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Vol. 59, No. 4 (2010)

2010年02月20日
总论
总论
核物理学
核物理学
原子和分子物理学
原子和分子物理学
唯象论的经典领域
唯象论的经典领域
流体、等离子体和放电
流体、等离子体和放电
凝聚物质:结构、热学和力学性质
凝聚物质:结构、热学和力学性质
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
物理学交叉学科及有关科学技术领域
物理学交叉学科及有关科学技术领域
地球物理学、天文学和天体物理学
地球物理学、天文学和天体物理学
领域
总论
一类扰动海-气耦合振子机理的近似解
莫嘉琪, 周先春, 林万涛, 林一骅
2010, 59 (4): 2173-2177. doi: 10.7498/aps.59.2173
摘要 +
考虑了一个全球气候扰动海-气热盐循环的箱域模型.利用同伦映射方法,研究了一类非线性模型.得到了模型的近似解.同伦映射求解方法是一个解析方法,得到的解还能继续进行解析运算.从而再可研究有关物理量的各种定性、定量的性态.
尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题
仲生仁
2010, 59 (4): 2178-2181. doi: 10.7498/aps.59.2178
摘要 +
研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Korteweg de Veries (KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.
一般反射短峰波的普适法则——倍频率通向短峰波
黄虎, 杨丽, 夏应波
2010, 59 (4): 2182-2186. doi: 10.7498/aps.59.2182
摘要 +
考虑环境均匀流效应,给出从垂直防波堤发生一般部分反射短峰波的三阶解析解.据此推断出一项普适法则:倍频率通向短峰波.
双势阱中冷原子的关联隧穿
曹辉, 赵清
2010, 59 (4): 2187-2192. doi: 10.7498/aps.59.2187
摘要 +
研究了在不同的相互作用和隧穿耦合强度比值情况下双势阱中冷原子的隧穿现象.两格点Bose-Hubbard模型不能完全解释实验.为此,对此模型做了高阶修正.取双势阱的基态和第一激发态作基矢,写出哈密顿量的表示,解释了用两格点Bose-Hubbard模型分析实验时参数不能定量符合的原因.另外,通过计算两阱中原子纠缠度的变化,结合三态上原子布居数分布,直观描述了整个隧穿过程.
基于纠缠的选择自动重传量子同步通信协议
周南润, 曾宾阳, 王立军, 龚黎华
2010, 59 (4): 2193-2199. doi: 10.7498/aps.59.2193
摘要 +
分析经典选择重传自动请求重传(automatic repeat-request,ARQ)协议之后,利用量子力学中纠缠态的非定域关联性,提出了数据链路层的选择重传ARQ量子同步通信协议.该协议把链路分为准备阶段和发送阶段.在线路准备阶段完成EPR (Einstein-Podolsky-Rosen)关联对的分发,建立量子信道;在发送阶段完成数据帧和量子确认帧的传送.从吞吐量和信道利用率等方面比较分析了几种常见的数据链路层通信协议的性能.研究表明,该协议可以有效地提高数据链路层的最大吞吐量和信道利用率,改善选择重传ARQ协议的性能,在受时间瓶颈限制的通信中有着重要的应用价值.
在时域实验研究扩散诱导的Ramsey压窄
罗霄鸣, 陈丽清, 蒋硕, 钟志萍
2010, 59 (4): 2200-2206. doi: 10.7498/aps.59.2200
摘要 +
基于Duan-Lukin-Cirac-Zoller(DLCZ)方案,在时域上研究了扩散诱导的Ramsey压窄. 以87Rb热原子系综为研究对象,观测到缓冲气体,激光束尺寸和镀石蜡Rb池均可以导致Ramsey压窄现象. 实验结果和文献中重复相互作用模型预期的一致.
延长Rb原子退相干时间镀膜材料的可行性研究
罗霄鸣, 陈丽清, 宁波, 蒋硕, 钟志萍
2010, 59 (4): 2207-2211. doi: 10.7498/aps.59.2207
摘要 +
实验测量了镀石蜡Rb池和石英玻璃Rb池中Rb原子自旋态寿命. 研究表明,镀石蜡Rb池的Rb原子自旋态寿命在温度T=50℃约为7 ms,而在同样温度的石英玻璃池中,Rb原子自旋态寿命仅为20 μs. 这为基于自旋的量子存储实验提供了很好的借鉴. 同时讨论了其他候选的材料来隔绝碱金属原子和容器壁的非弹性碰撞相互作用. 根据实验结果,我们认为H原子布于笼状结构内部的C60H60以及BN材料有较大的实用前景.
多量子位Heisenberg XX链中的杂质纠缠
秦猛
2010, 59 (4): 2212-2216. doi: 10.7498/aps.59.2212
摘要 +
通过分析系统的杂质位与其余部分间的纠缠N1-A以及单个正常位与其余部分间的纠缠NL-A研究了匀强磁场作用下含杂质Heisenberg XX链的纠缠特性.研究表明三量子位时纠缠存在的临界温度依赖于杂质参数J1和匀强磁场B.研究发现,当量子位L为奇数时,纠缠N1-A随量子位的增加而增大,而L为偶数时则相反,并且量子位L为偶数时的纠缠大于量子位L为奇数时的纠缠;对NL-A, 量子位L为奇数时,纠缠随杂质参数J1的变化与L=3类似,而L为偶数时纠缠随杂质参数|J1|的增加而增加.
Kerr-Newman-de Sitter黑洞辐射谱和熵修正
张丽春, 赵仁
2010, 59 (4): 2217-2222. doi: 10.7498/aps.59.2217
摘要 +
本文延拓Damour-Ruffini方法,研究Kerr-Newman-de Sitter黑洞的Hawking辐射.在保持时空中总能量,总角动量和总电荷守恒的条件下,考虑辐射粒子对时空的反作用与黑洞事件视界和宇宙视界的相互关联后,得到了黑洞辐射谱.此辐射不再是严格的纯热谱与黑洞事件视界和宇宙视界对应Bekenstein-Hawking熵变有关.研究发现其结果仍然符合幺正性原理. 同时给出了黑洞Bekenstein-Hawking熵的修正项. 使人们对黑洞热辐射的研究有了进一步的认识.
高维de Sitter时空中宇宙视界处的Fermi子隧穿
林恺, 杨树政
2010, 59 (4): 2223-2227. doi: 10.7498/aps.59.2223
摘要 +
运用半经典近似理论,本文研究了来自静态高维de Sitter时空和高维Schwarzschild-de Sitter时空宇宙视界处的Fermi子隧穿辐射.在文中,描述1/2自旋粒子行为的Dirac方程被简化为一个简单的形式,接着运用方程组有非平凡解的条件,可以得到了半经典的Hamilton-Jacobi方程,从而使得问题大大得以简化,最终得到了静态de Sitter时空中宇宙视界处的Fermi子隧穿率和Hawking温度.
液Zn对Fe2Al5涂层侵蚀的相变过程研究
孙文秀, 阎殿然, 陈学广, 董艳春, 李香芝
2010, 59 (4): 2228-2234. doi: 10.7498/aps.59.2228
摘要 +
本文对Fe2Al5涂层在液态Zn中的侵蚀相变过程进行了研究,实验结果表明:在侵蚀初期,靠界面张力平衡的作用,先发生热侵蚀,在试样表面形成热蚀沟,当热蚀沟达到一定程度后, 液Zn与Fe2Al5相由不浸润变为浸润;同时Zn原子扩散进入Fe2Al5相并形成Fe2Al5-Znx固溶体相(η相);随着侵蚀时间的增加,发生在腐蚀界面上的液Zn对Fe2Al5涂层的侵蚀过程是恒温相变过程,相变过程使Fe2Al5涂层发生定向熔化. 相变的驱动力来自于相成分的改变所引起的各相自由能的变化及各相间的相平衡的重新建立.
准单色噪声驱动的耗散动力系统的信息熵演化
郭永峰, 徐伟, 李东喜, 王亮
2010, 59 (4): 2235-2239. doi: 10.7498/aps.59.2235
摘要 +
准单色噪声是一类所谓真正有色的噪声.本文对准单色噪声驱动的耗散动力系统的信息熵演化进行研究,文中首先运用线性变换的方法给出了所研究系统的Fokker-Planck方程,然后结合Shannon信息熵定义推导了该系统随时间演化信息熵的精确表达式, 最后分析了系统耗散参数和准单色噪声对系统信息熵的显著影响.
时间延迟增强双稳系统的共振抑制
闫勇, 梅冬成, 林灵
2010, 59 (4): 2240-2243. doi: 10.7498/aps.59.2240
摘要 +
研究了时间延迟对双稳系统激活率的影响.在短时间延迟的情况下,应用最陡下降法导出延迟双稳系统的平均首通时间表达式和相应的与延迟时间有关的激活率表达式.数值计算结果表明,时间延迟可以增强双稳系统的共振抑制.
无标度立体Koch网络的建立及其结构性质研究
刘甲雪, 孔祥木
2010, 59 (4): 2244-2249. doi: 10.7498/aps.59.2244
摘要 +
根据经典Koch曲线的构造,利用四面体作为迭代基元构造了一种立体Koch网络并对其结构性质做了研究, 给出了该网络的度分布函数,计算了该网络的团簇系数、平均最短路径长度以及度关联函数.结果表明,所构建的网络是无标度网络,度分布临界指数γ≈332;其团簇系数趋向于常数值0870435;平均路径长度与网络尺寸的对数呈正比关系,说明该网络具有小世界网络特性.另外,计算结果表明knn(k)随k的变化而变化,说明该Koch网络具有一定的度关联性.
不确定动态混沌系统的最优控制
钱富才, 刘丁, 朱少平
2010, 59 (4): 2250-2255. doi: 10.7498/aps.59.2250
摘要 +
对于混沌系统的控制问题,考虑到控制系统能量限制的要求,首先确立一个二次目标函数,然后给出了求解最优控制律的一个简单方法,该方法通过求解线性二次最优控制问题,获得了混沌系统的最优控制律,避免了求解非线性Hamilton-Jacobi-Bellman 偏微分方程(HJB方程)的困难.利用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性.对统一混沌系统和Liu混沌系统的仿真结果表明了控制策略的有效性.
基于自适应斜坡补偿的双环电流模DC/DC混沌控制
来新泉, 李祖贺, 袁冰, 王慧, 叶强, 赵永瑞
2010, 59 (4): 2256-2263. doi: 10.7498/aps.59.2256
摘要 +
提出了一种自适应斜坡补偿方法,将该方法引入到双环电流模buck DC/DC的混沌控制中,并给出实现该方法的电路结构.建立了双环电流模DC/DC系统稳定性分析的离散模型,理论分析了自适应斜坡补偿在双环控制下系统的稳定性条件,推导出了自适应因子k与系统工作的最大占空比的关系式.仿真结果表明该方法可有效控制系统的分岔和混沌现象,提高系统的工作范围和动态响应速度.
