物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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双连续型乳液凝胶(Bijel)的研究进展
李涛, 陈科, Jure Dobnikar
物理学报. 2018, 67 (14): 144701
基于磁圆二向色谱的单层MoS2激子能量和线宽温度依赖特性
吴元军, 申超, 谭青海, 张俊, 谭平恒, 郑厚植
物理学报. 2018, 67 (14): 147801
基于片层光照明的新型单分子横向磁镊
马建兵, 翟永亮, 农大官, 李菁华, 付航, 张兴华, 李明, 陆颖, 徐春华
物理学报. 2018, 67 (14): 148702
物理学报  
   物理学报--2018, 67 (14)   发布日期: 2018-07-20
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特邀综述

双连续型乳液凝胶(Bijel)的研究进展 Hot!
Research progress of bicontinuous interfacially jammed emulsion gel (Bijel)

李涛, 陈科, Jure Dobnikar
物理学报. 2018, 67 (14): 144701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180371
全文: [PDF 2886 KB] 下载:(281)
摘要
双连续型结构是指同一体系中存在两种连续态,这在刚体中很容易实现,但对于流体却十分困难.要使两种流体同时保持连续态,不仅对它们的相容性、密度、极性等方面要求极高,还需要稳定剂来牢牢稳定住液-液界面.最早的双连续型凝胶是在对高聚物进行研究时发现的,后来英国爱丁堡大学软物质课题组进行了一系列研究,最终在低分子量液体体系中实现了重大突破,制备出本文所要讨论的bicontinuous interfacially jammed emulsion gel(Bijel).这种结构可以被称作“双连续型乳液凝胶”,它兼有乳液(emulsion)和凝胶(gel)的物理性质,独特的双连续结构使它拥有更为广阔的应用空间.本文简短地回顾了Bijel的研发过程,总结近年来的研究进展,指出它在工业应用中受到的限制,并对室温下通过直接搅拌制备Bijel的方法做重点介绍.
综述

稳态强磁场的细胞生物学效应
Biological effects on cells in strong static magnetic field

田小飞, 张欣
物理学报. 2018, 67 (14): 148701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180378
全文: [PDF 3083 KB] 下载:(163)
摘要
随着科学技术的发展以及稳态强磁场在医疗诊断中的广泛应用,人们接触到1 T以上稳态强磁场的机会越来越多,稳态强磁场对人体健康的潜在影响也备受关注.虽然目前由于实验条件的限制,稳态强磁场对动物以及人体的研究报道依然有限,但是细胞作为生物体的基本单位,其研究相对较多.然而由于实验中磁场参数、细胞类型等各种因素的不同,使得稳态强磁场对细胞的影响在不同的研究中存在着差异.因此,本文不仅总结和分析了国内外1 T以上稳态强磁场细胞生物学效应的相关研究,包括细胞取向、增殖、微管和纺锤体等,而且对现有研究结果进行比较和概括,并对可能造成实验差异的因素进行分析,例如磁场强度和细胞类型等,从而为下一步研究稳态强磁场下的细胞生物学效应提供基础和依据.
总论

集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响
Effects of plastic deformation in current collector on lithium diffusion and stress in bilayer lithium-ion battery electrode

宋旭, 陆勇俊, 石明亮, 赵翔, 王峰会
物理学报. 2018, 67 (14): 140201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180148
全文: [PDF 483 KB] 下载:(137)
摘要
针对锂离子电池双层电极结构,建立了综合考虑锂扩散、应力、浓度影响的材料属性及集流体弹塑性变形的理论模型.基于所建立的模型,主要研究了在充电过程中集流体可能发生的塑性变形对电极中锂扩散及应力的影响.数值结果表明集流体的塑性变形会减弱其对活性层的约束,这不仅使得集流体和活性层中的应力得到明显缓解,而且还促进了锂在活性层中的扩散,提高了活性层的有效容量.与此同时,研究了集流体的屈服强度和塑性模量这两个参数的影响,结果表明,较小的屈服强度和较小的塑性模量能进一步弱化约束,松弛电极活性层中的应力,并增加其有效充电容量.研究结果为分层电极的结构设计和性能优化提供了一定的参考.

大气闪烁对纠缠相干态量子干涉雷达影响机理
Influence of atmospheric scintillation on entangled coherent states quantum interferometric radar

任益充, 王书, 饶瑞中, 苗锡奎
物理学报. 2018, 67 (14): 140301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172401
全文: [PDF 612 KB] 下载:(77)
摘要
介绍了量子干涉雷达物理模型及其探测原理,并采用耗散-涨落通道处理量子光场在湍流大气中的传输,从经典湍流统计理论推导得到大气透射率的概率密度分布函数PT),以此为基础系统分析了大气闪烁效应对纠缠相干态量子干涉雷达的影响机理,深入讨论了平均大气透射率、闪烁指数等大气参数对系统目标探测性能的影响.研究发现:低损耗情况下系统灵敏度及分辨率性能随闪烁指数的增加而降低;高损耗情况下大气闪烁则能显著提高系统灵敏度和分辨率性能,且界定高低损耗的透射率临界点随脉冲光子数增加而增加,故大气闪烁能够在一定程度上克服大气损耗造成的不良影响.

