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Vol. 54, No. 10 (2005)

2005年05月20日
总论
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核物理学
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原子和分子物理学
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唯象论的经典领域
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流体、等离子体和放电
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凝聚物质:结构、热学和力学性质
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凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
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物理学交叉学科及有关科学技术领域
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地球物理学、天文学和天体物理学
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研究快讯
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领域
总论
弹性力学的复变量无网格方法
程玉民, 李九红
2005, 54 (10): 4463-4471. doi: 10.7498/aps.54.4463
摘要 +
在移动最小二乘法的基础上,提出了复变量移动最小二乘法.复变量移动最小二乘法的优点是采用一维基函数建立二维问题的逼近函数,所形成的无网格方法计算量小.然后,将复变量移动最小二乘法应用于弹性力学的无网格方法,提出了复变量无网格方法,推导了复变量无网格方法的公式.与传统的无网格方法相比,复变量无网格方法具有计算量小、精度高的优点.最后给出了数值算例.
非线性Schr?dinger方程组的精确解组
蒲利春, 林宗兵, 张雪峰, 王本菊, 姜 毅, 严天艳
2005, 54 (10): 4472-4477. doi: 10.7498/aps.54.4472
摘要 +
运用Maple语言程序,在没有假设的条件下,得到了具有耦合特性的非线性Schrdinger方程组的行波精确解组及其约束条件方程,它们的表达式涵盖了所有的耦合解组与非耦合解组,具有任意性。耦合解组的算例函数及其特性分析,解释了α螺旋蛋白质螺旋链运动模型的行波孤立子解的耦合效应,揭示了增加、稳定和控制蛋白质活性和功能的方向。文章的研究方法,为求解耦合的非线性微分方程组的行波精确解组探索了蹊径。
x射线在毛细导管中传输的模拟计算
邬鹏举, 李玉德, 林晓燕, 刘安东, 孙天希
2005, 54 (10): 4478-4482. doi: 10.7498/aps.54.4478
摘要 +
阐述了x射线在毛细导管中传输的基本理论,根据光线追迹原理建立了x射线在毛细导管中传输的计算模型.在此基础上使用MATLAB编写程序,实现了对x光经过x光单导管的传输效率和光强分布的模拟计算.计算结果和实验数据进行比较,得到了很好的符合.
完整有势力学系统的高阶Lagrange方程
张相武
2005, 54 (10): 4483-4487. doi: 10.7498/aps.54.4483
摘要 +
首先提出力学系统高阶速度能定理,阐明了系统高阶速度能量的物理意义;然后提出力学系统有势的一般判据.在此基础上,引入高阶Lagrange函数,得出完整有势力学系统的高阶Lagrange方程,并得到系统高阶循环积分和高阶广义能量积分.
相空间中单面完整约束力学系统的对称性与守恒量
张 毅
2005, 54 (10): 4488-4495. doi: 10.7498/aps.54.4488
摘要 +
在增广相空间中研究单面完整约束力学系统的对称性与守恒量.建立了系统的运动微分方程;给出了系统的Norther对称性,Lie对称性和Mei对称性的判据;研究了三种对称性之间的关系;得到了相空间中单面完整约束力学系统的Noether守恒量以及两类新守恒量——Hojman守恒量和Mei守恒量,研究了三种对称性和三类守恒量之间的内在关系.文中举例说明研究结果的应用.
粘性流体中船行波的完整速度场
吴云岗, 陶明德
2005, 54 (10): 4496-4500. doi: 10.7498/aps.54.4496
摘要 +
应用Ursell求解理想船行波的方法,把它推广到粘性流体的场合,求得了粘性流体中船行波的完整的速度场,消除了由于使用最速下降法求积分的渐近表达式而引起的在临界边上的奇性.这方便于在综合孔径雷达(synthetic-aperture radar,SAR)技术中的应用.
非线性发展方程的丰富的Jacobi椭圆函数解
吕大昭
2005, 54 (10): 4501-4505. doi: 10.7498/aps.54.4501
摘要 +
通过把十二个Jacobi椭圆函数分类成四组,提出了新的广泛的Jacobi椭圆函数展开法,利用这一方法求得了非线性发展方程的丰富的Jacobi椭圆函数双周期解.当模数m→0或1时,这些解退化为相应的三角函数解或孤立波解和冲击波解.
用试探方程法求变系数非线性发展方程的精确解
刘成仕
2005, 54 (10): 4506-4510. doi: 10.7498/aps.54.4506
摘要 +
将试探方程法应用到变系数非线性发展方程的精确解的求解.以两类变系数KdV方程为例,在相当一般的参数条件下求得了丰富的精确解,其中包括新解.
二维复式格子声子晶体带隙结构特性
赵 芳, 苑立波
2005, 54 (10): 4511-4516. doi: 10.7498/aps.54.4511
摘要 +
借助于平面波展开法分析了二维复式格子声子晶体能带结构,计算了铝合金柱体按周期性结构排列在空气中形成的二维固/气复合体系的声子晶体,给出了复式蜂窝格子和复式Kagome格子的能带结构,进而对比分析了复式格子和简单格子的能带结构特性.结果表明,与简单格子相比,复式格子的带隙出现在频率相对较低的位置;在f=0.091—0.6046范围内,将声子晶体排列为复式格子要优于简单格子,可以得到更宽带隙.此外,引入了带隙分布图,讨论了填充系数f对带隙数目、带隙宽度以及带隙上下边界频率的影响.
一般WGHZ态和它的退纠缠与概率隐形传态
刘 敏, 黄永畅
2005, 54 (10): 4517-4523. doi: 10.7498/aps.54.4517
摘要 +
给出了一般纠缠的WGHZ态,然后利用所得一般WGHZ态导出了一般纠缠的不同的W态,得到了不同退纠缠的条件,一般WGHZ态取不同的复系数为零时,有不同的退纠缠,并可得到不同的W态和不同的一般的Bell基,以上对退纠缠的讨论结果与通常用密度矩阵的可分性得的退纠缠条件一致.通过构造一个5×5 对角投影变换矩阵,解决了使用一般纠缠量子信道并不再引入辅助态时,态畸变的恢复问题,并且这里的对角投影变换矩阵UM也与以往文献的不同,而且还更直接,进而解决了不引入辅助态并使用一般纠缠信道纠缠的一般WGHZ态的概率隐形传态的问题,本文关于对角的投影变换矩阵UM的变换方法等可以直接推广到任意一般纠缠信道的一般纠缠态的概率隐形传态.
关于等价电子组态波函数与Young盘间变换性质的讨论
胡昆明
2005, 54 (10): 4524-4525. doi: 10.7498/aps.54.4524
摘要 +
指出了等价电子组态波函数与Young盘间变换性质是幺正的,而不是厄米幺正的.指出了一个谱项波函数的符号错误.
含时的线性驱动简并参量放大系统的量子起伏
赵超樱, 谭维翰
2005, 54 (10): 4526-4531. doi: 10.7498/aps.54.4526
摘要 +
导出在P表象中含时的线性驱动简并参量放大Fokker-Planck方程,并求其解.在阈值以下或阈值附近,含时驱动Fokker-Planck方程的解与线性理论或阈值附近的微扰理论预言的基本相符.在阈值以上,含时驱动Fokker-Planck方程解的短期行为也与线性近似解相近,但当τ增大后的长期行为完全区别于线性理论的结果.
A-B效应的动力学机制及其实验验证方案
王瑞峰
2005, 54 (10): 4532-4537. doi: 10.7498/aps.54.4532
摘要 +
主要讨论了A-B效应所产生的动力学机制,指出运动电子所产生的磁场和外磁场的相互叠加是产生A-B效应的动力学原因。如果能够屏蔽掉运动电子所产生的磁场使之不能和外磁场相互叠加,那么A-B效应也将随之消失。为了验证这一结论,提出了一种新的实验方案,该方案可以对A-B效应的动力学机制做出明确的判断。
二维椭圆量子台球中的谱分析
徐学友, 张延惠, 黄发忠, 林圣路, 杜孟利
2005, 54 (10): 4538-4542. doi: 10.7498/aps.54.4538
摘要 +
研究了二维椭圆台球中的量子谱和经典轨道之间的对应关系.为尝试求解没有解析波函数和本征能量又不能分离变量的体系,采用了定态展开方法(expansion method for stationary states,简称EMSS)得到尽可能精确的数值解,这是闭合轨道理论被推广到计算开轨道的情况.比较了傅里叶变换谱和经典轨道,发现量子谱的峰位置与经典轨道的长度在可分辨的范围内符合得很好,这是半经典理论为经典与量子力学的联系提供桥梁作用的又一个例子.
