物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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双能谷效应对N型掺杂Si基Ge材料载流子晶格散射的影响
黄诗浩, 谢文明, 汪涵聪, 林光杨, 王佳琪, 黄巍, 李成
物理学报. 2018, 67 (4): 040501
亚大气压六相交流电弧等离子体射流特性研究:实验测量
郭恒, 苏运波, 李和平, 曾实, 聂秋月, 李占贤, 李志辉
物理学报. 2018, 67 (4): 045201
三维拓扑绝缘体antidot阵列结构中的磁致输运研究
敬玉梅, 黄少云, 吴金雄, 彭海琳, 徐洪起
物理学报. 2018, 67 (4): 047301
物理学报  
   物理学报--2018, 67 (4)   发布日期: 2018-02-20
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总论

超声波电喷推力器羽流中和特性研究
Plume neutralization mechanism for ultrasonically aided electrospray thruster

于博, 张岩, 贺伟国, 杭观荣, 康小录, 赵青
物理学报. 2018, 67 (4): 040201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171972
全文: [PDF 2070 KB] 下载:(335)
摘要

超声波电喷推力器主要应用在小卫星(<10 kg)平台,为解决该类型推力器的羽流在中和过程中产生的推力偏角以及能效低的问题,对超声波电喷推力器的羽流中和过程进行数值研究.为实现电喷推力器羽流特有物理过程的仿真,建立了一种带电液滴中和模型(NECD模型),对电子-正电液滴的中和过程进行捕捉,包括带电粒子的输运过程、电子液滴碰撞过程以及液滴的破碎与重组等过程;为验证模型的可行性和精度,开展推力测量和羽流高速照相试验,以工况相同试验和仿真结果进行对比.结果显示,该模型的综合计算误差在20%左右,在不同工况下可以和试验值形成趋势上的符合.基于该计算模型,对放电功率为2 W、放电电流为2 mA的超声波电喷推力器进行羽流输运过程的数值模拟,获得表征羽流中和特性的几种参数分布,包括数密度、电荷密度、液滴体积大小等,并统计出各类能耗所占比例,解释了推力偏角和能效低问题的内在机理以及为相应优化提供参考.

基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方法
Path-entanglement microwave signals detecting method based on entanglement witness

朱浩男, 吴德伟, 李响, 王湘林, 苗强, 方冠
物理学报. 2018, 67 (4): 040301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172164
全文: [PDF 412 KB] 下载:(222)
摘要

提出了一种基于纠缠见证的路径纠缠微波信号检测方法.路径纠缠微波是微波频段上的连续变量纠缠,介绍了利用微波压缩态和微波分束器制备路径纠缠微波的方法.根据部分转置正定判据以及2⊗ 2纠缠态密度矩阵的部分转置具有负本征值的性质,分别对常见的两种2⊗ 2纠缠进行了纠缠见证算符的构造,用于对两路信号是否为纠缠态进行判定.将连续变量纠缠的路径纠缠微波分解为大量2⊗ 2纠缠子系统叠加的纠缠态,证明其能够利用所构造的2⊗ 2纠缠见证算符来检测路径纠缠微波.同时分析了微波分束器的作用,并利用微波分束器设计了一种用于检测路径纠缠微波信号的实验方案,并在理论上分析了纠缠检测所得到的结果.结果表明,该方法能够有效检测路径纠缠微波信号,降低了检测的复杂度和计算量.本文的研究为纠缠微波的检测提供了思路.

金刚石氮空位色心耦合机械振子和腔场系统中方差压缩研究
Quadrature squeezing of the system consisting of nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to cavity field and mechanical resonator

廖庆洪, 叶杨, 李红珍, 周南润
物理学报. 2018, 67 (4): 040302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172170
全文: [PDF 447 KB] 下载:(141)
摘要

研究了金刚石氮空位中心(NV色心)同时耦合腔场和机械振子系统中声子场的方差压缩动力学特性,分析了金刚石NV色心初态和NV色心与机械振子耦合强度对声子场方差压缩影响.结果发现:可以制备压缩时间长、压缩幅度大的声子场压缩态,其物理原因是机械振子具有最大相干性,并且通过调控NV色心初态以及磁场梯度可以实现对机械振子方差压缩非经典特性的操控,从而在理论上提供了一种调控声子场方差压缩的方式.

