研究了反馈耦合布朗棘轮中粒子处于负载力、时变外力及噪声作用下的定向输运问题.详细讨论了外力作用时间的不对称性、外势空间的不对称性及外力周期等对反馈耦合棘轮中粒子输运效率的影响.研究发现，外力的时间不对称度能促进反馈棘轮中粒子的定向输运，随时间不对称度的增大，反馈棘轮中粒子能获得较大的效率.然而，外势空间的不对称度能有效抑制耦合棘轮中粒子的扩散，达到增强耦合粒子定向输运的效果.同时还发现，存在最优的噪声强度能使耦合粒子的输运效率达到最大.

提出了一种基于⁸⁷Rb原子的大失谐光学晶格的设计方案，详细介绍了光晶格光束的校准、频率失谐的调整以及光强输出的控制方式.在磁光阱和偏振梯度冷却的基础上，研究了光学晶格的总光强和频率失谐等参数对原子装载的影响，实现了光晶格中冷原子的绝热装载与卸载.通过光强调制的方法，测量了光晶格的振动频率.光晶格的引入，使得温度降低为原有的1/3.涉及的系统设计和结论对其他碱金属原子光晶格的实验设计具有参考价值.

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的定位识别试验.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，可以在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.

采用分子动力学方法对不同冷速下液态金属镁（Mg）快速凝固过程中的微观结构演变进行了模拟研究.并采用能量-温度（E-T）曲线、双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团簇类型指数法（CTIM-3）以及三维可视化等方法系统地考察了凝固过程中微观结构演变与相转变过程.结果发现：在以冷速为1×10¹¹K/s的凝固过程中，亚稳态bcc相优先形成，随后大量解体，其变化规律符合Ostwald规则，系统最终形成以hcp结构为主体与fcc结构共存，中间还夹杂部分bcc结构的致密晶体结构.在1×10¹²K/s冷速下，结晶过程呈现迟缓现象，形成bcc结构的初始温度降低，系统形成以hcp居多、与bcc和fcc三相共存的结构，且因相互竞争、相互制约而导致不易形成粗大的晶粒结构.而在1×10¹³K/s冷速下，系统则形成以1551，1541，1431键型为主的多种非晶态基本原子团组成的非晶态结构.此外，在冷速1×10¹²与1×10¹³K/s之间的确存在一个形成非晶态结构的临界冷速.

液氮冲击中InSb面阵探测器的易碎裂特性制约着探测器的成品率，建立适用于面阵探测器全工艺流程的结构模型是分析、优化探测器结构的有效手段.本文提出了用底充胶体积收缩率来描述底充胶在恒温固化中的体积收缩现象，同时忽略固化中底充胶弹性模量的变化来建立底充胶固化模型，给出了底充胶在恒温固化中生成的热应力/应变上限值.借鉴前期提出的等效建模思路，结合底充胶固化后的自然冷却过程和随后的液氮冲击实验，建立了适用于InSb面阵探测器全工艺流程的结构分析模型.探测器历经底充胶固化、自然冷却至室温后的模拟结果与室温下拍摄的探测器形变分布照片高度符合.随后模拟液氮冲击实验，得到面阵探测器中累积的热应力/应变随温度的演变规律，热应力/应变值极值出现的温度区间与液氮冲击实验结果相符合.这表明所建模型适用于预测不同工艺阶段中面阵探测器的形变分布及演变规律.

Al粒子作为铝热剂中的主要金属还原剂，通常会自发氧化而在表面形成Al₂O₃钝化层.Al和O原子的扩散渗透将使Al₂O₃壳层的结构和热力学性质发生变化进而对铝热剂的点火过程产生影响.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，结合准简谐徳拜模型和晶格动力学理论，计算并比较了α-Al₂O₃，Al原子掺杂α-Al₂O₃以及O原子掺杂α-Al₂O₃在高温高压下的相关热力学性质，讨论了Al和O原子掺杂对其热力学性质的影响.结果表明：在研究的温度和压力范围内，Al和O间隙原子的掺杂将使α-Al₂O₃的体模量减小，热容和热膨胀系数增大.这一结果意味着对于外表面包覆Al₂O₃的纳米Al粒子而言，高温高压下Al和O原子在Al₂O₃壳层中的扩散将使得Al₂O₃更具延展性而不利于发生剧烈散裂.

采用脉冲激光溅射技术，在MgO单晶片衬底上，以SrTiO₃作为缓冲层，交替沉积Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ（SDC）和8 mol% Y₂O₃：ZrO₂（YSZ），制备了不同周期数的（SDC/YSZ)_N超晶格电解质薄膜.利用扫描电子显微镜，X射线衍射和交流阻抗对其形貌、相结构和电学性能进行了表征.研究结果表明，薄膜具有优良的超晶格结构，层与层间的界面清晰.阻抗分析表明，周期数越多的样品显示出很小的活化能（约0.768 eV）.该结果表明：周期数越多的SDC/YSZ超晶格是更为理想的低温固体氧化物燃料电池电解质.

