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Vol. 60, No. 1 (2011)

2011年01月05日
总论 核物理学 原子和分子物理学 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学 气体、等离子体和放电物理 凝聚物质:结构、力学和热学性质 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质 前沿领域综述
前沿领域综述
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
总论
扰动厄尔尼诺/拉尼娜-南方涛动模型的解
林一骅, 林万涛, 谢峰, 莫嘉琪
2011, 60 (1): 010201. doi: 10.7498/aps.60.010201
摘要 +
厄尔尼诺/拉尼娜-南方涛动(ENSO)是一个包括在赤道太平洋中海-气交互作用的年际现象. 本文创建一个求解ENSO模型非线性方程的近似方法. 并在这基础上借助同伦映射方法研究了一类ENSO模型振子模型的近似解与精确解. 同时讨论了近似解的精度. 从得到的结果看出,同伦映射方法能够用于分析ENSO模型在赤道东太平洋中的SST异常和气-海振荡的温跃层深度异常.
构造非线性发展方程无穷序列复合型精确解的一种方法
套格图桑
2011, 60 (1): 010202. doi: 10.7498/aps.60.010202
摘要 +
为了获得非线性发展方程新的无穷序列复合型精确解,给出了Riccati方程的Bcklund变换和解的非线性叠加公式,符号计算系统Mathematica的帮助下,以广义Boussinesq方程为应用实例,获得了无穷序列复合型精确解.这里包括双曲函数、三角函数与有理函数复合解、双曲函数与三角函数复合解等几种新的无穷序列复合型精确解.该方法在构造非线性发展方程无穷序列复合型精确解方面具有普遍意义.
一个三维四翼自治混沌系统的拓扑马蹄分析
陈增强, 叶菲, 贾红艳
2011, 60 (1): 010203. doi: 10.7498/aps.60.010203
摘要 +
基于拓扑马蹄映射理论,验证了一个三维四翼自治的混沌系统的拓扑马蹄的存在.由于该混沌系统是连续系统,首先选取了一个Poincaré截面,并在该截面下定义了该混沌系统的一个一次回归Poincaré映射.通过利用计算机辅助证明方法,得出了该映射与一个2移位映射拓扑半共扼,说明该三维四翼自治系统的拓扑熵大于或等于ln2,进而证明了该系统的混沌行为.
三维目标与粗糙面复合散射的广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格算法
姬伟杰, 童创明
2011, 60 (1): 010301. doi: 10.7498/aps.60.010301
摘要 +
提出了快速计算二维导体粗糙面与面上金属目标复合散射的广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(G-SMFSIA/CAG).推导了二维导体粗糙面与面上目标相互作用的耦合积分方程,用稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(SMFSIA/CAG)求解粗糙面部分的表面积分方程,而用基于RWG基函数的矩量法(MOM)计算目标部分的表面积分方程,并通过更新方程的激励项迭代求解目标与粗糙面的相互耦合作用.结合Monte-Carlo方法产生具有PM(Pierson-Moskowitz)海浪谱的随机海洋粗糙面,数值分析了海面上不同形状导体目
用约瑟夫森电荷比特系统实现一种特殊量子态的传输
吴世海, 胡明亮, 李季, 惠小强
2011, 60 (1): 010302. doi: 10.7498/aps.60.010302
摘要 +
构造了一种约瑟夫森电荷量子比特电路系统,并研究了四量子位态在该系统中的传输特性.对均匀与非均匀传输通道两种情形分别讨论了怎样通过控制外加磁通来实现激发态 1〉从第一量子位到第四量子位的理想传输.此外还分析了量子态在该系统中传输时的平均保真度,结果表明该系统不能传输一个任意态.
