊的工业要求和重要用途而受到广泛关注,本文旨在利用交变磁力对磁性探针的周期性调制发展一种交变力磁力显微镜技术,为磁信息存储工业等重要领域关键技术的发展提供新型的有力的工具. 与目前标准MFM 采用的设计思路不同,本文的关键在于合理利用MFM频率调制机理,优化设计MFM磁性探针,并且引入动态信号处理模块,实现对交变磁场信号的MFM成像. 为达到这些目的,需要从理论上研究MFM探针的频率调制机理,并由实验上设计出动态信号提取模块,二者相辅结合优化设计出具有动态信号测试和分析能力的交变力磁力显微镜技术,由此来测量和解释纳米尺度磁畴结构.

基于改进功率谱熵的抑郁症脑电信号活跃性研究
Activity analysis of depression electroencephalogram based on modified power spectral entropy

王凯明, 钟宁, 周海燕
物理学报. 2014, 63 (17): 178701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178701
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摘要

采用非线性动力学方法研究脑精神疾病是近年来国内外学者研究的热点和趋势. 针对脑精神疾病的研究和诊断中缺少客观有效的量化参数和量化指标的状况,提出了一种根据对时间序列功率谱划分而定义的谱熵,然后用其计算和分析脑电信号谱熵的方法. 通过数据仿真试验证明该谱熵和信号活跃性之间存在正相关关系. 基于这种相关性,应用该方法对抑郁症患者和正常对照组的脑电信号功率谱熵进行了数值计算,然后进行了分析对比和统计检验. 实验结果表明:抑郁症患者脑电信号的功率谱熵在部分脑区显著弱于正常健康人. 证明该谱熵能够表征大脑电生理活动状况,提供反映其活动性强弱的信息,可以作为度量大脑电生理活动性的一个参数. 这对于能否将该功率谱熵作为诊断脑精神疾病的物理参数具有积极意义.

直接键合的三结太阳能电池研究
Research on three-junction bonding solar cell

彭红玲, 张玮, 孙利杰, 马绍栋, 石岩, 渠红伟, 张冶金, 郑婉华
物理学报. 2014, 63 (17): 178801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178801
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摘要

本文研制了直接键合的三结GaInP/GaAs/InGaAsP太阳电池. 直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷,将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散,是未来实现高效多结电池的发展趋势之一. 此类电池国内鲜有报道. 本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs/n+InP结构,得到电池开路电压3.0 V,在电池结构没有优化的情况下获得效率24%,表面未做减反膜. 开路电压表明三结电池实现了串联,为单片集成的高效多结电池提供了新的途径. 对实验结果进行了分析并给出了改进措施.

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究 Hot!
Trap, ignition, and diffusion combustion characteristics of active carbon micro-particles at a meso-scale studied by optical tweezers

黄雪峰, 李盛姬, 周东辉, 赵冠军, 王关晴, 徐江荣
物理学报. 2014, 63 (17): 178802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178802
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摘要

为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性. 介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0 μm活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.7–70.0 μm/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.0–8.0 μm/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz. 对于粒径为3.0 μm的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s. 结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.

基于节点间依赖度的社团结构划分方法
Partitioning community structure in complex networks based on node dependent degree

王兴元, 赵仲祥
物理学报. 2014, 63 (17): 178901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178901
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摘要

本文提出了一种基于节点间依赖度的在复杂网络中划分社团结构的算法,定义了节点对其邻居的依赖度以及节点对社团的依赖度和条件依赖度. 算法的基本要点是优先将最大依赖度不小于其他节点且有惟一依赖节点的节点划分到社团,并将对社团的依赖度或条件依赖度达到一定值的节点吸收进社团,直到所有节点都得到准确的社团划分. 本算法在几个实际网络的测试上,都成功地划分出了满足条件的社团,并且对社团结构已知的网络的划分结果符合实际情况.

火灾逃生过程的模拟与讨论——以吉林禽业火灾为例
Simulation of pedestrian evacuation based on Jilin fire

侯磊, 刘建国, 潘雪, 郭强, 汪秉宏
物理学报. 2014, 63 (17): 178902      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.178902
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摘要

2013年6月3日,吉林禽业公司发生大火,300多名员工中120人遇难,是我国2000年以来死亡人数最多的一次火灾. 此次火灾造成巨大伤亡的一个重要原因是厂房的6个出口只有3个可用,并且员工不知道每个出口的可用性信息. 本文运用经典的地面场模型对吉林禽业火灾逃生过程进行模拟,研究了厂房各出口的重要性差异以及出口的可用性对逃生效果的影响. 结果表明,如果多开一个出口,最多可挽救54.3%的遇难者,如果6个出口全部可用,76.6% 的遇难者能够逃离. 另外,在出口可用性信息完全掌握的情况下,遇难人数也会减少21.6%. 由此可见,保证人群集聚现场出口的可用性以及信息的及时流通对于保护人民的生命财产安全至关重要.