双能谷效应对N型掺杂Si基Ge材料载流子晶格散射的影响 Hot!
Lattice scattering in n-type Ge-on-Si based on the unique dual-valley transitions

黄诗浩, 谢文明, 汪涵聪, 林光杨, 王佳琪, 黄巍, 李成
物理学报. 2018, 67 (4): 040501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171413
全文: [PDF 456 KB] 下载:(125)
摘要

性能优越的Si基高效发光材料与器件的制备一直是Si基光电集成电路中最具挑战性的课题之一.Si基Ge材料不仅与成熟的硅工艺相兼容,而且具有准直接带特性,被认为是实现Si基激光器最有希望的材料.对Si基Ge材料N型掺杂的研究有利于提示出其直接带发光增强机理.本文研究了N型掺杂Si基Ge材料导带电子的晶格散射过程.N型掺杂Si基Ge材料具有独特的双能谷(Γ能谷与L能谷)结构,它将通过以下两方面的竞争关系提高直接带导带底电子的占有率:一方面,处于Γ能谷的导带电子通过谷间光学声子的散射方式散射到L能谷;另一方面,处于L能谷的导带电子通过谷内光学声子散射以及二次谷间光学声子散射或者直接通过谷间光学声子散射的方式跃迁到Γ能谷.当掺杂浓度界于1017 cm-3到1019 cm-3时,适当提高N型掺杂浓度有利于提高直接带Γ能谷导带底电子占有率,进而提高Si基Ge材料直接带发光效率.

线性不可逆热力学框架下一个无限尺寸热源而有限尺寸冷源的制冷机的性能分析
Performance analysis of a refrigerator operating between an infinite-sized hot reservoir and a finite-sized cold one within linear irreversible thermodynamics

张荣, 卢灿灿, 李倩文, 刘伟, 白龙
物理学报. 2018, 67 (4): 040502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172010
全文: [PDF 335 KB] 下载:(105)
摘要

如何优化工作在有限尺寸的热源与冷源之间的热设备的性能是有限时间热力学领域的一个重要课题.本文在线性不可热力学框架下,结合有限时间热力学理论,研究了一个无限尺寸热源而有限尺寸冷源的制冷机的工作过程,解析性地推导了紧耦合条件下平均输入功率以及制冷系数表达式,并且进一步讨论了该制冷机的性能.发现平均输入功率与制冷时间不存在明确的优化关系,而且输入功率的增加导致制冷系数单调减小,但辐射能的增加致使制冷系数增强.研究结果对于深入理解实际的热力学过程具有一定的工程实践性价值.

一种减少空间调制快拍成像测偏仪伪信息的方法
A method of reducing false signature in spatially-modulated snapshot imaging polarimeter

张晶, 任文艺, 曹奇志, 李建映, 邓婷, Jin Ming-Wu
物理学报. 2018, 67 (4): 040701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171931
全文: [PDF 1314 KB] 下载:(68)
摘要

空间调制快拍成像测偏技术能将偏振信息编码到一幅干涉图中,通过一次测量同时获取目标全部斯托克斯参量.针对空间调制快拍成像测偏技术中,目标像的高频部分对偏振信息通道产生串扰,导致重构的偏振信息包含有伪信息和频域重构目标像的空间分辨率低等问题,提出一种消除伪信息和获取全分辨率目标像的方法.该方法通过对两次快拍测量获得的干涉图进行简单加减运算,便可获得探测目标清晰的纯图像和高信噪比的偏振分量干涉图.本文对该方法进行了详细的理论分析,并通过计算机仿真和搭建实验平台,验证了该方法的可行性.这为空间调制快拍成像测偏技术获取全分辨率目标像和高质量重构偏振信息提供了新思路.

原子和分子物理学

BH+离子基态及激发态的势能曲线和跃迁性质的研究
Potential energy curves and transition properties for the ground and excited states of BH+ cation

罗华锋, 万明杰, 黄多辉
物理学报. 2018, 67 (4): 043101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172409
全文: [PDF 511 KB] 下载:(166)
摘要

利用高精度的多组态相互作用及Davidson修正方法(MRCI+Q),采用ACV5Z-DK全电子基组计算了BH+离子的前4个离解通道B+1Sg)+H(2Sg),B+3Pu)+H(2Sg),B(2Pu)+H+1Sg)和B+1Pu)+H(2Sg)的9个ΛS态的势能曲线.X2Σ+,A2Π和B2Σ+态的光谱常数和已有实验值符合得很好,其中b4Σ+,32Σ+,32Π和42Σ+态的光谱常数为首次报道,32Π和42Σ+态具有双势阱结构.预测了A2Π和B2Σ+态的辐射寿命:τ(A2Π)=239.2 ns和τ(B2Σ+)=431.2 ns.最后在考虑自旋轨道耦合效应下讨论了B2Σ+与A2Π态的势能曲线的相交对激光冷却BH+离子的影响.