噪声对一种三粒子量子探针态的影响
Influence of noice on tripartite quantum probe state

赵军龙, 张译丹, 杨名
物理学报. 2018, 67 (14): 140302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180040
全文: [PDF 390 KB] 下载:(93)
摘要
量子度量学是研究量子测量与统计推断的一门学科,主要利用量子手段来提高参数估计的精度,在量子信息处理与测量中起到关键作用.量子参数估计的一般过程包含四个步骤:探针态的制备、参数化过程、对参数化后的输出态进行测量以及根据测量结果估计待测参数.其中探针态的选取对测量精度起着至关重要的作用.然而在实际的量子探针态的制备过程中,初始探针态会受到环境噪声的影响.目前人们已经研究了W态与Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的量子Fisher信息(QFI)在典型噪声通道下的变化行为.由于W态与GHZ态有着不同的纠缠性质,对于W态与GHZ态的叠加态的QFI动力学研究具有重要的实际意义.故此,本文主要研究典型噪声通道对这两种状态的叠加态的QFI动力学行为的影响,得出了QFI随噪声参数的变化行为.结果表明,叠加态中W态组分可明显对抗相位阻尼噪声对探针态的QFI的影响,而其中的GHZ态组分可明显对抗振幅阻尼噪声的影响,从而为在实际环境中选取高精度的参数估计过程提供参考.

具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的XY模型的量子相干性
Quantum coherence of XY model with Dzyaloshinskii-Moriya interaction

伊天成, 丁悦然, 任杰, 王艺敏, 尤文龙
物理学报. 2018, 67 (14): 140303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172755
全文: [PDF 902 KB] 下载:(113)
摘要
研究了具有Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的一维横场XY自旋链的量子相变和量子相干性.采用约旦-维格纳变换严格求解了哈密顿量,并描绘了体系的关联函数和相图,相图包含反铁磁相、顺磁相和螺旋相.利用相对熵和Jensen-Shannon熵讨论了XY模型的量子相干性.研究发现,相对熵与Jensen-Shannon熵所表现的行为都可以很好地表征该模型的量子相变.非螺旋相中量子相干性不依赖DM相互作用,而在螺旋相DM相互作用对量子相干性有显著影响.此外,指出了在带有DM相互作用的这一类反射对称破缺体系中关联函数计算的常见问题.

基于部分测量增强量子隐形传态过程的量子Fisher信息
Enhancement of quantum Fisher information of quantum teleportation by optimizing partial measurements

武莹, 李锦芳, 刘金明
物理学报. 2018, 67 (14): 140304      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180330
全文: [PDF 798 KB] 下载:(85)
摘要
量子Fisher信息(QFI)是量子度量学中的一个重要物理量,可给出预估参数精度的最优值.本文研究如何引入弱测量和测量反转操作,来提高有限温环境下以Greenberger-Horne-Zeilinger态作为量子通道的隐形传态过程中的QFI.依据隐形传态过程中量子比特的传输情形,考虑了三种不同方案相应的QFI.首先,通过构造每种量子隐形传态方案的量子线路图,分析了QFI与推广振幅衰减噪声参数的变化关系.随后对各种方案中的受噪声粒子施加弱测量和测量反转操作,并对相应的部分测量参数进行优化,着重探讨了施加最优部分测量操作后QFI的改进量.结果表明,经过优化后的部分测量操作能有效提高有限温环境下量子隐形传态过程输出态的QFI;而且量子系统所处的环境温度越低,QFI的提高效果可越显著.

非均匀水流中涌浪运动对水下量子通信性能的影响
Influence of surge movement in non-uniform water flow on performance of underwater quantum communication

聂敏, 潘越, 杨光, 孙爱晶, 禹赛雅, 张美玲, 裴昌幸
物理学报. 2018, 67 (14): 140305      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180078
全文: [PDF 578 KB] 下载:(89)
摘要
涌浪运动是非均匀水流中的一种非线性运动,是常见的海洋运动形式之一.在进行水下量子通信时,会对光量子信号的传输造成极大的影响.然而,有关涌浪运动造成量子通信信道参数变化的研究,迄今尚未展开.为了研究涌浪运动对水下量子通信性能的影响,首先对涌浪运动的传播建立了数学模型并分析了其频谱特性.针对退极化信道,提出了涌浪运动与水下量子通信信道纠缠和信道容量的定量关系,并对量子密钥分发过程中误码率的影响进行了分析.仿真结果表明,当海面风速在0–20.5 m/s变化时,随着传播周期逐渐增大,信道纠缠度由0.0012逐渐增加到0.8426,信道容量由0.8736减小到0.1024,密钥分发过程中,量子误码率由0.1651增加到0.4812.由此可见,涌浪运动对于水下量子通信性能有着明显的影响.因此,在进行水下量子通信时,应根据涌浪运动的不同程度,自适应调整系统参数.