相对转动运动学方程的级数解
赵 武, 刘 彬
2005, 54 (10): 4543-4548. doi: 10.7498/aps.54.4543
摘要 +
为解决相对转动体非线性运动微分方程的计算难题,构造了一种级数解耦方法,把微分方程转化为代数方程求解,得到了相对转动体运动方程的级数解.据此可以计算工程应用中稳态相对转动体的真实转速波动.同时该法可实现测控标定仪器的转动体匀速旋转时的不均匀性测量误差分离,也为大型复杂重型旋转轴系在线实时扭振监测提供了高效算法.
自旋结网圈表象中体积与面积本征值
邵常贵, 陈贻汉, 马为川, 邵 丹, 邵 亮
2005, 54 (10): 4549-4555. doi: 10.7498/aps.54.4549
摘要 +
利用抓算符作用的反称化和双元恒等式,通过计算,证明了3价和任意价自旋结网圈分别为体积和面积算符的本征态,并得到了体积本征值为2-32l30∑ipσpτpρ和面积本征值为2-1l20∑jpl(j)的结果.
铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相形成动力学的影响
同育全, 申宝成, 甘玉生, 闫志杰
2005, 54 (10): 4556-4561. doi: 10.7498/aps.54.4556
摘要 +
通过在真空电弧熔炼炉内对合金铸锭进行反复熔炼处理,获得到了凝固组织不同的Zr65Al7.5Cu12.5Ni10Ag5合金铸锭.在相同的制备条件下,由凝固组织不同的合金铸锭通过吸铸法制备得到了薄片非晶合金.利用差示扫描量热法(DSC)对非晶合金的晶化动力学进行了分析.x射线衍射谱表明,在Zr65Al7.5Cu12.5Ni10Ag5非晶合金晶化过程中,二十面体准晶相(I相)作为初生相析出.Kissinger分析结果表明,合金铸锭的凝固组织细化,相对应的非晶合金发生晶化时,I相形成与分解的有效激活能都增大,说明非晶合金及析出的I相的热稳定性都提高.从结构的遗传性角度就合金铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相的形成动力学的影响进行了讨论.
基于二维超混沌映射的单向Hash函数构造
彭 飞, 丘水生, 龙 敏
2005, 54 (10): 4562-4568. doi: 10.7498/aps.54.4562
摘要 +
快速有效的单向Hash函数的设计是现代密码学研究的一个热点.提出了一种基于二维超混沌映射的单向Hash函数的构造方法.该方法将原始输入报文按字节进行线性变换以及混沌映射,在所产生的混沌序列中选值作为二维超混沌映射的初始值,对迭代后所得的超混沌信号经过调制构造单向Hash函数.实验与分析结果表明,这种构造方法实现简单、对初值有高度敏感性、具有很好的单向性、弱碰撞性和保密性能.
一种新型广义RBF神经网络在混沌时间序列预测中的研究
李 军, 刘君华
2005, 54 (10): 4569-4577. doi: 10.7498/aps.54.4569
摘要 +
提出了一种新颖的广义径向基函数神经网络模型,其径向基函数(RBF)的形式由生成函数确定.然后,给出了易实现的梯度学习算法,同时为了进一步提高网络的收敛速度和网络性能,又给出了基于卡尔曼滤波的动态学习算法.为了验证网络的学习性能,采用基于卡尔曼滤波算法的新型广义RBF网络预测模型对Mackey-Glass混沌时间序列和Henon映射进行了仿真.结果表明,所提出的新型广义RBF神经网络模型能快速、精确地预测混沌时间序列,是研究复杂非线性动力系统辨识和控制的一种有效方法.
混沌系统的自适应多变量广义预测控制与同步
董恩增, 陈增强, 袁著祉
2005, 54 (10): 4578-4583. doi: 10.7498/aps.54.4578
摘要 +
提出了一种应用带时变遗忘因子的自适应多变量广义预测控制算法(β-MGPC),对Lorenz,Rossler,Chua电路等典型混沌系统进行控制,使之跟踪任意给定参考信号,数值仿真表明了该控制算法的良好效果.这种方法的优点在于无需知道混沌系统的精确模型,便可实现混沌系统的大范围的跟踪和同步控制.
Hénon混沌系统的广义预测控制与同步快速算法
刘福才, 梁晓明
2005, 54 (10): 4584-4589. doi: 10.7498/aps.54.4584
摘要 +
提出了一种带有终端滑模等式约束的Hénon混沌系统的广义预测控制快速算法.该方法将广义预测控制与离散滑模控制结合起来运用到Hénon混沌系统中,并采用柔化输入信号的方法,避免了广义预测控制算法中的高维矩阵求逆.占用内存小,计算速度快,并且具有较强的跟踪给定信号和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和快速性.
一个临界系统与Lorenz系统和Chen系统的异结构同步
宁 娣, 陆君安
2005, 54 (10): 4590-4595. doi: 10.7498/aps.54.4590
摘要 +
对最近提出的一个临界系统,设计了一个非线性控制器,使得系统的第一个状态信号以指数收敛速度追踪任意给定的参考信号;利用Active控制实现了这个临界系统与Lorenz系统以及Chen系统的异结构同步.大量数值实验验证了理论结果.
变尺度概率净化法的优化
姜可宇, 蔡志明
2005, 54 (10): 4596-4601. doi: 10.7498/aps.54.4596
摘要 +
变尺度概率净化法是一种混沌时间序列非线性动力学降噪方法,该方法需对整个相空间点列做联合处理,因此算法的计算量和所需内存量会随着每个轨道点的修正参考点数和嵌入维数的增加而呈指数增长.根据变尺度概率净化法的特点,对前向概率和转移概率的估计方法作了一些改进,使算法的运算量减小到了原来的0.27左右,而降噪性能并没有下降,并提出了数据较长情况下的算法实现结构,大大降低了算法运行所需内存.
旋转中心力场消除螺旋波和时空混沌
蒲忠胜, 冯旺军, 李维学, 马 军
2005, 54 (10): 4602-4609. doi: 10.7498/aps.54.4602
摘要 +
研究了中心力场中螺旋波和时空混沌的控制问题.通过外界机械力旋转系统来产生中心力场,数值计算表明:该方案可以很好消除Fitzhugh-Nagumo 和Panfilov系统的螺旋波和时空混沌,即使在外部力场作用一小段时间 (大约20到50时间单位)后,系统也将很快达到均匀稳定态. 而且该方案对于噪声具有一定的鲁棒性,与所选择的模型无关.
有界随机噪声激励下软弹簧Duffing振子的安全盆分叉
戎海武, 王向东, 徐 伟, 方 同
2005, 54 (10): 4610-4613. doi: 10.7498/aps.54.4610
摘要 +
研究了软弹簧Duffing振子在有界随机噪声激励下,系统安全盆的侵蚀现象,并提出了随机安全盆分叉的概念. 计算表明,由于随机扰动的影响,系统的随机安全盆分叉点发生了偏移.
双向两车道混合车辆交通流的特性
谭惠丽, 孔令江, 刘慕仁, 郑容森
2005, 54 (10): 4614-4620. doi: 10.7498/aps.54.4614
摘要 +
在NaSch模型的基础上,制订了超车规则,建立了双向两车道混合车辆的元胞自动机交通流模型. 用计算机模拟了车道密度对称和不对称两种情况下不同参数的混合车辆交通流,得出了相应的速度、流量与密度关系的基本图. 经分析发现,双向两车道混合车辆交通状态可分为快车特性区、准慢车特性区和慢车特性区;两车道上车辆密度的不对称性对交通流有重要的影响.
智能交通系统的元胞自动机交通流模型
葛红霞, 戴世强, 祝会兵
2005, 54 (10): 4621-4626. doi: 10.7498/aps.54.4621
摘要 +
在Nagel-Schreckenberg(NS)模型的基础上,提出一种可应用智能交通系统(ITS)信息的新的交通流元胞自动机模型. 其中考虑了有效间距及刹车灯的作用,并引入了可变安全间距的新概念. 数值模拟表明:对于这种改进的ITS元胞自动机模型,道路交通量有了显著提高,体现了智能交通的优越性——有效地扩大交通流量,减少阻塞生成. 当考虑快车和慢车的混合交通流时,发现即使少量的慢车也会导致交通流量大幅度下降,说明了严格实施快慢道行驶的必要性.
B0.44C0.27N0.29化合物的合成、表征和性能
苏文辉, 白锁柱, 姚 斌
2005, 54 (10): 4627-4632. doi: 10.7498/aps.54.4627
摘要 +
以硼酸和三聚氰胺为原料,利用化学法、真空热处理及高温高压技术对BCN化合物的形成、结构及相变进行了研究. 在真空10-3Pa条件下,经1273K高温热处理得到非晶B-C-N前驱物. 这种前驱物在920K以下为绝缘体,在920K由绝缘体转变为非晶半导体. 在973—1003K和1013—1073K范围这种非晶半导体表现出不同的电导-温度关系,电导激活能分别为0.34eV和1.10eV,表明在两个不同的温度区域这种非晶半导体的导电机构不同. 将这种前驱物在3.5GPa,经1473K退火40min后由非晶态转化为单相六方结构的B-C-N晶体,其成分为B0.44C0.27N0.29,晶格常数为a=0.2515nm,c=0.6684nm. 六方B0.44C0.27N0.29晶体在1330,1364,1588和1617cm-1出现四个强的Raman散射峰,其中1330和1617cm-1被认为是六方B0.44C0.27N0.29晶体特征Raman散射峰.
