物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制
任继刚, 张涵, 蔡昕东, 印娟, 周飞, 彭承志
物理学报. 2009, 58 (8): 5173
强扰动能区非全裸Cq+,Oq+(q=1—4)与He原子碰撞过程中截面比的实验研究
周春林, 邵剑雄, 陈熙萌, 高志民, 王俊, 孙光智, 席发元, 陈益峰, 陈林, 丁宝卫, 王兴安, 娄凤君, 徐俊奎, 邱玺玉, 王幡, 吕瑛
物理学报. 2009, 58 (8): 5349
物理学报  
   物理学报--2009, 58 (8)   发布日期: 2009-08-15
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总论

马尔可夫随机过程中移动对象的空间特征分析及近似逼近研究
Moving object in Markov stochastic processes: spacial characteristic analysis and approximate approach research

费蓉, 崔杜武
物理学报. 2009, 58 (8): 5133-5141      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5133
全文: [PDF 383 KB] 下载:(1856)
摘要
研究一类移动对象在马尔可夫(马氏)随机过程中的空间逼近问题.首先运用数学推理方式获得时空网络马尔可夫随机模型的一种状态转移函数.定义时空网络为移动对象及其移动轨迹形成的三维空间,建立马尔可夫随机过程的距离空间,证明了相应环境下的不动点理论.通过分析和扩展状态转移函数得到距离空间的自映射算子,从原节点映射到目标节点,达到对象的移动,并对此进行了理论证明和仿真实验验证.在此基础上从应用层面出发,尝试性地进行了移动对象的空间粒度分解,利用不动点映射更好地定位移动对象,实时满足移动对象的需求.相关实验进一步验证了空间分析的可行性和有效性.

非完整映射理论与刚体定点转动的几何描述
Nonholonomic mapping theory and geometric formulation for rotation of a rigid body with one fixed point

王勇, 郭永新, 吕群松, 刘畅
物理学报. 2009, 58 (8): 5142-5149      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5142
全文: [PDF 257 KB] 下载:(1489)
摘要
利用非完整映射方法,从一个已知Riemann空间构造一个嵌入其中的Riemann-Cartan空间.作为特例,研究从Euclidean空间构造Weitzenbock空间的方法.基于dAlembert-Lagrange原理和非完整映射,将一个Riemann空间的测地线对应于另一个Riemann-Cartan空间的自平行线.把这种非完整映射理论应用到刚体定点转动问题上,得到了刚体运动的欧拉方程是欧拉角描述的Riemann位形空间的测地线方程,而在刚体角速度对应的准坐标空间上是常挠率Riemann-Cartan空间的自平行线方程的结论.

变质量完整动力学系统的共形不变性与守恒量
Conformal invariance and conserved quantity for holonomic mechanical systems with variable mass

陈向炜, 赵永红, 刘畅
物理学报. 2009, 58 (8): 5150-5154      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5150
全文: [PDF 179 KB] 下载:(1011)
摘要
研究变质量完整力学系统在无限小变换下微分方程的共形不变性.提出了该系统共形不变性的概念,推导出变质量完整力学系统运动微分方程具有共形不变性,同时又是Lie对称性的充分必要条件.得到由共形不变性导致的Noether守恒量.

颗粒离散元模拟中的阻尼系数标定
Calibration of damping coefficient in discrete element method simulation

钟文镇, 何克晶, 周照耀, 夏伟, 李元元
物理学报. 2009, 58 (8): 5155-5161      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5155
全文: [PDF 260 KB] 下载:(1817)
摘要
离散元模型中所采用的阻尼系数是不确定的,经常凭主观经验设定.为了使得物理模型与现实中的颗粒动力学属性符合更好,通过采用声频采样技术对物理模型中的阻尼系数进行标定,得出与实验符合的阻尼系数应为0.5左右.利用标定后的阻尼系数模拟了一元颗粒在圆柱形容器里的随机堆积过程,得到最终的堆积密度为0.625,与经典的实验结果一致.研究证明,在得到模型阻尼系数的同时,也确认了数值模型的正确性和用声频采样技术进行高精度碰撞时间检测的可行性.

待定固有频率法在分析系统混沌临界值问题中的应用
The application of the undetermined fundamental frequency for analyzing the critical value of chaos

王炜, 张琪昌, 王雪娇
物理学报. 2009, 58 (8): 5162-5168      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5162
全文: [PDF 321 KB] 下载:(1005)
摘要
利用规范形理论与待定固有频率寻求改善Melnikov函数分析非线性振动系统混沌阈值的简单方法,着重讨论参数与周期激励联合作用下具有主参数共振的三阱势能系统,建立了其Melnikov函数积分式.引入由待定固有频率形成的时间尺度变换,从同宿及异宿分岔两个角度获取系统的混沌临界值,使得非线性扰动量对于基频的影响有效地体现于Melnikov函数表达式中,进而结合相应的分析过程提高所得结果的计算精度.作为算例,对解析解与数值积分结果进行了对比,以验证提出方法的有效性与可行性.

基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制 Hot!
Design of high brightness entangled source based on periodically poled KTiOPO4 crystal

任继刚, 张涵, 蔡昕东, 印娟, 周飞, 彭承志
物理学报. 2009, 58 (8): 5169-5173      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5169
全文: [PDF 196 KB] 下载:(1090)
摘要
量子纠缠是量子信息领域的核心资源,目前利用β型硼酸钡(BBO)晶体参量下转换制备的纠缠光子对的亮度较低,它直接制约了量子通信的最远距离,已无法满足星地实用化量子通信的发展需求.利用周期极化KTiOPO4晶体,采用准相位匹配技术设计产生了一种后选择的纠缠源,测得的符合计数达到了16×103s-1 mW-1,极化对比度达到27∶1,在亮度上比基于BBO的量子纠缠光源提高了一个数量级以上.这一高亮度的纠缠源可以广泛应用于量子密钥分发、量子隐形传态以及量子计算等新兴量子信息领域,为实现全球化量子通信提供了有力的保障.

用晶格玻尔兹曼方法研究颗粒在涡流中的运动
Lattice Boltzmann simulation of particles moving in a vortex flow

施娟, 李剑, 邱冰, 李华兵
物理学报. 2009, 58 (8): 5174-5178      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5174
全文: [PDF 234 KB] 下载:(1132)
摘要
用晶格玻尔兹曼方法研究小颗粒在涡流中的运动.涡流由流经空腔的流体产生.用动量交换法和压力张量积分法计算颗粒在涡流中的运动轨迹、速度和角速度.最后用张量积分法计算两个不同半径的颗粒在涡流中的运动.

非高斯噪声驱动的双奇异随机系统的熵流与熵产生
Time dependence of entropy flux and entropy production for a stochastic system with double singularities driven by non-Gaussian noise

郭培荣, 徐伟, 刘迪
物理学报. 2009, 58 (8): 5179-5185      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5179
全文: [PDF 268 KB] 下载:(1041)
摘要
研究了一类受非高斯噪声驱动的双奇异随机系统,应用路径积分法和变换的方法得到了该系统对应的Fokker-Plank方程,并结合Shannon信息熵的定义给出了此类系统的熵流与熵产生随时间演化的表达式,分析了非平衡约束下所引入的系统耗散参数、奇异性强度参数、噪声相关时间和噪声偏离参数对熵流与熵产生的影响.

含有广义守恒律的生长方程标度奇异性的直接标度分析
Scaling approach to the conservation-law growth equations in anomalous surface roughening

张丽萍, 温荣吉
物理学报. 2009, 58 (8): 5186-5190      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5186
全文: [PDF 191 KB] 下载:(701)
摘要
利用直接标度分析方法研究一个含有广义守恒律生长方程的标度奇异性,得到强弱耦合区域的奇异标度指数.作为其特殊情况,这个方程包含Kardar-Parisi-Zhang(KPZ)方程、 Sun-Guo-Grant(SGG)方程以及分子束外延(MBE)生长方程,并能对其进行统一的研究.研究发现, KPZ方程和SGG方程,无论在弱耦合还是在强耦合区域内都遵从自仿射Family -Vicsek正常标度规律;而MBE 方程在弱耦合区域内服从正常标度,在强耦合区域内能呈现内禀奇异标度行为.这里所得到生长方程的奇异标度性质与利用重正化群理论、数值模拟以及实验相符很好.

交叉关联噪声对光学双稳系统平均首通时间的影响
Effects of cross correlated noises on the mean first-passage time of optical bistable system

王兵, 严少平, 吴秀清
物理学报. 2009, 58 (8): 5191-5195      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5191
全文: [PDF 198 KB] 下载:(942)
摘要
研究了乘性色噪声和加性白噪声驱动的光学双稳系统中噪声对系统两个方向平均首通时间T+xs1xs2)和T-xs2xs1)的影响(平均首通时间是指从一稳态出发越过势垒到另一稳态所用时间的平均值).通过Novikov定理和Fox近似方法得到相应的Fokker-Planck方程,利用最速下降法得到T+xs1xs2)和T-xs2xs1)的表达式.研究发现:乘性噪声强度Q和加性噪声强度DT+xs1xs2)的影响相同,对T-xs2xs1)的影响不同;T+xs1xs2)随乘性色噪声自关联时间τ的增大而增大,但随噪声间的交叉关联强度λ的增大而减小;T-xs2xs1)随τ的增大而减小,随λ的增大而增大.

基于Kramers逃逸速率的调参随机共振机理
Mechanism of parameter-adjusted stochastic resonance based on Kramers rate

冷永刚
物理学报. 2009, 58 (8): 5196-5200      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5196
全文: [PDF 163 KB] 下载:(1081)
摘要
根据Kramers逃逸速率的特性,阐明了随机共振信号的频率被限制在Kramers逃逸速率极限值一半的范围内,这种限制是制约大频率信号产生随机共振的原因.在进一步揭示二次采样随机共振频率尺度变换机理的基础上,证明了二次采样频率尺度可以把任意信号频率映射变换到随机共振频率尺度上的结论.相对于二次采样变换方法,由于双稳系统参数的调节很难使Kramers逃逸速率的一半达到实际信号的大频率,因此系统参数只能在随机共振的小参数频率范围内调节来实现随机共振.

只有一个非线性项的超混沌系统
A hyperchaos system with only one nonlinear term

周平, 危丽佳, 程雪峰
物理学报. 2009, 58 (8): 5201-5208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5201
全文: [PDF 419 KB] 下载:(1417)
摘要
构造了只包含一个非线性项的四维超混沌系统,得到了系统的Lyapunov指数谱、周期轨道、拟周期轨道、混沌和超混沌吸引子.给出了此超混沌系统的电路实现原理图,利用EWB仿真得到了与数值仿真完全相符的动力学行为.同时给出了实现此超混沌系统同步的一种方法,并利用严格数学理论证明了该混沌同步方法.在同步过程中并未删除响应系统的非线性项,理论分析与仿真计算表明同步方法的有效性.

Hénon混沌系统的自适应预测函数控制快速算法
A fast algorithm for adaptive predictive function of Hénon chaotic system

温淑焕
物理学报. 2009, 58 (8): 5209-5213      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5209
全文: [PDF 192 KB] 下载:(711)
摘要
提出了一种带有预测函数的Hénon 混沌系统的广义预测控制快速算法.首先用时变遗忘因子的递推最小二乘方法辨识混沌系统,然后在广义预测控制的基础上引入了预测函数控制方法,并充分利用了预测信息的补偿作用.这种算法克服了广义预测控制中求解逆矩阵的缺点,提高了系统响应的速度,并且具有较强的跟踪给定信号、抑制系统参数摄动和随机噪声的能力.仿真结果验证了该方法的有效性.

半导体激光器低频噪声的Lyapunov指数计算和混沌状态判定
Calculation of the Lyapunov exponent for low frequency noise in semiconductor laser and chaos indentification

于思瑶, 郭树旭, 郜峰利
物理学报. 2009, 58 (8): 5214-5217      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5214
全文: [PDF 174 KB] 下载:(838)
摘要
根据小波变换和混沌噪声理论,对半导体激光器低频噪声进行了实验和理论分析.应用相轨迹、功率谱、Lyapunov指数、关联维等方法,探讨了噪声混沌模型的可行性.实验证明半导体激光器低频噪声具有混沌特性.在理论上分析了产生混沌的原因,为研究其可靠性提供了理论基础.

利用速度反馈方法控制时空混沌
Controlling spatiotemporal chaos by speed feedback method

高继华, 谢玲玲, 彭建华
物理学报. 2009, 58 (8): 5218-5223      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5218
全文: [PDF 204 KB] 下载:(942)
摘要
以空间一维的复Ginzburg-Landau方程为模型,研究了利用系统变量随时间的变化率作为反馈控制信号控制偏微分方程系统中时空混沌的可能性.通过理论分析和数值模拟方法讨论了控制参数与可控性所满足的关系,解释了不同目标态时临界控制参数的尺寸效应.

TCP-RED离散反馈系统中的边界碰撞分岔及混沌控制
Border collision bifurcation and chaotic control of discrete feedback transmission control protocol-random early detection system

杨谈, 金跃辉, 程时端
物理学报. 2009, 58 (8): 5224-5237      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5224
全文: [PDF 851 KB] 下载:(1065)
摘要
结合范式方法对传输控制协议和随机早期检测(TCP-RED)离散反馈系统中出现的不同种类的边界碰撞分岔现象进行了分析.随着系统参数的变化, 系统将经历边界碰撞分岔并从周期稳态向混沌态跃变, 导致系统中瞬时队列的长度出现剧烈振荡, 严重影响系统性能. 根据不动点的线性稳定条件, 提出了一种混沌控制方法,通过对系统不动点邻域内的状态变量进行扰动, 将系统引导至不动点. 该方法能显著提高TCP-RED系统的性能和资源利用率. 仿真结果证明了该方法的有效性.