中能Ne4+离子诱导的羰基硫分子三体碎裂动力学分析
Three-body fragmentation dynamics of OCS3+ induced by intermediate energy Ne4+ ion impact

申丽丽, 闫顺成, 马新文, 朱小龙, 张少锋, 冯文天, 张鹏举, 郭大龙, 高永, 海帮, 张敏, 赵冬梅
物理学报. 2018, 67 (4): 043401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172163
全文: [PDF 739 KB] 下载:(167)
摘要

利用反应显微成像谱仪开展了56 keV/u的Ne4+离子与羰基硫(OCS)气体的交叉碰撞实验,研究了Ne4+离子诱导的OCS3+的碎裂动力学.通过符合探测三个末态离子,重构了OCS3+离子三体碎裂对应的牛顿图和Dalitz图,并明确区分了直接解离和次序解离两种碎裂过程.重构了OCS3+离子解离过程的动能释放(KER)分布,发现其峰值在25 eV处,同时在18 eV处有肩膀结构的存在,其中25 eV左右的峰来源于直接解离过程,18 eV处的肩膀结构来源于次序解离和非次序解离两种过程.通过分析不同能量和不同电荷态下重离子碰撞实验所得到的KER谱,发现微扰强度不是影响态布居的主要因素.OCS3+次序解离中的第二步KER的峰值在6.2 eV处.结合以往的实验结果,我们得出结论:多电离态的分子发生次序碎裂的根源在于二价离子碎片存在亚稳态,而重构得到的第二步KER可以反映亚稳态离子的电子态信息.

电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

利用质子能损检测气体靶区有效靶原子密度的实验研究
Experimental investigation on diagnosing effective atomic density in gas-type target by using proton energy loss

陈燕红, 程锐, 张敏, 周贤明, 赵永涛, 王瑜玉, 雷瑜, 麻鹏鹏, 王昭, 任洁茹, 马新文, 肖国青
物理学报. 2018, 67 (4): 044101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172028
全文: [PDF 590 KB] 下载:(118)
摘要

准确测量气态靶区的有效靶原子密度能够提升离子与气体和离子与等离子体靶相互作用实验结果的精度和对物理过程的认识.实验中利用离子加速器引出的100 keV质子束穿过一定长度的氢气靶,对质子的剩余能量进行了精确测量,获得了在气体靶内的质子能损数据,结合已有的能损研究结果,重新标定了气体靶区内的有效靶原子密度.分别比较了能损、电离型真空计IonIVac ITR 90和薄膜电容型真空计Varian CDG-500的实验测量结果,对比了修正后的电离型真空计有效气压曲线,结果发现质子束能损的测量方式具有原位、高准确性、在线监测等突出优势,为诊断气态靶有效原子密度提供了新的方法.

远程多光束激光相干场成像拍频误差校正研究
Beat frequency error rectifying in multi-beam laser coherent remote tmaging

张羽, 罗秀娟, 刘辉, 陈明徕, 兰富洋, 贾辉, 曹蓓
物理学报. 2018, 67 (4): 044201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172125
全文: [PDF 1323 KB] 下载:(138)
摘要

多光束激光相干成像技术是地基观测空间目标的重要方式,各光束的稳定性和性能一致性直接决定着系统成像质量,目前针对系统频率稳定性对成像质量的影响以及激光源频漂的补偿已有一定研究,然而针对多光束发射系统,由驱动放大噪声及声光移频噪声引起的各光束间独立的频漂还需进一步抑制.基于此,本文提出了动态解调和置信区间解调两种抑制方法,理论仿真了动态解调对缓慢频漂抑制的可行性,同时实验证明了置信区间解调法对成像效果的提升,并在200 m和1.2 km的湍流环境中对该解调方法进行了验证.研究表明,置信区间解调法对于各拍频间独立漂移有较好的实时补偿效果,能够有效抑制发射阵列中由声光调制及驱动放大引入的频率噪声,对水平距离1.2 km外的25 mm目标成像角分辨率达到4 μrad.本研究为未来远程大功率发射阵列成像中的频率噪声抑制提供了较好的技术方案.

基于位相变更的非相干数字全息自适应成像
Adaptive imaging by incoherent digital holography based on phase change

周宏强, 万玉红, 满天龙
物理学报. 2018, 67 (4): 044202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172202
全文: [PDF 1806 KB] 下载:(161)
摘要

菲涅耳非相干数字全息作为一种非扫描的三维成像技术具有其独特的优势,但其成像过程中会受到各种像差的影响,导致成像分辨率、再现像的质量降低.为了解决这一问题,可以结合适当的自适应光学技术对波前像差进行探测和校正.位相变更是一种基于两幅具有已知位相差的强度图像实现波前探测和像差校正的技术.本文发展了基于位相变更的非相干数字全息自适应成像技术,不需要引入引导星,利用全息记录过程中的两幅相移全息图,实现波前像差的探测.本文给出了所发展技术的数值仿真和实验结果,结合位相变更算法求解出系统像差的位相分布,将像差的共轭位相加载到光瞳面上,在全息图记录的同时校正像差,从而提高重建像的质量.