Ag离子注入非晶SiO2的光学吸收、拉曼谱和透射电镜研究
刘向绯, 任 峰, 蒋昌忠, 付 强
2005, 54 (10): 4633-4637. doi: 10.7498/aps.54.4633
摘要 +
能量为200keV的Ag离子,以1×1016,5×1016,1×1017 cm-2的剂量分别注入到非晶SiO2玻璃,光学吸收谱显示:注入剂量为1×1016 cm-2的样品的光吸收谱为洛伦兹曲线,与Mie理论模拟的曲线形状一致;注入剂量较大的5×1016,1×1017 cm-2的谱线共振吸收增强,峰位红移并出现伴峰. 透射电镜观察分析表明,注入剂量不同的样品中形成的纳米颗粒的大小、形状、分布都不同,注入剂量较大的还会产生明显的表面溅射效应,这些因素都会影响共振吸收的峰形、峰位和峰强. 当注入剂量达到1×1017 cm-2时,Ag纳米颗粒内部可能还形成了杂质团簇.
信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究
袁怿谦, 邵 杰, 高晓明, 曹振松, 杨 颙, 裴世鑫, 张为俊
2005, 54 (10): 4638-4642. doi: 10.7498/aps.54.4638
摘要 +
基于可调谐半导体激光吸收光谱,提出了一种新的信号处理方法用于提高吸收光谱测量的灵敏度. 研究结果表明:采用信号处理(DSP)可以使波长调制光谱的信噪比提高一个数量级,且测量CO2分子的时候发现一条新谱线. 这些信号处理包括多次平均、数字低通滤波以及最小二乘法拟合. 由于该方法不需要增加设备的复杂性,所以比其他噪声抑制技术更容易在实验中实施、有更实际的应用价值.
核物理学
狭缝式高灵敏裂变中子探测系统
霍裕昆, 欧阳晓平, 王群书, 李真富, 马彦良, 张前美, 张国光, 金玉仁
2005, 54 (10): 4643-4647. doi: 10.7498/aps.54.4643
摘要 +
研制了狭缝-外延式高灵敏大面积PIN裂变中子探测系统. 其对14MeV,2.5MeV中子灵敏度可达10-16C·cm2,比原有典型的脉冲裂变中子探测系统高4个量级. 采用外延式铅狭缝准直结构,研制灵敏区尺寸为60mm,厚度为200μm—300μm的大面积PIN半导体探测器、以Be膜为衬底,有效直径为60的235U裂变靶,解决了该探测器研制中的高灵敏度和n/γ分辨难题. 该系统已在实践中获得成功应用.
原子和分子物理学
用含时密度泛函理论计算钠原子跃迁光谱
顾 斌, 金年庆, 王志萍, 曾祥华
2005, 54 (10): 4648-4653. doi: 10.7498/aps.54.4648
摘要 +
运用含时密度泛函理论和局域密度近似方法,计算出了Na原子的多个激发态能级和各能级电子波函数的实空间分布,并从中分析出其跃迁光谱Rydberg序列的主要特征谱线. 计算结果与实验数据符合得较好,充分验证了密度泛函激发态理论的有效性.
拉曼光谱法计算多孔硅样品的温度
白 莹, 莫育俊, 兰燕娜
2005, 54 (10): 4654-4658. doi: 10.7498/aps.54.4654
摘要 +
利用457.5nm固体激光器作为激发光源,得到了在不同功率激发下的多孔硅样品的拉曼光谱以及一些谱峰参数随功率的变化关系. 在从前的理论研究中,认为是由于激光功率的增大导致样品局域温度升高,从而使样品局域粒径变小,并由此引起了一系列谱峰参数的变化. 分别由520cm-1和300cm-1附近得到的随功率变化的拉曼谱图,详细讨论并计算了激光功率对多孔硅样品局域温度的定量影响,为拉曼光谱用于样品温度的定量测量奠定了实验基础.
一种新颖的表面光波导型原子(或分子)分束器
印建平, 纪宪明
2005, 54 (10): 4659-4665. doi: 10.7498/aps.54.4659
摘要 +
提出了一种采用二元π位相板与柱面透镜组合而构成表面光波导型原子(或分子)分束器及其Mach-Zehnder干涉仪与X-分束器列阵的新方案,介绍了本方案的物理思想与基本原理,导出了光强分布、强度梯度、分束距离和分束路径的宽度与光学系统参数间的解析关系,并分析和讨论了本方案的潜在应用及其可行性. 研究表明,本方案设计新颖、光路简单,便于与其他元件组合构成具有表面微结构的集成原子(或分子)光学元器件及其全光型原子(或分子)芯片.
46.8MeV的p+12C非弹性散射
顾运厅, 冯禄燕, 陶军全, 黄天衡, 罗 春, 马维兴
2005, 54 (10): 4666-4668. doi: 10.7498/aps.54.4666
摘要 +
在Glauber多重散射理论框架下,使用跃迁密度方法和三种N湮没势,计算了46.8MeV的反质子在12C上的非弹性散射微分截面. 理论曲线与实验数据符合得较好.
丁酮分子内价轨道1a″的电子动量谱学研究
李桂琴, 邓景康, 李 彬, 任雪光, 宁传刚, 张书锋, 苏国林
2005, 54 (10): 4669-4672. doi: 10.7498/aps.54.4669
摘要 +
用高分辨率电子动量谱仪进行丁酮分子的结合能谱和内价轨道1a″电子动量谱的实验工作,以及用Hartree-Fock和密度泛函理论方法对1a″轨道电子动量谱的理论研究. 得到了各价轨道的电离能值以及理论计算的总能、偶极矩和1a″轨道的二维密度图. 并比较了内价轨道1a″的电子动量谱的实验和理论计算结果,实验结果与理论计算符合较好.
含温有界原子模型下电子与离子碰撞激发和电离截面的理论研究
田明锋, 孟续军, 朱希睿, 姜旻昊, 王志刚
2005, 54 (10): 4673-4679. doi: 10.7498/aps.54.4673
摘要 +
采用扭曲波玻恩交换近似方法,在自由原子模型下计算了电子与离子碰撞激发、电离截面,计算值与实验一致;在含温有界平均原子模型下,系统研究了不同温度、密度等离子体中离子的电子碰撞直接电离截面,发现由于温度、密度效应导致离子的能级漂移,引起等离子体中离子的碰撞电离截面比自由原子情形发生较大变化.
LaNi5晶体表面态的计算研究
林少杰, 郑浩平
2005, 54 (10): 4680-4687. doi: 10.7498/aps.54.4680
摘要 +
用“团簇埋入自洽计算法”对LaNi5晶体表面进行了全电子、全势场、自旋极化的从头计算. 在原子纵向坐标充分弛豫的条件下,得到处于最低基态总能量下LaNi5晶体的非平整表面空间结构及其电子结构. LaNi5晶体最表面La原子向外凸出,Ni原子向里收缩,凹凸不平的表面层增加了表面原子与氢原子的接触面积;而表面层的有效体积增大了约9%,有利于氢原子的进入. LaNi5晶体表面态的费米能量大大高于体材料的费米能量. 在费密面上主要是Ni的3d电子,价带未填满,显示金属性. LaNi5晶体表面第一、第二层有1.15个电子从La原子向Ni原子转移,这两层有反向的微小自旋磁矩,从而使表面显示顺磁性. 得到了LaNi5晶体表面的价带电子态密度. 用过渡态方法计算了LaNi5晶体表面的电离能和电子亲和势. 所有计算结果显示:LaNi5晶体表面的性质与体性质显著不同,而与氢化物LaNi5H7的性质非常相近. 这说明LaNi5晶体的表面结构有利于氢原子的吸收.
唯象论的经典领域
铌酸锶钡光折变表面电磁波实验
张天浩, 路彦珍, 康慧珍, 杨大鹏, 郑建亚, 方哲宇, 楼慈波, 杨 嘉, 杨会战, 尹美荣
2005, 54 (10): 4688-4691. doi: 10.7498/aps.54.4688
摘要 +
在实验中观察到扩散和漂移机理下在光折变晶体铌酸锶钡(SBN)与空气的界面形成的光折变表面电磁波. 这种表面电磁波形成的条件是:入射光束与界面成55°角入射,信号光与背景光比值越大越有利于形成表面电磁波,外加电场越大表面电磁波就越强.
固体介质中光速减慢现象的研究
范保华, 掌蕴东, 袁 萍
2005, 54 (10): 4692-4695. doi: 10.7498/aps.54.4692
摘要 +
利用均匀加宽介质中的光谱烧孔效应在红宝石晶体中观测到了最慢为27.55±0.05m/s的极慢光速. 且介质中光传输的群速度与激光的调制频率、激光光功率以及晶体的晶格方向有关. 调制频率越低、相互作用越强,介质中的光速越慢.