不同超混沌系统的自适应修正函数投影
王健安, 刘贺平
2010, 59 (4): 2264-2271. doi: 10.7498/aps.59.2264
摘要 +
研究了具有未知参数的Lorenz-Stenflo(LS)系统和一种新型超混沌系统以及LS系统和超混沌Chen系统的修正函数投影同步问题.利用Lyapunov稳定性理论和主动控制方法,设计自适应控制器和参数更新规则,实现不同超混沌系统的修正函数投影同步,同时估计出系统的未知参数.数值仿真验证了该自适应控制器的有效性.
峰值/谷值电流型控制开关DC-DC变换器的对称动力学现象分析
包伯成, 周国华, 许建平
2010, 59 (4): 2272-2280. doi: 10.7498/aps.59.2272
摘要 +
峰值电流和谷值电流控制开关DC-DC变换器在较宽的电路参数范围内具有对称动力学现象.文中建立了峰值电流和谷值电流控制buck,boost,及buck-boost变换器的统一离散迭代映射模型,并导出了统一的分段光滑迭代映射方程及特征值方程,通过数值仿真得到了占空比变化时的正、逆分岔图和Lyapunov指数谱.研究结果表明,峰值/谷值电流型控制开关变换器的分岔图和Lyapunov指数具有关于点或轴对称的现象.时域仿真结果验证了数值仿真结果,并进一步表明,随着占空比的变化,峰值/谷值电流型控制开关变换器具有对称动力学现象、对称动力学现象和非对称动力学现象共存、非对称动力学现象.
广义同步延迟混沌系统的实验研究
田小建, 单江东, 陈菊芳
2010, 59 (4): 2281-2288. doi: 10.7498/aps.59.2281
摘要 +
利用电子线路实验设计并实现了一个二阶延迟混沌电路.在此基础上,利用线性变换方法,设计出广义同步混沌系统,用数学方法进行分析,理论上给出实现同步的解析条件,并在电路上加以实现.结合理论分析和实验结果,用数值方法进行了对照分析,进一步验证理论分析和实验电路设计的正确性和有效性.
基于线性反馈移位寄存器和混沌系统的伪随机序列生成方法
张雪锋, 范九伦
2010, 59 (4): 2289-2297. doi: 10.7498/aps.59.2289
摘要 +
结合线性反馈移位寄存器(LFSR)和混沌理论各自的优点,采用循环迭代结构,给出一种将LFSR和混沌理论相结合的伪随机序列生成方法.首先根据LFSR的计算结果产生相应的选择函数,通过选择函数确定当前迭代计算使用的混沌系统,应用选择的混沌系统进行迭代计算产生相应的混沌序列;然后把生成的混沌序列进行数制转换,在将得到的二进制序列作为产生的伪随机序列输出的同时将其作为反馈值与LFSR的反馈值进行相应的运算,运算结果作为LFSR的最终反馈值,实现对LFSR生成序列的随机扰动.该方法既可生成二值伪随机序列,也可生成实值伪随机序列.通过实验对生成的伪随机序列进行了分析,结果表明,产生的序列具有良好的随机性和安全性.
一种新的分段非线性混沌映射及其性能分析
张雪锋, 范九伦
2010, 59 (4): 2298-2304. doi: 10.7498/aps.59.2298
摘要 +
研究了logistic混沌映射的相关性质,指出当系统参数取值改变时,产生的混沌序列在相空间不具有遍历性.基于以上分析,构造了一种分段logistic混沌映射,对logistic映射和定义的分段logistic映射的分岔图和Lyapunov指数进行了研究,同时通过实验对这二种映射生成序列的随机性、相关系数、功率谱等性能进行了比较分析.在此基础上,定义了一种新的混沌系统性能评价指标——分岔迭代次数.结果表明,定义的分段logistic映射不仅具有良好的遍历性,而且对应的混沌系统相关评价指标的性能良好.
参数未知的分数阶超混沌Lorenz系统的自适应追踪控制与同步
赵灵冬, 胡建兵, 刘旭辉
2010, 59 (4): 2305-2309. doi: 10.7498/aps.59.2305
摘要 +
基于分数阶系统稳定性理论,设计了控制器和未知参数的辨识规则,实现了分数阶超混沌Lorenz系统同给定信号的追踪控制与同步.数值仿真证实了所设计的控制器及未知参数辨识规则的有效性.
基于多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌建模及其实时在线预测
陈强, 任雪梅
2010, 59 (4): 2310-2318. doi: 10.7498/aps.59.2310
摘要 +
提出了多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌系统建模方法. 通过不同核函数的线性加权组合构造新的等价核,降低建模精度对核函数及其参数选择的依赖性. 理论上给出多核最小二乘支持向量机回归参数和模型输出值的求解方法. 采用关联积分计算方法对永磁同步电机混沌系统进行相空间重构,以窗式移动的在线学习方式对重构后的永磁同步电机混沌序列进行一步和多步实时在线预测,并讨论了不同测量噪声对该方法的影响. 仿真结果表明,该方法能有效提高永磁同步电机混沌系统的建模精度,具有良好的抗噪能力.
无扩散功能的缺陷对螺旋波动力学行为的影响
唐冬妮, 唐国宁
2010, 59 (4): 2319-2325. doi: 10.7498/aps.59.2319
摘要 +
采用Br 模型,在二维激发介质中引入无扩散功能的缺陷,研究了均匀分布的缺陷对螺旋波动力学行为的影响.研究发现,缺陷导致介质的激发性降低、波传播速度减少,在一定数量的缺陷均匀分布下,缺陷可以使原来稳定的螺旋波发生漫游或破碎,缺陷使原来不稳定的螺旋波稳定或漫游,首次在激发介质中观察到螺旋波因Doppler效应破碎形成小螺旋波和时空混沌共存现象.对产生这些现象的物理机理做了简要的讨论.
广义Chua电路簇发现象及其分岔机理
陈章耀, 张晓芳, 毕勤胜
2010, 59 (4): 2326-2333. doi: 10.7498/aps.59.2326
摘要 +
通过引入由电感和电阻组成的控制电路模块,并适当选定参数,建立了具有快慢效应的四阶广义Chua电路的模型.探讨了快子系统随慢变量变化产生fold分岔及Hopf分岔的条件,进而探讨了整个系统的动力学演化过程,重点分析了系统中存在的各种快慢效应,给出了两种典型的对称式fold/fold和fold/Hopf周期簇发现象及其相应的分岔机制,从分岔的角度,指出了两种簇发现象的本质区别.
简谐噪声激励下FitzHugh-Nagumo神经元的动力学行为
宋艳丽
2010, 59 (4): 2334-2338. doi: 10.7498/aps.59.2334
摘要 +
研究了简谐噪声激励下的FitzHugh-Nagumo神经元模型, 其放电形式、相干共振等动力学行为均受噪声阻尼参数和频率参数的影响.选择不同的参数所得到的神经元的放电形式不同.神经元存在共振特性,对某一频率的噪声有更强的响应,在此频率参数下的峰序列更有序,出现相干共振系数的极小值.噪声的阻尼参数越大,不同的频率成分越多,神经元的响应也变得杂乱,进而导致神经元与噪声的同步变弱,峰序列相干共振系数也相应增大.
激发介质中螺旋波失稳的微观机理研究
邓敏艺, 唐国宁, 孔令江, 刘慕仁
2010, 59 (4): 2339-2344. doi: 10.7498/aps.59.2339
摘要 +
采用晶格Boltzmann方法研究了激发介质中螺旋波的失稳,计算机数值模拟给出了激发介质中螺旋波失稳前后的速度场分布,并结合斑图和波头轨迹进行讨论发现,稳定螺旋波的速度场分布表现为螺旋波旋转中心处的速度做周期突变;在螺旋波开始失稳时,速度场分布表现为该位置粒子速度突变加快最后变得无规律,使速度集团分解无规律,导致速度场分布越来越混乱,并最终使系统进入时空混沌态.
考虑透射概率的能量选择性电子热泵
何济洲, 贺兵香
2010, 59 (4): 2345-2349. doi: 10.7498/aps.59.2345
摘要 +
研究了具有不同温度和不同化学势的两个热库中的电子通过一个能量透射谱进行传输的问题,得到电子通过能量透射谱传输所产生的热流.进一步考虑了两个热库之间的辐射热漏流,数值计算出电子热泵的性能参数,绘出了热泵的性能特征曲线.分析了热漏、共振中心能级位置和能级宽度等参数对热泵工作性能的影响.当共振能级宽度无限小时,热泵系数可以达到Carnot值.
序加实验理论模型误差修正的研究
郭春生, 单尼娜, 冯士维, 马卫东
2010, 59 (4): 2350-2355. doi: 10.7498/aps.59.2350
摘要 +
针对序进应力加速实验理论模型中数学算法的误差,提出一种新的计算模型,新模型利用计算机编程辅助计算,显著地减小了模型误差.利用新、旧模型算法对理论数据进行计算,表明原模型算法存在13%以上的激活能计算误差以及150%以上的寿命计算误差(Q≤10 eV),而新模型算法可以将激活能误差控制在1%以内,寿命计算误差控制在-41%以内.
椭偏与光度法联用精确测定吸收薄膜的光学常数与厚度
周毅, 吴国松, 代伟, 李洪波, 汪爱英
2010, 59 (4): 2356-2363. doi: 10.7498/aps.59.2356
摘要 +
介绍了一种同时利用椭偏仪和分光光度计精确测量薄膜光学常数的方法, 并详细比较了该方法与使用单一椭偏仪拟合结果的可靠性.采用可变入射角光谱型椭偏仪(VASE)表征了250—1700 nm波段辉光放电法沉积的类金刚石薄膜,研究发现当仅用椭偏参数拟合时,由于厚度与折射率、消光系数的强烈相关性,无法得到吸收薄膜光学常数的准确解.如果加入分光光度计测得的透射率同时拟合,得到的结果具有很好的惟一性.该方法无需设定色散模型即可快速拟合出理想的结果,特别适合于确定透明衬底上较薄吸收膜的光学常数.