多模光力系统中的非传统声子阻塞
Unconventional phonon blockade in multimode optomechanical system

石海泉, 谢智强, 徐勋卫, 刘念华
物理学报. 2018, 67 (4): 044203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171599
全文: [PDF 790 KB] 下载:(145)
摘要

本文提出在多模光力系统中实现声子阻塞.多模光力系统由一个机械模和两个光学模组成.研究发现,当光学模与机械模同时受到外加驱动场作用时,即使在弱光力耦合条件下也可以实现声子阻塞效应,即非传统声子阻塞效应;给出了非传统声子阻塞效应出现的最佳条件.另外,发现通过调节外加驱动场间强度的比值和相位差可以控制声子的统计性质,这为实现可控的单声子源提供了一个有效方法.最后,讨论了热声子对非传统声子阻塞的不利影响,发现适当提高驱动场强度有利于观测非传统声子阻塞效应.

染料掺杂液晶填充毛细管的激光发射特性研究
Laser emission characteristics of the capillary of dye-doped liquid crystal

吕月兰, 尹向宝, 孙伟民, 刘永军, 苑立波
物理学报. 2018, 67 (4): 044204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171844
全文: [PDF 755 KB] 下载:(126)
摘要

本文提出利用染料掺杂液晶填充PI光控取向膜毛细管获得可调谐激光.采用532 nm YAG倍频脉冲激光器抽运,实验及理论研究了有聚酰亚胺(PI)取向膜和无PI取向膜毛细管的激光发射特性,对比分析了两种情形的激光产生阈值以及随温度变化的特性.结果表明:经PI光控取向处理的染料掺杂胆甾相液晶毛细管的激光发射模式具有分布反馈模式和回音壁模式,同时,激光产生阈值为4.5 mJ · mm-2;发现当温度升高时,发射光谱发生“蓝移”,中心波长调谐范围为5.9 nm,温度升高到43℃时,形成质量非常好的回音壁模式,其自由光谱范围为1.05 nm.经PI光控取向处理的染料掺杂向列相液晶激光发射模式为随机激光,并且较无PI取向时激光发射峰减少.

三维漏斗中颗粒物质堵塞问题的数值实验研究
Numerical experiment studies of clogging during the discharge of granular matter in a three-dimensional hopper

麻礼东, 杨光辉, 张晟, 林平, 田园, 杨磊
物理学报. 2018, 67 (4): 044501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171813
全文: [PDF 1004 KB] 下载:(221)
摘要

对于工程和实验中使用漏斗颗粒流而言,连续稳定的流量是必要的.当漏斗口较小时,很容易发生堵塞行为.堵塞现象对于交通流、疏散问题等也具有重要的意义.前人主要使用扰动的方法破坏漏斗中已有的堵塞,以便引起下一次堵塞,加快实验进程.本文利用自主开发的基于GPU(graphics processing unit)的密集颗粒流模拟程序,主要研究当三维漏斗开口打开后的第一次堵塞行为,不再引入扰动.详细讨论了漏斗开口尺寸、漏斗锥角等几何参数对坍塌规模的影响.发现对于坍塌规模的概率分布符合前人的研究结果,可以分为两部分:峰的左边呈幂函数上升形式,峰的右边呈指数衰减趋势.对于漏斗开口尺寸和漏斗锥角而言,均存在一个临界值使得堵塞不再发生.

颗粒-颗粒接触力的热力学模型
A thermodynamic model of grain-grain contact force

蒋亦民, 刘佑
物理学报. 2018, 67 (4): 044502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171441
全文: [PDF 500 KB] 下载:(178)
摘要