具有迟滞非线性的金属橡胶隔振器参数识别研究
Identification of parameters for metal rubber isolator with hysteretic nonlinearity characteristics

闫辉, 姜洪源, 刘文剑, Ulannov A. M.
物理学报. 2009, 58 (8): 5238-5243      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5238
全文: [PDF 224 KB] 下载:(1102)
摘要
金属橡胶隔振器具有非线性的动力学特性,对这种迟滞阻尼隔振器进行建模研究,建立了参数有物理意义的动力学模型.根据单自由度性能试验,进行了有关参数的试验识别方法研究,应用能量法及最小二乘法将非线性方程组转化为关于参数的线性方程组,从而对金属橡胶隔振器参数进行识别.识别结果与实验结果有较好的一致性,识别结果也说明了结构参数对隔振器性能的影响.

主干道交通流的路口效应
Intersection effects of arterial road for traffic flow

郑容森, 吕集尔, 朱留华, 陈时东, 庞寿全
物理学报. 2009, 58 (8): 5244-5250      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5244
全文: [PDF 304 KB] 下载:(1144)
摘要
基于Nagel-Schreckenberg交通流模型的演化规则,建立了路口等距分布的主干道交通流模型,在开放性边界及路口以同步红绿灯控制的条件下对交通流进行了数值模拟.分析结果发现:主干道的通行能力由路口的通行能力决定;低密度时,流量与路口数目无关,利用平均场方法,可算出平均速度随绿灯周期变化的极值位置;高密度时,流量与路口数目有关,通过调整交通灯周期,可使主干道处于最佳交通状态.

手机短信息传播过程和短信息寿命研究
Short message spreading in complex networks and longevity of short message

李明杰, 吴晔, 刘维清, 肖井华
物理学报. 2009, 58 (8): 5251-5258      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5251
全文: [PDF 241 KB] 下载:(1231)
摘要
比较了短信息在无标度网络、小世界网络和实际的短信息网络三种网络中的传播过程,寻找影响短信息传播的因素.研究发现,网络拓扑结构和手机用户的转发短信行为均会影响短信息传播过程.在无标度网络中短信息传播速率快于小世界网络和实际的短信息网络,而无标度网络的短信息寿命较小世界网络和实际的短信息网络短;网络中手机用户的转发短信息行为明显影响短信息的传播过程.同时还发现短信息寿命与网络直径有关.
唯象论的经典领域

高斯相关随机表面光散射散斑场相位奇异及其特性的理论研究
Phase singularities of speckle field produced by the scattering from Gaussian correlation random surfaces

刘曼, 程传福, 宋洪胜, 滕树云, 刘桂媛
物理学报. 2009, 58 (8): 5376-5384      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5376
全文: [PDF 441 KB] 下载:(938)
摘要
通过对二维高斯相关随机表面在远场平面上产生的散斑场及其相位的计算模拟, 发现在某一平面上除了实部零值线与虚部零值线有传统相交之外, 还有相切和重合的情况.切点和重合线也可以形成相位奇异, 并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇点周围相位的螺旋变化不同, 呈现出对称性和不连续性的特征. 随着光波的传播, 在不同的观察面上散斑场复振幅的实部零值线和虚部零值线的相对位置经历了由相切到重合再到相交的演变过程, 相位奇异现象也随之发生变化.

高质量数字全息波面重建系统研究
High quality digital holographic wave-front reconstruction system

李俊昌, 张亚萍, 许蔚
物理学报. 2009, 58 (8): 5385-5391      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5385
全文: [PDF 288 KB] 下载:(969)
摘要
基于阿贝成像理论对数字全息波面重建系统进行研究. 结果表明,利用成像系统对物光场进行变换,可以让物光场的高频角谱分量到达电荷耦合器件(CCD)探测器.为研究重建物光场质量,导出了CCD在光学系统后任意位置波面重建的计算公式,研究了物光通过傍轴光学系统到达CCD时波面重建系统的脉冲响应. 理论及实验研究表明,将CCD平面置于物光场像平面附近可以对物光场进行高质量重建.

一种改良的啁啾变换算法及其应用
An improved fast algorithm for chirp transforms and its applications

石鹏, 刘强, 曹国威, 李永平
物理学报. 2009, 58 (8): 5392-5398      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5392
全文: [PDF 331 KB] 下载:(1024)
摘要
快速啁啾算法引入两次快速傅里叶变换(FFT)及一个解析高斯核,计算复杂度低于卷积算法.通过对啁啾算法实现过程进行的改进,避免了该算法在实现过程中存在的一些问题,比如输出窗口小、信号丢失、计算复杂度稍大等缺点. 把算法用于简单的可求得解析解的系统并与之做比较. 对高斯函数,最大误差通常在10-15数量级,而对矩形函数,由于受FFT算法计算精度的影响,误差在10-3数量级,但这并不影响算法的性能. 最后把算法用于一种典型的标量衍射系统及分数傅里叶变换的计算,获得了很好的结果.

傅里叶变换光谱成像仪光谱传递函数研究
Spectral transfer function of the Fourier transform spectral imager

相里斌, 袁艳, 吕群波
物理学报. 2009, 58 (8): 5399-5405      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5399
全文: [PDF 372 KB] 下载:(2164)
摘要
根据光学传递函数理论,定义了光谱成像仪的光谱传递函数. 针对基于Michelson干涉仪的时间调制傅里叶变换(FT)光谱成像仪,基于Sagnac干涉仪、Fresnel干涉仪、Lloyd干涉仪的空间调制FT光谱成像仪,推导出相应的光谱调制传递函数和光谱相位传递函数解析表达式,并分析了其物理意义. 光谱传递函数为评价相应光谱成像仪在光谱域的性能提供了一种量化的判据. 与空间域的光学传递函数相结合,成为反映光谱成像仪综合性能的客观依据.

精确计算非旋波近似下二能级系统的能谱和动力学性质
Exact calculations of the energy spectra and the dynamical properties of a two-level system

任学藻, 姜道来, 丛红璐, 廖旭
物理学报. 2009, 58 (8): 5406-5411      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5406
全文: [PDF 225 KB] 下载:(855)
摘要
利用相干态正交化展开法,精确求解了非旋波近似下Jaynes-Cummings模型的能谱和动力学性质.与近似下解析解比较发现,在弱耦合和强耦合区近似解析解与数值精确解符合很好,但在中间耦合区符合较差.

五能级原子开放系统中的多波混频共存特性
Co-existence of multi-wave mixing in an opening five-level atomic system

沈磊剑, 杜贻刚, 李创社, 张彦鹏, 聂志强, 左翠翠, 甘琛利, 郑淮斌, 卢克清
物理学报. 2009, 58 (8): 5412-5422      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5412
全文: [PDF 461 KB] 下载:(800)
摘要
研究了受强缀饰场作用的五能级原子系统所产生的多波混频共存特性.研究发现,通过调节激光束方向,沿同一方向出射的八波混频、双缀饰四波混频和单缀饰六波混频信号因共用能级的原子相干产生而出现竞争现象,通过控制缀饰场减弱四波混频和六波混频信号强度,可以达到增强八波混频信号的目的.还对级联和并联两种不同缀饰方式下双缀饰四波混频过程的差别进行了详细分析.

封离式He-N2-CO2激光器横模特性的测量与分析
Measurement and analysis of the characteristics of transverse modes of a sealed-off He-N2-CO2 laser

王文鹏, 许周速, 徐军, 陈钢
物理学报. 2009, 58 (8): 5423-5428      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5423
全文: [PDF 233 KB] 下载:(1085)
摘要
利用激光光束分析仪,实时在线测量了一根He-N2-CO2封离式激光管的横模分布特性,得到了激光模式随放电电流的变化关系.实验表明该激光器在最佳工作电流时,容易形成低阶模运转,但很难获得基模运转,通过改善对称性以及加快冷却水流速可以获得基模运转.通过激光动力学过程分析了模式变化的形成原因,为大功率激光器模式控制与改善提供了一定的理论和实验借鉴.

飞秒激光在空气和水中对硅片烧蚀加工的实验研究
Femtosecond laser ablation of silicon wafers in air and water

王锐, 杨建军, 梁春永, 王洪水, 韩伟, 杨阳
物理学报. 2009, 58 (8): 5429-5435      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5429
全文: [PDF 461 KB] 下载:(1098)
摘要
采用1 kHz,800 nm,50 fs—24 ps的钛宝石激光脉冲对单晶硅样品在空气和水溶液环境中的烧蚀加工特性进行了研究.实验观察到了超短脉冲激光在空气氛围中烧蚀形成的双层环状结构,分析揭示了加工区域中心和边缘的烧蚀物理机制分别为热熔化和库仑爆炸,并测量了双层环状结构半径随入射激光能量、脉冲数及持续时间等的变化关系,结果表明获取较大深-宽比的加工效果需选择小能量脉冲激光的多次作用.在水溶液环境中,实验发现飞秒激光在样品表面诱导产生了亚微米量级的多孔状结构,而皮秒激光则更容易实现对硅表面的非热性去除.这是由于激光诱导的光机械应力和空泡效应随脉冲宽度变大而增强所致,在实验上确立了区分这两种不同加工状态的临界脉冲宽度.

基于自相似模型的二维X射线激光等离子体流体力学
Two-dimensional plasma hydrodynamic of X-ray laser based on self-similarity model

孟立民, 滕爱萍, 李英骏, 程涛, 张杰
物理学报. 2009, 58 (8): 5436-5442      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5436
全文: [PDF 304 KB] 下载:(773)
摘要
从自相似方法出发,建立了简化的二维X射线激光等离子体流体动力学模型. 利用该模型研究了平板靶X射线激光的二维流体力学行为. 研究表明,当激光作用结束后,经过一段时间的演化电子密度和温度沿线聚焦方向逐渐达到平衡,该结果对X射线激光的优化设计具有重要意义.

紧凑型LD端面抽运Nd:YAG内腔三倍频准连续355 nm紫外激光器
Compact LD end-pumped Nd:YAG intracavity frequency-tripled quasi-continuous 355 nm laser

刘欢, 巩马理
物理学报. 2009, 58 (8): 5443-5449      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5443
全文: [PDF 285 KB] 下载:(1232)
摘要
报道了一台LD端面抽运Nd:YAG晶体内腔三倍频355 nm激光高效率、高峰值功率准连续输出的全固态紫外激光器.激光腔采用紧凑型平平直腔,腔长仅106 mm.当注入抽运功率为5.73 W、重复频率为9 kHz时,获得163 mW的355 nm激光准连续输出,光光转换效率达到最高2.84%.当注入抽运功率为6.7 W重复频率为5 kHz时,获得最高174 mW的355 nm激光准连续输出,输出功率短期不稳定性为5%,光束质量因子M2为3.79.当注入抽运功率为5.73 W、重复频率为2 kHz时,获得112 mW的355 nm激光准连续输出,峰值功率最高达到9.15 kW.通过采用内腔倍频技术和设计合理的腔结构,实现了中小功率准连续输出的全固态紫外激光器的小型化、便携化,进一步拓宽了紫外激光器的应用领域.

级联型四能级原子相干介质中的光学双稳态和多稳态
Optical bistability and multistability in ladder-type four-level atomic coherence medium

陈爱喜, 陈德海, 王志平
物理学报. 2009, 58 (8): 5450-5454      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5450
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摘要
主要研究了在一单向环形腔内的级联型四能级原子被三个光场驱动的光学双稳态和多稳态行为. 三个单模光场通过三个光子跃迁路径与原子系统耦合. 在这种情况下,中间两能级间所加的耦合场ΩB变得非常重要. 研究显示耦合场ΩB的增加会使光学双稳态的阈值减小,同时也会导致光学多稳态的产生.对上面两能级间所加的耦合场的作用也进行了讨论,同时还讨论了探测场失谐和合作参数对光学双稳态及多稳态的影响.

超短脉冲激光在DBASVP分子中传播时的双光子面积演化和光限幅效应
Two-photon area evolution and optical limiting of ultrashort laser pulses in DBASVP molecule media

苗泉, 赵鹏, 孙玉萍, 刘纪彩, 王传奎
物理学报. 2009, 58 (8): 5455-5461      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5455
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摘要
以一维不对称π共轭分子体系(DBASVP分子)为介质,在双光子共振条件下,从双光子面积定理和严格数值求解Maxwell-Bloch方程两方面出发,分别研究超短脉冲激光在该有机分子介质中的传播过程,从而探讨双光子面积的演化规律,并分析双光子面积定理的适用性.提出了一种数值模拟分子介质光限幅特性的理论方法.分子的电子结构和电偶极矩是基于密度泛函理论利用从头计算方法得到的.研究结果表明,基于慢变幅和慢变相近似以及单模场条件下的双光子面积定理不能很好地描述超短脉冲的双光子面积在该分子介质中的演化规律.基于双光子吸收的分子光限幅特性与分子介质的厚度有关.

双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生
Supercontinuum generation based on fission of higher-order solitons in bi-refringent photonic crystal fibers

季玲玲, 陈伟, 曹迎春, 杨振宇, 陆培祥
物理学报. 2009, 58 (8): 5462-5466      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5462
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摘要
利用亚纳焦量级、脉冲宽度为100 fs的激光脉冲在双折射光子晶体光纤中获得了450—1050 nm 的超连续光谱,且超连续光谱具有明显的分立峰状结构.分析了光谱中分立峰状结构产生的物理机制,抽运光波长处于接近零色散波长的反常色散区,形成高阶光孤子,由于高阶非线性和高阶色散的影响,高阶孤子分裂成多个基孤子,使初始光谱上演化出红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分.理论模拟了飞秒激光脉冲在光纤中的色散特性和传输特性,较好地解释了实验结果.