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基于室温脉冲量子级联激光器的NO气体检测中的光谱处理方法研究
汤媛媛, 刘文清, 阚瑞峰, 张玉钧, 刘建国, 许振宇, 束小文, 张帅, 何莹, 耿辉, 崔益本
2010, 59 (4): 2364-2368. doi: 10.7498/aps.59.2364
摘要 +
报导了采用基于室温脉冲量子级联激光器的脉内光谱检测技术,利用中心波长为1904 cm-1的量子级联激光器,在实验室对NO气体样品进行检测的研究结果. 针对单线直接吸收光谱反演算法进行了研究,介绍了基线拟合的最小二乘算法以获取其吸光度,根据HITRAN数据库中相应吸收谱线的吸收线强,采用扫描积分实现了气体浓度的反演,避免了标气标定造成的误差及污染;通过拟合残差分析得到了系统的检测限,达到34×10-6 m.
核物理学
偶偶 Ra 同位素的八极形变研究
焦朋, 郭建友, 方向正
2010, 59 (4): 2369-2374. doi: 10.7498/aps.59.2369
摘要 +
用反射不对称的相对论平均场理论(RAS-RMF)对偶偶Ra同位素的八极形变进行了系统研究,并与实验数据和有限力程小液滴模型(FRDM)结果进行了比较.结果表明:RAS-RMF理论很好地描述了Ra同位素的基态性质,计算的结合能、双中子分离能和形变与实验数据和FRDM一致.RAS-RMF理论获得的中子、质子密度分布清晰地展现出偶偶Ra同位素由球形逐渐转变为八极形变,到四极形变的过程,与实验观察的八极形变不稳定现象一致.
有温度反馈阶跃引入负反应性瞬变的解
黎浩峰, 陈文振, 张帆, 商学利
2010, 59 (4): 2375-2380. doi: 10.7498/aps.59.2375
摘要 +
考虑有温度反馈反应堆阶跃引入负反应性过程的变化规律,对点堆中子动力学方程的解进行研究,给出不同的分析模型,分析发现,(1)用于瞬发超临界的分析模型及其结果不能用于引入大的负反应性过程的分析.(2)在相同的初始功率时,先驱核瞬跳近似模型的结果要优于目前比较普遍的中子瞬跳近似模型的结果.(3)无论初始功率与引入负阶跃反应性的大小,温度瞬跳近似模型的结果总是优于先驱核瞬跳近似与中子瞬跳近似模型的结果.故而温度瞬跳近似模型是目前最为准确的解析模型.
压缩氘氚球的热核燃烧特性研究
吴俊峰, 叶文华, 张维岩
2010, 59 (4): 2381-2390. doi: 10.7498/aps.59.2381
摘要 +
本文利用LARED-S程序模拟了等密度和等压力条件下压缩氘氚球的热核反应燃烧过程.对于等密度模型,模拟了两个具体算例,与国外计算结果进行了比较,验证了程序的可靠性.对于等压力模型,利用数值模拟给出了热核反应燃烧与压缩氘氚球初始状态之间的关系曲线,分析发现,氘氚装量、压力和主燃料密度的增加有利于提高热核反应放能和燃耗,中心热斑的温度和面密度分别达到70—80 MK和3—4 kg·m-2时热核反应才有显著的放能,提高主燃料密度,可以适当放宽对中心热斑的点火要求.最后对实际点火靶进行了数值模拟并且与等压力模拟计算结果进行了比较分析.
基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究
谭智勇, 郭旭光, 曹俊诚, 黎华, 韩英军
2010, 59 (4): 2391-2395. doi: 10.7498/aps.59.2391
摘要 +
采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置.
原子和分子物理学
基于径向基函数神经网络的荧光光谱技术在菌种识别中的应用
武浩, 朱拓, 孔艳, 陈卫, 杨建磊
2010, 59 (4): 2396-2400. doi: 10.7498/aps.59.2396
摘要 +
对嗜酸乳杆菌、变异链球菌和保加利亚乳杆菌这三种菌的荧光光谱进行研究,发现在紫外光的激励下,益生菌溶液发出荧光.在最佳激发波长290 nm的激励下,荧光峰值在300—650 nm范围内.采用小波变换对测得的150组光谱数据进行压缩,压缩后每组数据由原来的1341个点减少为168个点,既保留了原图谱的特征,又提高了神经网络的处理速度.径向基函数神经网络方法对压缩后的数据进行研究,对每种菌的40组实验数据进行训练,在此基础上对30组未知数据进行识别.结果表明经过训练之后,径向基函数神经网络能够准确预测未知菌种.

编辑推荐

Cs 39D态Rydberg原子Stark光谱的实验研究
朱兴波, 张好, 冯志刚, 张临杰, 李昌勇, 赵建明, 贾锁堂
2010, 59 (4): 2401-2405. doi: 10.7498/aps.59.2401
摘要 +
本文从理论和实验上对Cs39D态Rydberg原子在弱电场作用下的Stark效应做了详细研究. 理论上利用数值方法计算了Cs原子39D态的Stark结构;实验上,采用两步激发超冷基态原子获得超冷Rydberg原子,通过场电离的方法获得了39D态的Stark光谱,测量获得α5/22,α5/20,α3/22和α3/20相应的极化率分别为:62(7),-146(13), 73(6) 和-106(20) MHz·V-2cm2,实验结果与理论相符合.
激光脉冲作用下囚禁离子在Lamb-Dicke区域精确的量子运动
杨美蓉, 海文华, 鲁耿彪, 钟宏华
2010, 59 (4): 2406-2415. doi: 10.7498/aps.59.2406
摘要 +
研究驻波型激光脉冲作用下,囚禁于Paul阱中的单离子在Lamb-Dicke区域的久期运动.通过试探解方法,得到系统的量子力学精确解.基于精确解描述的概率波包串,发现:1)波包串中心以及波包串的高度和宽度受激光脉冲强度的控制,通过调节激光强度可以控制波包串的形变和传播;2)在激光脉冲作用瞬间,离子的能量期待值发生跳变,而在激光关闭时段,有窄的能带形成;3)存在一个激光脉冲强度的临界值,在临界点附近,系统的稳定性发生变化.
Ne原子与H2分子碰撞的同位素替代效应研究
徐梅, 杨向东, 令狐荣锋, 王晓璐, 吕兵
2010, 59 (4): 2416-2422. doi: 10.7498/aps.59.2416
摘要 +
使用密耦近似(Close-Coupling)方法、采用Tang-Toennies势模型计算了惰性气体原子Ne与H2分子及同位素D2分子在碰撞能量为83.8 meV时的微分散射截面及分波截面, 并与实验值和文献值进行比较.计算得到的微分散射截面值与实验值符合得较好,分波截面值与文献值也相符合.使用同样的方法和模型,文中对Ne-H2(D2,T2)三个体系的微分截面和分波截面进行了系统计算和比较分析,得出对称同位素替代碰撞体系的散射截面规律.
光学势在(e, 2e)反应动力学过程的作用
胡小颖, 周雅君
2010, 59 (4): 2423-2427. doi: 10.7498/aps.59.2423
摘要 +
将光学势包含到畸变波Bohn近似(DWBA)方法的畸变势中,修正了DWBA理论.计算了共面高非对称动力学条件下Ar原子2p壳层的三重微分截面,并与标准的DWBA计算得到的结果进行了比较.计算结果表明,光学势在Ar (2p)的电离过程中起着重要的作用.
熔融Cu57团簇在急冷过程中弛豫和局域结构转变的分子动力学研究
樊沁娜, 李蔚, 张林
2010, 59 (4): 2428-2433. doi: 10.7498/aps.59.2428
摘要 +
采用基于嵌入原子方法的正则系综分子动力学研究熔融Cu57团簇在急冷过程中的弛豫及其局域结构变化.通过对弛豫过程中均方位移、非相干中间散射函数和非Gauss参数三种函数和原子键对随急冷温度不同所发生变化的分析表明,在经过短时间的原子剧烈运动后,急冷温度极大地影响着团簇内原子结构弛豫过程.急冷温度较高时,原子在经历短时间剧烈运动的β弛豫后,进入α弛豫区后以扩散运动为主,随后原子运动表现为非扩散性的原子局域结构重排,团簇内没有出现明显的成核结构.随着温度的降低,原子局域结构的变化在经过短时间原子剧烈运动的β弛豫后,在α弛豫区原子运动表现为扩散性运动,并出现一定数量的不稳定二十面体结构.当急冷温度很低时,在进入α弛豫区后,团簇结构变化逐渐表现为非扩散性原子局域结构重排,形成相当数量的稳定成核二十面体结构.
唯象论的经典领域
双球粒子对任意入射单波束及双波束的散射
韩国霞, 韩一平
2010, 59 (4): 2434-2442. doi: 10.7498/aps.59.2434
摘要 +
基于广义Lorenz-Mie理论,研究了双介质球粒子对任意角度入射波束的散射.将入射波束用球矢量波函数展开,推导了双介质球形粒子对任意入射单波束的散射方程;将该方法进一步推广,研究了双波束任意入射时的情况.以Gauss波束为例,对以上理论进行了数值验证,比较分析了单波束及双波束任意入射时散射特性随入射方向、球心距等参数的变化关系.
基于移位算子时域有限差分的色散薄层节点修正算法
魏兵, 董宇航, 王飞, 李存志
2010, 59 (4): 2443-2450. doi: 10.7498/aps.59.2443
摘要 +
提出了一种时域有限差分(FDTD)计算中色散介质薄层问题处理的新算法.对于厚度小于一个元胞尺度的电小尺寸色散介质薄层问题,采用将元胞内电位移矢量和磁感应强度加权平均的方法,求得薄层所在元胞内修正点处的等效介质参数.然后根据常见色散介质模型,包括Debye模型、Lorenz模型、Drude模型等,介电常数和磁导率可以表示为jω分式多项式的特点,结合频域到时域的转换关系(即用/t代替jω)和移位算子方法得到了修正点处的时域本构关系,进而获得时域递推计算式.数值结果表明,该方法具有通用、节省计算时间、节省内存和计算精度良好等优点.
负介电常数材料和负磁导率材料的双层结构中电磁波模式分析
张睿, 羊亚平
2010, 59 (4): 2451-2456. doi: 10.7498/aps.59.2451
摘要 +
研究了双层单负材料结构中电磁波的模式,主要分析了不同模式的产生条件,讨论了这些模式与材料参数之间的关系.当材料参数满足平均介电常数和磁导率为零时出现隧穿模式.当满足波导模产生条件时,波导模式的电磁波在材料两边的半无限真空中以消逝波存在,在双层单负材料的界面处也可以出现较强的局域场.