基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数
陈莎莎, 张建忠, 杨玲珍, 梁君生, 王云才
2011, 60 (1): 010501. doi: 10.7498/aps.60.010501
摘要 +
利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数发生器的物理熵源,通过8位 ADC将熵源信息转化为二进制码,并经后续差分运算处理改善其随机性,最终获得了1 Gbit/s的随机数.所产生的随机数通过了NIST Special Publication 800-22的全部测试项.
一类随机van der Pol系统的Hopf 分岔研究
马少娟
2011, 60 (1): 010502. doi: 10.7498/aps.60.010502
摘要 +
研究了一类随机van der Pol 系统的Hopf分岔行为.首先根据Hilbert空间的正交展开理论,含有随机参数的van der Pol系统被约化为等价确定性系统,然后利用确定性分岔理论分析了等价系统的Hopf分岔,得出了随机van der Pol 系统的Hopf 分岔临界点,探究了随机参数对系统Hopf分岔的影响.最后利用数值模拟验证了理论分析结果.
电流源负载峰值电流控制buck变换器的复杂次谐波振荡现象
包伯成, 周国华, 许建平, 王金平, 金艳艳
2011, 60 (1): 010503. doi: 10.7498/aps.60.010503
摘要 +
电流源负载峰值电流控制buck变换器具有次谐波振荡快慢复杂现象.本文建立了它的分段光滑开关模型及离散迭代映射模型.根据离散迭代映射模型,通过数值仿真研究了电路参数对buck变换器的非线性动力学行为的影响,发现了具有快慢效应次谐波振荡吸引域的分岔图和呈现双环带状的庞加莱映射.根据分段光滑开关模型,采用龙格-库塔算法,仿真研究了buck变换器的时域波形和相轨图,研究结果表明:电感电流存在由次谐波振荡与降频次谐波振荡组成的n型次谐波振荡现象;输出电压存在快标与慢标结合的正弦次谐波振荡现象.实验结果验证了文中的分
二维抛物线离散映射的动力学研究
徐强, 孟继德, 包伯成
2011, 60 (1): 010504. doi: 10.7498/aps.60.010504
摘要 +
由两个一维抛物线离散映射作推广并非线性耦合,实现了一个新的二维抛物线离散映射.利用不动点稳定性分析和映射分岔分析,研究了所提出的二维离散映射的复杂动力学行为及其吸引子的演变过程,阐述了它所特有的共存分岔模式和快慢周期振荡效应等动力学特性.研究结果表明:二维抛物线离散映射具有动力学特性调节和动态幅度调节的两个功能不同的控制参数,存在Hopf分岔、分岔模式共存、锁频和周期振荡快慢效应等非线性物理现象.并基于微控制器实现的数字电路验证了相应的理论分析和数值仿真结果.
新分数阶超混沌系统的研究与控制及其电路实现
黄丽莲, 辛方, 王霖郁
2011, 60 (1): 010505. doi: 10.7498/aps.60.010505
摘要 +
为了提高混沌信号的复杂性,提出了一个新的分数阶四维超混沌系统,并对该系统的混沌动力学特性进行详细的理论分析和数值仿真,Maltab仿真证实了该分数阶超混沌系统存在混沌的最小阶数为3.2阶.同时运用Multisim软件对该系统进行电路实验仿真验证.最后设计了简单有效的线性反馈控制器,并进行电路实现,仿真结果证明了控制器是有效的.
一个三时滞生物捕食被捕食系统分岔的混合控制
张丽萍, 徐敏, 王惠南
2011, 60 (1): 010506. doi: 10.7498/aps.60.010506
摘要 +
针对多时滞捕食被捕食系统的Hopf分岔控制问题,提出一种基于状态反馈和参数调节的混合控制方法,这种混合控制方法可以延迟有害Hopf分岔的发生或使Hopf分岔消失.分析了该控制系统的稳定性和Hopf分岔的存在性,并通过规范型理论和中心流形定理,给出了分岔周期解的稳定性和分岔方向的计算公式.最后通过数值模拟验证了该理论的正确性.