地球物理学、天文学和天体物理学

全球风场构建涡度、散度的新方法
A new method for calculating vorticity and Divergence using global wind field

关吉平, 黄思训, 张立凤
物理学报. 2014, 63 (17): 179201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.179201
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摘要

目前在数值预报中通常利用风场借助于差分方法来构建涡度和散度场,这个问题涉及到观测资料求微分的问题,从数学上来说,此问题是不适定的. 在有限区域上构建时可以采用一维数值微分来实现,但此方法在端点部分的资料必须是精确的,本文提出了新的方法,该方法借助于周期函数的一维数值微分,并用该方法应用到全球风场构建涡度、散度中去,同时与通常的差分方法进行了比较,利用涡度、散度计算了流函数和势函数,然后用流函数和势函数重构初始风场. 结果表明,本文提出的方法算法稳定、可行且计算精度比差分方法高,为应用到全球气象资料的诊断分析及预报中提出了新的思路.

基于AR模型搜索迭代算法的望远镜跟踪误差分析
Analysis of tracking error of telescope based on AR-search-iteration algorithm

廖宏宇, 马晓燠, 郭友明, 饶长辉, 魏凯
物理学报. 2014, 63 (17): 179501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.179501
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摘要

在大口径光学望远镜观测星体目标时,其跟踪误差主要由风载引起的望远镜跟踪抖动误差和大气湍流引起的跟踪误差组成. 建立了望远镜跟踪误差的简化分析模型,提出了一种采用AR模型迭代算法将风载引起的望远镜跟踪抖动误差和大气湍流引起的跟踪误差分离的新方法,并在1.8 m望远镜上进行了实验验证. 结果表明,风载引起的望远镜跟踪抖动误差与风向和风速直接相关,实验结果与理论分析比较符合.

一种抑制合成孔径雷达图像相干斑的各向异性扩散滤波方法
An anisotropic diffusion filtering method for speckle reduction of synthetic aperture radar images

朱磊, 韩天琪, 水鹏朗, 卫建华, 顾梅花
物理学报. 2014, 63 (17): 179502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.179502
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摘要

本文提出了一种抑制合成孔径雷达图像乘性相干斑噪声的各向异性扩散滤波新方法. 该方法将受自适应耦合函数控制的平均曲率运动嵌入到传统相干斑抑制的各向异性扩散方程中,形成了一种可有效抑制边缘区域相干斑与同质区块效应现象的各向异性扩散新方程,同时在新建的扩散方程中,引入了由改进Frost滤波与局部方向比率联合构建的一种带方向约束的新扩散函数,进一步削弱了块效应现象且明显改善了抑斑图像的边缘抖动扭曲问题. 实验结果表明该方法在有效保护图像边缘的同时,能充分平滑同质区与边缘区域的相干斑,明显削弱块效应现象,有效改善抑斑图像边缘抖动扭曲问题,而抑斑图像无论视觉效果还是参数指标均比多种传统抑斑方法更具优势.

普朗克权重订正对风云卫星快速正演精度的改进
An improvement in fast radiative transfer calculation of FengYun satellite by Planck weighting correction

马刚, 张鹏, 漆成莉, 徐娜, 董超华
物理学报. 2014, 63 (17): 179503      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.179503
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摘要

本文在逐线积分(LBL)计算卷积大气透过率的基础上,建立了统一框架的快速透过率回归算法用于卫星红外传感器通道辐射快速正演的实现. 通过分别对风云二号自旋扫描辐射计VISSR/FY-2F 和风云三号红外分光计IRAS/FY-3B的红外通道进行正演,并与LBL积分的通道亮温进行对比分析. 结果表明,快速正演模型在窗区红外通道亮温的标准差(STD)远大于垂直探测通道的正演,随着通道探测高度降低,正演偏差随之增大;并且,全部通道正演的STD最大值小于0.4 K. 本文还讨论了在卷积通道透过率时引入普朗克函数作为权重因子以改进红外通道的快速正演精度. 提出以2350 cm-1与通道光谱响应曲线的相交作为应用启动普朗克订正的必要条件. 试验结果表明:普朗克权重订正可以使快速正演模型的精度提高约25% 以上,这个订正仅对通道光谱响应与2350 cm-1相交的通道有效,当通道光谱响应与2350 cm-1不相交,普朗克订正效果明显下降. 试验还表明,普朗克订正的效果不仅对宽光谱的成像通道有效,对窄光谱垂直探测通道的正演精度改进同样明显.


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