半导体激光器输出混沌光的延时特性和带宽
Time delay characteristics and bandwidth of chaotic laser from semiconductor laser

李增, 冯玉玲, 王晓茜, 姚治海
物理学报. 2018, 67 (14): 140501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180035
全文: [PDF 1254 KB] 下载:(87)
摘要
提出一个新的方案用于抑制半导体激光器输出混沌光的延时特性并研究其带宽.在该方案中,将由伪随机信号驱动的相位调制器加到具有双路光反馈的半导体激光器的两个反馈腔中,从而构成具有双路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器系统.数值研究了延迟时间和反馈系数等参数对该系统输出混沌光的延时特性的影响,用自相关函数曲线中的延时特征峰的最大值表示延时特性.然后将该系统对延时特性的抑制效果和具有双路光反馈的分布反馈半导体激光器系统以及具有单路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器系统进行比较,结果表明本文所提出方案的抑制效果最好.进而基于能有效抑制延时特性的参数条件研究了具有双路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器输出混沌光的带宽,结果表明,抽运因子的增大和反馈系数的增加都能使系统输出混沌光的带宽变大.

外电场极化对纳米氧化锌拉曼活性及气敏性能的影响
Polarization effect of external electric field on Raman activity and gas sensing of nano zinc oxide

李酽, 李娇, 陈丽丽, 连晓雪, 朱俊武
物理学报. 2018, 67 (14): 140701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180182
全文: [PDF 705 KB] 下载:(116)
摘要
采用沉淀法制备了纳米氧化锌粒子,着重对其进行了不同条件(电场强度、极化温度)下的外电场极化处理.以X射线衍射仪和拉曼光谱仪对产物的结构、拉曼位移等进行了表征.测试了氧化锌极化产物在乙醇、丙酮气体中的气敏性能,研究了外电场效应对纳米氧化锌拉曼光谱和气敏性能的影响机制.结果表明,纳米氧化锌样品在外电场中存在着极化电场强度和温度的阈值,当电场强度和温度分别大于9375 V·cm-1和150 ℃时,纳米氧化锌试片出现明显的漏电现象,极化效应显著降低并消失.在电场强度和温度阈值范围内,外电场极化作用能够导致氧化锌437 cm-1处的拉曼特征峰强度明显降低.随外电场强度和极化温度增加,纳米氧化锌元件在丙酮气体中的灵敏度逐渐升高,在乙醇气体中的灵敏度逐渐降低,即外电场极化可以有效调控纳米氧化锌的气敏选择性.

降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响
Effects of cooling process on qualities of Gem-diamond single crystals

肖宏宇, 秦玉琨, 刘利娜, 鲍志刚, 唐春娟, 孙瑞瑞, 张永胜, 李尚升, 贾晓鹏
物理学报. 2018, 67 (14): 140702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180207
全文: [PDF 602 KB] 下载:(88)
摘要
在国产六面顶压机上,采用温度梯度法,在5.6 GPa,1200–1400 ℃的高压高温条件下,裂晶问题频繁出现的合成周期内,围绕裂晶现象开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究,系统考察了降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.针对宝石级金刚石单晶常见的裂纹缺陷,借助于扫描电子显微镜,分别对优质金刚石单晶和存在裂纹金刚石单晶的表面形貌进行了表征;利用微区傅里叶转换红外光谱测试手段,对上述两类晶体的N杂质含量分别进行了测试,依据测试结果,对裂晶出现的原因进行了分析;分别采用传统断电降温和缓慢降温工艺,考察了晶体生长结束后的降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.结果表明,缓慢降温工艺在很大程度上可以有效抑制裂晶问题出现.另外,从宝石级金刚石单晶品质和单晶受到的外应力两个方面着手,分别对裂晶出现的机理和采用缓慢降温工艺有效解决裂晶问题的机理进行了讨论.

基于多普勒非对称空间外差光谱技术的多普勒测速仿真
Simulation of Doppler velocity measurement based on Doppler asymmetric space heterodyne spectroscopy

况银丽, 方亮, 彭翔, 程欣, 张辉, 刘恩海
物理学报. 2018, 67 (14): 140703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180063
全文: [PDF 1074 KB] 下载:(62)
摘要
阐述了多普勒非对称空间外差光谱仪用于被动式多普勒测速的基本原理,通过综合考虑干涉条纹对比度和仪器测速灵敏度等关键因素,建立了效率函数,分别针对高斯线型和洛伦兹线型发射谱线,从理论上推导了最优单臂偏置量的选择依据,并以高斯线型目标谱线为例进行了仿真验证.同时,提出了一种基于部分干涉条纹反演多普勒速度的数据处理方法,简化了多谱线目标源的数据处理过程.结合自适应频率跟踪算法对单谱线目标源和多谱线目标源进行了仿真比较,仿真结果表明,在不考虑噪声的情况下,该方法针对多谱线目标源的多普勒测速最大绝对误差在0.004 m/s以内,与针对单谱线目标源的处理精度相当,可以满足实际应用的精度要求.