啁啾脉冲多程放大及其逆问题的研究
楚晓亮, 张 彬, 蔡邦维, 魏晓峰, 朱启华, 黄小军, 袁晓东, 曾小明, 刘兰琴, 王 逍, 王晓东, 周凯南, 郭 仪
2005, 54 (10): 4696-4700. doi: 10.7498/aps.54.4696
摘要 +
利用非线性薛定谔方程和速率方程,研究了啁啾脉冲在增益介质中多程放大的特性. 在此基础上,利用分步傅里叶和迭代法对啁啾脉冲多程放大的逆问题做了研究和模拟,即在给定输出脉冲和多程放大系统参数的情况下,求出相应的输入脉冲波形. 有关结果对啁啾脉冲的多程放大及整形提供有用的理论参考.
腔调谐过程中激光器中两垂直偏振光的回馈特性
刘 刚, 张书练, 徐 亭, 朱 钧, 李 岩
2005, 54 (10): 4701-4709. doi: 10.7498/aps.54.4701
摘要 +
腔调谐过程中同时对HeNe激光器进行光回馈,设定回馈镜驱动信号的周期远小于腔调谐信号的周期,此时便获得腔调谐过程中谐振腔中两垂直偏振光的回馈信号. 回馈的形式分为仅垂直光回馈、仅平行光回馈以及两光同时回馈三种情况. 当两光同时回馈时,两模式间的模竞争较弱,两光回馈曲线有一定的相位差,该相位差小于180°,两光总体波动幅度变化趋势相反. 当仅单偏振光回馈时,两模式间的模竞争较强,两光回馈曲线始终反相,而且两光波动幅度变化趋势相同,此时可以将两光强度信号相减以实现成倍提高回馈信号幅度,从而提高系统灵敏度. 尤其仅垂直光回馈时,两光各自光强波动幅值都较大,并且在较大的增益曲线范围内保持光强波动幅值无明显变化,该特性可用于提高回馈系统的抗干扰能力,减少因激光功率漂移而引起的错误计数.
任意线偏振高斯光束的非傍轴传输
周国泉
2005, 54 (10): 4710-4717. doi: 10.7498/aps.54.4710
摘要 +
运用非傍轴光束传输的矢量矩理论,对任意线偏振高斯光束的非傍轴传输进行了系统的研究,给出了定量计算偏振对束腰、横向远场发散角和光束传输因子贡献的解析通式. 并对高度非傍轴和傍轴两种极端情形,简化了相应的计算式. 在高斯光源线度趋向于零的极限情形下,两个横向的最大发散角均为90°,与偏振态无关. 在高度非傍轴情形下,可以通过所给出的解析通式设计高斯光源的半宽度与激射光波长之比值以及线偏振态来达到所期望的光束传输特性. 对于傍轴情形,不同偏振对束腰和横向远场发散角稍有影响,但这种影响一般可以忽略不计;而光束传输因子却始终保持不变,与偏振态无关. 若介于这两种极端情形之间,则可以根据高斯光源的半宽度之值和所期望的计算精度,确定解析式中级数的项数进而确定任意线偏振高斯光束的非傍轴传输特性.
孔径型超分辨近场结构光盘的掩膜热效应分析
沈全洪, 徐端颐, 齐国生, 胡 恒, 刘 嵘
2005, 54 (10): 4718-4722. doi: 10.7498/aps.54.4718
摘要 +
基于高斯聚焦激光束热效应的超分辨近场结构光盘存储(孔径型Super-RENS)中,应用光学特性导纳矩阵建立的盘片光传导模型,采用有限元分析软件FEMLAB对不同激光功率和脉宽下的Sb掩膜层的孔径形成情况进行数值仿真.结果表明,当一定脉宽的激光功率超过介质的阈值时,掩膜层将有超分辨孔径形成,且孔径大小随功率的增大而增大.理论分析与孔径型Super-RENS光盘样片在不同激光功率下进行写入的实验结果相符,说明光热效应可以较好地描述孔径型Super-RENS光盘掩膜层孔径形成的过程.
原子质心运动对二能级原子发射谱的影响
赵丽艳, 郭 红
2005, 54 (10): 4723-4729. doi: 10.7498/aps.54.4723
摘要 +
研究了质心做谐振运动的二能级原子的发射谱. 当原子质心运动与光场无关联时,原子质心运动不影响原子发射谱的相位敏感性,随着原子质心运动平均能量的增加,原子发射谱峰间的相对距离变小,峰高的变化与原子质心运动和光场所处的状态有关. 当原子质心运动与光场有关联时,原子发射谱不依赖于光场与原子偶极矩的相对相位,在适当条件下原子发射谱峰的数目减少,峰高增大,峰宽变小.
利用Λ型原子与双模腔场的相互作用进行量子信息处理
宋克慧
2005, 54 (10): 4730-4735. doi: 10.7498/aps.54.4730
摘要 +
利用Λ型三能级原子与一个两模腔场在两光子共振和单光子大失谐条件下的相互作用模型,给出了制备两个和三个远距离的腔场的纠缠态和如何实现一个量子比特的原子态的远距离转移、纠缠态的转移的方案;同时找到了一种不用进行Bell基测量而实现纠缠交换的方法;构造了实现量子交换门的操作.最后对实验的可行性进行了分析.
飞秒激光作用下全向高反膜破坏的激发过程
孙海轶, 贾天卿, 李晓溪, 徐世珍, 冯东海, 李成斌, 王晓峰, 徐至展
2005, 54 (10): 4736-4740. doi: 10.7498/aps.54.4736
摘要 +
设计和制备了全向高反膜SiO2/TiO2,研究了它在不同脉冲宽度、不同脉冲能量的飞秒激光作用下的破坏阈值和烧蚀深度.利用发展的抽运-探针方法,研究了抽运脉冲作用下材料中导带电子的超快激发和能量沉积过程,建立并求解了飞秒激光激发材料和材料的激发对抽运光自身反作用的耦合动力学模型.模型较好地揭示了材料破坏的激发过程.
掠入射驱动产生x射线激光的数值模拟
燕 飞, 张 杰, 董全力, 鲁 欣, 李英骏
2005, 54 (10): 4741-4746. doi: 10.7498/aps.54.4741
摘要 +
利用一维流体力学数值模拟程序MEDUSA和原子物理程序包,以类镍钼189nm x射线激光为例,对掠入射驱动x射线激光方案进行了研究.掠入射驱动x射线激光方案可以通过调整掠入射角来选择适合的增益区间.与正入射驱动方案相比,掠入射驱动方案加强了驱动激光在增益区内的吸收,提高了驱动激光向x射线激光的转换效率.模拟结果与实验结果符合较好.
基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致失真的复原
步 扬, 王向朝
2005, 54 (10): 4747-4753. doi: 10.7498/aps.54.4747
摘要 +
理论分析和讨论了基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致信号失真的复原和补偿机理,数值模拟了在交叉相位调制作用下,高斯脉冲在中距相位共轭光纤系统中的传输演化过程.结果表明,频域相位共轭技术能够抑制交叉相位调制对光纤系统中传输信号的损害,复原其所导致的信号失真,并能够同步补偿群速度色散和自相位调制非线性效应所导致的信号失真.合适的初始脉冲时延和初始脉冲啁啾有利于频域相位共轭技术对交叉相位调制所致信号失真的抑制.
具有腔内光放大的单共振光参量振荡器
邓诚先, 李正佳, 朱长虹
2005, 54 (10): 4754-4760. doi: 10.7498/aps.54.4754
摘要 +
推导了描述稳态运行,具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器(ICOASRO)的功率特性的高斯光束理论.在这种结构的单共振光参量振荡器(SRO)中,适当地选择光放大器的参数,可以很大程度地降低单共振光参量振荡器的抽运阈值.在平均场近似下无二阶非线性交叉耦合作用的具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器的工作范围分成四个工作区域,且存在最小的单共振光参量振荡器的抽运阈值.文中的分析考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面抽运特性,考虑了一般化单共振光参量振荡器的特性.
周期极化LiNbO3晶体中电极布置对反转畴扩张的影响
王 霆, 马博琴, 盛 艳, 程丙英, 张道中
2005, 54 (10): 4761-4764. doi: 10.7498/aps.54.4761
摘要 +
利用外加电场极化的方法,分别研究了三种不同方式布置的极化电极对C向切割LiNbO3晶体极化反转畴扩张的影响.实验结果表明在相同极化条件下,当极化电极长度方向与六边 形反转畴一对边呈90°和0°角时,极化扩张速度分别为0.089μm/ms和0.011μm/ms.实验结果揭示,为了有效地控制极化占空比,在制备一维准相位匹配LiNbO3晶体时应 避免极化电极与六边形反转畴壁中一对边呈90°的情况.