彩色数字全息的非插值波面重建算法研究
李俊昌, 樊则宾
2010, 59 (4): 2457-2461. doi: 10.7498/aps.59.2457
摘要 +
彩色数字全息及多波长照明的数字全息检测研究中,避免插值误差的可变放大率波面重建是一个重要的研究内容.由于Fresnel衍射积分可以表示成Fourier变换及卷积两种形式,对应地存在两种波面重建算法:其一,将重建距离分为两段的衍射“接力”算法;其二,用球面波为重建波的卷积算法.文中对这两种算法进行理论分析及实验研究,讨论让重建计算满足取样定理的条件.结果表明,卷积算法较容易满足取样定理,能够获得较好的重建物光场.
多阵元光纤相干列阵的理论与实验研究
范馨燕, 刘京郊, 刘金生, 武敬力
2010, 59 (4): 2462-2470. doi: 10.7498/aps.59.2462
摘要 +
基于Fraunhofer衍射理论,建立了六角形相干列阵远场分布的理论模型,采用Strehl比和能量集中度作为评价参数,分析了列阵排列方式、振幅、填充因子对远场分布的影响.并由爬山法相位控制技术和六棱台合束器,构建了七阵元光纤相干列阵实验系统.在066填充因子情况下,获得了Strehl比为070、能量集中度为040七阵元合成光束,以及获得了能量集中度分别为045和018的二阵元线阵和四阵元矩形阵合成光束.
谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化
王凯, 曾焱, 丁志华, 孟婕, 史国华, 张雨东
2010, 59 (4): 2471-2478. doi: 10.7498/aps.59.2471
摘要 +
谱域光学相干层析(spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT)系统的轴向点扩散函数(point spread function, 简记为PSF)并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势.
柔性悬臂电磁驱动光开关的仿真与制作
梁中翥, 王维彪, 徐大伟, 梁静秋, 李伟, 李小奇, 孙智丹
2010, 59 (4): 2479-2484. doi: 10.7498/aps.59.2479
摘要 +
设计并制作了一种用于波长信道选择系统的新型柔性悬臂梁电磁驱动光开关,该光开关采用微光机电系统技术制作,由带有平面螺旋形线圈的聚酰亚胺悬臂梁、圆柱形永磁体、基座以及双面反射棱镜组成.通过改变线圈中激励电流的方向来控制开关动作.运用有限元的方法,模拟分析了线圈与永磁体之间电磁力的分布以及悬臂梁回复力、电磁力与挠度的关系.对该光开关的驱动性能进行了测试,实验结果表明:加载较小的工作电流(0.15A),悬臂梁便可以产生较大的挠度(0.925mm),满足波长信道选择系统光路偏转的要求.
双模SU(2)相干态场与一个Λ型三能级原子共振相互作用的光场非经典性质
郑乃清
2010, 59 (4): 2485-2492. doi: 10.7498/aps.59.2485
摘要 +
采用全量子理论和数值计算方法, 研究了初始处于SU(2)相干态的双模腔场与一个Λ型三能级原子共振相互作用的光场非经典性质,讨论了在没有对原子进行态选择测量、 直接对原子进行态选择测量和应用经典微波场并对原子进行态选择测量的三种情况下,两个腔模总光子数、配分参量和耦合系数对光场非经典性质的影响.结果表明,增加两个腔模的总光子数M或对原子进行态选择测量,双模差压缩明显增强;减小配分参量和应用经典场并对原子进行态选择测量,a模光子的亚Poisson统计分布的平均程度变浅,而b模变深;两模间的反相关特征保持不变,增加M或直接对原子进行态选择测量,反相关平均程度变浅;直接对原子进行态选择测量,违背Cauchy-Schwartz不等式.
基于单光子的单向量子安全通信协议
权东晓, 裴昌幸, 刘丹, 赵楠
2010, 59 (4): 2493-2497. doi: 10.7498/aps.59.2493
摘要 +
提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟,此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性,如果信道安全,则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列,接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全,窃听者所获得的只是随机的发送序列,信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、 易于实现等优点.
色散效应对光学参量放大器量子起伏特性的影响
赵超樱, 谭维翰
2010, 59 (4): 2498-2504. doi: 10.7498/aps.59.2498
摘要 +
解析求解了包含色散、损耗和抽运吃空的含时的Fokker-Planck方程,通过数值计算首先获得了色散时简并参量放大(DOPA)系统的光压缩特性.研究结果表明:色散效应是由非线性极化率从χ″增大到χ″/{1+σ2/}/+2而引起的.随着色散效应的逐渐增大,压缩曲线的形状基本相同,且整体向左收缩,最大压缩趋近于线性理论的结果1/(1+μ).还获得了色散时非简并参量放大(NOPA)系统的光纠缠特性.研究发现:当σ给定,随着抽运参数μ的增大,相应的相位变化也增大,非线性极化率的极性发生多次变化,极性为正阶段的增益大部分被极性为负阶段的衰减所抵消,净增益不大,压缩也不大,最小均方差V1的值逐渐减小,且整体向右移动,接近于线性理论的结果1/(1+μ).
非线性光子晶体中原子辐射光场的非经典性质
魏巧, 李高翔, 鄢嫣
2010, 59 (4): 2505-2511. doi: 10.7498/aps.59.2505
摘要 +
讨论了非线性光子晶体微腔中二能级原子在相干场驱动下腔场的频谱特性及光子的统计性质.研究结果表明,当光子晶体的态密度很大时,如果腔场模与原子共振荧光Mollow峰的中心峰共振,则腔场的涨落压缩到量子散弹噪声之下,且与线性光子晶体微腔的情况相比其谱线峰值变大.当驱动场频率较大时光子服从亚Poisson分布,且非常接近Poisson分布.
W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计
刘濮鲲, 耿志辉, 徐寿喜, 王斌, 杜朝海
2010, 59 (4): 2512-2518. doi: 10.7498/aps.59.2512
摘要 +
详细研究并设计了一个由Vlasov螺旋开口辐射器和两级曲面反射器组成的边廊模回旋管准光模式变换器.首先采用几何光学理论研究了设计的Vlasov型准光模式变换器的工作机理,在此基础上,再利用矢量绕射理论中的口径场积分法和表面电流积分法编写了模拟仿真程序,最后结合W波段边廊模回旋管的具体设计参数,应用所编写程序详细分析了工作模式在此变换器中的模式变换过程.模拟结果表明,W波段回旋管中的TE12,2边廊模在输出窗处被转换为能量集中的准Gauss波束.
熔石英亚表面三维Hertz锥形划痕附近光强分布的数值模拟
花金荣, 祖小涛, 李莉, 向霞, 陈猛, 蒋晓东, 袁晓东, 郑万国
2010, 59 (4): 2519-2524. doi: 10.7498/aps.59.2519
摘要 +
熔石英亚表面划痕对入射激光的调制是导致光学材料损伤的主要因素.本文建立了熔石英后表面上三维Hertz锥形划痕模型,采用三维时域有限差分方法对划痕周围的电场强度进行了计算模拟,并分别讨论了划痕的深度、半径以及倾斜角度对入射光场调制作用的影响.结果表明:Hertz锥形划痕中心区域的电场增强效果最明显,最容易被辐照损伤;划痕的深度从λ变化到9.5λ的过程中,熔石英内的最大电场强度逐渐增大;半径小于15λ的Hertz锥形划痕较容易引起熔石英的损伤,当半径大于175λ时,熔石英内的最大电场强度都维持在2.5 V/m,不再受半径大小影响;当入射激光在划痕的内侧界面和熔石英后表面之间发生内全反射时,光场增强效果愈加明显.
光参量啁啾脉冲放大系统非线性晶体长度确定及调谐方法研究
邓青华, 丁磊, 贺少勃, 唐军, 谢旭东, 卢振华, 董一芳
2010, 59 (4): 2525-2531. doi: 10.7498/aps.59.2525
摘要 +
首先介绍了模拟光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程的多种计算模型,在此基础上提出了三步走逐步逼近算法,以确定OPCPA过程中最稳输出时所需的非线性晶体长度.这种算法综合利用了上述计算模型,随着计算模型越来越精确,非线性晶体长度的计算范围越来越小.因而利用这种算法能高效、精确地确定最佳非线性晶体长度.最后提出在OPCPA过程引入一定的相位失配量,来调谐最稳输出时所需晶体长度,从而能突破晶体加工精度不够的局限,在实际OPCPA过程中获得稳定输出.
甲基红掺杂碳纳米管悬浮液的光限幅特性研究
沈学举, 王龙, 韩玉东, 李征
2010, 59 (4): 2532-2536. doi: 10.7498/aps.59.2532
摘要 +
利用实验的方法研究了甲基红掺杂碳纳米管悬浮液对波长为532 nm激光的光限幅效应.分析了样品厚度和入射激光重复频率对光限幅特性的影响,并与纯碳纳米管悬浮液的光限幅特性进行了比较.实验结果表明,对于线性透过率为60%(500 nm)的碳纳米管悬浮液,掺入甲基红后其沉淀速度明显减慢,限幅阈值由250 μJ降低为200 μJ;对于2和5 mm 厚度的样品,掺杂甲基红使碳纳米管悬浮液的箝位输出激光脉冲能量分别由45和20 μJ降低为35和9 μJ.
复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中的传输
陈利霞, 陆大全, 胡巍, 杨振军, 曹伟文, 郑睿, 郭旗
2010, 59 (4): 2537-2545. doi: 10.7498/aps.59.2537
摘要 +
研究得到了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输的解析表达式,并且得到了其二阶矩束宽的解析解.通过例子研究了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输性质.结果表明:非(0, m)模的复宗量Laguerre-Gauss光束的光束形状随着传输而发生改变,并以Δz=πzc为周期做周期性演化.而(0,m)模复宗量Laguerre-Gauss光束在演化过程中则形状保持不变,仅改变光束宽度;不论功率多大,在偏离束腰入射条件下总是表现为呼吸子;只有当其为束腰入射,并且入射功率等于临界功率时才能形成孤子.
SrF2-CaF2混合物薄膜的物理及红外光学特性研究
于天燕, 秦杨, 刘定权, 张凤山
2010, 59 (4): 2546-2550. doi: 10.7498/aps.59.2546
摘要 +
采用热蒸发和电子束蒸发两种沉积方式分别沉积了相同厚度的SrF2-CaF2 (比例为1∶1) 的混合物薄膜,对其物理和光学特性进行了研究,并定量地给出了其在红外波段的光学常数,填补了这一数据的空白. 同时提供了一种获得不同低折射率薄膜的方法.文中还以该比例的混合物作为低折射率材料,研制出具有很好的光学性能的长波红外宽光谱增透膜.