基于布里渊区谱的二维光子晶格线性缺陷模式分析
Analysis of linear defect modes in two-dimensional photonic lattices by employing Brillouin zone spectroscopy

刘圣, 张鹏, 肖发俊, 甘雪涛, 赵建林
物理学报. 2009, 58 (8): 5467-5472      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5467
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摘要
结合均匀光子晶格的衍射关系和晶格中正负缺陷的布里渊区谱特性,探讨了光诱导二维光子晶格中线性缺陷模式的形成条件,对布里渊区中各点的缺陷模式进行了模拟分析,并得到了光子带隙结构中“嵌入点”X1点的正、负缺陷模式.结果表明:对于二维缺陷,只有当衍射关系曲面中沿两个正交的横向波矢方向同时为正常(反常)衍射的区域才能存在正(负)缺陷模式;而对于一维缺陷,只要在一个横向波矢方向上存在正常(反常)衍射的区域就可以支持正(负)缺陷模式,因此在某些特殊点处,正和负的缺陷模式可以同时存在.X1点正缺陷模式的存在预示着自聚焦非线性同样可以支持带内孤子.研究结果有助于对光子晶格中晶格孤子(特别是带内孤子)的理解和进一步研究.

多光束激光外差高精度测量玻璃厚度的方法
The method for multi-beam laser heterodyne high-precision measurement of the glass thickness

李彦超, 章亮, 杨彦玲, 高龙, 徐博, 王春晖
物理学报. 2009, 58 (8): 5473-5478      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5473
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摘要
利用基于激光外差测量技术和激光多普勒技术的非接触式多光束激光外差测量方法,得到了光电探测器输出电流的谐波表达式.讨论了该测量方法用于玻璃厚度超精密测量的可行性及理论依据,并利用Matlab软件对不同情况进行了仿真实验.结果表明:该方法在不同入射角时测量平板玻璃厚度最大的误差为0.3%,明显比其他测量方法精度高.

磁旋光增强效应与旋光增强器特性分析
Enhancement effect of magneto-optical rotation (MOR) and properties of MOR enhancement device

梁忠诚, 赵瑞, 包刚
物理学报. 2009, 58 (8): 5479-5483      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5479
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摘要
根据法拉第磁光效应的非互易性,分析了旋光反射腔的光强输出特性,表明这种反射腔具有旋光增强效应.在此基础上提出了用于检测微小旋转角的旋光增强法,并对旋光增强器的特性进行了理论分析和仿真计算.给出了测量灵敏度随器件反射率、样品吸收因素及一次旋光角变化的关系,讨论了角度测量工作点、测量范围以及相对灵敏度理论极限问题.旋光增强器有望应用于微流控系统的旋光检测以及实现磁旋光仪器的小型化和微型化.

计算二维声腔传递矩阵的正方形线声源模型
A square lines-source model for calculating transfer matrix of two-dimensional acoustic cavity

林力, 李云, 顾兆林, 刘兆杰, 程光旭
物理学报. 2009, 58 (8): 5484-5490      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5484
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摘要
在比较现有二维矩形声腔的声源计算模型特点的基础上,提出了一种新的正方形线声源计算模型,用于计算基于模态级数叠加法的压力响应函数.分析表明,此模型不仅可以克服点声源模型的奇异性,而且在合理选择模型的几何尺寸的前提下能得到比面源模型更为均匀的压力分布,提高了传递函数计算的准确率.数值试验考察了此模型的实际应用效果,表明新的线声源数学模型较圆形线声源更为简便,可以提高计算效率.

双基地混响平均强度理论及仿真预报
The theoretical and simulation prediction of bistatic reverberation average strength

惠娟, 王自娟, 惠俊英, 何文翔
物理学报. 2009, 58 (8): 5491-5500      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5491
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摘要
考察远程双基地界面混响,可以仅考察二维问题,其散射区域为一椭圆环带;对于近程双基地界面混响,必须讨论三维模型,其散射元分布在一椭球面上.对二维和三维双基地混响进行理论建模分析,该模型优点是无需使用无线电通信,借助GPS时钟即可同步工作,实现双基地声呐系统的测距及测向,便于双基地声呐系统的集成.推导出二维和三维模型的双基地声压混响理论预报公式.对三维矢量混响作仿真研究,并讨论矢量传感器组合指向性抗混响.

边界耦合的Marangoni对流边界层问题的近似解析解
The analytical approximate solution for Marangoni convection in a liquid layer with coupled boundary conditions

张艳, 郑连存, 张欣欣
物理学报. 2009, 58 (8): 5501-5506      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5501
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摘要
研究了由温度梯度引起的Marangoni对流边界层问题.由于动量方程和能量方程的边界条件耦合,利用相似变换将偏微分方程组转化为常微分方程非线性边界值问题.通过巧妙引入摄动小参数对速度和温度边界层方程同时渐近展开求解,得到了问题的近似解析解,并对相应的动量、能量传递特性进行了讨论.
流体、等离子体和放电

弱电离尘埃等离子体的介电张量研究
The research on the dielectric tensor of weakly ionized dust plasma

石雁祥, 吴健, 葛德彪
物理学报. 2009, 58 (8): 5507-5512      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5507
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摘要
忽略磁场作用,通过求解含BGK碰撞项的Boltzmann方程和尘埃粒子充电方程导出了弱电离尘埃等离子体介电张量的表达式.证明了“冷”尘埃等离子体的纵向介电张量系数与横向介电张量系数相等.完善了弱电离尘埃等离子体电磁特性的理论模型.

等离子体气动激励控制激波的机理研究
The mechanism investigation on shock wave controlled by plasma aerodynamic actuation

王健, 李应红, 程邦勤, 苏长兵, 宋慧敏, 吴云
物理学报. 2009, 58 (8): 5513-5519      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5513
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摘要
针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用.

圆柱形阳极层霍尔等离子体加速器的质点网格方法模拟
Particle-in-cell simulation of a cylindrical Hall anode layer plasma accelerator

耿少飞, 唐德礼, 赵杰, 邱孝明
物理学报. 2009, 58 (8): 5520-5525      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5520
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摘要
对圆柱形阳极层霍尔加速器内的放电等离子体运用二维质点网格方法(particle in cell)进行数值模拟,用蒙特卡罗碰撞方法处理带电粒子与中性粒子之间的碰撞. 得到了放电通道内离子与电子的分布以及离子流的运动,并且对出口外侧的能量分布进行了统计. 结果发现圆柱形阳极层等离子体加速器的磁场对电子有明显的约束作用,电子集中于阳极附近很小的区域内. 由于电磁场的特殊分布,离子流呈现出双峰式的分布. 离子能量范围从放电电压的20%到接近放电电压,平均能量在放电电压的40%—50%之间.

电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟
The particle-in-cell simulation and Monte Carlo collision simulation of the interaction between electrons and microwave in electron cyclotron resonance discharge

金晓林, 黄桃, 廖平, 杨中海
物理学报. 2009, 58 (8): 5526-5531      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5526
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摘要
对电子回旋共振(ECR)放电电离过程中的电子与微波互作用特性进行了理论分析与数值模拟.采用粒子模拟(PIC)方法描述带电粒子与微波的互作用,采用蒙特卡罗碰撞(MCC)方法描述粒子间碰撞过程及带电粒子与边界的相互作用.编写了准三维的PIC/MCC数值模拟程序,并对放电过程中电子能量与微波场随时间、空间的演化进行了数值诊断.

常压He气和N2气均匀介质阻挡放电的伏安特性
Current-voltage relationship for homogeneous dielectric barrier discharge in helium and nitrogen at atmospheric pressure

张燕, 顾彪, 王文春, 彭许文, 王德真
物理学报. 2009, 58 (8): 5532-5538      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5532
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摘要
对带有多电流峰的常压He气均匀介质阻挡放电与常压N2气均匀介质阻挡放电的伏安特性进行了实验分析. 分析结果表明:实验结果与模拟结果相符. 在带有多电流峰的常压He均匀介质阻挡放电中,辉光放电模式和汤森放电模式可以共存于一个多电流放电序列内. 此外,在放电电流增长阶段,可以根据常压均匀介质阻挡放电的伏安特性曲线的微分电导来判断均匀介质阻挡放电的放电模式. 在放电电流增长阶段,如果电流脉冲的伏安特性曲线呈现负微分电导,则电流脉冲为辉光放电模式;如果呈现正微分电导,则为汤森放电模式. 由此可以判断,常压N2气均匀介质阻挡放电为汤森放电模式.
原子和分子物理学

取代基对8-羟基喹啉金属配合物电子光谱和二阶非线性光学性质的影响
Effect of substituting groups on electronic spectra and second-order nonlinear optical properties of 8-hydroxyquinolinate metal complexes

蔡静, 曾薇, 李权, 骆开均, 赵可清
物理学报. 2009, 58 (8): 5259-5265      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5259
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摘要
在B3LYP/LANL2DZ/6-31G*水平上优化目标化合物分子的几何结构,并分别在TD- B3LYP/LANL2DZ/6-31++G**和B3LYP/LANL2DZ/6-31++G**水平计算目标化合物分子的电子吸收光谱和二阶非线性光学性质.计算结果表明,引入共轭给电子基使配合物分子的最大吸收波长红移,强共轭吸电子基的引入使配合物的最大吸收波长蓝移,取代基的引入使IrQ3型配合物的二阶非线性光学性质明显增大.对AgQ型配合物,电子跃迁属于配体内部的电荷转移(LLCT).对PtQ2和IrQ3型配合物,电子跃迁属于LLCT和部分金属向配体的电荷转移.取代基对AgQ,PtQ2,IrQ3型配合物分子的跃迁性质几乎无影响.

BiH(D,T)分子基态结构与势能函数
Structure and potential energy function of the ground state of BiH(D,T)

王庆美, 任廷琦, 朱吉亮
物理学报. 2009, 58 (8): 5266-5269      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5266
全文: [PDF 153 KB] 下载:(756)
摘要
采用量子力学从头计算方法,运用单双取代二次组态相互作用和单双(三)取代二次组态相互作用并结合LanL2DZ基组,计算优化了BiH(D,T)分子基态X3Σ的结构和离解能.并采用最小二乘法拟合改进的Murrell-Sorbie 函数得到了相应的势能函数.计算得到的光谱常数与实验光谱数据符合很好.

GaH(D,T)分子基态结构与势能函数
Structure and potential energy function of the ground state of GaH(D,T)

王庆美, 任廷琦, 朱吉亮
物理学报. 2009, 58 (8): 5270-5273      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5270
全文: [PDF 157 KB] 下载:(691)
摘要
采用量子力学从头计算方法,运用单双取代二次组态相互作用和单双(三)取代二次组态相互作用并考虑基组6-311++G(3df,3pd)计算优化了GaH(D,T)分子基态X1Σ+的结构和离解能.并采用最小二乘法拟合改进的Murrell-Sorbie函数得到了相应的势能函数.计算得到的光谱常数与实验光谱数据符合得很好.

等离子体屏蔽效应对类氢离子能级结构和辐射跃迁性质的影响
Influence of plasma effect on the energy levels and transition probabilities of hydrogen-like ions

李博文, 蒋军, 董晨钟, 王建国, 丁晓彬
物理学报. 2009, 58 (8): 5274-5279      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5274
全文: [PDF 255 KB] 下载:(911)
摘要
在Debye-Hückel屏蔽近似下,基于相对论Dirac-Fock方法,发展了包括等离子体屏蔽效应的自洽场计算程序.使用该程序研究了等离子体屏蔽效应对类氢离子能级结构和辐射跃迁性质的影响.结果表明,当原子处于等离子体环境中,所有束缚态能级向连续态移动, 移动量随着屏蔽长度的减小而增大.振子强度随屏蔽长度的变化也表现出了相同的规律.进一步分析了相对论效应和等离子体屏蔽效应的耦合,发现对于中Z元素,相对论效应和等离子体屏蔽效应存在较强的耦合.讨论了等离子体屏蔽效应对原子精细结构能级的影响.计算发现,由于等离子体屏蔽效应,原子的能级次序发生了变化,κ简并被消除.

SiF2基态分子的结构与势能函数
Structure and analytic potential energy function for the ground state of SiF2 molecule

赵俊, 程新路, 杨向东, 朱正和
物理学报. 2009, 58 (8): 5280-5284      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5280
全文: [PDF 199 KB] 下载:(864)
摘要
运用Gaussian03软件包,采用密度泛函理论中的B3P86 方法,结合6-311++G**(3df,3pd) 基组对基态SiF2分子的平衡电子结构和谐振频率进行了优化计算,得到了其稳定结构为C2v构型.SiF2基态电子态为X1A1,平衡核间距RSi—F=0.1061 nm,键角αF—Si—F=100.6762°,离解能De=13.8 eV.应用多体项展式理论推导了基态SiF2分子的解析势能函数,其等值势能图准确地再现了SiF2分子的平衡构型特征和能量变化.

类氦离子高双激发态电子关联效应的研究
Electron correlation effects of the highly-doubly-excited resonances for He-like ions

朱婧晶, 苟秉聪
物理学报. 2009, 58 (8): 5285-5290      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5285
全文: [PDF 288 KB] 下载:(918)
摘要
采用超球坐标方法研究了类氦O6+高双激发态的电子关联效应、能级结构、辐射跃迁率和Auger跃迁率,并采用新的量子数集KTA标识这些双激发态的Rydberg系列.研究表明,在超球方法的框架下,能级结构、辐射跃迁率和Auger跃迁率均显示出规律性的变化.