BBOⅠ类相位匹配非共线参量产生中的群速自匹配
马 晶, 章若冰, 刘 博, 朱 晨, 张伟力, 张志刚, 王清月
2005, 54 (10): 4765-4769. doi: 10.7498/aps.54.4765
摘要 +
利用重复频率为1kHz的钛宝石激光的倍频蓝光抽运Ⅰ类相位匹配的偏硼酸钡(BBO)晶体,获得了可见光区的非共线参量超荧光.给出了最强光强处参量超荧光的非共线角,波长随相位匹配角的变化.理论计算了在参量超荧光中三波的群速失配随非共线角和相位匹配角的变化规律.结果表明,Ⅰ类非共线相位匹配的参量超荧光关于抽运光中心对称.并且沿光强最强的参量超荧光方向三波的群速失配最小,有效互作用长度最大,即参量超荧光的强度角分布是三波的相速和群速自匹配的结果.该理论和实验研究为减小飞秒光参量放大中三波的群速失配提供了一个理想的几何模型,为获得高增益、窄脉冲宽度的参量光输出提供了理论依据和实验验证.
二维正方格子磁性光子晶体的带隙结构
车 明, 周云松, 王福合, 顾本源
2005, 54 (10): 4770-4775. doi: 10.7498/aps.54.4770
摘要 +
采用平面波展开的方法计算了正方格子二维磁性光子晶体(MPC)的光子带隙结构.散射子的形状分别为:长方形,正方形,六角形和圆形.通过调节磁导率,填充率和散射子的旋转角度,找到了MPC各种结构的最大的绝对带隙宽高比ωR.研究发现:随着磁导率的增加,MPC绝对带隙中心频率ωg单调减小,绝对带隙宽度Δω和其宽高比ωR可能不同时达到最大值.而随着填充率或者散射子旋转角的增加,基本不改变ωg的大小,各种结构的Δω和ωR同时达到最大值.
液晶稳态和瞬态多波混频与非线性光学特性
侯 钢, 徐则达, 苗明川, 樊尚春
2005, 54 (10): 4776-4781. doi: 10.7498/aps.54.4776
摘要 +
在掺杂(~3%重量比)碳纳米管和光敏取向基团的向列态液晶薄膜(5μm厚)中,在使用Ar+(514.5nm)为激发光做前向多波混频实验时,观察到7级的自衍射和探测光He-N e(632.8nm )的多级衍射均呈多环状结构.高斯光束中心处的光致非线性折射率系数δn~0.8. Ar+ (514.5nm)连续光形成光栅的时间和弛豫时间都与写入光的偏振态强烈相关.在使用Nd :YAG(532 nm)为激发光时,光栅的弛豫时间~200ms量级,且探测光He-Ne(632.8nm)的o光和e光所探 测到的动力学响应曲线是不同的.
快速可调谐电光聚合物波导光栅
王义平, 陈建平, 李新碗, 周俊鹤, 沈 浩, 施长海, 张晓红, 洪建勋, 叶爱伦
2005, 54 (10): 4782-4788. doi: 10.7498/aps.54.4782
摘要 +
提出并设计了快速可调谐电光聚合物波导光栅.该波导光栅通过极化聚合物的线性电光效应 可实现谐振波长的纳秒级快速调谐,调谐灵敏度为61pm/V.研究了该波导光栅的反射谱和透 射谱特性与光栅周期,周期数,折射率调制函数及其调制大小的关系.讨论了波导光栅的材料 选择,制备工艺,快速可调谐性和偏振相关性.该波导光栅不仅克服了光纤光栅调谐速度慢和不利于大规模集成的不足,而且具有调谐灵敏度高,制备工艺与半导体工艺兼容和偏振无关 等优点.
流体、等离子体和放电
用FDTD计算各向异性磁化等离子体涂敷二维目标的RCS
徐利军, 刘少斌, 袁乃昌
2005, 54 (10): 4789-4793. doi: 10.7498/aps.54.4789
摘要 +
采用z变换方法把时域有限差分方法(FDTD)推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子 体中,该算法同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的计算问题,给出了各向 异性磁化等离子体中FDTD迭代公式.计算了各向异性磁化等离子体涂敷导体圆柱前后其雷达 散射截面(RCS)的变化情况,分析了等离子体碰撞频率和电子回旋频率对其RCS的影响.
反应等离子体中尘埃空洞形成的实验研究
吴 静, 张鹏云, 宋巧丽, 张家良, 王德真
2005, 54 (10): 4794-4798. doi: 10.7498/aps.54.4794
摘要 +
利用气体合成(乙烯和硅烷,氩气是载气)的方法,产生尘埃粒子,并在此基础上研究了悬 浮在射频等离子体鞘层上方的尘埃云及尘埃空洞.实验结果给出了尘埃云和尘埃空洞与射频 功率和气压等参数的关系曲线.
超强激光与等离子体相互作用产生中子的计算
陈正林, R. Kodama, 张 翼, 李玉同, 张 杰
2005, 54 (10): 4799-4802. doi: 10.7498/aps.54.4799
摘要 +
对超强激光与等离子体相互作用过程中发生的氘-氘反应的中子能谱进行了计算.并将计算结 果与实验结果相比较.采用麦克斯韦能量分布和高斯形式的角分布对实验结果进行拟合,从 而确定了入射氘离子的温度和角分布,为研究离子的加速机制提供了依据.
超短超强激光与固体靶相互作用中背表面光发射的实验研究
杨向东, 王光昶, 张双根, 王向贤, 郑志坚, 谷渝秋, 刘宏杰, 温天舒, 葛芳芳, 焦春晔, 周维民
2005, 54 (10): 4803-4807. doi: 10.7498/aps.54.4803
摘要 +
从金属箔背表面测量了超热电子穿越固体靶产生的光发射.光发射积分成像图案呈圆环状,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号确定为光学渡越辐射;光发射光谱在300—500nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400nm(2ω)附近的尖峰较明显,这个光发射取决于v×B加 热机制产生的超热电子束的微束团引起的相干渡越辐射,(v为电子电度,B为磁场强度),光 强随靶厚度的增加而减小.
大气压介质阻挡丝状放电时空演化数值模拟
张远涛, 王德真, 王艳辉
2005, 54 (10): 4808-4815. doi: 10.7498/aps.54.4808
摘要 +
通过数值求解二维流体方程,在均匀的初始条件下研究了大气压丝状放电的整体时空演化.通过模拟可以发现,在丝状放电的时空演化过程中,各条放电通道在不同位置相继发生击穿,且放电通道有遍历整个放电空间的趋势.在一定条件下,放电通道还会发生分裂与合并现象,其中放电通道的分裂导致了放电空间中放电通道的增加,而放电通道的合并则提供了一条放电空间中放电通道减少的途径.研究还表明,介质表面电荷是影响丝状放电整体时空演化的关键因素之一.
凝聚物质:结构、热学和力学性质
脉冲激光对类金刚石(DLC)薄膜的热冲击效应研究
牛燕雄, 黄 峰, 段晓峰, 汪岳峰, 张 鹏, 禹 晔, 姚建铨, 何琛娟
2005, 54 (10): 4816-4821. doi: 10.7498/aps.54.4816
摘要 +
强激光辐照红外热像系统时,可造成系统的干扰和破坏,激光的波长不同,对系统的破坏效果也不同.为了保护红外系统窗口以及提高窗口的透过率,红外窗口广泛沉淀类金刚石(DLC)薄膜.当入射的激光波长位于红外系统响应波段外时,激光对系统的破坏首先是激光对DLC薄膜的破坏.以波长为1.06μm的激光为例,研究了脉冲激光对DLC薄膜的损伤机理,建立了DLC薄膜的热冲击效应模型,并通过求解热传导和应力平衡方程,得出了薄膜的温度场和应力场分布.理论分析表明,热应力破坏在脉冲强激光对DLC膜的损伤机理中占主导地位.当 辐照能量密度为E0=100mJ·cm-2时,在薄膜表面距光斑中心约 40μm区域内的压应 力明显超出其断裂强度,将造成膜层的剥离、脱落.理论分析与实验结果基本相符,表明建 立热冲击效应模型的正确性.
低能离子注入植物种子的深度分布及生物效应机理研究
陆 挺, 周宏余, 丁晓纪, 汪新福, 朱光华
2005, 54 (10): 4822-4826. doi: 10.7498/aps.54.4822
摘要 +
采用四种物理测量方法:扫描电子显微镜和能量色散x射线分析,质子激发x荧光分析,双光子激光扫描显微技术和正电子湮没技术测定了能量为200keV V+ 注入干花生种 子的深度分布.测量结果表明,注入的低能离子在干种子花生内的深度远比TRIM95的理论计算值为高.对低能离子注入植物种子后的生物效应的机理进行了讨论.