耦合发电机系统的分岔和双参数特性
许海波, 孙毅, 郝建红, 吴淑花
2011, 60 (1): 010507. doi: 10.7498/aps.60.010507
摘要 +
在综合分析系统基本动力学特性的基础上,通过数值计算Lyapunov指数谱、分岔图等,讨论了耦合发电机系统的混沌分岔行为和周期窗口的性态变化;计算和分析了系统在二维参数空间的双参数特性.结果显示系统在倍周期分岔中会出现缺边现象,在双参数空间系统出现复杂的分岔结构,两个控制参数对系统动力学行为的影响特性有所差别.
随机信号双参数脉冲模型的分形特征
杨娟, 卞保民, 彭刚, 李振华
2011, 60 (1): 010508. doi: 10.7498/aps.60.010508
摘要 +
为了研究随机信号的统计特性,以幅度、宽度两个相对独立的特征参数为基本概念,建立随机信号的双参数脉冲模型.采用PCI-9812高速数据采集卡,对空气中悬浮颗粒随机性光散射脉冲信号、光电传感器本底噪声随机信号进行计数分布的统计分析.实验结果表明,随机性脉冲信号幅度、宽度子集的计数分布以很高的精度与以自然数为自变量的对数正态分布符合;进一步的计算结果表明,在脉冲信号幅度、宽度定义域内,随机脉冲信号集合的两个特征参数之间存在非线性变换关系,即随机信号的双参数统计分布具有非整数维分形特征.
Chen系统的非共振参数控制
贺娟, 曾以成, 陈光辉, 王梦蛟
2011, 60 (1): 010509. doi: 10.7498/aps.60.010509
摘要 +
本文利用非共振参数策动实现对Chen系统的非反馈方式混沌控制.使用远大于系统平均频率的周期信号作为控制输入,将控制系统中的系统变量分解为按系统平均频率变化的慢变量和按外加控制信号频率变化的快变量,然后利用平均法对控制系统进行处理得到慢变系统;根据慢变系统的动力学性质,得出所用控制参数应满足的条件.数值仿真结果表明此方法可以使控制系统迅速达到目标状态,并且在控制信号受到噪声干扰时,在一定信噪比范围内仍能对系统进行有效的控制,证明了该方法的可行性.
受扰统一混沌系统基于RBF网络的主动滑模控制
郭会军, 刘丁, 赵光宙
2011, 60 (1): 010510. doi: 10.7498/aps.60.010510
摘要 +
针对受外扰影响的统一混沌系统,提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络的主动滑模自适应控制方法.将被控系统分解为受控子系统和自由子系统,利用主动控制思想,建立受控子系统在目标点处的状态误差的可控标准型,设计出一个结构简单的基于滑模趋近率在线参数整定的RBF函数神经网络控制器,并且基于Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性.仿真结果表明该控制器对系统参数突变和外部干扰具有鲁棒性,同时抑制了抖振.
混沌系统的变论域模糊控制算法研究
张巍巍, 王京, 王慧, 赵云涛
2011, 60 (1): 010511. doi: 10.7498/aps.60.010511
摘要 +
混沌运动和混沌控制受到广泛关注,本文利用模糊控制实现混沌系统的控制.针对模糊控制器精度不高,模糊控制中规则数量与控制精度之间的矛盾,提出了一种基于蚁群优化算法的变论域模糊控制器.通过分析变论域模糊控制中的2类伸缩因子,指出其中1类并不能满足广义伸缩因子条件.提出利用蚁群优化算法对伸缩因子智能寻优的方法,在对蚁群算法改进的基础上,构成一种基于蚁群算法的变论域模糊控制,将设计的控制器用于Duffing混沌系统的控制.仿真结果表明,提出的控制算法在收敛速度和稳态性能上要略优于其他控制方式.