理论预测晶体表面吸附二维原子岛的形状
Theoretical prediction of the shape of two-dimensional adatom islands on crystal surface

殷聪, 谢逸群, 巩秀芳, 庄军, 宁西京
物理学报. 2009, 58 (8): 5291-5296      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5291
全文: [PDF 427 KB] 下载:(796)
摘要
提出了凝结势概念用以建立一种预测晶体表面吸附二维原子岛几何结构的理论方法.基于半经验相互作用势(SEAM势和OJ势)的计算表明,同相外延生长的二维原子岛在Cu和Ag的(111)面呈现正六边形结构, 而在Pt(111)面呈现截角三角形状;Cu和Ag的(100)面二维岛则形成正方形.这些理论预测均与实验观测结果一致.由于凝结势的计算不受原子数量的限制,该模型可普遍应用于预测各种表面二维原子岛形状.

Ne原子的1s光电离及其Auger衰变过程的理论研究
Theoretical study on Ne 1s photoionization and corresponding Auger decay processes

王向丽, 董晨钟, 桑萃萃
物理学报. 2009, 58 (8): 5297-5303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5297
全文: [PDF 264 KB] 下载:(877)
摘要
利用基于多组态Dirac-Fock理论方法的研究原子结构和性质的程序GRASP92和RATIP以及最新发展的研究光电离和辐射复合过程的程序RERR06,研究了光子能量为947.9 eV时Ne原子的1s光电子谱及其相应的Auger衰变过程.所得结果与其他的理论结果和实验结果符合得很好.通过分析光电离伴随态Ne+1s-12p-11,3)3p的Auger衰变过程可知:3p旁观的Auger跃迁是主要的衰变机制,Ne+1s-12p-11)3p的Auger强度整体上大于Ne+1s-12p-13)3p的Auger强度.同时,也预言了光电离伴随态Ne+1s-12p-11,3)3p产生的Ne+,Ne2+和Ne3+末电离态离子的相对丰度分别为0.02,0.58和0.41.

新型多共轭链有机分子双光子吸收特性的理论研究
Theoretical study on two-photon absorption properties of novel multi-branched compounds

孙元红, 王传奎
物理学报. 2009, 58 (8): 5304-5310      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5304
全文: [PDF 229 KB] 下载:(860)
摘要
在密度泛函理论水平上,利用解析响应函数方法研究了以(4-{2-[4-(2-吡啶-4-乙烯基)-苯基]-乙烯基}-苯基)-胺为基本结构单元的单支、双支和三支共轭链有机分子的单光子和双光子吸收特性.计算结果表明,这三种有机分子都具有较大的线性和非线性吸收强度.在紫外-可见光区域,它们的单光子吸收谱都存在两个峰,这与实验结果符合较好.在近红外区域,多共轭链有机分子呈现出宽达300 nm的宽带双光子吸收,单支、双支和三支分子的最大双光子吸收截面比约为1.0∶2.3∶4.0,其中三支分子具有最大的双光子吸收截面101.73×10-48 cm4·s.从理论上进一步证实,增加分子的共轭链可有效提高分子的双光子吸收特性.同时还给出了电荷转移态的电荷迁移过程.

原子-二聚物分子转化系统在受激拉曼绝热过程中的绝热保真度
Adiabatic fidelity for atom-dimer conversion system in stimulated Raman adiabatic passage

孟少英, 吴炜
物理学报. 2009, 58 (8): 5311-5317      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5311
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摘要
从原子-二聚物分子转化系统的非U(1)对称性出发,将保真度的定义推广到了非线性系统.并利用绝热保真度定量地研究了原子-二聚物分子转化系统在受激拉曼绝热过程中的动力学和绝热性.研究发现,这个系统的相干布居俘获态——暗态的绝热保真度作为绝热参量的函数以幂律关系趋于1.这个函数关系与线性系统的绝热参量和绝热保真度的幂律关系非常相似,但该系统的幂指数要远小于线性系统的幂指数.此外,还进一步讨论了如何通过优化受激拉曼绝热过程的外部参量得到更高的绝热保真度,从而优化系统的绝热性,提高原子-分子转化效率.

基于Bohr-Sommerfeld量子理论的X射线光谱分析
Spectrum analysis of X-ray based on Bohr-Sommerfeld quantum theory

余志强, 谢泉, 肖清泉, 赵珂杰
物理学报. 2009, 58 (8): 5318-5322      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5318
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摘要
基于Bohr-Sommerfeld量子理论,研究了特征X射线的产生机理,导出了一个按原子序数来计算特征X射线波长的公式.同时对计算推导的波长值做了系统的误差分析,得到了相对误差的规律.结果表明,计算推导的波长值与实验得到的波长值非常接近,并且在实际应用中该公式也更为简便.

用耦合簇方法及相关一致基研究PH2(X2B1)自由基的解析势能函数
Analytic potential energy function of PH2(X2 B1) radical using coupled-cluster method in combination with the correlation-consistent basis sets

张东玲, 汤清彬, 张金平, 施德恒, 余本海
物理学报. 2009, 58 (8): 5323-5328      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5323
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摘要
利用耦合簇方法和Dunning等提出的系列相关一致基对PH2自由基的基态结构进行优化, 并使用优选出的cc-pV5Z基组对其进行频率计算. 结果表明,平衡核间距RP—H=0.14185 nm, 键角αHPH=91.8624°, 离解能De(HP—H)=3.483 eV, 对称伸缩振动频率ν1a1)=2399.9781 cm-1, 弯曲振动频率ν2a1)=1128.4213 cm-1,反对称伸缩振动频率ν3b2)=2407.8374 cm-1. 在此基础上采用多体项展式理论导出了PH2自由基的解析势能函数, 其等值势能图准确再现了PH2自由基分子的平衡结构特征和动力学特征.

用耦合簇理论及相关一致五重基研究SiH2(X1A1)自由基的解析势能函数
Analytic potential energy function of the SiH2(C2v, X1A1) radical using CCSD(T) theory in combination with quintuple correlation-consistent basis set

施德恒, 张金平, 孙金锋, 刘玉芳, 朱遵略
物理学报. 2009, 58 (8): 5329-5334      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5329
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摘要
运用单双迭代三重激发耦合簇理论和相关一致五重基对SiH2的基态结构进行了优化, 并在优化结构的基础上进行了离解能和振动频率的计算. 结果表明: SiH2的基态为C2v结构, 平衡核间距RSi—H= 0.15163 nm, H—Si—H键的键角α=92.363°, 离解能De(HSi—H)=3.2735 eV, 频率ν1a1)=1020.0095 cm-1, ν2a1)=2074.8742 cm-1, ν3a1)=2076.4762 cm-1. 这些结果与实验值均较为相符. 对H2的基态使用优选出的cc-pV6Z基组、对SiH的基态使用优选出的aug-cc-pV5Z基组进行几何构型与谐振频率的计算并进行单点能扫描, 且将扫描结果拟合成了解析的Murrell-Sorbie函数. 与实验结果及其他理论计算结果的比较表明, 本文关于SiH自由基光谱常数(De,Re, ωe, Be, αeωeχe)的计算结果达到了很高的精度. 采用多体项展式理论导出了SiH2C2v, X1A1)自由基的解析势能函数, 其等值势能图准确再现了它的离解能和平衡结构特征. 同时还给出了SiH2(C2v, X1A1)自由基对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点, 对应于SiH+H→SiH2反应, 势垒高度为0.5084 eV.

He-BH碰撞体系微分截面的理论计算
Theoretical calculation of the differential cross section for He-BH collision system

汪荣凯, 沈光先, 杨向东
物理学报. 2009, 58 (8): 5335-5341      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5335
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摘要
用公认精确的密耦近似方法计算了入射能量从25至150 meV时,He原子与基态BH分子碰撞的弹性微分截面、非弹性微分截面和总微分截面,进一步讨论了微分截面的变化趋势及特征.计算结果表明:He-BH碰撞体系的总微分截面具有原子与双原子分子散射的一般规律和特征;随着入射能量的增加,低转动激发态-态微分截面在大角区的散射振荡现象会更加明显.

强扰动能区非全裸Cq+,Oq+(q=1—4)与He原子碰撞过程中截面比的实验研究 Hot!
An experimental investigation of the cross-section ratios in the collisions of partially stripped Cq+,Oq+(q=1—4)on helium atom at the strong-interaction region

周春林, 邵剑雄, 陈熙萌, 高志民, 王俊, 孙光智, 席发元, 陈益峰, 陈林, 丁宝卫, 王兴安, 娄凤君, 徐俊奎, 邱玺玉, 王幡, 吕瑛
物理学报. 2009, 58 (8): 5342-5349      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5342
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摘要
利用兰州大学2×1.7 MV串列加速器离子-原子碰撞实验终端上产生的单核子能量为20—500 keV的Cq+和Oq+q=1—4)离子与He原子碰撞.采用符合测量方法和多参数数据获取系统得到了散射离子与反冲离子电荷态的二维谱,从而分别得到直接电离、入射离子俘获电子和入射离子损失电子截面与总截面的截面比RdirectRcaptureRloss,并对强扰动能区的各个反应道之间竞争关系及同一反应道在不同碰撞体系中所表现出的实验规律进行了比较和定性分析.

对理想条件下Rn及其子体垂直运移实验数据的再分析
Re-analysis of the experiment data of vertical migration of radon and its daughters under ideal condition

洪锦泉, 乐仁昌, 何志杰, 叶全意, 陈健俤, 周宝庸
物理学报. 2009, 58 (8): 5350-5354      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5350
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摘要
当1个Rn与8个以上的He原子结合成团簇后,该团簇可以克服重力向上运移;当与1个Rn结合的He原子少于8个时,该团簇将向下运移.因此向上运移的RnHe团簇的平均原子数要明显大于向下运移的RnHe团簇的平均原子数.对Rn及其子体的长距离运移实验数据进行分析表明:在不考虑扩散的情况下,平均每个Rn需要与7.5个He原子结合,则铀矿石源所能提供的He原子数量可能不够;如果考虑扩散的情况,平均每个Rn只需与4.26—5.57个He原子结合,则铀矿石源可以提供足够数量的He.这一推导结果说明,在采用团簇运移机制解释Rn及其子体垂直运移实验结果时,不能忽略扩散运移的存在.

Bn(n=2—15)团簇的几何结构和电子性质
Geometry and electronic properties of Bn(n=2—15) clusters

刘立仁, 雷雪玲, 陈杭, 祝恒江
物理学报. 2009, 58 (8): 5355-5361      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5355
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摘要
应用密度泛函理论中的B3LYP方法计算并分析了不同生长模式下Bnn=2—15)团簇的几何结构及电子性质. 同时,比较和讨论了不同生长模式下硼团簇的原子束缚能、能级间隙和第一电离势. 研究表明:直线构型稳定性最低,金属性较强,尤其在n=8时能隙仅有0.061 eV,说明该团簇已具有金属特征. 平面或准平面构型稳定性最高,非金属性强. 立体构型的稳定性与金属性介于直线和平面构型之间. 另外,还讨论了基态团簇的束缚能、能量二阶差分、能级间隙和第一电离势随团簇尺寸的变化,结果表明B12与B14是幻数团簇.

Si(001)表面硅氧团簇原子与电子结构的第一性原理研究
First-principles study of atomic and electronic structures of the silicon oxide clusters on Si(001) surfaces

杨冲, 杨春
物理学报. 2009, 58 (8): 5362-5369      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5362
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摘要
在周期性边界条件下的k空间中,采用基于密度泛函理论的第一性原理广义梯度近似方法,对建立的规则对称型结构(A)、周期性非对称型结构(B)、周期性非对称型结构(C)、不规则型结构(D)四种可能的Si(001)表面硅氧团簇的结构模型进行了优化计算.结果表明优化后的表面结构呈无定形状,并且优化后的B,C,D三种模型的表面结构具有类似SiO2的四面体结构的几何特征.此外,通过电子局域函数图以及Mulliken布居分析发现硅氧团簇中的Si—O键既有明显的离子键成分,也有一定的共价键成分.

笼状Au20内掺M13(M=Fe,Ti)团簇磁性的密度泛函计算研究
The magnetism of M13-doped cagelike structure of gold clusters (M = Fe, Ti):density functional calculations

陈宣, 彭霞, 邓开明, 肖传云, 胡凤兰, 谭伟石
物理学报. 2009, 58 (8): 5370-5375      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5370
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摘要
采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法,对M13M=Fe,Ti)以及M13内掺Au20团簇的几何结构和磁性进行了计算研究.结果表明:M13M13内掺Au20团簇的几何结构在0.006—0.05 nm误差范围内保持着Ih对称性.Fe13团簇最低能态的总磁矩为44 μB,内掺到Au20笼中后形成的Fe13内掺Au20团簇的最低能态总磁矩为38 μB,且Au原子与内掺Fe13团簇之间存在着弱铁磁相互作用.Ti13团簇在总磁矩为6 μB时能量最低,掺入Au20笼后形成的Ti13内掺Au20团簇最低能态总磁矩是4 μB,内表面12个Ti原子与表面Au壳之间是弱铁磁相互作用,而与中心Ti原子之间是弱反铁磁相互作用.由于Au20笼状外壳的影响,Fe13内掺Au20和Ti13内掺Au20团簇中Fe13和Ti13的磁矩比无金壳的Fe13和Ti13团簇的磁矩分别减少了6.81 μB和2.88 μB.
凝聚物质:结构、热学和力学性质

超快电子衍射系统的时间空间分辨能力研究及其优化
Development and optimization on spatiotemporal resolution of ultrafast electron diffraction

梁文锡, 朱鹏飞, 王瑄, 聂守华, 张忠超, 曹建明, 盛政明, 张杰
物理学报. 2009, 58 (8): 5539-5545      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5539
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摘要

超快电子衍射技术是研究物质瞬态结构变化及超快结构动力学的有效手段.研制了国内第一套同时具有超快时间分辨及超高空间分辨能力的超快电子衍射系统,并研究了在该超快电子衍射系统上实现超快时间分辨及超高空间分辨能力的技术手段及其优化方法.实验结果表明:经过优化后该系统可以具有优于500 fs的时间分辨能力,其空间分辨能力达到0.04%的衍射峰位置变化,对应的晶面变化为0.0005?.该系统可以为实时测量超快光脉冲激发的物质瞬态结构变化,特别是为研究晶体材料的超快动力学行为提供了强有力的实验工具.