硅晶体中点缺陷结合过程的分子动力学研究
乔永红, 王绍青
2005, 54 (10): 4827-4835. doi: 10.7498/aps.54.4827
摘要 +
采用分子动力学方法模拟研究了硅晶体中的空位和间隙原子的结合过程. 研究中采用了Stilliger-Weber三体经验势描述原子间的相互作用, 系统分别在低温300K和高温1400K进行弛豫. 计算中发现空位和间隙原子倾向于通过方向结合,而方向上存在着势垒. 通过势垒值的计算, 对Tang和Zawadzki势垒计算值的差异进行了解释.
应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟
王海龙, 王秀喜, 梁海弋
2005, 54 (10): 4836-4841. doi: 10.7498/aps.54.4836
摘要 +
采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为,分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化,准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时,固液界面的移动速度与温度成正比,外推得到热力学熔点为1380K ,与实验结果1358K吻合良好.应变效应(包括拉伸和压缩)导致热力学熔点降低,并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下,准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素,且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程.
磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的模型分析
邵建达, 王英剑, 范正修, 沈自才
2005, 54 (10): 4842-4845. doi: 10.7498/aps.54.4842
摘要 +
阐述了磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的机理;探讨了磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的理论模型,给出了渐变折射率薄膜的折射率与反应气体分压的关系,在一定的沉积参数下,由要得到的膜层折射率随膜层几何厚度的变化规律可推导出反应气体分压比随时间的变化规律;最后以制备折射率线性变化的薄膜为例说明了如何推导得到反应气体分压比随时间的变化规律.
TiN/TiB2异结构纳米多层膜的共格生长与力学性能
魏 仑, 梅芳华, 邵 楠, 董云杉, 李戈扬
2005, 54 (10): 4846-4851. doi: 10.7498/aps.54.4846
摘要 +
采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同TiB2调制层厚度的TiN/TiB2纳米多层膜.利用x射线衍射仪、高分辨电子显微镜和微力学探针研究了TiB2层厚变化对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明,在fcc-TiN层(111)生长面的模板 作用下,原为非晶态的TiB2层在厚度小于2.9nm时形成hcp晶体态,并与fcc-TiN 形成共格外延生长;其界面共格关系为{111}TiN//{0001}TiB2,〈110〉TiN//〈1120〉TiB2.由于共格界面存在晶格失配 度,多层膜中形成拉、压交变的应力场,导致多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应, 最高硬度和弹性模量分别达到46.9GPa和465GPa.继续增加TiB2层的厚度,TiB2形成非晶态并破坏了与TiN层的共格外延生长,多层膜形成非晶TiN层和非晶TiB2层交替的调制结构,其硬度和弹性模量相应降低.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
微孔对单壁纳米碳管储氢性能的影响
郑 宏, 王绍青, 成会明
2005, 54 (10): 4852-4856. doi: 10.7498/aps.54.4852
摘要 +
用巨正则蒙特卡罗分子模拟方法研究了单壁纳米碳管中的微孔即单壁纳米碳管基本孔-内管腔和管间孔对单壁纳米碳管储氢性能的影响.与低温下氮气吸附实验结果的比较发现单壁纳米碳管的内管腔是吸附的主要位置.分析单壁纳米碳管内管腔中吸附势的叠加和利用效率,发现管径为2nm左右时单壁纳米碳管内管腔的储氢容量最高.当单壁纳米碳管阵列的管间距增加时,单壁纳米碳管的管间孔也会成为有效的氢吸附位.
α-铁中位移级联过程中缺陷的生成和He-空位复合物的形成
Fei Gao, 祖小涛, 肖海燕, 杨 莉, 杨树政, 刘柯钊
2005, 54 (10): 4857-4862. doi: 10.7498/aps.54.4857
摘要 +
运用分子动力学方法研究了不同He浓度和不同级联能下含He的α-Fe低温时的位移级联过程.模拟的主要撞击原子(PKA)的能量(EP)(即级联能)从500eV变化到5keV,辐照温 度为100K,He的浓度从1%变化到5%.比较了不同He浓度下的Fe-He混合物和纯α-Fe的位移级 联过程,发现在含有He的α-Fe中总的Fe和He的Frenkel对与纯的α-Fe的Frenkel对的数目相 当.当He的浓度较低时,含有He的α-Fe中的Frenkel对比α-Fe的要低,随He的浓度增加,有 He的α-Fe中的Frenkel对比α-Fe中的高,这主要与He在金属中的性质有关.本研究证明了位 移级联过程可以直接导致He泡的成核.对不同级联能和不同He浓度下Fe的位移级联过程的模 拟,发现在同样的级联能下,随着He浓度的增加,He成团的几率增大;在同样的He浓度下, 随着级联能的增加,He成团的几率也同样增加,并分析了级联下He泡的形成机制.
高温快速退火对重掺锑硅单晶中流动图形缺陷的影响
周旗钢, 王 敬, 刘彩池, 孙卫忠, 张建强, 孙世龙, 赵丽伟, 张建峰, 郝秋艳
2005, 54 (10): 4863-4866. doi: 10.7498/aps.54.4863
摘要 +
对大直径重掺锑硅单晶中流动图形缺陷(FPDs)进行了研究.利用高温快速退火工艺(RTA) ,将重掺锑硅片在N2,Ar,H2三种不同气氛下进行热处理,对退 火前后FPDs的密度变化进行了研究,分析了重掺锑硅单晶中FPDs在不同高温RTA过程中的热 稳定性.并从重掺杂原子锑与间隙氧之间的关系,分析了重掺锑硅片中FPDs在高温快速退火 工艺下的消除机制,认为重掺锑硅单晶中大量的锑原子,影响了硅片中间隙氧的浓度分布, 进而影响了原生微缺陷的形成及热行为.
准自由支撑铝薄膜中有序表面结构的自组织生长
张永炬, 余森江
2005, 54 (10): 4867-4873. doi: 10.7498/aps.54.4867
摘要 +
利用真空热蒸发方法在液体基底表面成功制备出具有自由支撑边界条件的金属铝薄膜系统,研究了薄膜中自发形成的自边界向内部区域逐渐生长而呈带状分布的有序表面结构.该有序结构的形成与薄膜厚度、沉积速率和真空环境中的生长时间等实验参数密切相关,其形成过程可用一个三阶段生长模型来描述.实验证明此类有序结构是在薄膜内应力作用下,铝原子及原子团簇在液体表面自由扩散凝聚所致.进一步的理论研究表明:基于特征的边界条件和固液相互作用,该自由支撑铝薄膜系统中包含了丰富的正弦形内应力分布,各种具有不同振幅和频率的正弦形内应力的合成可形成矩形状畴块和带状有序结构.
太阳电池用本征微晶硅材料的制备及其结构研究
赵 颖, 高艳涛, 朱 锋, 魏长春, 孙 建, 耿新华, 张晓丹, 熊绍珍
2005, 54 (10): 4874-4878. doi: 10.7498/aps.54.4874
摘要 +
采用VHF-PECVD技术制备了系列不同硅烷浓度和反应气压的微晶硅薄膜.运用拉曼散射光谱和 x射线衍射对制备的材料进行了结构分析.在实验研究的范围内,制备材料的晶化程度随硅烷 浓度的增加而降低.XRD的测试结果表明:制备的微晶硅材料均体现了(220)方向择优.应用在 电池的有源层中,制备出了效率达7.1%的单结微晶硅太阳电池,电池的结构是glass/ZnO/p( μc-Si:H)/i(μc-Si:H)/n(a-Si:H/Al),没有ZnO背反射电极,有源层的厚度仅为1.2μm.
Heusler合金Co2TiSn的磁性与输运性能
张 炜, 千正男, 隋 郁, 刘玉强, 苏文辉, 张 铭, 柳祝红, 刘国栋, 吴光恒
2005, 54 (10): 4879-4883. doi: 10.7498/aps.54.4879
摘要 +
通过对Heusler合金Co2TiSn磁性和输运性能的实验研究,发现低场中Co2TiSn呈现出亚铁磁性;电阻和霍尔电阻率在温度低于8K时均出现异常.同时分析了电输 运的散射机制,并对反常霍尔效应产生的机制进行了探讨.
Co50Ni22Ga28:Fex单晶在室温和100℃高温的超弹性研究
代学芳, 刘国栋, 柳祝红, 吴光恒, 陈京兰
2005, 54 (10): 4884-4888. doi: 10.7498/aps.54.4884
摘要 +
制备了四元铁磁性Heusler合金Co50Ni22Ga28:Fex(x=0,1.5,2,2.5),发现材料具有很好的机械性能,在加压、 弯曲和扭曲时都展现出很好的超弹性.室温时,在压力作用下,Co50Ni22Ga28:Fe2单晶样品在[001]和[110]方向分别具有约4%和 6.7%的完全可恢复应变.Co50Ni22Ga28:Fe1.5单晶样品在室温下沿[001]和[110]方向的应力与应变σ-ε曲线的平台部分较缓, 但升温到100℃时,σ-ε曲线中表示超弹性应变的平台变平.Co50Ni22Ga28 :Fe2.5成分的单晶在[001]方向可得到5.5%的超弹性应 变.同时以上材料都显示出了明显的弹性各向异性.