基于单一分光棱镜干涉仪的双通路定量相位显微术
Dual-channel quantitative phase microscopy based on a single cube beamsplitter interferometer

孙腾飞, 卢鹏, 卓壮, 张文浩, 卢景琦
物理学报. 2018, 67 (14): 140704      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172722
全文: [PDF 1559 KB] 下载:(63)
摘要
仅仅使用一个单独的分光棱镜(BS),实现了一种用于生物细胞三维成像的双通路定量相位显微术.不同于传统的使用方法,将BS倾斜放置,使中央半反射层与入射光光轴之间存在一个非常小的角度.这样基于BS的分光特性,经过BS后的透射光束和反射光束将会叠加在一起并形成干涉.调节样品位置,利用相机拍摄同时获得了存在π相移的双通路干涉图.这种离轴干涉模式,只需要记录单幅干涉图就可以获得真实的相位信息,方法结构简单,易于操作,适用于微小透明样品的三维形貌测量.
核物理学

基于3.5 MeV射频四极质子加速器硼中子俘获治疗装置的束流整形体设计
Design of beam shaping assembly based on 3.5 MeV radio-frequency quadrupole proton accelerator for boron neutron capture therapy

田永顺, 胡志良, 童剑飞, 陈俊阳, 彭向阳, 梁天骄
物理学报. 2018, 67 (14): 142801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180380
全文: [PDF 451 KB] 下载:(189)
摘要
在硼中子俘获治疗(BNCT)装置中,束流整形体(BSA)的作用是将中子源产生的快中子束流慢化至超热中子能区(0.5 eV < E < 10 keV),并尽可能减弱快中子、热中子和γ射线的成分,同时保证中子的方向性,其设计与优化是BNCT装置设计工作的核心内容之一.本文采用3.5 MeV,10 mA的质子束轰击锂靶,由核反应7Li(p,n)7Be产生的中子为源项,针对BSA的慢化体材料和结构、γ屏蔽层和热中子吸收层的厚度等参数进行蒙特卡罗模拟设计与优化.研究发现,采用Fluental和LiF两种慢化材料间隔2 cm层状堆叠的三明治BSA构型,在保证快中子剂量成分(Df/φepi),γ剂量成分(Dγ/φepi)和热中子比例φth/φepi满足IAEA-TECDOC-1223报告推荐要求的同时,在BSA出口处超热中子注量率优于单独使用Fluental和单独使用LiF的BSA设计.BSA出口处修正的Synder人头几何模型中的剂量分布计算结果显示:上述三明治构型的深度剂量分布与单独使用Fluental材料构型的结果基本相当,优于单独使用LiF构型,表明Fluental和LiF层状堆叠的三明治BSA构型是一种可行的BSA结构.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

高对比度目标的电磁逆散射超分辨成像
Super-resolution imaging of high-contrast target in elctromagnetic inverse scattering

范启蒙, 尹成友
物理学报. 2018, 67 (14): 144101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180266
全文: [PDF 2903 KB] 下载:(139)
摘要
提出了一种适用于高对比度目标的超分辨成像方法,通过结合对比度源反演方法与基于轨道角动量的超分辨技术,实现对高对比度目标的超分辨成像.首先采用基于轨道角动量的成像方法求解出对比度函数,将其作为对比度源反演方法的迭代初值,虽然初值结果与实际目标相差较大,但是由于初值中已经包含了关于目标的倏逝波信息,再利用这个初值开始迭代便可以得到超分辨重建结果,这种方法具有一定的抗噪声能力.本文研究表明,为了实现超分辨成像,一方面需要将目标对应的倏逝波信息转化到测量数据中,另一方面还要保证成像算法能够充分利用这些信息.本文所引申出的关于超分辨信息的概念对于逆散射超分辨成像的研究具有一定的借鉴意义.

一种新型光学微腔的理论分析
Theoretical analysis of new optical microcavity

谷红明, 黄永清, 王欢欢, 武刚, 段晓峰, 刘凯, 任晓敏
物理学报. 2018, 67 (14): 144201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180067
全文: [PDF 593 KB] 下载:(125)
摘要
应用波动光学理论,分析了一种新型锥顶柱状光学微腔的本征模式,得到了谐振腔的谐振波长表达式.在谐振波长1550 nm附近进行了设计与仿真优化,优化结果显示新型谐振腔与传统平行腔相比,在腔长为4512.5 nm,直径为3134.4 nm时,其品质因数可以提高22.4%,达到了49928.5,同时谐振腔的有效模式体积减小了47.8%.