用超快电子衍射技术研究Al薄膜的超快动力学行为
Ultrafast dynamics of thin-film aluminum observed by ultrafast electron diffraction

梁文锡, 朱鹏飞, 王瑄, 聂守华, 张忠超, 曹建明, 盛政明, 张杰
物理学报. 2009, 58 (8): 5546-5551      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5546
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摘要

超快电子衍射(UED)技术因其同时具有亚皮秒的时间分辨和亚毫埃的空间分辨能力,成为研究物质瞬态结构变化,特别是研究晶格材料超快动力学的有力工具.应用国内首台自行研制的UED系统,我们实时测量了超快激光脉冲激发下,20 nm金属Al多晶薄膜产生的相干声子和晶格热运动.实验结果显示,在晶格热运动加剧的同时,热应力的作用使晶格产生了相干振荡,并最终膨胀达到新的平衡位置.实验中测得的振荡周期以及晶格上升的温度与理论计算的结果符合较好,展示了UED技术在超快晶格动力学研究方面的广阔应用前景

金属-有机骨架材料二聚铜-苯-1,3,5-三羧酸酯中烷烃扩散机理的分子模拟研究
A molecular simulation of diffusion mechanism of n-alkanes in copper(Ⅱ) benzene-1,3,5-tricarboxylate metal-organic framework

王冬一, 薛春瑜, 仲崇立
物理学报. 2009, 58 (8): 5552-5559      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5552
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摘要
采用分子动力学方法研究了直链烷烃C1—C4在二聚铜-苯-1,3,5-三羧酸酯(Cu-BTC)中的扩散机理.首先计算了4种烷烃的自扩散系数,并进一步通过质心分布图与分子轨迹图详细讨论了主、次孔道中各种类型的扩散路径.研究结果表明,不同烷烃在Cu-BTC中表现出的不同或近似的宏观扩散速率,是由微观上受到不同的扩散路径阻力并偏好不同的扩散路径所造成的.这些信息可提高人们对该类材料的认识,并为材料的实际应用以及新材料设计提供理论指导.

向列相液晶nCB(4-n-alkyl-4′-cyanobiphenyls, n=5—8)的旋转黏度及其奇偶效应的分子动力学模拟
Molecular dynamics simulation of the rotational viscosity and its odd-even effect of nematic liquid crystals nCB(4-n-alkyl-4′-cyanobiphenyls, n=5—8)

张然, 何军, 彭增辉, 宣丽
物理学报. 2009, 58 (8): 5560-5566      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5560
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摘要
在全原子力场模型的基础上,对向列液晶nCB(4-n-alkyl-4′-cyanobiphenyls, n=5—8)进行了等压等温NPT系综下的分子动力学(MD)模拟.对MD的轨迹分析得到了二阶和四阶序参数以及描述液晶分子翻转运动的取向时间相关函数(TCF),并通过一个近似的单指函数对TCF拟合得到了相关时间.在此基础上,计算了nCB(n=5—8)的旋转扩散系数(Rotational diffusion coefficient, RDC).利用基于统计力学模型的Nemtsov-Zakharov方法和Fialkowski方法,分别计算了它们的旋转黏度系数(rotational viscosity coefficient, RVC),进而分别讨论了RVC,RDC和相关时间的奇偶效应.与文献中的实验结果比较表明,该方法得到了合理的计算结果和一致的奇偶效应.

3 T强磁场对真空蒸发Zn薄膜晶体结构的影响
Influence of 3 T magnetic field on the crystal structure of Zn films prepared by vapor deposition

任树洋, 任忠鸣, 任维丽, 操光辉
物理学报. 2009, 58 (8): 5567-5571      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5567
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摘要
在3 T强磁场下采用真空蒸发沉积在玻璃基片上制备了三种厚度分别为1,2,3 μm的Zn薄膜,并和无磁场下制备的薄膜进行了对比研究.对施加磁场和无磁场环境下制备的试样分别进行了X射线衍射研究.研究表明,3 T磁场下制备的Zn薄膜都是沿(002)面取向,而0 T磁场下制备的薄膜随着厚度的增加c轴取向逐渐减弱. 3 T磁场的取向作用可以维持Zn晶粒沿着c轴取向.利用扫描电子显微镜对薄膜表面形貌的研究发现,施加磁场制备的Zn薄膜表面晶粒要比无磁场条件下制备的薄膜有明显的细化.对磁场下Zn原子团形成进行了热力学分析,推导了磁场作用下的临界形核半径r*M和临界形核自由能ΔG*M.初步分析表明,r*M和ΔG*M减小从而增加临界形核浓度是Zn晶粒细化的原因.

不同发射极面积npn晶体管高低剂量率辐射损伤特性
Characteristics of high- and low-dose-rate damage for domestic npn transistors of various emitter areas

郑玉展, 陆妩, 任迪远, 王义元, 郭旗, 余学锋, 何承发
物理学报. 2009, 58 (8): 5572-5577      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5572
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摘要
影响npn晶体管辐射损伤的因素有很多,如晶体管工艺、剂量率以及辐照偏置等.主要研究了三种发射极面积的国产npn晶体管在高低剂量率下的辐射损伤特性,分析了发射极尺寸对辐射损伤的影响.研究结果表明,国产npn晶体管具有低剂量率损伤增强效应,且发现当小电流注入下晶体管的辐射损伤会表现得愈加显著.比较三种发射极尺寸的晶体管辐照响应发现,发射极周长面积比P/A越大时晶体管归一化过剩基极电流ΔIB/IB0也越大.详细阐述了npn晶体管辐射损伤机制,从发射极尺寸和晶体管工作电压角度对npn晶体管的加固保证方法进行了探索.

高电荷态离子126Xeq+引起GaN表面形貌变化研究
Surface morphology of GaN bombarded by highly charged 126Xeq+ ions

张丽卿, 张崇宏, 杨义涛, 姚存峰, 孙友梅, 李炳生, 赵志明, 宋书建
物理学报. 2009, 58 (8): 5578-5584      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5578
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摘要
用不同电荷态的126Xeq+离子(9≤q≤30)在室温下轰击GaN晶体表面,经原子力显微镜分析表明,当q>18,辐照区域由隆起转为显著的刻蚀.被轰击后的GaN晶体表面形貌主要取决于入射离子的电荷态.同时,样品表面形貌还与入射离子的剂量和入射角有关;在实验参数范围,与入射离子的初动能没有明显关系(180 keV≤Ek≤600 keV).当入射离子的电荷态q=18,与样品表面法线成60°角倾斜入射和垂直表面入射时,样品的表面几乎没有变化,只是倾斜入射后有很微小的隆起;当q<18时,样品表面膨胀隆起,粗糙度增强,倾斜入射时表面隆起比垂直入射时更明显,而且都有清晰的峰状分界区;当q>18时,样品表面被蚀刻呈凹陷状,有明显的齿状刻痕,且侵蚀深度与离子剂量近似呈线性关系,倾斜入射时的刻蚀深度大于垂直入射时的刻蚀深度.

埋置量子点应力分布的有限元分析
Finite element analysis on stress distribution in buried quantum dots

周旺民, 蔡承宇, 王崇愚, 尹姝媛
物理学报. 2009, 58 (8): 5585-5590      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5585
全文: [PDF 204 KB] 下载:(815)
摘要
通过衬底材料和外延材料的交替生长方式制备出多层排列的自组装量子点超晶格结构.这些埋置量子点的应力/应变场影响着它们的光电性能、压电性能以及力学稳定性.基于各向异性弹性理论的有限元方法,研究了埋置金字塔形应变自组织Ge/Si半导体量子点的应力/应变分布以及流体静应变和双轴应变分布,并与非埋置量子点的应力/应变分布做了比较,指出了它们之间的异同以及覆盖层对量子点应力/应变分布的影响.

红外测温法研究Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier效应
The Portevin-Le Chatelier effect in Al-Mg alloy investigated by infrared pyrometry

曹鹏涛, 张青川, 肖锐, 熊少敏
物理学报. 2009, 58 (8): 5591-5597      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5591
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摘要
试件塑性变形过程伴随着机械能向热能的转化.利用红外测温法,通过分析红外热像仪采集的温度场图像,系统研究了Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier (PLC)效应.在不同应变率下,实验得到了三类锯齿形应力-应变曲线,分析了相应情况下试件温度变化曲线的异同及其原因,探讨了三种类型PLC变形带的空间传播特性.研究发现,试件表面的温升随着应变率的增加而增加;PLC带的倾角转向发生在试件的两端或者带外的温度最高处.

AlAs相变及热动力学性质的第一性原理研究
First-principles studies of the phase transition and thermodynamic properties of AlAs

王海燕, 崔红保, 历长云, 李旭升, 王狂飞
物理学报. 2009, 58 (8): 5598-5603      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5598
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摘要
利用基于密度泛函理论的全势能线性糕模轨函法研究了闪锌矿(B3),NiAs(B8)和岩盐(B1)结构的AlAs的相变、结构性质以及热动力学性质.对B3-B8和B3-B1结构的能量体积曲线做公切线,得到了B3→B8相变压力为5.44 GPa,并预测到B3→B1相变压力为6.46 GPa.同时计算了高压下B8相的结构性质,结果显示当V/V0≈0.7—1.05时,c/a基本保持恒定(仅有约 0.2%的波动);当V/V0≈0.4—0.7,c/a随着V/V0的减小而近似线性地增大.通过状态方程拟合,得到了AlAs的相对体积V/V0与压强P的函数关系,B8相的状态方程与实验结果符合很好.最后利用准谐德拜模型得到了AlAs的体弹模量B随压力P的变化关系以及不同压强下热容CV与温度T的关系.

高压作用下相分离液体玻璃转变的分子动力学研究
Molecular dynamics investigation of the glass transition at high-pressure in the phase separation liquid

李美丽, 付兴烨, 孙宏宁, 赵洪安, 李丛, 段永平, 闫元, 孙民华
物理学报. 2009, 58 (8): 5604-5609      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5604
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摘要
采用分子动力学模拟方法,研究了二元混合液体在不同外压作用下的相分离与玻璃转变过程,计算了相分离液体在玻璃转变过程中的结构和动力学特征.研究发现,外压会促进相分离的产生,并提高玻璃转变温度,会使β弛豫出现的温度更高、存在的时间更长,导致系统扩散性降低.同时还发现,相分离液体的玻璃转变过程存在微观不均匀现象.

一维应变加载下单晶铁结构转变的微观研究
Microscopic studies of structural transition in iron under one-dimensional strain

邵建立, 何安民, 秦承森, 王裴
物理学报. 2009, 58 (8): 5610-5617      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5610
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摘要
采用嵌入原子势和分子动力学方法,模拟了单晶铁在一维应变条件下由体心立方(bcc)转变为六角密排(hcp)结构的微观过程. 当应变加载至相变临界值时,hcp相开始均匀形核并沿{011}晶面长大为薄片状体系.弹性常数C31C32在相变前被逐渐硬化,C33则在相变前出现软化行为;当体系完全相变后,上述各弹性常数显示开始随体积压缩而迅速硬化,温度效应对晶格具有软化作用,可削弱C33的硬化和软化过程;样品在压缩过程可出现孪晶结构,孪晶结构使晶格发生剪切变形.混合相中,hcp相势能比bcc相高,最大剪应力方向与bcc相反向;系统的偏应力与hcp相质量分数近似呈线性关系.

有限元法分析不同形状量子点的应变能及弛豫度变化
Analysis of strain energy and relaxation degree in different-shaped quantum dots using finite element method

王天琪, 俞重远, 刘玉敏, 芦鹏飞
物理学报. 2009, 58 (8): 5618-5623      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5618
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摘要
利用有限元方法研究了不同形状量子点的应变能量分布和弛豫度随着高宽比变化的规律.分析了量子点间距和量子点形状对量子点应变弛豫的影响,定量地讨论了量子点的弛豫度与量子点形状之间的关系.计算结果表明,在不考虑表面能的情况下,当量子点高宽比增加时,弛豫度上升,并且发现平顶金字塔形量子点最先达到稳定;岛间距增大时,量子点内应变能下降,其中立方体形量子点应变能下降最快.研究表明,量子点的弛豫度可以成为控制量子点成岛形状的重要依据.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究
First-principles study of the optical properties of ZnO doped with Al, Ni

关丽, 李强, 赵庆勋, 郭建新, 周阳, 金利涛, 耿波, 刘保亭
物理学报. 2009, 58 (8): 5624-5631      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5624
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摘要
利用第一性原理方法研究了纯ZnO以及掺杂Al,Ni和(Al,Ni)共掺的ZnO材料,对掺杂前后晶体的几何结构、能带结构和电子态密度,特别是光学性质进行了比较分析. 计算结果表明,纯ZnO与Al-ZnO,Ni-ZnO和(Al,Ni)-ZnO的介电函数虚部在低能区有明显的差异,但在高能区则较为相似. 在光学性质上,Al-ZnO较之Ni-ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都非常低,反映其在可见光区有高透过率. 而两原子共掺后的(Al,Ni)-ZnO,其光学性质较之单原子掺杂的情况有非常显著的变化.