Nd28Fe66B6/Fe50Co50双层纳米复合膜的结构和磁性
敖 琪, 张瓦利, 张 熠, 吴建生
2005, 54 (10): 4889-4893. doi: 10.7498/aps.54.4889
摘要 +
利用磁控溅射法制备了Nd28Fe66B6/Fe50Co50 双层纳米复合磁性薄膜,研究了其结构和磁性.经873K退火处理15min 后,利用x射线衍射仪测定薄膜晶体结构,采用俄歇电子能谱仪估算薄膜厚度和超导量子干 涉仪测量其磁性.磁性测量表明,1)该系列薄膜具有垂直于膜面的磁各向异性.从起始磁化曲 线和小回线的形状特征可知,矫顽力机制主要是由畴壁钉扎控制.2)对于固定厚度(10nm) 层的硬磁相Nd-Fe-B和不同厚度(dFeCo=1—100nm)层软磁相FeCo双层纳米复合 膜,剩磁随软磁相FeCo 厚度的增加快速增加,而矫顽力则减少.当dFeCo=5nm 时 ,最大磁能积达到160×103A/m.磁滞回线的单一硬磁相特征说明,硬磁相Nd -Fe-B层和软磁相FeCo层之间的相互作用使两相很好地耦合在一起.剩磁和磁能积的提高是由 于两相磁性交换耦合所致.
掺杂对Ni51.5Mn25Ga23.5相变行为和磁性的影响
朱志永, 王文全, 苗元华, 王岩松, 陈丽婕, 代学芳, 刘国栋, 陈京兰, 吴光恒
2005, 54 (10): 4894-4897. doi: 10.7498/aps.54.4894
摘要 +
通过往母合金Ni51.5Mn25Ga23.5掺入7种IVA, VA和VIA 过渡族元素得到系列掺杂合金Ni51.5Mn23M2Ga23 .5.M为掺杂元素.实验结果表明,掺杂效应一般引起马氏体相变温度的下降,其中,W 的掺杂是7种元素中唯一使相变温度升高的特例,且出现了中间马氏体相变.同时,在价电子 浓度不变的情况下,相变更敏感于原子的尺度效应.实验发现,Ti,Zr,Hf,V四种非磁性元 素的掺杂使Mn原子磁矩减小,而Nb,Ta,W三种非磁性元素的掺杂却可以明显地增大Mn原子 的磁矩.在考察掺杂效应时,不能忽略马氏体相变引起的晶格变化对材料磁性的影响.
Ag和Ti底层对[Fe/Pt]n多层膜有序化的影响
冯 春, 滕 蛟, 杨 涛, 于广华, 李宝河
2005, 54 (10): 4898-4902. doi: 10.7498/aps.54.4898
摘要 +
利用磁控溅射的方法,在热玻璃基片上制备了以Ag,Ti,Cu,Cr,Pt和Ta为底层的[Fe/Pt]n多层膜,后经不同温度真空热处理,得到L10有序结构的FePt 薄膜(L10-FePt).实验结果表明,以Ag和Ti为底层,通过采用基片加温,同时 利用[Fe/Pt]n多层膜结构,可以促进FePt薄膜的有序化过程,使FePt-L10有序化温度从500℃降低到350℃.在较高的温度下退火,以Ag为底层对薄膜的磁性 能影响较小,而以Ti为底层在高于500℃退火后,矫顽力明显下降.在400℃退火20min后,以 Ag和Ti为底层的样品平行膜面的矫顽力分别达到597kA/m和645kA/m,剩磁比分别达到0.81和 0.94,为将来FePt-L10有序相合金薄膜用于未来超高密度磁记录介质打下基础.
成分调制的La1-xSrxMnO3复合隧道结
杜永胜, 严 辉, 应启明, 张国成, 于敦波, 丰家峰, 韩秀峰
2005, 54 (10): 4903-4908. doi: 10.7498/aps.54.4903
摘要 +
利用磁控溅射和Sr成分的调制以及原位热处理方法,在10mm×10mm大小的(001) 取向SrTiO3单晶衬底上制备出三明治结构为La0.7Sr0.3MnO3(100nm)/La0.96Sr0.04MnO3 (5nm)/ La0.7Sr0.3MnO3 (100nm) 的隧道结外延薄膜,然后再次 利用磁控溅射方法,在三层单晶膜上方继续沉积Ir22Mn78(15n m)/Ni79Fe21(5nm)/Pt(20nm)等金属三层膜.最后利用深紫外曝 光和Ar离子束刻蚀等微加工技术,制备出长短轴分别为12和6μm或者8和4μm大小的椭圆形L a1-xSrxMnO3成分调制的复合磁性隧道结.在4.2K和 外加磁场8 T的测试下,La1-xSrxMnO3成分调制的复 合磁性隧道结其隧穿磁电阻(TMR)比值达到3270%, 直接从实验上证实了铁磁性La0.7Sr0.3MnO3金属氧化物的自旋极化率(97%)可接近100%,具 有很好的半金属性质.
MnFeP0.45As0.55材料中的相变研究
朱志永, 王文全, 苗元华, 王岩松, 陈丽婕, 代学芳, 刘国栋, 陈京兰, 吴光恒
2005, 54 (10): 4909-4913. doi: 10.7498/aps.54.4909
摘要 +
利用不同的测量方法,研究了MnFeP1-xAsx(0.32
直流偏置电场下BaTiO3基陶瓷介电常数非线性机理的研究
梁瑞虹, 董显林, 陈 莹, 曹 菲, 王永龄
2005, 54 (10): 4914-4919. doi: 10.7498/aps.54.4914
摘要 +
采用传统固相法制备了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)和BaZrxTi1-xO3(x=0.25,0.3,0.35,0.4)(BZT)陶瓷 ,并对其在直流偏置电场下的介电常数非线性行为进行了系统、详细的研究.结果表明,基 于Devonshire的宏观相变理论(phenomenological theory)提出的公式εr(app) εr(0)=1[1+αε3r(0)E2 ]1/3和ε(E)=ε1-ε2E2+ε3E4,均可定量地解释BST体系顺电相的介电常数非线性行为,其中εr (app)表示材料在电场下的介电常数,εr(0)表示不加电场即静态下材料 的介电常数,α是非谐性因子,E表示电场强度,ε(E)表示材料在电场下的介电常数,ε1,ε2,ε3分别表示线性、非线性和高阶介电常数. 而对于处于铁电相和居里温度附近的BST体系,则需要考虑铁电畴对介电常数非线性的贡献 ,这种贡献随着外加直流偏置电场强度的增大逐步减小.对于弛豫铁电体BZT体系,即使处于 顺电相,也必须考虑由极性微区的冻结与合并引起的介电常数的下降,极性微区对介电常数 非线性的贡献随着电场强度和温度的上升而有所下降.
基底微缺陷对介质薄膜光学性能影响的理论研究
刘守华, 邵建达, 范正修, 沈 健, 沈自才, 孔伟金, 黄建兵
2005, 54 (10): 4920-4925. doi: 10.7498/aps.54.4920
摘要 +
基于非均匀膜理论提出一种存在微缺陷的介质基底的折射率分层模型,将基底依次分为表面层、亚表面层和体材料层,其中表面层和亚面层分别等效为折射率服从统计分布的非均匀膜,将它们分别再次细分为N1和N2个子层,每一子层均视为均匀介质 膜.应用光学薄膜特征矩阵法对其进行理论分析,并对单层介质膜的光学性能进行数值计算. 研究结果表明:基底的表面和亚表面微缺陷改变了薄膜和基底的等效折射率,导致了准Brew ster角和组合反射率与理想情形的偏离.同时这些微缺陷也改变了光在薄膜和基底中的传播 特性,因此反射相移和相位差均偏离理想情形.在研究基底的微缺陷对多层介质膜光学性能 影响的分析和计算时,该模型同样适用.
碱金属和碱土金属氟化物对掺Er3+氟磷酸盐玻璃光谱性质的影响
李 涛, 张勤远, 冯洲明, 赵 纯, 姜中宏
2005, 54 (10): 4926-4932. doi: 10.7498/aps.54.4926
摘要 +
研究了碱金属和碱土金属离子修饰的掺Er3+氟磷酸盐玻璃的光谱性质,讨论 了碱金属和碱土金属对铒氟磷玻璃的吸收和发射截面、荧光半高宽,Judd-Ofelt强度参数和 上转换发光强度等光谱性质的影响,并与一些传统氧化物玻璃系统进行了比较.研究表明碱 金属K+和碱土金属Sr2+掺杂高的玻璃更适宜用作光放大器基质. 含12mol%K+的氟磷玻璃展现出7.83×10-21cm2的高 发射截面和最小的荧光上转换强度;含23mol%Sr2+的氟磷玻璃则有7.58×10 -21cm2的高发射截面、65nm的荧光半高宽及8.6ms的长的上能级荧 光寿命.