以颗粒二体接触力模型为基础和出发点的软球离散元模拟是当前颗粒物理和力学领域广泛应用的研究手段.但文献上经常使用的、包括著名的Hertz-Mindlin和Luding在内的力模型并没有完全明确弹性势能或耗散热的计算方法,故从热力学层面看它们还需要完善.考虑到机械能的耗散行为是这类材料的重要物理内容,本文借鉴近年来提出的颗粒固体流体动力学(GSH)思路,提出一种具有明确势能和热功率的接触力建模方法.该理论除明确给出了机械能和热能的计算公式外,还能具体描述能量守恒、热力学平衡态和熵增加等基本原理,解决了传统接触力模型在这些方面的欠缺问题.初步计算显示本文模型的恢复系数可以随碰撞速率的增加而减弱,这比现有的其他模型更符合实验观测.虽然为简单起见这些公式仅局限于二维和忽略颗粒转动运动情况,文中讨论了如何推广到三维含转动情形,以及所涉及的滚动和扭转接触力的热力学处理问题.鉴于是否在Onsager非平衡热力学基础上建模是本文给出的接触力公式有别于当前其他模型的关键所在,文中强调了这里的主要建模对象应该是热力学特征函数和Onsager迁移系数,而接触力是它们的推导结果.这是一个与目前直接针对接触力进行建模的不同思路.文中对颗粒物质特有的、反映样品几何变形与弹应变之间联络的一个非对角迁移系数做了详细介绍,并且认为它与打滑等复杂力学现象关系密切,无论宏观GSH尺度上,还是细观接触力尺度上都不可忽略.

气体、等离子体和放电物理

针-板空气间隙流注放电起始过程的三维PIC/MCC仿真研究
Three-dimensional PIC/MCC numerical study on the initial process of streamer discharge in a needle-plate electrode in atmospheric air

李晗蔚, 孙安邦, 张幸, 姚聪伟, 常正实, 张冠军
物理学报. 2018, 67 (4): 045101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172309
全文: [PDF 692 KB] 下载:(262)
摘要

流注放电作为自然界中闪电传播的预电离机制、高压输变线路间长空间间隙放电的重要初始阶段,在工业领域存在诸多潜在应用,近年来引起人们越来越多的关注.流注放电具有典型的多尺度、非线性的放电特征,实验观测中多呈现出分叉等不规则结构.为了研究其微观结构特性和行为特征,本文采用三维粒子仿真模型(PIC/MCC),着重研究了流注从针型正电极的起始和发展过程.模型采用了可变自适应网格、可变粒子权重以及并行计算等技术,有效地降低了三维粒子仿真的计算时间.通过调节针型电极上的施加电压幅值、改变气体组分及调整电极形状尺寸等,研究了放电参数变化对流注放电的分叉结构、半径等行为的影响.模拟结果表明:随着电压的升高,流注的半径及分叉数目增加;对比不同气体组分(纯氧以及不同比例氮氧混合气体),发现其对流注的分叉数目影响较为显著;针型电极结构直接影响了流注的起始时间和形貌.

亚大气压六相交流电弧等离子体射流特性研究:实验测量 Hot!
Characteristics of meso-pressure six-phase alternative current arc discharge plasma jet: Experiments

郭恒, 苏运波, 李和平, 曾实, 聂秋月, 李占贤, 李志辉
物理学报. 2018, 67 (4): 045201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172556
全文: [PDF 1839 KB] 下载:(143)
摘要

以临近空间高超声速飞行器以及航天器再入大气环境飞行过程“黑障”问题的研究为背景,进行了多相交流电弧放电实验装置的物理设计,建立了六相交流电弧等离子体实验平台(MPX-2015),在背景压力为500 Pa的亚大气压条件下获得了最大直径和长度分别达到14.0 cm和60.0 cm的等离子体射流.研究了工作气体流量、真空腔压强、电极间距以及弧电流等因素对等离子体自由射流和冲击射流特性的影响规律.结果表明:在实验参数范围内,真空腔压强对等离子体的射流特性影响最为显著,等离子体自由射流的长度和直径以及冲击钝体条件下的鞘套有效工作长度和厚度均随着压强的降低而增大;提高沿电极环缝注入的工作气体流量或弧电流亦有利于等离子体鞘套尺寸的增加.上述工作有助于进一步开展临近空间飞行器与其周围复杂介质环境间复杂的气动热效应和“黑障”问题的研究.

基于神光III原型装置开展的激光直接驱动准等熵压缩研究进展
Progress of laser-driven quasi-isentropic compression study performed on SHENGUANG III prototype laser facility

薛全喜, 江少恩, 王哲斌, 王峰, 赵学庆, 易爱平, 丁永坤, 刘晶儒
物理学报. 2018, 67 (4): 045202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172159
全文: [PDF 731 KB] 下载:(136)
摘要

整形激光驱动准等熵压缩是高效的物质动态压缩方式,是开展材料高压压缩特性研究的重要手段.本文系统介绍了近年来基于神光Ⅲ原型激光装置开展的整形激光直接驱动准等熵压缩研究工作:创立了凝聚态物质的准等熵压缩理论模型,改进了实验设计方法和数据处理方法,掌握了制靶工艺,开展了激光加载实验并在多种靶型中实现了数百GPa的准等熵压缩.实验获取的参数范围超过传统加载方式,数据质量达到国际先进水平.