β型烧绿石结构氧化物超导体AOs2O6(A=K,Rb,Cs)电子能带结构的第一性原理计算
First-principles calculations on the electronic band structure of β-Pyrochlore superconductors AOs2O6 (A=K,Rb,Cs)

王玮, 孙家法, 刘楣, 刘甦
物理学报. 2009, 58 (8): 5632-5639      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5632
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摘要
用全势线性缀加平面波方法计算β型烧绿石结构氧化物超导体AOs2O6A=K,Rb,Cs)的电子能带结构及态密度.计算发现电子自旋轨道耦合和在位库仑势U的作用增大了费米面处态密度值.通过计算还得到这三种化合物电子关联常数λc分别为1.55,1.12和0.73.由实验测量与能带计算得到的电子比热容系数的比值得到电子质量提高参数.通过分析这三种化合物电子质量提高参数,推算出它们的电声子耦合常数λep分别为1.56,0.78和1.08.由此提出KOs2O6为强电子关联和强电声子耦合系统,而RbOs2O6和CsOs2O6的电子关联性与电声子耦合为中等.

扶手椅型石墨纳米带的双空位缺陷效应研究
The divacancy-defect effect of armchair graphene nanoribbons

欧阳方平, 王晓军, 张华, 肖金, 陈灵娜, 徐慧
物理学报. 2009, 58 (8): 5640-5644      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5640
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摘要
采用基于密度泛函理论的第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了扶手椅型石墨纳米带(具有锯齿边缘)的双空位缺陷效应.研究发现:双空位缺陷的存在并没有改变石墨纳米带的金属特性,但改变了费米面附近的能带结构.同时,双空位缺陷的取向对石墨纳米带的输运性质有很重要的影响.对于奇数宽度的纳米带,斜向双空位缺陷使得石墨带导电性能减弱,而垂直双空位能基本保留原有的线性伏安特性,导电性能降低较少;对于偶数宽度的纳米带,斜向双空位缺陷会使石墨带导电性能明显增强,而垂直双空位缺陷则具有完整石墨带的输运性质.

过渡金属Tc及其氮化物TcN,TcN2,TcN3与TcN4低压缩性的第一性原理计算研究
First-principles study of low-compressibility of transition-metal Tc and its nitrides TcN,TcN2,TcN3 and TcN4

许红斌, 王渊旭
物理学报. 2009, 58 (8): 5645-5652      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5645
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摘要
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Tc及其氮化物的弹性性质、电子结构、原子布局数等,并分析和计算了它的氮化物的理论硬度. 结果表明随着Tc中氮的掺入量的渐增,出现层状结构,它们的弹性模量并非单调增加,其中TcN的体弹模量最大而剪切模量最小;层状结构的TcN3的剪切模量最大而体弹模量最小,TcN4的理论计算硬度最大. 说明在Tc的氮化物中,其体弹模量与材料的晶体结构、平均每个原子上的电荷密度和材料的质量密度有关;化学键的共价性结构和氮元素的含量对理论计算硬度有正作用;而剪切模量的极大值则与其层状结构及体系中一定量的方向基本一致的N—N键相关.

多铁材料BaCoF4电子结构的第一性原理研究
First-principles investigation of the electronic properties of multiferroic BaCoF4

孙源, 明星, 孟醒, 孙正昊, 向鹏, 兰民, 陈岗
物理学报. 2009, 58 (8): 5653-5660      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5653
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摘要
采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BaCoF4的铁电反铁磁相和可能的顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.研究表明,反铁磁态很可能有利于低温下的铁电稳定性,F的强负电性使得体系内原子间主要是离子键相互作用.Co离子与在bc面上的F(2),F(3)离子间完全是离子键作用,而与F(4)间有较弱的共价作用,与F(1)间作用介于两者之间.铁电畸变主要来源于Ba离子与F(1), F(2), F(3)离子沿着c轴方向的相对位移,F(4)对铁电性的贡献最少.铁电相中F(2), F(3)离子的能量低于中心对称相,最大位移贡献者F(1)的化学键性由弱共价作用到离子键的变化也是最大的,这均有利于体系的稳定.

二维完全阻挫XY模型的动力学指数
The dynamic exponent of two-dimensional fully frustrated XY model

雷晓蔚, 赵晓雨
物理学报. 2009, 58 (8): 5661-5666      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5661
全文: [PDF 215 KB] 下载:(913)
摘要
采用大规模动力学蒙特卡罗模拟方法,对二维完全阻挫XY模型的Kosterlitz-Thouless(KT)型相变展开数值研究.系统从有序初始态出发演化到高于KT相变的温度,以普适的动力学标度形式为基础,通过测量磁化和Binder累积量,得出动力学关联时间和平衡态空间关联长度,确定出更精确的动力学指数z.特别是建议并证实了一种在KT相变温度以上(T>TKT),独立判断动力学指数z的方法.模拟结果表明,动力学指数z≈2,这与在相变温度以下(T<TKT)测量的结果一致.

单晶Cu冲击加载及卸载下塑性行为的微观模拟
Molecular dynamics study on the plastic behavior of monocrystalline copper under shock loading and unloading

何安民, 邵建立, 秦承森, 王裴
物理学报. 2009, 58 (8): 5667-5672      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5667
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摘要
使用分子动力学方法对室温下单晶铜沿[001]和[111]方向冲击加载及卸载下的塑性行为进行了模拟,得到了Hugoniot关系以及冲击熔化压力,与实验基本符合. 加载过程中,较高的初始温度有利于位错的形核与发展. 通过对冲击波在自由表面卸载过程的模拟和分析发现:卸载过程呈现“准弹性卸载行为”;沿[001]方向卸载后大量不全位错环与堆积层错消失,而沿[111]方向卸载后只有少量层错消失,部分层错甚至会发展扩大.

Sherrington-Kirkpatric自旋玻璃模型的非平衡态性质
Nonequilibrium properties of Sherrington-Kirkpatric spin glass model

张开成
物理学报. 2009, 58 (8): 5673-5678      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5673
全文: [PDF 227 KB] 下载:(952)
摘要
通过动力学蒙特卡罗模拟对Sherrington-Kirkpatric (SK)自旋玻璃模型进行研究. 结果表明,弱场下自旋玻璃的磁化率在转变点非常陡峭,而比热容则呈现比较宽的转变. 同时,也成功地模拟了自旋玻璃体的年龄效应和记忆效应. 通过模拟发现,不同的弛豫时间对系统的能量影响很大,这直接导致了年龄效应和记忆效应;各向同性的SK模型不能给出实验中的交换偏移现象.

阿秒电离门调控宽带超连续谱的传播特性
Propagation characteristics of the broadband supercontinuum with an attosecond ionization gate

李钱光, 兰鹏飞, 洪伟毅, 张庆斌, 陆培祥
物理学报. 2009, 58 (8): 5679-5684      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5679
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摘要
通过数值模拟三维传播方程研究了双色场阿秒电离门技术调控产生高次谐波的传播特性. 发现波长800和400 nm的5 fs双色场电离门调控产生的谐波在传播0.5 mm后由于短轨道满足相位匹配条件,实现了短轨道的选择,在平台区得到了高效率、无调制的宽带超连续谱(谱宽达80 eV). 模拟不同传播距离的结果表明该连续谱能够在介质中稳定存在. 对该连续谱中60—90 eV的谐波直接进行滤波可以得到高效率、脉冲宽度约为135 as的单脉冲. 这种性质对实验上实现利用阿秒电离门调控产生高效率宽谱单阿秒非常有利.

Rashba自旋轨道耦合作用下电荷流散粒噪声与自旋极化的关系研究
Relation between charge shot noise and spin polarization governed by Rashba spin orbit interaction

陈华, 杜磊, 庄奕琪, 牛文娟
物理学报. 2009, 58 (8): 5685-5692      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5685
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摘要
根据存在自旋轨道耦合时基于散射理论的电流表达式和散粒噪声表达式,并利用自旋密度矩阵推导出沿自旋量子化坐标的自旋极化率表达式.解析计算了单通道的情况,发现自旋极化率和电荷流散粒噪声无关.由于多通道解析推导的困难,使用非平衡格林函数技巧,数值计算了包含自旋轨道耦合效应的纯净二维电子气的多通道情况.分别改变偏压、自旋轨道耦合系数、导体长度,研究了这三种不同条件下的自旋极化率与电荷流散粒噪声Fano因子的相关性.两者的相关性表明,相关性定量关系的建立可能为自旋极化的全电学检测提供新思路.

离子注入Zn的Si(001)基片热氧化制备纳米ZnO团簇及其生长行为研究
Growth behavior of ZnO nanoparticles formed on Zn implanted Si(001) combined with thermal oxidation

付伟佳, 刘志文, 刘明, 牟宗信, 张庆瑜, 关庆丰, 陈康敏
物理学报. 2009, 58 (8): 5693-5699      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5693
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摘要
采用离子注入技术将Zn离子注入Si(001)基片,并在大气环境下加热氧化制备了ZnO纳米团簇.利用电子探针、薄膜X射线衍射仪、原子力显微镜和透射电子显微镜,对注入和热氧化后的薄膜成分、表面形貌和微观结构进行表征,探讨了热氧化温度以及注入剂量对纳米ZnO团簇的成核过程及生长行为的影响.结果表明,Zn离子注入到Si基片表面后形成了Zn纳米团簇,热氧化过程中Zn离子向表面扩散,在表面SiO2非晶层和Si基片多晶区的界面处形成纳米团簇.热氧化温度是影响ZnO纳米团簇结晶质量的一个重要参数.随着热氧化温度的升高,金属Zn的衍射峰强度逐渐变弱并消失,而ZnO的(101)衍射峰强度逐渐增强.当热氧化温度高于800 ℃以后,ZnO与SiO2之间开始发生化学反应形成Zn2SiO4.

基于电容和电导特性分析GaN蓝光发光二极管老化机理
Analysis of degradation mechanism of GaN blue light emitting diode by the characteristics of capacitance and conductance

陈焕庭, 吕毅军, 陈忠, 张海兵, 高玉琳, 陈国龙
物理学报. 2009, 58 (8): 5700-5704      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5700
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摘要
采用正向交流小信号方法测试和分析老化前后GaN发光二极管(LED)的电容-电压特性,结合串联电阻、理想因子、隧穿电流参数讨论负电容以及电导变化情况.基于L-V曲线定性分析老化前后负电容的阈值电压,老化之后样管的受主浓度降低,辐射复合概率下降,大量缺陷以及非辐射复合中心出现,对载流子俘获作用增强,造成负电容降低.反向偏压以及小正向偏压下,隧穿效应导致老化之后样管的电导增大;正向偏压大于2.2 V区域,考虑串联电阻效应,老化后样管电导减小.在分析LED电容-电压、光输出、电学特性曲线与老化机理基础上,通过实验论证以及理论解释表明,负电容以及电导特性可作为分析LED老化特性的参考依据.

金属有机物化学气相沉积生长的a(1120)面GaN三角坑缺陷的消除研究
The triangular pits eliminate of (1120) a-plane GaN growth by metal-orgamic chemical vapor deposition

许晟瑞, 张进城, 李志明, 周小伟, 许志豪, 赵广才, 朱庆伟, 张金凤, 毛维, 郝跃
物理学报. 2009, 58 (8): 5705-5708      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5705
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摘要
用金属有机物化学气相沉积方法在r面蓝宝石上生长了非极性a面GaN薄膜,通过采用AlGaN多量子阱插入层,得到了高质量的非极性GaN材料. 用原子力显微镜和高分辨X射线衍射仪研究了a面GaN的表面形貌和结晶质量,发现非极性材料上典型的三角坑缺陷被消除,(1120)面X射线双晶摇摆曲线的半峰宽为680″.

钽硅团簇电子输运性质的第一性原理研究
First-principles investigations on the electron transport of a TaSi3 cluster

郑新亮, 郑继明, 任兆玉, 郭平, 田进寿, 白晋涛
物理学报. 2009, 58 (8): 5709-5715      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5709
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摘要
利用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理方法,对位于两段半无限长铝导线之间的TaSi3团簇的电子输运性质进行了研究.研究表明:该团簇分子投影自洽哈密顿量的8态和9态决定着系统在小偏压下的输运特性.TaSi3团簇的平衡态电导对团簇与电极间距离的变化十分敏感,当距离小于0.35 nm时,平衡态电导随之剧烈的振荡;当距离大于0.35 nm后,平衡态电导迅速减小.在-1—1 V偏压下,团簇表现出一定的电压-电流非对称整流特性,在0.3—0.4 V的偏压下,观察到了该团簇的负微分电导特性.

微晶硅薄膜带隙态及微结构的研究
Gap states and microstructure of microcrystalline silicon thin films

彭文博, 刘石勇, 肖海波, 张长沙, 石明吉, 曾湘波, 徐艳月, 孔光临, 俞育德
物理学报. 2009, 58 (8): 5716-5720      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5716
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摘要
研究了氢化微晶硅薄膜费米能级以上的带隙态密度分布与薄膜微结构关系.采用拉曼谱和红外谱表征不同H稀释比制备的微晶硅薄膜的微结构.薄膜带隙态密度分布由调制光电流的相移分析技术测得.采用三相模型(非晶相、晶相和界面相)分析了薄膜带隙态密度与薄膜微结构的关系.结果表明,材料的带隙态密度随着界面相的增加而增加,当界面体积分数达到最大时,薄膜的带隙态密度也最大,即材料的带隙态密度与界面体积分数正相关.

ZnO压敏陶瓷介电损耗的温度谱研究
Dielectric loss of ZnO varistor ceramics by variable temperature spectroscopy

成鹏飞, 李盛涛, 李建英
物理学报. 2009, 58 (8): 5721-5725      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5721
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摘要
利用Novocontrol宽频介电谱仪在-100—20 ℃温度范围内测量了ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的介电频谱,其频率范围为10-2—106 Hz. 研究表明: ZnO压敏陶瓷特征损耗峰的活化能分别为0.26和0.36 eV,结合实验条件、理论计算结果及其他现象的分析排除了特征损耗峰源于阴极电子注入、夹层极化和偶极子转向极化的可能.热刺激电流(TSC)谱共出现三个峰,其中高温峰对应于TSC实验加压过程引入的热离子极化,而中温峰和低温峰对应于介电损耗峰. 在分析的基础上,提出了ZnO压敏陶瓷的特征损耗峰起源于耗尽层内本征缺陷的电子弛豫过程.