矩形掺杂光子晶体中电磁波的模式和缺陷模
刘启能
2010, 59 (4): 2551-2555. doi: 10.7498/aps.59.2551
摘要 +
利用一维矩形掺杂光子晶体中电磁波横向受限的条件,推导出电磁波在其中各个模式满足的关系式,利用它研究了电磁波各模式的特性.利用特征法研究了电磁波的缺陷模随模式量子数和矩形边长的变化规律,得出了一维矩形掺杂光子晶体缺陷模的新结构.
修正的频域有限差分法在二维金属光子晶体分析中的应用
薛谦忠, 黎燕林, 杜朝海, 郝保良
2010, 59 (4): 2556-2563. doi: 10.7498/aps.59.2556
摘要 +
与介质光子晶体相比,金属光子晶体的带隙特性在毫米波和亚毫米波波段有着重要的应用价值.基于Yee网格的频域有限差分法推导得出的本征模方程,求解后能方便而又可靠地得出介质光子晶体的带隙图和场分布.但由于金属与介质的本质差异,该方法不能直接应用于金属光子晶体.文中引入了金属表面边界条件,推导了二维金属周期结构的光子带隙本征模方程.通过数值计算,得出了不同晶格结构(正方/三角格子)下两种模式(TE/TM)的全禁带特性,并与介质周期结构的禁带特性进行对比,分析了金属周期结构在模式选择和器件集成方面的优点.
自支撑透射光栅的设计、制作和测试
马杰, 谢常青, 叶甜春, 刘明
2010, 59 (4): 2564-2570. doi: 10.7498/aps.59.2564
摘要 +
采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率.
一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究
崔艳玲, 侯蓝田
2010, 59 (4): 2571-2576. doi: 10.7498/aps.59.2571
摘要 +
以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数(内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距),理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km-1·nm-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性.
多信道梳状滤波器信道间的相移补偿(已撤稿)
侯奋飞, 杨宏
2010, 59 (4): 2577-2581. doi: 10.7498/aps.59.2577
摘要 +
采样大啁啾光纤光栅理论(LCSBG)是实现超高信道数梳状滤波器的理想方案,但实际制作时存在信道间隔不准确、多信道无法同时对齐的问题,文中通过对多信道梳状滤波器反射谱特性的数值模拟分析以及信道间隔误差进行了理论计算,指出问题的来源为LCSBG 要求的光栅为周期倒数线性啁啾,并不是简单的线性啁啾.对此,提出了相移补偿方案,并以100信道,40 GHz 梳状滤波器为例进行了仿真验证,得到了理想的结果.这为实际制作高信道、高准确度的多信道梳状滤波器打下了良好的理论基础.
不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟
赵啦啦, 刘初升, 闫俊霞, 蒋小伟, 朱艳
2010, 59 (4): 2582-2588. doi: 10.7498/aps.59.2582
摘要 +
利用三维离散元法对垂直方向上的直线、圆和椭圆振动模式颗粒分离过程进行了数值模拟研究,对直线振动时上层大颗粒的波动及圆和椭圆振动时出现的聚集、循环等现象的形成机理进行了分析,并讨论了振动强度对各振动模式下颗粒分离形态的影响规律. 研究表明,综合运用空隙填充、侧面驱动的颗粒运动和能量非均匀分布三种机理,并结合颗粒群的速度矢量分布情况能够较好地解释各振动模式下的颗粒分离行为. 振动强度对圆和椭圆振动模式的分离形态具有显著的影响,并在振动强度约为3时,各种振动模式均具有良好的颗粒分离效果和稳定的颗粒运动状态.
Frenkel-Kontorova模型中垫底势对最大静摩擦力的影响
陈建敏, 李晓礼, 刘锋, 林麦麦, 段文山
2010, 59 (4): 2589-2594. doi: 10.7498/aps.59.2589
摘要 +
用一维Frenkel-Kontorova模型,对相互接触的两个单原子分子链具有相对运动趋势时所产生的最大静摩擦力进行了研究.分别在相邻原子的距离与周期势场的周期比b/a为可公度(commensurate)、黄金分割(golden mean)、螺旋分割(spiral mean)三种情况下,描述了特殊垫底势力的振幅A与分子链静摩擦力的关系,在特殊垫底势力的作用下上层原子链弹性系数K对静摩擦力的影响.研究表明,垫底势力的形式对静摩擦力的大小有很重要的影响.
润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟
石自媛, 胡国辉, 周哲玮
2010, 59 (4): 2595-2600. doi: 10.7498/aps.59.2595
摘要 +
运用考虑了固体与液体间分子作用力的格子Boltzmann方法,数值研究了由于固液界面上表面张力梯度引起的Marangoni效应驱动的液滴运动.当表面张力梯度较小时,计算结果和前人的理论预测符合较好.而表面张力梯度较大时,由于液滴不变形和准平衡态等假设不再满足,理论预测的液滴运动速度高于数值模拟的结果.计算结果显示,在向亲水端运动过程中液滴内部出现旋涡结构,当润湿性梯度较大时,其前进速度和接触角随时间变化出现振荡.
液滴冲击液膜过程实验研究
郭加宏, 戴世强, 代钦
2010, 59 (4): 2601-2609. doi: 10.7498/aps.59.2601
摘要 +
实验显示了液滴撞击物体表面液膜后产生水花、发生飞溅,特别是产生“钟形”水花等的流动现象.根据实验结果,探讨了液滴冲击速度、液体黏性、表面张力、液滴直径和液膜厚度等对液滴冲击后产生的流动现象,以及液膜形状演化的影响,分析了观测到的鲜有文献报道的液滴撞击液膜后产生“钟形”水花的现象.
流体、等离子体和放电
实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理
郝艳捧, 阳林, 涂恩来, 陈建阳, 朱展文, 王晓蕾
2010, 59 (4): 2610-2616. doi: 10.7498/aps.59.2610
摘要 +
采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电.
不同初始温度下H2/O2混合物等离子体的演化
兰宇丹, 何立明, 丁伟, 王峰
2010, 59 (4): 2617-2621. doi: 10.7498/aps.59.2617
摘要 +
本文对不同初始温度下,H2/O2混合物等离子体中主要粒子随时间发展的演化规律进行了数值模拟,得到了放电后等离子体中主要带电粒子和中性粒子密度随时间的变化规律.计算结果表明,H2/O2混合物等离子体中主要活性粒子密度随时间的增加减小,化学反应达到平衡所需的时间随初始温度升高逐渐减少.
电子束空间极限电流的非线性理论研究
刘静, 舒挺, 李志强
2010, 59 (4): 2622-2628. doi: 10.7498/aps.59.2622
摘要 +
从电子束一维稳态传输的电势非线性Poisson方程出发,推导了圆柱波导内实心束和环形束空间极限电流与电子入射电势的依赖关系,给出了数值求解方法和解的特征,分析比较了数值计算与现有解析公式及粒子模拟的结果.考虑电子的横向运动,对数值方法进行了二维修正,计算结果与粒子模拟结果具有很好的一致性.说明利用数值方法计算电子电势非线性微分方程能够得到更精确的电子束在圆柱波导内的空间极限电流;另外,对其他形状的波导,尤其是难以得到解析式的情况,根据实际几何结构设置边界条件,数值方法可以方便地给出束流传输特性,对设计新型结构的高功率微波器件提供理论指导.
新型反馈式轴向同轴虚阴极振荡器
刘静, 舒挺, 李志强
2010, 59 (4): 2629-2634. doi: 10.7498/aps.59.2629
摘要 +
提出一种利用低磁场导引环形电子束在同轴波导内轴向激励虚阴极振荡的新型虚阴极振荡器.利用反馈式结构,使虚阴极在由反馈环、阳极箔和同轴波导构成的高品质因子准谐振腔内形成.作用腔内环形电子束激励同轴波导TM01模式,在相对低品质因子的同轴提取区转化为TEM主模输出.用25维KARAT粒子模拟软件研究得到束波功率转换效率12%,输出微波平均27 GW,中心频率38 GHz.
Poisson线瞄准技术初步研究
赵宗清, 郝轶聃, 王峰, 张颖, 王芳, 袁永腾, 丁永坤
2010, 59 (4): 2635-2639. doi: 10.7498/aps.59.2635
摘要 +
Poisson斑的中心可以在很长的距离内保持与轴心共线因而能实现高精度的对心瞄准,这一技术被称为Poisson线技术.利用数值模拟和实验验证对Poisson线瞄准技术进行了初步研究.通过数值模拟发现,Poisson线上的光强随着离圆屏距离的增加而增大;Poisson斑直径随着圆屏直径增加而减小、随着距离增加而增加;其方向平行于入射激光束并过圆屏中心(待瞄准点).Poisson线对圆屏的倾斜非常不敏感,但是对中心的偏移非常敏感.模拟中发现Poisson线对10 μm的中心偏移敏感,初步实验验证Poisson线可实现50 μm的对心误差调节.
真空短间隙微弧级联效应观测
曹柱荣, 丁永坤, 刘慎业
2010, 59 (4): 2640-2644. doi: 10.7498/aps.59.2640
摘要 +
利用0.5 mm间隙微通道板成像器观测了微弧放电的斑点级联效应.实验发现,微弧阴极斑点的运动轨迹呈多类型的折线轨迹,斑点间隙在200—300 μm,首发射阴极斑点的放电强度比次级斑点高一个量级以上,而且次级斑点之间的放电强度相对稳定,次级斑点在放电阴极表面无融蚀现象.实验表明,次级斑点产生机制与首发射存在较强的依赖关系.
三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究
葛行军, 钟辉煌, 钱宝良, 张军
2010, 59 (4): 2645-2652. doi: 10.7498/aps.59.2645
摘要 +
利用Fourier级数展开法,给出了任意几何结构的表达式的求解方法.通过数值计算,对比分析了余弦、梯形和矩形波纹慢波结构(slow-wave structure,SWS)的色散特性.根据S参数理论,研究了这三种SWS纵向模式选择的特性,提出了在同轴慢波器件中加入同轴引出结构,可减少所需SWS周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率.进一步通过KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序,探讨了分别采用三种SWS的相对论返波振荡器(backward-wave oscillator,BWO)的束-波作用的物理过程,设计了一种紧凑型、吉瓦级、同轴L波段BWO,分析了不同形状SWS的选取原则.在此基础上,开展了初步实验研究:在二极管电压为670 kV,电子束流为107 kA,引导磁场为075 T的条件下,输出微波峰值功率约为102 GW,微波波形半高宽为22 ns,功率转换效率约为142%,频率为161 GHz.