凝聚物质:结构、力学和热学性质

第一性原理研究Zr的掺杂对Xe在UO2中溶解能力的影响
Influence of Zr doping on solubility of Xe in UO2: A first-principle study

张仲, 王欢, 王开元, 安欢, 刘彪, 伍建春, 邹宇
物理学报. 2018, 67 (4): 046101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171863
全文: [PDF 577 KB] 下载:(124)
摘要

Zr既是反应堆中核燃料组件的包壳材料,也是核燃料UO2的一种裂变产物,不可避免地会掺杂到UO2中,对其性质等产生一定的影响.本文通过第一性原理密度泛函理论计算,研究了Zr掺杂所引起的Xe在UO2中溶解能力的变化.首先应用引入Hubbard U修正的广义梯度近似密度泛函计算了U,O间隙和空位缺陷的形成能,结果与文献值符合,验证了计算方法的可靠性.在此基础上对Zr掺杂后空位缺陷的形成能及Xe吸附到空位缺陷所需的结合能的变化情况进行了研究.结果表明,Zr的掺杂会增加空位缺陷的形成能,减小大部分Xe吸附的结合能,且空位缺陷形成能的变化量普遍更大,从而在整体上增加了Xe在UO2中的溶解能.说明在UO2中,Zr掺杂主要是通过增加缺陷的形成难度而减弱了Xe在其中的溶解能力.

Bi在固液混合相区的冲击参数测量及声速软化特性
Softening of sound velocity and Hugoniot parameter measurement for shocked bismuth in the solid-liquid mixing pressure zone

李雪梅, 俞宇颖, 谭叶, 胡昌明, 张祖根, 蓝强, 傅秋卫, 景海华
物理学报. 2018, 67 (4): 046401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172166
全文: [PDF 429 KB] 下载:(75)
摘要

冲击相变与熔化作为材料特性的一项重要研究内容,对于多相物态方程构建具有重要意义.本文利用追赶稀疏原理和阻滞法,基于火炮加载技术获得了17.3–28.3 GPa范围内纯铋(Bi)的高精度声速数据和Hugoniot参数,分析了声速软化规律,得到固-液混合相区Bi材料声速随压力的近似线性递减关系C=3.682-0.015 p,并进一步确定Bi的冲击熔化压力区间为18–27.4 GPa.同时,Bi/LiF界面速度剖面的预期平台段在固液混合相区表现出渐进爬升的异常特征,分析认为,该现象与Bi材料的非均匀熔化动力学行为及冲击熔化完成时间尺度较长有关.

深过冷条件下Co7Mo6金属间化合物的枝晶生长和维氏硬度研究
Dendrite growth and Vickers microhardness of Co7Mo6 intermetallic compound under large undercooling condition

沙莎, 王伟丽, 吴宇昊, 魏炳波
物理学报. 2018, 67 (4): 046402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172156
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摘要

采用电磁悬浮和自由落体两种实验技术对二元Co-50%Mo过共晶合金中初生Co7Mo6金属间化合物的生长机理和维氏硬度进行了系统研究.电磁悬浮实验中,合金熔体获得的最大过冷度为203 K(0.12TL),初生Co7Mo6枝晶生长速度与过冷度之间呈现幂函数关系.随着过冷度的增大,初生枝晶中Co元素含量单调递增,枝晶尺寸明显减小,并且其维氏硬度逐渐升高.在自由落体状态下,随着液滴直径的减小,合金熔体的过冷度和冷却速率均增大.当液滴直径减小到392 μm以下时,初生Co7Mo6枝晶从小平面向非小平面形态进行转变.实验发现,深过冷条件下Co7Mo6化合物发生了显著的溶质截留效应,其维氏硬度与Co元素分布和形貌特征密切相关.

凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究
Electronic structure and optical properties of Cu-O co-doped AlN

程丽, 王德兴, 张杨, 苏丽萍, 陈淑妍, 王晓峰, 孙鹏, 易重桂
物理学报. 2018, 67 (4): 047101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172096
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摘要

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯AlN,Cu单掺杂以及Cu与O共掺杂AlN超胞进行了几何结构优化,计算了掺杂前后体系的晶格常数、能带结构、态密度与光学性质.结果表明:掺杂后晶格体积增大,系统能量下降;Cu掺入后Cu 3d电子与N 2p电子间有强烈的轨道杂化效应,Cu与O共掺后Cu和O之间的吸引作用克服了Cu原子之间的排斥作用,能够明显提高掺杂浓度和体系的稳定性.光学性质分析中,介电函数计算结果表明Cu与O共掺杂能改善AlN电子在低能区的光学跃迁特性,增强电子在可见光区的光学跃迁;复折射率计算结果显示Cu与O掺入后由于电磁波穿过不同的介质,导致折射率发生变化,体系对低频电磁波吸收增加.