石墨烯纳米带量子点中的量子混沌现象
Quantum chaos in graphene nanoribbon quantum dot

谭长玲, 谭振兵, 马丽, 陈军, 杨帆, 屈凡明, 刘广同, 杨海方, 杨昌黎, 吕力
物理学报. 2009, 58 (8): 5726-5729      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5726
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摘要
在20 mK的极低温下测量了石墨烯纳米带量子点的电子输运性质,观测到清晰的库仑阻塞菱形块和对应量子点激发态的电导峰.对库仑阻塞近邻电导峰间距和峰值进行了统计分析,发现其统计分布分别满足无规矩阵理论描述的Wigner-Dyson分布和Porter-Thomas分布,说明石墨烯纳米带量子点在低温下出现了量子混沌现象.还讨论了这种长方形量子点中量子混沌的可能成因.

点接触金属/Pr0.7Ca0.3MnO3/Pt结构稳定的低电流电阻开关特性
Reproducible low-current resistive switching of metal/Pr0.7Ca0.3MnO3/Pt junctions with a point-contact top electrode

刚建雷, 黎松林, 孟洋, 廖昭亮, 梁学锦, 陈东敏
物理学报. 2009, 58 (8): 5730-5735      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5730
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摘要
利用自主开发的导电原子力显微镜控制Pt,W探针构成点接触金属/Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)/Pt三明治结构,对其电流-电压(I-V)及脉冲诱导电阻开关(EPIR)特性进行了研究.研究发现,在10 nA限流下两种电极对应结构的I-V都表现出相当稳定的双极性电阻开关特性,以及大于100的电阻开关比.进一步测试发现,点接触W/PCMO/Pt器件具有在10 nA限流下稳定的EPIR特性以及100 pA限流下重复的双极性电阻开关特性.此电流比已报道的电流低3个数量级,表明此结构在低功耗存储器件方面的潜在应用.通过对比样品不同位置、不同限流、不同接触面积点接触Pt/PCMO/Pt的I-V回滞特性,把点接触器件在低电流下稳定、显著的电阻开关效应归结于小的器件面积导致强的局域电场加强了O离子迁移效应.

Ti缓冲层及退火处理对Si(111)基片上生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响
Photoluminescence of as-grown and annealed ZnO films on Ti-buffered Si(111) substrates

魏玮, 刘明, 曲盛薇, 张庆瑜
物理学报. 2009, 58 (8): 5736-5743      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5736
全文: [PDF 333 KB] 下载:(1097)
摘要
采用反应磁控溅射法在Si(111)基片上制备了带有Ti缓冲层的高c轴取向ZnO薄膜.通过X射线衍射分析和光致荧光光谱测量,研究了Ti缓冲层厚度和退火处理对ZnO薄膜结晶质量和光致荧光特性的影响.研究结果表明,Ti缓冲层的引入可以有效改善Si基片上ZnO薄膜的发光性能,但缓冲层存在一个最佳的厚度.薄膜应力是影响ZnO薄膜紫外荧光发射性能的重要因素,较小的残余应力对ZnO薄膜的紫外荧光发射是有利的,残余应力的存在可以改变ZnO薄膜紫外荧光发射能量.随着退火温度的增加,薄膜中的张应力增大,导致带隙宽度减小以及激子复合跃迁峰逐渐向低能方向移动.

利用高温超导直流量子干涉器件进行10-6 T量级磁场下核磁共振的研究
Detection of nuclear magnetic resonance in the microtesla range using a high Tc dc-superconducting quantum interference device

李绍, 任育峰, 王宁, 田野, 储海峰, 黎松林, 陈莺飞, 李洁, 陈赓华, 郑东宁
物理学报. 2009, 58 (8): 5744-5749      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5744
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摘要
研究了水样品在10-6 T量级磁场下的核磁共振谱.核磁共振信号由一个工作在液氮温度的高温超导直流量子干涉仪记录,测量在一个简易磁屏蔽室中进行.在7—70 μT的磁场范围内都观察到了15 ml水样品的核磁共振信号.相应的1H的核磁共振频率为300—3000 Hz.在实验中获取的单次测量信噪比约为4,通过对信号的100次平均,信噪比可达到约40.进一步讨论了剩余磁场、预极化时间和采样时间对结果的影响.最后用数字滤波之后平均的方法初步得到了时域的自由感应衰减信号.

无序二维约瑟夫森结阵列中磁场引起的涡旋玻璃态相变
Magnetic-field-induced phase transition of vortex glass states in disordered Josephson junction arrays

赵志刚, 徐紫巍, 李斌, 刘楣
物理学报. 2009, 58 (8): 5750-5756      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5750
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摘要
采用电阻阻错结的无序二维约瑟夫森结阵列模型,数值研究超导薄膜中垂直磁场引起的涡旋运动.通过分析磁场激发产生的涡旋度Ne及低频电压噪声S0的变化特性,得到如下结论:在无序超导体中固定温度不变,随着磁场的减弱涡旋液态经过准有序的布拉格相,涡旋玻璃相重新进入到低磁场下的钉扎稀磁液相. 由于在涡旋玻璃相中,电流驱动下的噪声值表现出一个峰,表明系统处于无序与有序相互竞争的亚稳态,并且临界电流应有峰值效应. 计算得到噪声值的变化与Okuma等得到的无序超导MoxSi1-x膜实验现象一致,并能解释磁场降低引起的重新进入钉扎的稀磁液相行为.

矩形磁性纳米点动力学反磁化过程的微磁学研究
Dynamical reversal of rectangular nanodot studied by micromagnetics

宋三元, 郭光华, 张光富, 宋文斌
物理学报. 2009, 58 (8): 5757-5762      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5757
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摘要
采用微磁学模拟方法研究了初始态为C形磁结构的矩形CoFe纳米点在方波脉冲场作用下的动力学反磁化过程.研究发现,随着脉冲场强的增强,磁体的反磁化模式发生了改变.当场强较弱时反磁化过程通过畴壁移动-单涡旋的形成和移动来完成;当场强较大时反磁化过程模式转变为畴壁移动-双涡旋的形成与移动;在更强的场强下反磁化过程通过畴壁的移动-多涡旋的形成与湮没来实现.由于反磁化模式随场强的变化而改变,反磁化时间随场强的增大出现振荡变化现象.

Mn和N共掺ZnO稀磁半导体薄膜的研究
Activation of room-temperature ferromagnetism in Mn doped ZnO thin films by N codoping

邹文琴, 路忠林, 王申, 刘圆, 陆路, 郦莉, 张凤鸣, 都有为
物理学报. 2009, 58 (8): 5763-5767      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5763
全文: [PDF 193 KB] 下载:(1159)
摘要
使用对Zn2N3:Mn薄膜热氧化的方法成功制备了高含N量的Mn和N共掺ZnO的稀磁半导体薄膜.在没有N离子共掺的情况下,ZnO:Mn薄膜的铁磁性非常微弱;如果进行N离子的共掺杂,就会发现ZnO:Mn薄膜在室温下表现出非常明显的铁磁性,饱和离子磁矩为0.23 μB—0.61 μB.这说明N的共掺激发了ZnO:Mn薄膜中的室温铁磁性,也就是受主的共掺引起的空穴有利于ZnO中二价Mn离子的铁磁性耦合,这和最近的相关理论研究符合很好.

Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx)1.95合金的磁性、磁致伸缩和穆斯堡尔谱研究
Magnetism, magetostriction, and M?ssbauer effect studies of Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx)1.95 alloys

郑小平, 张佩峰, 李发伸, 郝远
物理学报. 2009, 58 (8): 5768-5772      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5768
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摘要
系统研究了室温下Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx1.95x=0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3)合金中元素Al替代Fe对结构、磁性、磁致伸缩性能和自旋重取向的影响.测量结果发现,x<0.2时Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx1.95合金基本上是纯的单相,x=0.2时出现其他杂相,杂相随Al替代量的增加不断增多.随Al替代量x的增加,点阵常数a接近于线性增大,Curie温度TC逐渐下降,而矫顽力Hc急剧下降.振动样品磁强计(VSM)测量发现,磁化强度M随Al替代量x的变化较为复杂.VSM计和磁致伸缩效应测量共同表明,少量Al的替代有利于降低磁晶各向异性,而且随着Al替代量x的增多磁致伸缩系数快速减小,x>0.15时巨磁致伸缩效应消失.穆斯堡尔效应研究发现,随Al含量的增加Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx1.95合金中易磁化轴可能在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,发生自旋重取向,从而引起合金宏观磁性、磁致伸缩性能的变化.

时效工艺对PtCo合金磁性能的影响
The effect of aging treatment on the magnetic properties of PtCo alloys

刘涛, 李卫
物理学报. 2009, 58 (8): 5773-5777      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5773
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摘要
研究了时效温度对PtCo合金磁性能的影响.磁性能测量结果显示,随着时效温度的增加合金的剩磁逐渐减小,时效温度为690 ℃时,合金的矫顽力达到最大值.第一步时效处理后,合金的有序度S随时效温度的提高而增加,长程有序度的增加说明合金有序相的晶粒尺寸也在增加,这是合金矫顽力变化的根本原因.第二步时效处理后,PtCo合金的微观组织结构不发生改变,有序相的各向异性场增大,使合金的矫顽力增大.

Er3+:YAlO3晶体中Λ型四能级系统的量子相干左手性
The quantum coherent left handness of Λ-type four level system in Er3+:YAlO3 crystal

刘春旭, 张继森, 刘俊业, 金光
物理学报. 2009, 58 (8): 5778-5783      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5778
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摘要
用相干量子干涉和电磁感应透明(Electromagnetically induced transparency,EIT) 效应在Er3+:YAlO3晶体中计算得到了Thommen,Mandel和Kastel对原子气提出的Λ型四能级系统的负折射率.计算结果得到的负折射率对应的频带宽度约为1 MHz,比先前报道的103 Hz量级要宽得多.通常而言对应于折射/吸收比|Re[n]/lm[n]|≈1,而计算所得结果是|Re[n]/lm[n]|为4.6,表明吸收被EIT效应很好地抑制.Im[n]出现的负值可能与Er3+4I13/24I15/2跃迁的受激发射有关.由此可知,稀土离子掺杂材料具有丰富的能级和各种不同的电磁跃迁,也是电磁感应负折射率材料中出色的应用材料的候选者.

晶粒尺寸对Ba0.70Sr0.30TiO3陶瓷介电性能的影响规律及机理研究
Grain size dependence of the dielectric properties of Ba0.70Sr0.30TiO3 ceramics and its mechanisms

毛朝梁, 董显林, 王根水, 姚春华, 曹菲, 曹盛, 杨丽慧, 王永令
物理学报. 2009, 58 (8): 5784-5789      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5784
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摘要
通过制备晶粒尺寸处于0.1—10 μm之间的致密Ba0.70Sr0.30TiO3陶瓷,系统研究了晶粒尺寸对居里温度TC、铁电相介电常数εF、峰值介电常数εM的影响规律,并深入分析了其内在的影响机理.研究表明:晶粒尺寸减小时,TC刚开始基本不变,直到晶粒尺寸小到一定程度时才开始降低,此变化规律可由Buesseum的内应力模型解释;随晶粒尺寸的增加,εF先增加后减小,此变化规律可由Shaikh的串并联模型来解释,主要影响因素有内应力、畴、晶界;εM随晶粒尺寸的增加,在晶粒尺寸较小时先增加后减小,晶粒尺寸较大时略有增加,此变化规律可由弥散相变理论和串并联模型共同解释,在晶粒尺寸较小时主要影响因素为内应力、微畴和晶界,晶粒尺寸较大时主要影响因素为晶界.

Sr位Nd掺杂对SrBi2Nb2O9性能的影响及机理研究
Effects of substitutions of Nd3+ for Sr2+ on the properties of SrBi2Nb2O9 ceramics and their mechanism

孙琳, 褚君浩, 杨平雄, 冯楚德
物理学报. 2009, 58 (8): 5790-5797      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5790
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摘要
采用传统固相法制备了(Sr1-3x/2Ax/2Ndx)Bi2Nb2O9x=0,0.05,0.1和0.2)陶瓷,并系统研究了Nd离子取代Sr离子对SrBi2Nb2O9性能的影响及其作用机理.研究结果表明:Sr1-3x/2Ax/2NdxBi2Nb2O9的介电常数和介电损耗随温度变化的行为具有明显的离子松弛极化特征.Nd3+对Sr2+的部分取代,导致Sr1-3x/2Ax/2NdxBi2Nb2O9剩余极化强度Pr稍有下降,但其压电系数d33却有所增加,根据铁电热力学理论,这是Nd3+对Sr2+取代导致材料介电常数增大所致.Sr1-3x/2Ax/2NdxBi2Nb2O9的居里温度(TC)没有随Nd含量的增加而变化,拉曼光谱技术分析表明这是其NbO6八面体畸变程度没有发生变化所致.Nd3+取代Sr2+提高了材料的介电常数εr、压电系数d33、机电耦合系数Kp,同时降低了机械品质因数Qm,但是谐振频率温度系数C值没有改变.