大气压等离子体辅助多晶硅薄膜化学气相沉积参数诊断
刘莉莹, 张家良, 郭卿超, 王德真
2010, 59 (4): 2653-2660. doi: 10.7498/aps.59.2653
摘要 +
本文采用发射光谱法诊断了大气压下Ar气、SiCl4及H2气混合气体(Ar/SiCl4/H2)射频放电等离子体射流特性.利用Si原子谱线强度计算了电子激发温度并以此估算了Si原子数密度,研究了射频功率及气体流量对电子激发温度和Si原子数密度以及SiCl4解离率的作用.
CHF3双频电容耦合放电等离子体特性研究
胡佳, 徐轶君, 叶超
2010, 59 (4): 2661-2665. doi: 10.7498/aps.59.2661
摘要 +
研究了用于SiCOH 低介电常数薄膜刻蚀的CHF3气体在1356 MHz/2 MHz,2712 MHz/2 MHz和60 MHz/2 MHz双频电容耦合放电时的等离子体性质.发现2 MHz低频源功率的增大主要导致F基团密度的增大;而高频频率从1356,2712增大到60 MHz,导致CF2基团的密度增大和电极之间F基团密度的轴向空间不均匀性增加.根据电子温度的分布规律及离子能量随高频源频率的变化关系,提出CF2基团的产生主要通过电子-中性气体碰撞,而F基团的产生是离子-中性气体碰撞的结果.
凝聚物质:结构、热学和力学性质
纳米金刚石的变温场发射
张志勇, 闫军锋, 翟春雪, 杨延宁, 张富春, 张威虎
2010, 59 (4): 2666-2671. doi: 10.7498/aps.59.2666
摘要 +
研究了温度变化对沉积在钛基底上的纳米金刚石的场发射特性的影响,发现纳米金刚石场发射电流随温度和电场的升高而增大,场发射特性偏离了传统的Fowler-Nordheim理论,场发射电流的稳定性基本没有变化.分析了场发射电流增大的机理,表明是由于纳米金刚石的尺度效应以及外电场下金刚石产生了大量的热载流子共同作用的结果.研究还表明基底钛在温度升高到一定程度后,在外加电场下会有较大的电流产生,对场发射造成较大的影响,表明基底钛具有一定的温度敏感性和电压敏感性.
多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟
王伟, 张凯旺, 孟利军, 李中秋, 左学云, 钟建新
2010, 59 (4): 2672-2678. doi: 10.7498/aps.59.2672
摘要 +
采用经典分子动力学(MD)方法,使用EDIP(environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致.
ZnO薄膜的激光辐照效应研究
赵艳, 蒋毅坚
2010, 59 (4): 2679-2684. doi: 10.7498/aps.59.2679
摘要 +
研究了KrF准分子激光辐照对ZnO薄膜的本征缺陷.紫外(UV)发光以及表面形貌的影响,并对室温下ZnO的UV发射机理进行了详细探讨.结果表明激光辐照打断了薄膜内Zn—O键,氧空位(锌填隙)增多,导致表面电阻率下降,载流子浓度升高,调节激光辐照能量密度,可在较大范围内调控ZnO薄膜中的施主缺陷浓度;同时在激光热效应作用下,薄膜晶粒熔融长大,表面粗糙度大大降低;室温下ZnO薄膜的UV发光包括自由激子复合发光(FX)及其声子伴线(FX-LO),缺陷浓度决定了FX与FX-LO的相对强度比,进而影响UV发射峰的强度以及位置.因此,激光辐照可以快速、有效地对ZnO薄膜内的缺陷浓度进行调控,从而控制其室温下的UV发射强度,这对于提高ZnO基光电器件的性能具有重要意义.
晶体摆动场辐射系统的全局分叉与混沌行为
罗诗裕, 邵明珠, 罗晓华
2010, 59 (4): 2685-2690. doi: 10.7498/aps.59.2685
摘要 +
引入正弦平方势,在经典力学框架内和偶极近似下,考虑到运动阻尼和非线性影响,把粒子在晶体摆动场中的运动方程化为具有阻尼项和受迫项的广义摆方程.利用Jacob椭圆函数和椭圆积分分析了无扰动系统的相平面特征,并解析地给出了系统的解和粒子振动周期; 进一步利用Melnikov方法分析相平面上三类轨道的分叉性质和进入Smale马蹄意义下的混沌行为,找到系统的全局分叉与系统进入混沌的临界条件.结果表明,系统的临界条件与它的物理参数有关,只需适当调节这些参数就可以原则上避免、抑制分叉或混沌的出现.
冲击压缩下Z-切石英的弹性响应特性和折射率
李雪梅, 俞宇颖, 李英华, 张林, 马云, 汪小松, 付秋卫
2010, 59 (4): 2691-2696. doi: 10.7498/aps.59.2691
摘要 +
利用平面对称碰撞和“原位”测量实验方法,对Z-切石英的弹性响应特性和窗口光学特性进行了研究.结果表明,在至少10 GPa内,Z-切石英为弹性单波响应,且透光性良好,可作为速度剖面测试系统的光学窗口.10 GPa内Z-切石英的冲击波速度和粒子速度之间满足线性关系.1550 nm入射光条件下,其窗口速度修正采用指数形式较为精确,线性修正仅适用于特定范围;而折射率随密度的变化关系则可采用线性函数进行较好描述.以上结果为Z-切石英应用于基于1550 nm光源激光干涉测速系统的光学窗口提供了依据.
Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究
刘铖铖, 曹全喜
2010, 59 (4): 2697-2702. doi: 10.7498/aps.59.2697
摘要 +
基于密度泛函微扰理论(DFPT)结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石(YAG)的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合.
电脉冲对多晶La0.7Ca0.3MnO3比热的影响
吴子华, 谢华清
2010, 59 (4): 2703-2707. doi: 10.7498/aps.59.2703
摘要 +
对电脉冲诱导的不同电阻态下La0.7Ca0.3MnO3样品的比热进行了研究.实验结果表明,电脉冲导致La0.7Ca0.3MnO3样品比热随电阻状态发生可逆变化.比热随电阻状态的减小而减小.低温比热拟合及不同电阻状态下的比热差与温度关系说明,声子对比热的贡献不随电阻状态变化,磁性和载流子对比热的贡献是导致La0.7Ca0.3MnO3样品比热变化的原因.电脉冲诱导O离子沿一维扩展性缺陷的电化学迁移,导致材料中局部区域的O离子浓度发生变化.O离子浓度的变化导致载流子浓度的变化,同时载流子浓度的变化将使得低温下磁性耦合强度发生变化,从而导致比热发生变化.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
镁合金电子结构与腐蚀特性研究
刘贵立
2010, 59 (4): 2708-2713. doi: 10.7498/aps.59.2708
摘要 +
采用递归法计算了镁合金电子结构.研究发现Mg的态密度在晶内与表面接近,当表面有氧或氢氧时态密度形状改变很大,因此Mg在晶内、表面性质是接近的,但当合金表面渗透氧或氢时,合金性质有明显变化.Al,Y,La三种元素在晶体表面的掺杂原子镶嵌能均低于各自在晶内的掺杂原子镶嵌能,Al, Y, La从晶内向晶体表面扩散、并在合金表面偏聚.Al-O, Y-O, La-O, Mg-O及Mg-O-H间的亲和能均为负数,这些原子间存在亲和力,可以在合金中相互作用形成化合物.由于Mg-O-H间的亲和能远低于Mg-O的亲和能,因此Mg(OH)2比MgO更稳定.氧化初期氧与Mg, Al, Y, La等生成氧化物,当合金与腐蚀介质接触时,MgO与腐蚀介质中的水发生反应生成Mg(OH)2.Al2O3,(Y,La)2O3及Mg(OH)2能对合金起到保护作用,提高合金的耐腐蚀性能.
端基对分子器件整流性质的影响
张振华, 周继承, 邓小清
2010, 59 (4): 2714-2720. doi: 10.7498/aps.59.2714
摘要 +
利用基于非平衡Green函数加密度泛函理论的第一原理方法,研究了以S(Se)为端基的三并苯环分子夹在两半无限长的Au电极之间构成双探针系统的输运特性,发现体系具有较好的整流效应,最大整流系数达到6;用H取代右端同一位置的一个S(Se),整流行为明显减弱.分析认为,这种整流是由于分子两端与电极的耦合不对称,使正负偏压下分子能级的移动和空间轨道分布不同所致.比较而言,S端基与电极的耦合导致的整流比Se强.
C掺杂锐钛矿相TiO2吸收光谱的第一性原理研究
徐凌, 唐超群, 钱俊
2010, 59 (4): 2721-2727. doi: 10.7498/aps.59.2721
摘要 +
运用第一性原理,对C掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行了研究,从能带结构理论解释了C掺杂TiO2吸收光谱的一些实验现象.发现在C掺杂后的锐钛矿相TiO2的禁带宽度增大,并且在带隙中出现了杂质能级,这些杂质能级主要是由C 2p轨道上的电子构成的,它们之间是独立的,正是这些独立的杂质能级使TiO2掺杂后可以发生可见光响应.价带上的电子可以吸收一定能量的光子跃迁到杂质能级,而杂质能级上的电子也可以吸收一定能量的光子跃迁到导带,所以从理论上可以计算出掺杂后的TiO2在可见光范围内存在两个吸收边,与实验中所得到的现象相一致.
量子限制受主远红外电致发光器件的制备与测量
刘静, 郑卫民, 宋迎新, 初宁宁, 李素梅, 丛伟艳
2010, 59 (4): 2728-2733. doi: 10.7498/aps.59.2728
摘要 +
采用分子束外延技术生长GaAs/AlAs三量子阱,并在中间的GaAs阱中δ-掺杂浅受主杂质Be原子,制作出量子限制受主远红外Teraherz原型电致发光器件.实验上测量得到4.5 K时器件的电致发光谱(EL)和电传输特性(I-V曲线).在EL发射谱中清楚地观察到222 cm-1处宽的尖峰,这来源于Be受主奇宇称激发态到其基态的辐射跃迁,而非辐射弛豫过程则使发射谱的信号很弱.另外在I-V曲线中072和186 V的位置出现两个共振隧道贯穿现象,分别对应于中间δ-掺杂量子阱受主能级1s3/2(Γ6+Γ7)到左边非掺GaAs量子阱中HH带,及右边非掺杂GaAs量子阱中HH重空穴带到中间掺杂GaAs量子阱中Be受主杂质原子奇宇称激发态2p5/2(Γ6+Γ7)能级的共振隧穿.