[Ca24Al28O64]4+:4e-电子化合物的制备及其电输运特性
Fabrication and electrical transport characteristics of the polycrystalline Ca12Al14O33 electride

冯琦, 张忻, 刘洪亮, 赵吉平, 江浩, 肖怡新, 李凡, 张久兴
物理学报. 2018, 67 (4): 047102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171941
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摘要

金属氧化物电子化合物[Ca24Al28O64]4+:4e-(C12A7:e-)因其天然的纳米尺度笼腔结构带来的新奇物理化学特性而在阴极电子源材料、超导和电化学反应等领域有着独特的应用价值.本文系统研究了以CaCO3和Al2O3粉末为原料,采用固相反应-放电等离子烧结-活性金属Ti还原相结合的方法制备C12A7:e-的工艺条件及其电输运特性.实验结果表明:在封装石英管真空度为10-5 Pa,还原温度为1100℃,还原时间为10–30 h条件下,成功制得载流子浓度为约1018–1020 cm-3的C12A7:e-块体材料.第一性原理计算得到的C12A7:e-能带结构和态密度表明,笼腔内的O2-完全被e-取代后,C12A7:e-费米能级明显穿过笼腔导带,说明位于笼腔内自由运动的电子使C12A7从绝缘体转变成导体,同时费米面附近的笼腔电子易于从笼腔导带跃迁至框架导带,在电场或热场的作用下电子更容易逸出,这也是C12A7:e-逸出功低的主要原因.

三维拓扑绝缘体antidot阵列结构中的磁致输运研究 Hot!
Magnetotransport in antidot arrays of three-dimensional topological insulators

敬玉梅, 黄少云, 吴金雄, 彭海琳, 徐洪起
物理学报. 2018, 67 (4): 047301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172346
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摘要

利用聚焦离子束刻蚀技术在拓扑绝缘体Bi2Se3薄膜中刻蚀了纳米尺度的反点(antidot)阵列,并对制作的三个器件进行了系统的电学输运测量研究.低温下,所有器件中都观察到明显的弱反局域化效应.通过对弱反局域化效应的分析,发现器件一(Dev-1,不含有antidot阵列)和器件二(Dev-2,含有周期较大的antidot阵列)是始终由一个导电通道主导的量子输运系统,但在器件三(Dev-3,含有周期较小的antidot阵列)中能明确观察到较低温度下存在两个独立的导电通道,而在较高温度下Dev-3表现为由一个导电通道主导的量子输运系统.

铟镓锌氧薄膜晶体管的悬浮栅效应研究
Floating gate effect in amorphous InGaZnO thin-film transistor

覃婷, 黄生祥, 廖聪维, 于天宝, 罗衡, 刘胜, 邓联文
物理学报. 2018, 67 (4): 047302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172325
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摘要

为了避免光照对铟镓锌氧薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistors,IGZO TFTs)电学特性的影响,IGZO TFT要增加遮光金属层.本文研究了遮光金属栅极悬浮时,IGZO TFT的输出特性.采用器件数值计算工具TCAD(technology computer-aided design)分析了IGZO层与栅介质层界面处电势分布,证实了悬浮栅(floating gate,FG) IGZO TFT输出曲线的不饱和现象是由悬浮栅与TFT漏端的电容耦合造成.基于等效电容的电压分配方法,提出了悬浮栅IGZO TFT电流的一阶模型.TCAD数值分析及一阶物理模型结果与测试具有较高程度的符合,较完整地解释了悬浮栅IGZO TFT的电学特性.

基于金刚石色心自旋磁共振效应的微位移测量方法
A method of measuring micro-displacement based on spin magnetic resonance effect of diamond color center

王磊, 郭浩, 陈宇雷, 伍大锦, 赵锐, 刘文耀, 李春明, 夏美晶, 赵彬彬, 朱强, 唐军, 刘俊
物理学报. 2018, 67 (4): 047601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171914
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摘要

基于压电陶瓷精密微位移系统的扫描探测技术是目前精密测量仪器进行微纳区域/结构性能测试的核心系统,但压电陶瓷材料存在迟滞、非线性问题,限制了对微位移分辨能力的提升.本文以金刚石氮空位色心为敏感单元,利用电子自旋效应对磁场强度的高分辨敏感机理,结合永磁体周围不同位置对应的磁场强度变化关系,提出了一种基于金刚石氮空位色心电子自旋敏感机理的微位移检测方法.通过建立电子自旋效应与微位移的关联模型,搭建了相应的微位移测量系统.经实验验证,该系统对微位移测试的灵敏度为16.67 V/mm,检测分辨率达到60 nm,实现了对微位移的高分辨率测量.并通过理论分析,该系统的微位移测量分辨率可进一步提升至亚纳米级水平,为新型微位移测量技术提供了发展方向和研究思路.