采用衍射掩模产生白光横向平顶光束
Horizontal white light flat-topped beams produced by the diffraction mask

陈芳萍, 张晓婷, 刘楚嘉, 漆宇, 庄其仁
物理学报. 2018, 67 (14): 144202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180030
全文: [PDF 1788 KB] 下载:(46)
摘要
白光横向平顶光束在定向背光式自由立体显示器中有重要应用.本文提出一种采用带蝶形小孔阵列的衍射掩模片获得白光横向平顶光束的方法.根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和多波长叠加原理,推导出光强分布计算式.设计一套实验装置,数值模拟并实验验证出射光束在不同距离的横向光强分布以及小孔蝶形凹度(蝶形中心高度与边长的比值)对横向光强分布的影响.结果表明:当选择小孔蝶形凹度为0.50–0.66时,可以得到平顶因子F ≥ 0.89的白光横向平顶光束,横向平顶光束的宽度随着传输距离的增大而增大,而平顶因子基本不变.实验还发现柱面透镜的折射色散和衍射色散可以互相抵消,使白光横向平顶光束基本无色散.

少模光纤放大器中的准静态模式不稳定实验研究
Quasi-static mode instability in few-mode fiber amplifier

罗雪雪, 陶汝茂, 刘志巍, 史尘, 张汉伟, 王小林, 周朴, 许晓军
物理学报. 2018, 67 (14): 144203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180140
全文: [PDF 1300 KB] 下载:(54)
摘要
模式不稳定发现于2010年,是影响高功率光纤激光器功率提升的重要限制因素.当前模式不稳定主要有两类,一类是动态模式不稳定,一类是准静态模式不稳定.本文研究了纤芯/内包层直径为25 μm/400 μm掺镱双包层光纤后向抽运放大器中的模式不稳定效应.通过对功率、光束质量和时域数据的分析,发现在该放大器中出现了准静态模式不稳定的现象,随着抽运功率的增加,放大器输出光束质量逐步退化,而时域上没有发现明显的动态模式不稳定特性.实验上对不同种子功率下放大器的输出特性进行研究,结果表明,通过提高种子激光功率可以较为有效地提高模式不稳定阈值,在种子功率为528 W时,当输出功率大于3000 W,输出激光效率没有明显下降.

基于II类周期极化铌酸锂波导的通信波段小型化频率纠缠源产生及其量子特性测量
Generation and quantum characterization of miniaturized frequency entangled source in telecommunication band based on type-II periodically poled lithium niobate waveguide

张越, 侯飞雁, 刘涛, 张晓斐, 张首刚, 董瑞芳
物理学报. 2018, 67 (14): 144204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180329
全文: [PDF 617 KB] 下载:(72)
摘要
自发参量下转换过程制备的纠缠光源在量子光学及其相关领域有着广泛的应用.本文利用780 nm的分布式布拉格反射镜激光二极管抽运一块长10 mm的Ⅱ类准相位匹配的周期极化铌酸锂波导,产生了偏振正交的频率反关联纠缠光子对.通过实验结果与理论的完美结合得到,当进入波导的抽运光功率为44.9 mW时,下转换双光子对的产生速率为1.87×107 s-1.利用单色仪对下转换光子的频谱进行分析,得到信号和闲置光子的中心波长分别为1561.43 nm和1561.45 nm,频谱宽度为3.62 nm和3.60 nm,双光子符合包络宽度约为3.18 nm,可以得到双光子的频率纠缠度为1.13>1.00,表征了双光子的频率纠缠特性.利用Hong-Ou-Mandel干涉仪测量双光子的二阶量子干涉特性,测得的干涉可见度为96.1%,干涉图谱的凹陷宽度为1.47 ps.

混入智能车的下匝道瓶颈路段交通流建模与仿真分析
Hybrid traffic flow model for intelligent vehicles exiting to off-ramp

董长印, 王昊, 王炜, 李烨, 华雪东
物理学报. 2018, 67 (14): 144501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172752
全文: [PDF 3212 KB] 下载:(80)
摘要
以下匝道瓶颈路段为研究背景,以手动驾驶汽车和两类智能车为研究对象,包括自适应巡航(ACC)汽车和协同自适应巡航(CACC)汽车,建立了混入智能车的混合交通流模型.在车辆的纵向控制层面,分别构建了手动驾驶汽车改进舒适驾驶元胞自动机规则和智能车的跟驰模型;基于车辆下匝道行驶特性,引入车辆感知范围R、换道控制区域LLC、换道冒险因子λ等参数,建立了控制车辆横向运动的自由换道和强制换道模型.通过对混合交通流模型进行数值仿真发现,CACC车辆混入率PCACC、车辆感知范围R、换道区域长度LLC和换道冒险程度λ均对下匝道交通系统产生影响.当CACC车辆混入率低于0.5时,CACC退化为ACC的概率增大,系统稳定性下降,交通拥堵呈恶化趋势;当CACC车辆混入率大于0.5时,车辆运行速度显著提升,拥堵消散能力提高.增大车辆感知范围、加长换道区域长度、提高换道冒险程度,都能够有效缓解改善下匝道瓶颈路段主线的拥挤状况,而对匝道运行效率影响并不明显.
气体、等离子体和放电物理