自旋噪声谱是一种非扰动的自旋动力学研究方法，通过探测系统在非激发条件下的自旋涨落，可以揭示系统在热平衡状态下的性质.因为系统在稳态下的自旋涨落十分微弱，所以提高信噪比在自旋噪声谱的测量中特别重要.本文采用频谱仪、数据采集卡和实时傅里叶变换采集卡三种方法来测量铷原子气体的自旋噪声谱，并将实验结果进行对比，分析了叠加次数、测量效率和采样深度等因素对谱线信噪比的影响.实验发现，谱线叠加次数对自旋噪声谱的信噪比影响最为显著，测量效率则能反映不同方法在相同的测量时间内得到的谱线质量，并比较了三种方法的测量效率，采样深度的提高并不能明显改善自旋噪声谱的信噪比.相比于传统的频谱仪和数据采集卡，实时傅里叶变换采集卡的数据利用率和测量效率更高，从而具有更好的信噪比，非常有利于自旋噪声谱在自旋动力学研究中的应用.

应用有限元方法研究了在圆形谐振腔结构内嵌椭圆形棒（“θ”型谐振腔结构）的光学透射特性，结果表明，该结构对于光学滤波具有很强的可调性.另外，通过调节椭圆结构的倾斜角度破坏该结构的对称性，能够产生明显的法诺共振效应.这些结构对于光学滤波和折射率传感器结构的设计有一定的指导意义.

为了获得高效、长寿命的白光有机发光二极管（white organic light-emitting diode，WOLED），一种方法是将不同颜色的发光单元通过电荷生成层（charge generation layer，CGL）串联起来获得白光，即串联WOLED.其中，CGL的选择与设计是高性能串联白光器件的关键.本文首先从绿光OLED着手，通过在CGL层中引入超薄的Ag金属层，获得了高效、长寿命的串联器件.引入超薄Ag金属层的绿光串联OLED的最大亮度达到了290000 cd/m²，分别是单层器件和无超薄Ag金属层器件的2.9倍与2.4倍；在1000 cd/m²下，引入超薄Ag金属层的器件电流效率达到了59.5 cd/A，相比于无超薄金属层的串联器件的58.7 cd/A，以及非串联的单层器件的17.1 cd/A，分别增加了1.4%与248%；同时，与无超薄层的串联器件相比，引入超薄Ag金属层的器件工作电压从8.6 V降为7.2 V；功率效率从21.5 lm/W上升为26 lm/W.特别地，在初始测试亮度为10000 cd/m²的条件下，包含超薄Ag金属层的串联器件的工作寿命T₈₀超过了250 h，与无超薄层串联器件仅2.7 h寿命相比，提高近100倍.最后，我们使用优化后的CGL制备出高性能串联WOLED，在1000 cd/m²下，电流效率达到了75.9 cd/A，功率效率达到了36.1 lm/W，且10000 cd/m²的初始亮度下T₈₀有77 h.这些优异的器件性能归结于超薄金属层的引入，抑制了Bphen：CsCO₃与HAT-CN在界面处的相互扩散，同时也促进了载流子的生成与传输.这一结果为设计高效且稳定的WOLED提供了有效的思路.

d⁰铁磁性SiC被认为是自旋电子学领域的关键材料之一，受到广泛关注.本文采用氩气气氛保护的共烧掺杂方法制备具有d⁰铁磁性的Al掺杂6H-SiC粉体.氩气气氛能有效抑制SiC在高温下的分解，保护Al的有效掺入.所制备的粉体磁滞回线明显，矫顽力大，饱和磁矩达到0.07 emu/g.随着煅烧温度的升高，粉体从原来的抗磁性逐渐转变为铁磁性，当温度进一步升高至2200℃以上时，粉体重新表现为抗磁性.采用第一性原理计算了其磁性的来源，并分析其净自旋在正空间中的分布情况.计算表明，Al原子与空位的共同作用产生了1.0 μ_B的局域磁矩，且其在c轴方向具有较稳定磁耦合作用.Al掺杂6H-SiC粉体的磁性主要来自于C原子的p轨道电子.

以CoFeB/MgO为核心单元的垂直各向异性薄膜体系和相关的垂直磁隧道结已获得广泛研究，其中CoFeB的B含量基本都保持为原子比20%.本文采用磁控溅射制备了Ta/（Co_0.5Fe_0.5）_1-xB_x/MgO三明治结构及生长顺序相反的系列薄膜，并在573–623 K进行真空退火，研究了样品垂直各向异性随B成分的变化.结果显示，当B含量减小到10%时，Ta/CoFeB/MgO体系的垂直各向异性明显降低；相反，当B含量增加至30%时，该体系的垂直各向异性明显增强；发现在高B含量的情形下，样品的垂直各向异性大小与温度稳定性均与三明治结构的生长顺序密切相关；获得了具有优异温度稳定性的垂直磁化MgO/CoFeB/Ta样品.结果表明适当增加B含量是增强CoFeB/MgO体系垂直各向异性和温度稳定性的有效途径之一.

高分子链在纳米管道内的静态和动态特性与许多生物技术和生命过程相关.采用Monte Carlo方法模拟研究了两嵌段高分子链（A_NAB_NB）在周期管道内的扩散过程.管道由长度相等的α和β两部分周期排列而成，其中α部分与高分子链A嵌段间存在吸引相互作用，而其他情形均为纯排斥作用.模拟结果表明，高分子链的扩散过程显著依赖于A嵌段长度，且扩散系数随A嵌段长度呈周期变化.通过对链与管道间的吸引作用能图像分析发现，在扩散系数峰位置，A嵌段的投影长度为管道周期长度的整数倍，同时高分子链的扩散规律与均质链在均质管道内的扩散规律一致；在扩散系数谷附近，A嵌段的投影长度为管道周期长度的半整数倍，同时扩散过程存在一系列明显的受限阶段，高分子链在不同的受限位置间跳跃转移.研究结果有助于嵌段高分子链的序列分离和可控输运.