基于垂直结构的有机光发射晶体管制备与性能研究
胡子阳, 吴仁磊, 王忠强, 侯庆传, 印寿根, 程晓曼
2010, 59 (4): 2734-2738. doi: 10.7498/aps.59.2734
摘要 +
制备了一种有机垂直光发射晶体管, 兼具有机发光二极管的发光和晶体管的开关调节两个功能.其结构为一个有机发光单元垂直堆叠在一个电容单元上,两单元通过一个共有的源电极连在一起.当电容单元被充电时,积累在源电极的电荷能有效地调节源极与有机层之间的载流子注入势垒,从而达到控制源漏输出电流的大小,最终控制发光单元发光的强度.实验结果表明,器件可提供02 mA的输出电流,其大小可驱动发光单元发光,工作电压(开启电压)为6 V.这种垂直集成方案,实现了器件多功能化,为有机发光二极管有源矩阵驱动的实际应用提供了一种新的解决方法.
任意正多边形量子环自旋输运的普遍解
付邦, 邓文基
2010, 59 (4): 2739-2745. doi: 10.7498/aps.59.2739
摘要 +
在有关偶数正多边形量子环对称连接特殊情形的自旋输运特性的研究基础上,进一步探讨了任意正多边形量子环的自旋输运性质.不仅解析地求解了相关电子散射问题,而且得到了 Landauer-Buttiker 电导的普遍公式,并讨论了它的圆环极限和 Aharonov-Casher 相位问题.结合数值计算,研究了正多边形量子环的Landauer-Buttiker 电导随多边形边数、引线连接方式、自旋轨道耦合强度以及电子波矢的周期变化特性和零点分布规律.
表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究
段俊丽, 郝立超
2010, 59 (4): 2746-2752. doi: 10.7498/aps.59.2746
摘要 +
研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案.
Al2O3薄膜/纳米Ag颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman散射光谱研究
黄茜, 张晓丹, 纪伟伟, 倪牮, 李林娜, 孙建, 耿卫东, 耿新华, 熊绍珍, 赵颖, 王京
2010, 59 (4): 2753-2759. doi: 10.7498/aps.59.2753
摘要 +
Al2O3介质薄膜与纳米Ag颗粒构成的复合结构,被应用于表面增强Raman散射探测实验中,其中Al2O3介质薄膜对纳米Ag颗粒的吸收谱及增强Raman散射光谱的影响被特别关注.该复合结构的光学特性表征出纳米Ag颗粒的偶极振荡特性.从光吸收谱中可以看到,其共振吸收谱随Al2O3介质薄膜厚度增加而在整个谱域上发生红移,表明纳米Ag颗粒的周围介电常数随Al2O3介质薄膜厚度的增加而增大.采用罗丹明6G作为探针原子,6个Raman特征峰的平均增益值作为表征表面增强Raman散射衬底增益程度的量度.实验结果表明,Al2O3介质薄膜层的引入提高了纳米Ag颗粒的衬底介电常数,并引起了散射共振的增强,从而使表面增强Raman散射强度提高.
特殊结构的多臂量子环的持续电流
杜坚, 王素新, 袁爱国
2010, 59 (4): 2760-2766. doi: 10.7498/aps.59.2760
摘要 +
提出了中臂弯曲的多臂量子环模型,且是上臂最短和下臂最长的不等臂量子环.研究发现:总磁通为零时,持续电流随半导体环增大发生非周期性振荡,并与电极的磁矩方向及隧穿电子的自旋方向相关,下臂因为最长而获得最小的平均持续电流.AB磁通增强时,持续电流会发生周期性振荡,各臂之间明显出现相互制约的现象.各臂持续电流之间的差异与臂长和磁通分布相关,Rashba自旋轨道耦合具有改变持续电流相位和相位差的效应.在一定条件下,两种波函数所对应的持续电流是可分离的.
δ势垒对多臂量子环中持续电流的影响
杜坚, 王素新, 袁爱国
2010, 59 (4): 2767-2774. doi: 10.7498/aps.59.2767
摘要 +
提出了含δ势垒的多臂量子环模型.研究发现总磁通为零时,持续电流随半导体环增大发生非周期性振荡,下臂因含δ势垒而获得最小的平均持续电流.AB磁通增强时,持续电流会发生周期性等幅振荡,并与电极的磁矩方向以及隧穿电子的自旋方向相关.两电极磁矩方向平行时,Rashba自旋轨道耦合具有改变持续电流相位和相位差的效应;两电极磁矩方向反平行时,Rashba自旋轨道耦合具有改变持续电流振幅的效应.各臂之间持续电流的不同与臂长和磁通分布的差异相关.在一定条件下,两种波函数所对应的持续电流是可分离的.
用镍硅氧化物源横向诱导晶化的多晶硅薄膜
孟志国, 吴春亚, 熊绍珍, 刘召军, 赵淑云, 郭海成
2010, 59 (4): 2775-2782. doi: 10.7498/aps.59.2775
摘要 +
采用磁控溅射法,以镍硅合金为靶,制备了一种适用于金属诱导横向晶化的氧化物镍源——自缓释镍源.该镍源在内部构成和晶化现象上都不同于纯金属镍源.采用该镍源制备低温多晶硅材料,晶化速率不明显依赖于镍源薄膜的厚度,且晶化多晶硅膜内的残余镍量亦可有效降低,可为薄膜晶体管提供宽的工艺窗口.本文对用纯金属镍源所得多晶硅薄膜的晶化率、表面粗糙度、电学特性等与溅射条件的关系进行了研究,并对相应结果进行了讨论.
CdTe太阳电池中起因于Cu的深能级
郑旭, 黎兵, 王钊, 张东廷, 冯良桓, 张静全, 蔡亚平, 郑家贵, 武莉莉, 李卫, 雷智, 曾广根
2010, 59 (4): 2783-2788. doi: 10.7498/aps.59.2783
摘要 +
在CdTe太阳电池中,易引入并形成Cu深能级中心. 本文采用深能级瞬态谱测试法研究了ZnTe背接触和石墨背接触CdTe太阳电池的部分深能级中心. 研究中运用密度泛函相关理论,分析闪锌矿结构CdTe,Cd空位体系和掺Cu体系的电子态密度,计算得出Td场和C3v场下Cu2+ d轨道的分裂情况. 计算结果表明,CdTe太阳电池中的Ev+0206 eV和Ev+0122 eV两个深中心来源于Cu替代Cd原子. 计算结果还表明,掺入Cu可降低CdTe体系能量.
SmFeAsO材料的正电子寿命研究
郝颖萍, 陈祥磊, 成斌, 孔伟, 许红霞, 杜淮江, 叶邦角
2010, 59 (4): 2789-2794. doi: 10.7498/aps.59.2789
摘要 +
首次用正电子湮灭寿命谱仪(PALS)测量SmFeAsO多晶样品常温下的寿命谱,得到两个寿命成分1516 ps和2903 ps,根据捕获模型得到正电子在SmFeAsO中湮灭的体寿命为1870 ps,与理论计算(广义梯度近似)得到的SmFeAsO单晶中的正电子体寿命173 ps符合较好.基于中性原子叠加模型-有限差分方法(SNA-FD)的理论计算得到正电子与单晶SmFeAsO中各个原子价电子的总湮灭率是其与各个原子核心内层电子总湮灭率的106倍,正电子与Fe,As,Sm,O原子的电子湮灭的概率之比是1∶13∶12∶1.
SrMn0.5Fe0.5O3的自旋玻璃态和过渡金属离子价态的研究
梅烨, 陈亮, 曹永珍, 刘宝琴, 何军辉, 朱增伟, 许祝安
2010, 59 (4): 2795-2800. doi: 10.7498/aps.59.2795
摘要 +
采用固相反应法制备了SrMn0.5Fe0.5O3陶瓷样品,并对样品的晶体结构,磁性和离子价态进行了系统的表征与分析. X射线衍射谱的Rietveld拟合表明样品属于理想的立方钙钛矿型结构,Mn离子和Fe离子随机占据B位的O八面体中心. X射线光电子能谱表明Mn离子为+3和+4的混合原子价态,Fe离子为+3价. 样品在大于230K的高温区域呈现Curie顺磁特性,在小于230 K的低温区域样品表现出自旋玻璃态行为,这种特性源于Mn离子和Fe离子之间的交换作用及自身价态和分布的不均匀性. 由于Fe3+离子占据O八面体的中心,对顺磁区的Mssbauer谱测量表现为四级分裂.
Co掺杂对铁磁金属La0.8Sr0.2MnO3磁电阻影响机理
江阔
2010, 59 (4): 2801-2807. doi: 10.7498/aps.59.2801
摘要 +
通过对La0.8Sr0.2Mn1-yCoyO3(y≤02)饱和磁矩和输运的测量,研究了Co对La0.8Sr0.2MnO3的磁电阻影响机制.结果表明,在La0.8Sr0.2Mn1-yCoyO3(y≤02)中Co3+离子是低自旋态.由于Mn3+—O—Co3+—O—Mn3+类型的磁交换与Mn3+-Mn4+离子间双交换作用相比较弱,Curie温度TC附近的磁电阻随着Co掺杂量的增加而降低.与此相反,由于Co2+离子与eg巡游电子的反铁磁交换耦合作用,低温区间的磁电阻随着Co掺杂量的增加而升高.
Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应
张辉, 曾德长
2010, 59 (4): 2808-2814. doi: 10.7498/aps.59.2808
摘要 +
研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程.
Eu掺杂TbMnO3多晶材料的介电性质
郭熹, 王霞, 郑鹉, 唐为华
2010, 59 (4): 2815-2819. doi: 10.7498/aps.59.2815
摘要 +
采用固相反应法制备了Tb0.8Eu0.2MnO3多晶材料.对样品的X射线衍射(XRD)分析表明Eu3+固溶于TbMnO3中.测量了样品在低温(100 K ≤T≤ 300 K)和低频下(200 Hz≤f≤100 kHz)的复介电性质.在此温度区间内发现了两个介电弛豫峰.经分析认为低温峰(T≈170 K)起源于局域载流子漂移引起的偶极子极化效应,而高温峰(T≈290 K)则是由离子电导产生的边界和界面层的电容效应引起的.电阻率的测量显示在低温下(T≈230 K)存在明显的导电机制转变.
一种新型无色散慢光光子晶体薄板波导
田慧平, 纪越峰, 沈宏君
2010, 59 (4): 2820-2826. doi: 10.7498/aps.59.2820
摘要 +
利用椭圆形孔替代传统光子晶体薄板波导中邻接波导的最内层两排圆孔构成一种新型低损耗光子晶体薄板光波导.该波导的群速度和群速度色散特性强烈依赖于波导中这两排邻接波导的椭圆孔的特性.借助波导导模展开方法,计算得到波导的能带结构和群指数,并分析了它们与椭圆孔的参数关系.通过优化这些椭圆孔的参数,可以增加光子晶体光波导导模在光锥以下的无固有传输损耗带宽,在2—45 nm 的带宽上实现无色散的常数群速度.这些理论结果将为低损耗低色散慢光波导的设计制造提供理论基础.