使用不同工质的会切磁场等离子体推力器
Cusped field thruster using different propellants

刘辉, 蒋文嘉, 宁中喜, 崔凯, 曾明, 曹希峰, 于达仁
物理学报. 2018, 67 (14): 145201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180366
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摘要
会切磁场等离子体推力器是一种利用磁镜约束等离子体产生推力的新型推力器,具有寿命长、推力大范围连续可调等优点,在无拖曳控制领域具有较大的应用前景.分别采用Xe,Kr和Ar三种不同工质,开展了会切磁场等离子体推力器实验.首先,对所用的推力器进行了简要的原理和设计介绍;然后,对三种工质的点火电压分别进行了测试,发现Xe是最容易点火成功的,Kr和Ar点火难度较大.在阳极电流、推力、效率和比冲等性能方面,三种工质在同等条件下也存在明显的区别.分析发现,三者的工质利用率高低导致了性能上的差别,通过提升通流密度能够大幅提升Kr和Ar的工质利用率.在羽流结构方面,法拉第测量结果表明三者都存在明显的空心羽流,且离子电流密度峰值出现的角度随着原子量的减小而逐渐减小.

氦氩射频容性放电发射光谱分析
Emission spectral diagnosis of argon-helium plasma produced by radio frequency capacitive discharge

张秩凡, 高俊, 雷鹏, 周素素, 王新兵, 左都罗
物理学报. 2018, 67 (14): 145202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180274
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摘要
光抽运亚稳态稀有气体激光器利用放电等离子体作为激光的增益介质.为掌握容性射频放电的放电参数对等离子体各项参数的影响的基本规律,利用等离子体发射光谱法研究了氦氩混合气体在不同装置、不同Ar组分、不同气压和不同射频注入功率下的等离子体参数.利用残留水蒸气产生的OH自由基A2+→X2Π的转动光谱分析获得气体温度;利用电子态光谱的玻尔兹曼做图法获得电子激发温度,利用Ar原子696.5 nm谱线的斯塔克展宽获得电子密度.结果表明:气体温度随气压增加略微上升,在一个大气压下改变组分和放电功率,气体温度变化不大;电子激发温度随总气压的下降而上升,且随着Ar组分的增加而略微下降;目前放电条件下的电子密度均在1015 cm-3量级;长时间放电监测表明,残留的水蒸气会导致电子温度的下降,从而降低Ar亚稳态的产率.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

液态三元Fe-Cr-Ni合金中快速枝晶生长与溶质分布规律
Rapid dendrite growth mechanism and solute distribution in liquid ternary Fe-Cr-Ni alloys

李路远, 阮莹, 魏炳波
物理学报. 2018, 67 (14): 146101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180062
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摘要
采用落管方法实现了液态三元Fe-Cr-Ni合金的深过冷与快速凝固,合金液滴的冷却速率和过冷度均随液滴直径的减小而迅速增大.两种成分合金近平衡凝固组织均为粗大板条状α相.在快速凝固过程中,不同直径Fe81.4Cr13.9Ni4.7合金液滴凝固组织均为板条状α相,其固态相变特征很明显,随着过冷度增大,初生δ相由具有发达主干的粗大枝晶转变为等轴晶.Fe81.4Cr4.7Ni13.9合金液滴凝固组织由α相晶粒组成,随着过冷度增大,初生γ相由具有发达主干的粗大枝晶转变为等轴晶,其枝晶主干长度和二次分枝间距均显著下降,晶粒内溶质的相对偏析度也明显减小,溶质Ni的相对偏析度始终大于溶质Cr.理论计算表明,与γ相相比,δ相枝晶生长速度更大.在实验获得的过冷度范围内,两种Fe-Cr-Ni合金枝晶生长过程均由热扩散控制.

无序性对脆性材料冲击破碎的影响
Effects of material disorder on impact fragmentation of brittle spheres

陈兴, 马刚, 周伟, 赖国伟, 来志强
物理学报. 2018, 67 (14): 146102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180276
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摘要
脆性材料受冲击荷载作用产生损伤开裂是一个连续介质离散化的过程.采用连续离散耦合方法模拟了一个脆性圆球以不同初始速度与刚性板的冲击,重点研究了无序性对脆性材料冲击破碎的影响,并对其内在机理进行了分析.本文不考虑材料细观结构的无序性,材料的无序仅体现在细观断裂参数的非均质性.数值实验同样揭示了脆性材料在冲击破坏中存在两种破坏模式,即低速时接触区域的局部损伤和高速时的整体碎裂.研究表明,材料无序性对临界冲击速度、破碎模式、碎片形态影响显著.随着无序度增加,材料的临界速度增大,损伤开裂由少量贯穿性裂纹主导转变为全域性的分叉裂纹.高无序度圆球冲击产生的碎片表面更粗糙,体型更为扁平细长.这与细观断裂的主导机制有关,无序度较高时剪切导致开裂的比重更大,碎片内部损伤裂纹面更多.