光子晶体平面波导与脊波导高效耦合技术的研究
柏宁丰, 刘 旭, 肖金标, 张明德, 孙小菡
2005, 54 (10): 4933-4937. doi: 10.7498/aps.54.4933
摘要 +
利用一维变周期谐振腔阵列和非线性缓变边界,可以实现光波从脊波导到光子晶体平面波导 (PCW)的高效耦合.基于平面波展开法(PWE)和时域有限差分法(FDTD),深入分析和讨 论了普通脊波导、2D-PCW结构和本征模以及工作模式、缓变边界形状等对耦合效率的影响, 从而得出光波从脊波导到2D-PCW、再返回脊波导的统一图景.指出考虑模式转换和采用缓变 边界条件可以极大提高PCW与脊波导间的耦合效率.对PC-PW边界采用线性和非线性缓变结构 进行了仿真,讨论了边界缓变程度对耦合效率的影响.结果表明,采用模式耦合和PC-PW余弦 缓变边界时的耦合效率在较宽的带宽内超过了95%.
反应离子刻蚀ZnTe的THz辐射和探测研究
贺莉蓉, 顾春明, 沈文忠, 曹俊诚, 小川博司, 郭其新
2005, 54 (10): 4938-4943. doi: 10.7498/aps.54.4938
摘要 +
运用电光采样技术揭示了反应离子刻蚀(RIE)ZnTe晶体表面THz辐射的光学整流产生机制, 观察到0.25 ps的THz场分布.通过比较刻蚀前后以及不同刻蚀条件下ZnTe样品在不同激发功 率下的THz辐射强度,发现由于反应离子刻蚀破坏了ZnTe样品表面的有序性,晶体的电光系 数随射频功率的增加而减小.借助于计算不同刻蚀条件下ZnTe晶体的频率响应函数,分析了 随射频功率增加ZnTe晶体响应频谱展宽的现象.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
非平衡磁控溅射法类金刚石薄膜的制备及分析
张守忠, 杜 健, 马培宁, 杨武保, 范松华, 张谷令
2005, 54 (10): 4944-4948. doi: 10.7498/aps.54.4944
摘要 +
利用非平衡磁控溅射物理气相沉积技术制备了光滑、致密、均匀的类金刚石薄膜.分析沉积工艺参数对所得类金刚石薄膜的电学特性的影响以及溅射粒子的大小、能量、碰撞及沉积过程中的相变机理后认为:溅射粒子越小、与环境气体分子的碰撞次数越多、与衬底相互作用时具有适当动量等,能够有效提高薄膜中sp3杂化碳原子的含量.利用拉曼光谱 、纳米力学探针、红外光谱、扫描电镜等分析了所得类金刚石膜的结构、力学及光学性能、 表面形貌等特征.结果表明,类金刚石膜中sp3杂化碳原子的含量较高,显微硬 度大于11GPa,薄膜光学透过率达到89.4%,折射系数为1.952,沉积速率为0.724μm/h,表 面光滑、致密、均匀,不存在明显的晶粒特征.
碳纳米管的氧化铝模板法合成及其退火效应研究
王 森, 俞国军, 巩金龙, 朱德彰, 何绥霞, 朱志远, 徐洪杰
2005, 54 (10): 4949-4954. doi: 10.7498/aps.54.4949
摘要 +
结合氧化铝模板制约生长技术和高温退火处理,得到了相当统一的多壁碳纳米管.扫描电子显微镜(SEM)图像表明模板制约生长的初始碳纳米管形貌和尺寸完全受控于模板结构,透 射电子显微镜(TEM)和x射线粉末衍射(XRD)结果显示其管壁结构为无定形碳和石墨纳米 晶组成的混杂结构.为减少晶格缺陷及无定形碳,对初始碳纳米管进行系列高温(1100—240 0℃)退火处理,并初步研究了管壁在高温下的晶化行为.实验证明高温退火是提高多壁碳纳 米管质量的有效途径.
射线引起DNA双链断裂的统计分布
魏志勇, 臧黎慧, 李 明, 范 我, 许玉杰
2005, 54 (10): 4955-4960. doi: 10.7498/aps.54.4955
摘要 +
辐射过程引起的生物细胞的DNA双链断裂是一种很重要的细胞损伤过程.射线在细胞中能量沉积比较大时,DNA双链断裂的碎片分布会偏离随机断裂模型给出的结果,为此发展了新的模型分析方法-统计碎裂模型.根据统计物理学的原理和方法,放射性射线照射细胞后,将射线的能量传递给细胞中的DNA分子,当沉积的能量比较大时,体系会经过一个弛豫过程,DNA碎片大小l按照统计规律分布.体系熵值取极大的分布是最可几的分布,从而得到了辐射导致DNA双链断裂后碎裂片段随其大小l的分布函数exp(αl+βl2),它对应于 两种成分,一种成分随碎裂片段的大小l的增大而迅速减小,这对应于分布函数中的exp(βl 2)项,对于质量比较小的碎裂片段,这种成分是主要贡献;另外一种成分随碎 裂片段的大小l的增大而缓慢减小,这对应于分布函数中的exp(αl)项,对于质量比较大的 碎裂片段,这种成分是主要贡献.根据实验所测的碎裂片段分布,通过数值解法解积分方程 ,将热力学参数α,β解出,与实验结果进行比较,实验的结果支持了DNA双链断裂后碎裂 片段分布的统计碎裂模型.
地球物理学、天文学和天体物理学
外强迫作用下正压大气非线性特征数值模拟
戴新刚, 汪 萍
2005, 54 (10): 4961-4970. doi: 10.7498/aps.54.4961
摘要 +
在两种边界条件下用正压大气非线性位势涡度方程模拟了强迫、耗散和非线性共同作用下大气运动的若干特征.在南北两端为齐次边界条件时,单纯的热力强迫下只出现了波状定常解;在只有经向加热和波状地形共同强迫下出现了在两种基本流型之间振荡的准周期解,十分类似于旋转地球上大气运动的纬向和经向流型之间的准周期循环,前者对应于强的西风环流,后者对应于弱西风流型.在周期边界条件下,弱的下垫面加热导致定常解,较强的加热强迫可以得到周期解.尽管下垫面的波状地形也能强迫一个类似的准周期振荡,但弱西风流型是对称的,不像大气中的弱西风流型.因此,在周期边界条件下用低阶截谱模式求出的解析或数值解,不一定适合描述中高纬度大气的非线性动力特征.
研究快讯
Birkhoff系统的守恒量与稳定性
许志新
2005, 54 (10): 4971-4973. doi: 10.7498/aps.54.4971
摘要 +
利用Birkhoff系统的守恒量来研究系统的稳定性.如果守恒量的组合能够成为Liapunov函数,便可用来研究系统的平衡稳定性和运动稳定性.
关于稳态轴对称真空引力场方程的两个扩展解
吴亚波, 董 鹏, 赵国明, 邓雪梅
2005, 54 (10): 4974-4978. doi: 10.7498/aps.54.4974
摘要 +
将Ehlers变换应用于Ernst方程的Schwarzschild解和Kerr解,通过引入Boyer-Lindquist坐 标变换以及相关的参数代换,得到了Ernst方程的两个扩展解. 当所含参数L=0时,其中一个扩展解退化为Schwarzschild解,另一个退化为Kerr解.当参数|L|M时,如果取近似1-LM2≈1,则这两个扩展解分别退化为已知的NUT-Taub解和Kerr-NUT解.这一结果表明 NUT-Taub解和Kerr-NUT解中所含的参数l并非能任意取值,它的取值要受到引力源质量M的限 制,即要求|l|M.
预脉冲在毛细管快放电软x射线激光中的作用
郑无敌, 彭惠民, 程元丽, 栾伯含, 吴寅初, 赵永蓬, 王 骐, 杨大为
2005, 54 (10): 4979-4984. doi: 10.7498/aps.54.4979
摘要 +
在一台毛细管快放电软x射线激光实验装置上,在相同主脉冲条件下(电流峰值18—30kA,半周期80ns),通过观测放电产生的软x射线辐射,研究了该装置固有的高幅值(2—5kA)和外加的低幅值(10—20A)两种预脉冲,对聚乙烯毛细管和高纯度陶瓷毛细管(99.9%)放电的管壁烧蚀及等离子体状态的影响.采用装置固有的几kA预脉冲和聚乙烯毛细管,放电 过程中产生了大量的管壁烧蚀,并且这种情况下的等离子体均匀性差,没有可能获得激光输 出.而采用20A的预脉冲和高纯度陶瓷毛细管,管壁烧蚀量大大减少,预电离等离子体的均匀 性好,在这种情况下,实验上利用x射线二极管观测到了激光尖峰信号.