重频Yb:YAG片状激光器电光调Q时空演化模拟计算和实验研究
Calculation and experimental research of the spatio-temporal dynamics of Q-switched rep-rated Yb:YAG disk laser

严雄伟, 於海武, 曹丁象, 李明中, 郑建刚, 蒋东镔, 蒋新颖, 段文涛, 王明哲
物理学报. 2009, 58 (8): 5798-5804      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5798
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摘要
基于Yb3+抽运动力学,结合光线追迹的方法,建立了抽运过程中的放大自发辐射模型,得到激光介质中三维含时储能分布.将速率方程理论和角谱传播理论结合,对谐振腔内调Q脉冲的形成、传播过程进行建模计算,得到激光脉冲的时间-空间分布和光束质量因子变化规律.同时进行了激光二极管抽运重频Yb:YAG片状激光器电光调Q实验,并与模拟计算的结果进行了对比校核,印证了计算模型的正确性.这为主动调Q固体激光器的设计提供了参考.

玉米油光学参数的太赫兹波精确测定研究
Accurate optical parameter determination of corn oil with terahertz wave time-domain spectroscopy

李九生, 李向军
物理学报. 2009, 58 (8): 5805-5809      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5805
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摘要
利用太赫兹电磁波时域光谱(THz-TDS)技术对玉米油进行了测量.考虑容器对参数测量的影响,使用传输函数逼近方法来计算分析玉米油的折射率、吸收系数等重要的光学参数.与传统的太赫兹电磁波数值计算方法比较,传输函数逼近方法在分析玉米油的光学参数方面具有很高精度.结果表明,该测量分析方法对植物油品质检测具有重要指导意义.

相位物体Z-扫描研究金属簇合物[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的瞬态热致非线性折射
Investigation of transient thermally induced nonlinear refraction in metal cluster polymer [Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF solution using the phase ob

刘进山, 杨俊义, 宋瑛林, 侯登科
物理学报. 2009, 58 (8): 5810-5815      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5810
全文: [PDF 296 KB] 下载:(748)
摘要
在纳秒时域,采用相位物体(PO)Z-扫描技术研究了一种新型金属簇合物溶液的瞬态热致非线性效应.该方法的最大优点是很容易区分瞬态热致非线性折射和三阶非线性折射.本文利用PO Z-扫描和传统Z-扫描研究了在8 ns脉宽、不同能量激光脉冲作用下[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的光学非线性.从声波方程和热传导方程出发,对实验结果进行了理论分析和数值模拟,理论值和实验结果很好的吻合.研究结果表明,样品溶液的非线性折射主要来源于瞬态热致非线性效应.

Ag-Au合金/SiO2复合薄膜的制备与表征
Preparation and characterization of Ag-Au alloys/SiO2 composite thin films

孙小飞, 魏长平, 李启源
物理学报. 2009, 58 (8): 5816-5820      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5816
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摘要
以AgNO3,HAuCl4和正硅酸乙酯为主要原料,利用溶胶-凝胶法和旋涂技术,通过热处理和紫外光辐射还原得到了不同nAg/nAu(1∶0,2∶1,1∶2,0∶1)的Ag-Au合金/SiO2复合薄膜.从扫描电子显微镜和X射线衍射谱的结果可以看出得到的薄膜均匀性好,复合薄膜中合金颗粒的尺寸为10 nm左右.利用紫外-可见分光光谱仪研究了复合薄膜的光吸收性能,结果表明,随着nAg/nAu的降低,吸收峰的位置也由最初的Ag纳米粒子的等离子共振吸收峰430 nm附近,逐渐红移到Au纳米粒子的等离子共振吸收峰605和880 nm附近.从光吸收谱可以看出,nAgnAu=2∶1和1∶2的两个样品分别在515,730 nm附近和550,730 nm附近出现表面等离子共振吸收峰.这表明Au-Ag合金固溶体的形成.

SnO2纳米晶体的制备、结构与发光性质
Synthesis,structures and luminescence properties of SnO2 nanoparticles

林涛, 万能, 韩敏, 徐骏, 陈坤基
物理学报. 2009, 58 (8): 5821-5825      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5821
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摘要
使用软化学方法在碱性溶液中制备出了颗粒尺寸分布均匀的SnO2纳米颗粒,使用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)和光吸收谱等方法分析与表征了SnO2纳米颗粒的结构和光学性能.实验中通过表面活性剂的加入来控制纳米颗粒的结晶与凝聚.XRD,TEM的结果表明,原始制备出的SnO2纳米颗粒的平均粒径小于4 nm,为完好的晶体状态.纳米颗粒经过400—1000 ℃退火后晶粒尺寸进一步增大.光吸收谱表明,相对于体材料,纳米颗粒的禁带宽度展宽并随颗粒尺寸增大而红移.光致发光谱测试表明,不同温度下退火的SnO2纳米颗粒在350—750 nm有较强的发光,研究表明这是来源于颗粒表面的氧空位缺陷发光.

Eu2+的掺杂浓度对BaAl2Si2O8:Eu2+荧光粉发光特性的影响
The effect of Eu2+ doping concentration on luminescence properties of BaAl2Si2O8:Eu2+ blue phosphor

马明星, 朱达川, 涂铭旌
物理学报. 2009, 58 (8): 5826-5830      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5826
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摘要
采用化学共沉淀法一次煅烧工艺合成了BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉.用X射线衍射仪和荧光分光光度计等对BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉的相结构、发光性能进行了测试.结果表明:化学共沉淀法一次煅烧工艺合成的BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉为单相;其激发光谱分布在240—410 nm的波长范围,峰值位于320 nm处,可以被InGaN管芯产生的350—410 nm辐射有效激发;在365 nm近紫外光的激发下,测得其发射光谱是位于465 nm附近的宽带峰.BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉的发光强度随Eu2+浓度的增大逐渐加强,当Eu2+掺杂的摩尔分数为3.5%时,发光强度达到最大值,而后随掺杂浓度的增加而减小,发生浓度猝灭;根据Dexter能量共振理论,该浓度猝灭是由于Eu2+的离子间交换相互作用引起的.

Ce3+在LiBaBO3中的发光特性及晶体学格位
Luminescence characteristics and crystallographic sites of Ce3+ in LiBaBO3

李盼来, 王志军, 王颖, 杨志平, 郭庆林, 李旭, 杨艳民, 傅广生
物理学报. 2009, 58 (8): 5831-5835      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5831
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摘要
采用固相法制备了LiBaBO3:Ce3+发光材料.测得LiBaBO3:Ce3+材料的发射光谱为一不对称的单峰宽谱,主峰位于440 nm;监测440 nm发射峰,可得其激发光谱为一主峰位于370 nm的宽谱.利用van Uitert公式计算了Ce3+取代LiBaBO3中Ba2+时所占晶体学格位,得出438 nm发射带归属于九配位的Ce3+发射,而469 nm发射带起源于八配位的Ce3+发射.研究了Ce3+浓度对LiBaBO3:Ce3+材料发光强度的影响,结果显示,随Ce3+浓度的增大,发光强度呈现先增大后减小的趋势,Ce3+浓度为3mol%时强度最大,造成其浓度猝灭的原因为电偶极-偶极相互作用.引入Li+,Na+或K+可增强LiBaBO3:Ce3+材料的发射强度.利用InGaN管芯(370 nm)激发LiBaBO3:Ce3+材料,获得了很好的蓝白光发射,色坐标为(x=0.291,y=0.297).

Zn1-xMgxO薄膜的光致发光特性研究
Photoluminescence characteristics of Zn1-xMgxO films

方庆清, 王伟娜, 周军, 王胜男, 闫方亮, 刘艳美, 李雁, 吕庆荣
物理学报. 2009, 58 (8): 5836-5841      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5836
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摘要
采用脉冲激光沉积方法在单晶Si(100)衬底上制备出c轴取向的Zn1-xMgxO单晶薄膜,通过荧光光谱仪研究了薄膜的光致发光特性.实验结果表明,Mg含量增加,Zn1-xMgxO单晶薄膜的紫外发光峰蓝移,发光峰强度减弱,缺陷发光强度增强.同时发现,由于Mg的掺杂,引入了一些束缚能较大的局域束缚态.对于氧气氛下制备的样品,实验发现紫外峰和绿光带发光峰同时增强,但是R值减小,紫外峰红移.对绿光发光机理研究发现,绿光发光带主要与锌空位、氧间隙(Oi)或锌位氧(OZn)等缺陷有关,它是由多个缺陷发光峰组成,各缺陷发光峰强度相对变化导致了绿光发光带的整体移动.

指数掺杂GaAs光电阴极分辨力特性分析
Resolution characteristic of exponential-doping GaAs photocathodes

邹继军, 常本康, 杨智, 张益军, 乔建良
物理学报. 2009, 58 (8): 5842-5846      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5842
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摘要
通过建立和求解指数掺杂阴极中电子所遵循的二维连续性方程,得到了透射式指数掺杂阴极的调制传递函数表达式,并利用该表达式对阴极分辨力特性进行了理论计算和分析.计算结果显示,与均匀掺杂相比,指数掺杂能较明显地提高阴极的分辨力.当空间频率f在100—400 lp/mm范围时,分辨力的提高最为明显,如当f=200 lp/mm时,分辨力一般可提高20%—50%.与量子效率的提高相同,指数掺杂阴极分辨力的提高也是内建电场作用的结果.

负电子亲和势GaN光电阴极激活机理研究
Activation mechanism of negative electron affinity GaN photocathode

乔建良, 田思, 常本康, 杜晓晴, 高频
物理学报. 2009, 58 (8): 5847-5851      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5847
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摘要
利用自行研制的光电阴极激活评估实验系统,给出了GaN光电阴极Cs激活及Cs/O激活的光电流曲线.针对GaN光电阴极的负电子亲和势(NEA)特性的成因,结合激活过程中光电流变化规律和成功激活后的阴极表面模型,研究了NEA GaN光电阴极激活机理.实验表明:GaN光电阴极在单独导入Cs激活时就可获得明显的NEA特性,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大.用双偶极层模型[GaN(Mg):Cs]:O—Cs较好地解释了激活成功后GaN光电阴极NEA特性的成因.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

准2-2型磁电多层复合材料的磁电性能
Magnetoelectric properties of multiferroic composites with pseudo 2-2 type multilayered structure

马静, 施展, 林元华, 南策文
物理学报. 2009, 58 (8): 5852-5856      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5852
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摘要
用带底座的Pb(Zr,Ti)O3薄片阵列作为压电相,Terfenol-D粉末与树脂的混合物作为磁致伸缩相,灌注复合得到准2-2型磁电多层三相复合材料.研究了这种准2-2型多层结构在不同偏置磁场和不同角度下的磁电效应.其面内相互垂直的两个方向磁电电压系数分别在0.15和0.225 T磁场下达到峰值,低频下分别为1.62×105 V·m-1T-1和1.75×105 V·m-1T-1;而在垂直于面内方向,低频下磁电系数仅有1.3×104 V·m-1T-1,体现出显著的磁电各向异性.这种准2-2型磁电多层复合材料具有较好的交流磁场灵敏度,在谐振频率下可以探测到10-9 T的交流磁场的变化.进行合适的设计和排列,可以探测空间磁场的大小和方向,有望应用于磁场传感器等领域.

分仓颗粒布居分聚现象的通量模型
The flux profile of granular gas in compartmentalized system

李寅阊, 张兆部, 涂洪恩, 刘锐, 胡海云, 厚美瑛
物理学报. 2009, 58 (8): 5857-5863      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5857
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摘要
置于以窗口连接的分隔仓中振动驱动的颗粒气体会出现颗粒在两仓中布居分聚现象,被形象地称为麦克斯韦妖现象.通量模型的建立是理解麦克斯韦妖现象的关键问题.Eggers以颗粒气体动力学为基础得出了简化的理论模型.该模型可以很好地得到分仓中颗粒的布居分聚现象,然而似乎无法用于预测两种颗粒在分仓体系中的布居振荡现象.通过实验研究,测量了颗粒气体的流通量曲线,改进了Eggers模型.改进的模型可以很好地得到两种颗粒在分仓体系中的布居振荡现象.

胶体中排空作用的耦合效应
Coupling effects of depletion interactions in colloidal system

黄立新, 高海峡, 肖长明
物理学报. 2009, 58 (8): 5864-5870      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5864
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摘要
通过Monte Carlo模拟和接受率方法研究了限制在圆柱形管道中大胶球之间以及大胶球与管壁之间排空作用的耦合效应.研究发现,当两个大胶球靠近时,大胶球之间的排空作用因与大胶球与管道壁之间的排空作用耦合而得到加强,同样当大胶球与管道壁靠近时,大胶球与管道壁之间的排空作用也因与另一大胶球之间排空作用的耦合而得到了加强.此外,研究还发现,随着圆柱形管道直径的减小,胶球之间、胶球与管道壁之间的排空作用的耦合效应是增强的.
地球物理学、天文学和天体物理学

高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟
Numerical simulation of the formation of artificial radiation belt caused by high altitude nuclear detonation

顾旭东, 赵正予, 倪彬彬, 汪枫
物理学报. 2009, 58 (8): 5871-5878      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5871
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摘要
基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响.

用羊八井ASγ实验数据寻找TeV能区的γ射线暴
Search for TeV GRBs using Tibet ASγ data

周勋秀, 胡红波, 黄庆
物理学报. 2009, 58 (8): 5879-5885      http://dx.doi.org/10.7498/aps.58.5879
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摘要
γ射线暴的TeV能区辐射对研究其起源、辐射机制等是非常重要的.利用西藏羊八井ASγ实验三期阵列的重建数据,通过在给定的小天区和时间间隔内寻找较高显著性事例团的方法对TeV能区的γ射线暴进行了寻找,在计算过程中采用“等天顶角法”来估计背景.工作中采用了两种途径来寻找γ射线暴,一种是与卫星γ射线暴的符合寻找,另一种是全天区独立寻找.结果发现少量事例团对背景有明显超出,考虑试验次数后,其超出还不足以认定为γ射线暴.通过Monte Carlo模拟,给出了在95%置信水平下,到达大气顶部流强上限的估计值为3.32×10-9—1.24×10-7 cm-2s-1.

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