65 nm互补金属氧化物半导体场效应和晶体管总剂量效应及损伤机制
Radiation effect and degradation mechanism in 65 nm CMOS transistor

马武英, 姚志斌, 何宝平, 王祖军, 刘敏波, 刘静, 盛江坤, 董观涛, 薛院院
物理学报. 2018, 67 (14): 146103      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172542
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摘要
对65 nm互补金属氧化物半导体工艺下不同尺寸的N型和P型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET和PMOSFET)开展了不同偏置条件下电离总剂量辐照实验.结果表明:PMOSFET的电离辐射响应与器件结构和偏置条件均有很强的依赖性,而NMOSFET表现出较强的抗总剂量性能;在累积相同总剂量时,PMOSFET的辐照损伤远大于NMOSFET.结合理论分析和数值模拟给出了PMOSFET的辐射敏感位置及辐射损伤的物理机制.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

基于磁圆二向色谱的单层MoS2激子能量和线宽温度依赖特性 Hot!
Temperature dependent excitonic transition energies and linewidths of monolayer MoS2 probed by magnetic circular dichroism spectroscopy

吴元军, 申超, 谭青海, 张俊, 谭平恒, 郑厚植
物理学报. 2018, 67 (14): 147801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180615
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摘要
以二硫化钼(MoS2)为代表的过渡金属硫属化物属于二维层状材料,样品可以薄至单层.单层MoS2是一种直接带隙半导体,在纳米逻辑器件、高速光电探测、纳米激光等领域具有广阔的应用前景.在实际应用中,温度是影响半导体材料能带结构和性质的主要因素之一.因此研究单层二维材料能带的温度依赖特性对理解其物理机理以及开展器件应用具有重要的意义.目前,在广泛采用的测量单层MoS2反射谱的研究中,激子峰往往叠加在一个很强的光谱背底上,难以准确分辨激子的峰位和线宽.基于自行搭建的显微磁圆二向色谱系统,研究了单层MoS2在65–300 K温度范围内的反射谱和磁圆二向色谱,结果表明磁圆二向色谱在研究单层材料激子能量和线宽方面具有明显的优势.通过分析变温的磁圆二向色谱,得到了不同温度下的A,B激子的跃迁能量和线宽.通过对激子能量和线宽的温度依赖关系进行拟合,进一步讨论了声子散射对激子线宽的影响.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

用单分子技术研究Sso7d与DNA的相互作用
Interaction between Sso7d and DNA studied by single-molecule technique

滕翠娟, 陆越, 马建兵, 李明, 陆颖, 徐春华
物理学报. 2018, 67 (14): 148201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180630
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摘要
为了维持基因的稳定性,每种生物体都含有一套独特的染色质蛋白来保护脱氧核糖核酸(DNA)的结构,观察染色质蛋白对DNA结构的作用过程和结果,可以帮助人们了解这些蛋白的具体功能和作用机理.硫化叶菌是一种能在高温下存活的古细菌,Sso7d是硫化叶菌的一种染色质蛋白.深入地了解Sso7d和DNA链的相互作用,有助于解释硫化叶菌的DNA为何能在高温环境下保持活性,本文通过原子力显微镜(AFM)和磁镊两种单分子操作手段,研究了Sso7d与DNA的相互作用.AFM的实验结果给出了Sso7d与DNA的作用过程:结合Sso7d后,DNA首先发生弯折,然后出现loop结构,最终DNA会团聚为致密的核结构.利用磁镊装置测量了Sso7d的结合对打开DNA双链的影响,实验结果表明Sso7d的结合导致打开DNA双链的力的增大,经过数据分析,计算出Sso7d与DNA结合的结合能△G=3.1 kBT,平均每5.5个碱基对(bp)结合一个Sso7d,较高的结合密度和较大的结合能,两方面的作用结果,解释了Sso7d能够稳定DNA结构的原因.

基于片层光照明的新型单分子横向磁镊 Hot!
Single molecule transverse magnetic tweezers based on light sheet illumination