掺铋BaF2晶体的制备及其近红外发光研究
杨秋红, 周朋, 苏良碧, 李红军, 郑丽和, 徐军, 喻军
2010, 59 (4): 2827-2830. doi: 10.7498/aps.59.2827
摘要 +
通过温度梯度法制备了Bi2O3:BaF2以及BiF3:BaF2晶体.在Bi2O3:BaF2晶体中观察到了发光峰位于961 nm,半高宽202 nm的超宽带红外发光.在BiF3:BaF2晶体中检测到Bi2+和Bi3+可见区的发光,但是没有观察到红外发光.通过γ射线辐照实现了BiF3:BaF2晶体的近红外发光, 发光峰位于1135 nm,半高宽192 nm.讨论了Bi2O3和BiF3掺杂BaF2晶体的红外发光的机理.
偏置电场对聚对苯乙烯激发态弛豫特性的影响
程萍, 高峰, 陈向东, 杨继平
2010, 59 (4): 2831-2835. doi: 10.7498/aps.59.2831
摘要 +
为探讨洞悉电场对有机发光二极管电致荧光量子效率的影响,通过激发-探测超快光谱技术研究了激子在电场下的瞬态行为.与单重态激子相应的激发态在230 μJ/cm2激发强度下,显示了快慢两个弛豫过程. 快慢组分的权重因子及快组分弛豫时间常数是电场相关的, 在6.4×105 V/cm的电场下,与无偏置电场相比,激子的快组分弛豫时间加速,快组分的权重因子由22%增加为72%,约50%的初始激子又通过电场而离解. 慢组分是电场无关的,其弛豫时间常数为890 ps. 实验结果还揭示了由激发光所产生的长程声学声子,其声速为17 /ps.
M’型GdTaO4电子结构的第一性原理研究
顾牡, 林玲, 刘波, 刘小林, 黄世明, 倪晨
2010, 59 (4): 2836-2842. doi: 10.7498/aps.59.2836
摘要 +
运用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了M’型GdTaO4的电子结构.结果表明:M’型GdTaO4价带顶主要由O-2p电子构成,导带底由Ta-5d的e轨道电子构成;当Ueff=8 eV时,自旋向上和自旋向下的Gd-4f电子分别局域于价带顶以下627 eV和导带底以上301 eV处;计算得到M’型GdTaO4的折射率为224,与应用半经验的Gladstone-Dale关系得到的结果符合得很好.
Ka波段曲折双脊波导行波管的研究
何俊, 魏彦玉, 宫玉彬, 段兆云, 王文祥
2010, 59 (4): 2843-2849. doi: 10.7498/aps.59.2843
摘要 +
提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现:在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22%;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9%.
分子一阶超极化率溶剂效应的理论研究
朱菁, 吕昌贵, 洪旭升, 崔一平
2010, 59 (4): 2850-2854. doi: 10.7498/aps.59.2850
摘要 +
基于一维谐振子模型建立了极性溶剂对光学二阶非线性分子一阶超极化率产生影响的简化理论模型,推导出了非线性分子的线性极化率α和一阶超极化率β的表达式. 以对硝基苯胺为例,所建立的理论模型计算结果较好地解释了实验获得的溶剂极性对其分子线性吸收峰波长(λp)和β值的影响.
反射式负电子亲和势GaN光电阴极量子效率衰减机理研究
常本康, 邹继军, 乔建良, 牛军, 杜晓晴
2010, 59 (4): 2855-2859. doi: 10.7498/aps.59.2855
摘要 +
针对反射式负电子亲和势(NEA) GaN光电阴极量子效率的衰减以及不同波段对应量子效率衰减速度的不同,参照国外给出的NEA GaN光电阴极在反射模式下量子效率曲线随时间的衰减变化情况,利用GaN光电阴极铯氧激活后的表面模型[GaN(Mg):Cs]:O-Cs,结合量子效率衰减过程中表面势垒的变化,研究了反射式NEA GaN光电阴极量子效率的衰减机理. 有效偶极子数量的减小是造成量子效率降低的根本原因,表面I,II势垒形状的变化造成了不同波段对应的量子效率下降速度的不同.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响
苏贤礼, 唐新峰, 李涵
2010, 59 (4): 2860-2866. doi: 10.7498/aps.59.2860
摘要 +
采用新颖的熔体旋甩结合放电等离子烧结技术制备了单相InSb化合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,熔体旋甩得到的薄带自由面主要由300 nm—2 μm的小柱状晶组成,薄带接触面为非晶或精细纳米晶,薄带经烧结后得到了具有大量层状精细纳米结构的致密块体,尺寸约为40 nm. 与熔融+放电等离子体烧结制备样品相比,在测试温度范围内(300—700 K),试样的电导率略有下降,但Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低,室温下晶格热导率降低幅度约为106%,700 K下晶格热导率的降低幅度达1664%,熔融+熔体旋甩+放电等离子体烧结制备的InSb化合物试样在700 K时其最大ZT值达到049,与熔融+放电等离子体烧结试样相比提高了29%.
被动多轴差分吸收光谱大气气溶胶光学厚度监测方法研究
司福祺, 谢品华, 窦科, 詹铠, 刘宇, 徐晋, 刘文清
2010, 59 (4): 2867-2872. doi: 10.7498/aps.59.2867
摘要 +
介绍了基于太阳散射光的被动多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术在大气气溶胶光学厚度(aerosol optical density,AOD)监测中的应用. MAX-DOAS根据氧的二聚物(O4)在紫外、可见波段的特征吸收来确定气溶胶参数,实验中利用测量得到的O4在360 nm处斜柱浓度,并结合O4垂直柱浓度基本稳定等信息,在选取合适的气溶胶单次散射反照率、非对称因子及其廓线形状等条件下,基于大气辐射传输模型采用迭代算法解析出大气气溶胶光学厚度. 经过与太阳光度计(CE318)测量结果的对比,两者相关性达到87%.
水下噪声音色属性回归模型及其在目标识别中的应用
王娜, 陈克安
2010, 59 (4): 2873-2881. doi: 10.7498/aps.59.2873
摘要 +
通过对声音的主观评价与客观分析而建立的主观感受数学模型,在许多领域都有重要的应用. 本文采用多元线性回归分析手段对水下噪声音色属性建立回归模型,提取音色特征并改善水下目标的识别效果. 首先,在前期水下噪声音色属性主观评价实验的基础上,将构成音色属性空间的5个成分的评价分值作为回归分析中的因变量,提取大量与听觉感知相关的听觉特征作为自变量;然后,通过相关分析和改进的逐步筛选法,挑选出反映音色属性的“最优”自变量子集;最后,利用向后剔除回归分析和水下目标识别实验,确定适当的音色模型,并通过假设检验证明该线性模型不仅正确有效,而且能改善水下目标识别效果.
基于心磁信号的心脏电流偶极子阵列成像及相关性质的研究
马平, 王倩, 华宁, 陆宏, 唐雪正, 唐发宽
2010, 59 (4): 2882-2888. doi: 10.7498/aps.59.2882
摘要 +
超导量子干涉器(SQUID)能探测到微弱的心脏磁场信号. 通过对所得的心磁信号进行分析,可为许多心脏疾病的诊断提供依据. 利用心磁信号,采用极小范数最小二乘法(MNLS)对心脏的电流偶极子阵列进行重建,从而实现了对心脏内部等效电流源的成像. 在使用MNLS进行电流偶极子阵列反演重建的过程中,反演所需的心磁信号,分别由单电流偶极子和电流多极子作为激发源模拟得到,以及由SQUID实际测量得到. 同时,对不同心磁信号反演得到的电流偶极子的分布规律进行了分析. 此外,还给模拟的人体外心磁信号施加了均匀噪声和随机噪声,研究不同信噪比的均匀噪声和随机噪声对电流偶极子阵列重建的影响.
地球物理学、天文学和天体物理学
变分同化结合广义变分最佳分析对微波散射计资料进行海面风场反演
张亮, 黄思训, 刘宇迪, 钟剑
2010, 59 (4): 2889-2897. doi: 10.7498/aps.59.2889
摘要 +
针对微波散射计资料的海面风场反演,本文首先利用QuikSCAT卫星散射计的近实时资料,借助荷兰皇家气象学会的SeaWinds散射计数据处理模式,在不同风速和海域的情况下,采用多解方案结合二维变分同化方法进行风向的模糊去除,达到消除解的不唯一性的目的,且对4种反演结果(低速风、中速风、高速风和近海岸风)与美国国家海洋和大气管理局卫星资料中心的近实时风场数据的对比分析,说明了该技术的有效性.在此基础上,对反演得到的中速风场利用广义变分最佳分析方法进行了调整,调整后的风场结构有了进一步的改善.此方法可为我国散射计资料反演海面风场的研究提供新的思路和方法.
有限区域风场的分解和重建
周玉淑, 曹洁
2010, 59 (4): 2898-2906. doi: 10.7498/aps.59.2898
摘要 +
对有限区域进行旋转风和辐散风的分解,是中尺度系统结构分析的一种诊断方法,可提高对中尺度系统动力结构的认识. 一方面,有限区域风场的分解可以给出总风场中无辐散风与无旋转风的不同分布,还可根据这两种风场的分布特征进行不同要求的分析;另一方面,由于耦合边界条件不能直接计算,计算过程中必须简化处理,使有限区域风场分解本身还有许多问题没有很好解决. 目前,对风场进行有效分解的方法是对有限区域里的流函数和速度势进行求解,然后对流函数和速度势求导得到对应的无辐散风与无旋转风. 有限区域流函数和速度势求解的准确程度主要以分解后的风场能否还原到原始风场(即风场重建)为标准. 本文总结了有限区域风场分解和重建的方法,重点介绍了调和正弦/余弦方法,该方法可较准确有效地解决有限区域风场的分解和重建问题,对进一步研究天气系统的动力结构有较好效果.
航天器内部充电效应及典型事例分析
黄建国, 韩建伟
2010, 59 (4): 2907-2913. doi: 10.7498/aps.59.2907
摘要 +
航天器内部充电效应是由空间高能电子诱发的,通常发生在航天器内部以及表面绝缘材料深层,所产生的放电击穿及静电放电脉冲干扰较表面充电更为严重. 对内部充放电的一般规律进行了总结,并就一次典型的航天器异常事件,从异常的时空表现特征及其与高能电子环境扰动的相关性角度进行了深入分析和定量计算,得出了高能电子产生的内部充电引起的卫星异常的结论,为卫星异常诊断提供了范例.