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究
Investigation on β voltaic effect based on one-dimensional TiO2 nanotube array thin film

王娜, 马洋, 陈长松, 陈江, 伞海生, 陈继革, 成正东
物理学报. 2018, 67 (4): 047901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20171903
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摘要

介绍了一种采用宽禁带半导体二氧化钛纳米管阵列薄膜材料制备β伏特效应同位素电池的方法.通过对金属钛片的电化学阳极氧化制备了垂直定向、有序排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜,研究了退火条件对二氧化钛纳米管阵列薄膜半导体光电性能的影响.通过与镍-63辐射源的集成封装,形成三明治结构镍-63/二氧化钛纳米管阵列薄膜/钛片的β伏特同位素电池.实验结果表明,基于氩气氛围下450℃退火的黑色二氧化钛纳米管阵列薄膜具有高的氧空位缺陷浓度和宽的可见-紫外吸收光谱.在使用β辐射总能量为10 mCi的镍-63辐射源时,同位素电池的开路电压为1.02 V,短路电流75.52 nA,最大有效转换效率为22.48%.

物理学交叉学科及有关科学技术领域

单晶LaB6阴极材料典型晶面的电子结构和发射性能研究
Surface electronic structures and emission property of single crystal LaB6 typical surfaces

刘洪亮, 张忻, 王杨, 肖怡新, 张久兴
物理学报. 2018, 67 (4): 048101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172187
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摘要

单晶LaB6是一种理想的热发射和场发射阴极材料,其不同晶面表现出不同的发射性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了LaB6单晶的(100),(110),(111),(210),(211)和(310)典型晶面的差分电子密度、能带结构和态密度,并对光学区熔法制备的高质量单晶LaB6的上述典型晶面的热发射性能进行了测试.理论计算结果表明LaB6各晶面结构的不同和电子结构的差异导致LaB6发射性能具有各向异性,晶面内La原子的密度越大、费米能级进入导带越深、费米能级附近态密度越大及其在导带区域的分布宽度越宽、导带在费米能级附近分布越多,晶面的逸出功越低,发射性能越好.热发射测试结果表明,当阴极测试温度为1773 K,测试电压为1 kV时,(100),(110),(111),(210),(211)和(310)晶面的最大发射电流密度分别为42.4,36.4,18.4,32.5,30.5和32.2 A/cm2,其中(100)晶面具有最佳的发射性能.

PS3000-b-PAA5000球形胶束温度效应的原位小角X射线散射技术研究
Temperature dependence of spherical micelles of PS3000-b-PAA5000 studied by in-situ small angle X-ray scattering

金鑫, 杨春明, 滑文强, 李怡雯, 王劼
物理学报. 2018, 67 (4): 048301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172167
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摘要

应用小角X射线散射技术(SAXS)对两亲嵌段共聚物聚苯乙烯聚丙烯酸(PS-b-PAA)胶束形貌的温度影响进行了原位表征.SAXS结果表明:随着水含量的增加,粒子尺寸相应增加;对于水含量10%的PS3000-b-PAA5000胶束溶液,发现了明显的SAXS双峰现象;双峰的位置不随着温度的变化而改变,但是peak 1和peak 2的相对强度随着温度发生了减弱和增强的交错变化;相邻的SAXS双峰说明在PS3000-b-PAA5000胶束溶液中最初形成的粒子尺寸并不是均匀的,主要分为尺寸极其相近的两种球形粒子;随着温度的升高,粒径大小不同的两种粒子存在着一种消融和生长的过程,并且保持着一个相同的归一化动态平衡速率.

基于层间相似性的时序网络节点重要性研究
Node importance idenfication for temporal network based on inter-layer similarity

杨剑楠, 刘建国, 郭强
物理学报. 2018, 67 (4): 048901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172255
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摘要

时序网络可以更加准确地描述节点之间的交互顺序和交互关系.结合多层耦合网络分析法,本文提出了基于节点层间相似性的超邻接矩阵时序网络节点重要性识别方法,与经典的认为所有层间关系为常数不同,层间关系用节点的邻居拓扑重叠系数进行度量.Workspace和Enrons数据集上的结果显示:相比经典的方法,使用该方法得到的Kendall's τ值在各时间层上的平均提高,最高为17.72%和12.44%,结果表明层间相似性的度量对于时序网络的节点重要性度量具有十分重要的意义.


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