马建兵, 翟永亮, 农大官, 李菁华, 付航, 张兴华, 李明, 陆颖, 徐春华
物理学报. 2018, 67 (14): 148702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180441
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摘要
磁镊是一种高精度的单分子技术,它用磁场对连有生物大分子的超顺磁球产生磁力,通过追踪磁球的位置来测量生物大分子的长度信息.磁镊包括横向磁镊和纵向磁镊.纵向磁镊空间精度高,但昂贵;横向磁镊简单便宜,但由于受其成像原理的限制,一般情况下只能连接较长的DNA等生物大分子,且其空间精度较差,进而限制了其应用范围.为了解决这个问题,本文改进了横向磁镊,用片层光照明的方法使光线主要被磁球散射,从而能够直接观察到吸附在样品槽侧壁上的磁球,这使得测量短连接的底物成为可能.对于实际应用的检测,首先测试了包含270 bp发卡结构的0.5 μm双链DNA,用其中发卡结构的“折叠-去折叠”跳变过程证明了改进后的横向磁镊的确可以追踪短DNA等生物大分子.然后,进一步用16 μm的λ-DNA检验了实验系统.最后,将新型横向磁镊与普通横向磁镊及纵向磁镊在小力和大力条件下拉伸不同长度DNA的噪声进行了比较,发现改进后的横向磁镊在空间精度上明显优于普通横向磁镊,与纵向磁镊相比也无明显差异.以上结果证明了改进后的横向磁镊的精度优势,并扩展了横向磁镊的应用范围.

tBid蛋白引发磷脂膜透化过程的研究
Fluorescent investigation on process of tBid inducing membrane permeabilization

马丽, 贺小龙, 李明, 胡书新
物理学报. 2018, 67 (14): 148703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20180099
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摘要
Bid蛋白是仅有BH3结构域的Bcl-2家族蛋白,在溶酶体膜透化以及线粒体外膜透化引发的细胞凋亡过程中起着非常重要的调控作用,但是Bid蛋白与生物膜之间的相互作用导致脂膜透化的确切机制尚不十分清楚.本文利用激光扫描共聚焦显微成像技术及基于氧化石墨烯表面诱导荧光衰逝的单分子荧光技术,分别从单囊泡及单分子水平对tBid蛋白与磷脂膜之间的相互作用进行了系统的研究.结果表明,tBid蛋白在膜上聚集后可引起脂膜的透化,且脂膜透化的发生源于聚集体中一些tBid蛋白更深入地插入了脂膜中.

一种基于文本互信息的金融复杂网络模型
Financial complex network model based on textual mutual information

孙延风, 王朝勇
物理学报. 2018, 67 (14): 148901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172490
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摘要
复杂网络能够解决许多金融问题,能够发现金融市场的拓扑结构特征,反映不同金融主体之间的相互依赖关系.相关性度量在金融复杂网络构建中至关重要.通过将多元金融时间序列符号化,借鉴文本特征提取以及信息论的方法,定义了一种基于文本互信息的相关系数.为检验方法的有效性,分别构建了基于不同相关系数(Pearson和文本互信息)和不同网络缩减方法(阈值和最小生成树)的4个金融复杂网络模型.在阈值网络中提出了使用分位数来确定阈值的方法,将相关系数6等分,取第4部分的中点作为阈值,此时基于Pearson和文本互信息的阈值模型将会有相近的边数,有利于这两种模型的对比.数据使用了沪深两地证券市场地区指数收盘价,时间从2006年1月4日至2016年12月30日,共计2673个交易日.从网络节点相关性看,基于文本互信息的方法能够体现出大约20%的非线性相关关系;在网络整体拓扑指标上,本文计算了4种指标,结果显示能够使所保留的节点联系更为紧密,有效提高保留节点的重要性以及挖掘出更好的社区结构;最后,计算了阈值网络的动态指标,将数据按年分别构建网络,缩减方法只用了阈值方法,结果显示本文提出的方法在小世界动态和网络度中心性等指标上能够成功捕捉到样本区间内存在的两次异常波动.此外,本文构建的地区金融网络具有服从幂律分布、动态稳定性、一些经济欠发达地区在金融地区网络中占据重要地位等特性.
地球物理学、天文学和天体物理学

液态镓在石墨烯表面的润湿性及形貌特征
Wettability and morphology of liquid gallium on graphene surface

王俊珺, 李涛, 李雄鹰, 李辉
物理学报. 2018, 67 (14): 149601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20172717
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摘要
液态Ga及其合金的熔点低、毒副作用小、导电率高,使得这类液态金属能像石墨烯一样被广泛应用于微流器件、柔性电子器件中,制备这些器件的关键在于有效控制各生产环节中液态金属在固体界面上的润湿性及形貌特征.基于Lennard-Jones(L-J)势函数,利用分子动力学模拟方法研究了金属Ga在石墨烯表面的润湿性,根据模拟结果拟合的L-J势参数能正确描述Ga原子与衬底之间的相互作用并得到了与实验值极为接近的润湿角,发现衬底与液膜间相互作用的微小改变都会对最终润湿形态产生极大影响,平衡态的润湿角和脱离衬底速度随着Ga-C间势能的减小而增大,并成功获得了不同厚度的Ga液膜在石墨烯表面的形态演变规律,极为符合液态Ga的基本特性.利用所得L-J势函数参数模拟了液态Ga在粗糙度相同但纳米柱尖端形貌不同的C材料表面的润湿演变,发现纳米柱尖端形貌对液态Ga的润湿过程及状态影响极大.

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