Hénon混沌系统广义预测控制无静差快速算法
陈志旺, 刘文龙
2011, 60 (1): 010512. doi: 10.7498/aps.60.010512
摘要 +
提出了一种具有无静差跟踪性能的Hénon混沌系统广义预测控制快速算法.采用改进的时变遗忘因子递推最小二乘方法辨识混沌系统,通过在常规广义预测控制性能指标函数中引入前馈增益矩阵与柔化矩阵,并将MP神经元网络与BP算法相结合在线调整柔化因子,实现系统对参考信号的无静差快速跟踪.该算法避免了矩阵求逆计算,能够很好地跟踪参考信号.仿真结果验证了该方法的有效性.
一类3D混沌系统的异宿轨道和backstepping控制
王震, 李永新, 惠小健, 吕雷
2011, 60 (1): 010513. doi: 10.7498/aps.60.010513
摘要 +
基于异宿轨道Shilnikov准则,分析了一类三维自治微分系统异宿环的存在性,并证明了该系统具有Smale马蹄意义的混沌.然后对系统的分岔,Lyapunov指数,Poincare映射进行了数值分析,同时利用自适应反步控制方法,对含有三个未知参数的系统给出了一种控制算法.最后通过数值示例进行仿真,对文中论述进行了验证.
参数未知分段混沌系统的时滞广义投影同步
陶洪峰, 胡寿松
2011, 60 (1): 010514. doi: 10.7498/aps.60.010514
摘要 +
研究了一类参数未知的分段修正Lorenz-Stenflo混沌系统的时滞广义投影同步问题. 基于Lyapunov稳定性理论, 提出了自适应非线性反馈控制器设计及其参数更新律, 能够根据误差大小和状态变化自动调节反馈系数, 在辨识出实时驱动系统和时滞响应系统多组未知参数的同时, 实现所有状态变量的不同比例广义投影同步. 仿真结果表明了该方法对分段混沌系统时滞同步的现实可行性和有效性.
通过同步实现"有序+有序=混沌"的例子
张荣, 徐振源, 杨永清
2011, 60 (1): 010515. doi: 10.7498/aps.60.010515
摘要 +
研究了连续的混沌系统是否存在"有序+有序=混沌"的现象,研究表明两个吸引子为周期运动的动力学系统经双向耦合达到同步后,同步后的系统可产生混沌态.采用特定参数下的Lorenz系统和Rssler系统作为例子,对连续的动力系统给出了一个"有序+有序=混沌"的例子.
微系统中转矩及电渗流作用下的微粒子电动旋转操控
任玉坤, 陶冶, 姜洪源
2011, 60 (1): 010701. doi: 10.7498/aps.60.010701
摘要 +
微粒子的电动旋转操控是表征分散系中微粒子介电特性的有效方法.低雷诺数微系统中,以Maxwell-Wagner极化理论为基础,进行了转矩作用下的微粒子电动旋转机理研究,推导了此机理作用下微粒子电动旋转峰值速度所对应的特征频率,分析了弛豫时间对粒子旋转方向的影响,对转矩作用下的微粒子电动旋转速度进行仿真;以双电层理论为基础,对电渗流导致的微粒子电动旋转机理进行定性分析,提出具有金修饰的粒子表面更适合电渗流作用下的电动旋转研究.分别以羧基修饰的聚苯乙烯微球以及表面被金修饰的聚苯乙烯微球为操控对象,进行电动旋转实
一种处理漫射因子的新方法
沈钟平, 张华, 卫晓东, 张峰
2011, 60 (1): 010702. doi: 10.7498/aps.60.010702
摘要 +
提出了一种新的处理漫射因子的拟合方案,通过与前人提出的方案相比,具有较高的拟合精度;然后,将该拟合方案和前人提出的方案同时放入辐射传输模式中来计算大气加热率,结果表明:新方案的结果总体上优于前人的结果,尤其是对45 km以上的中间层大气.
核物理学
水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究
王利娜, 温合静, 关莉, 王海龙, 范冰冰, 张锐
2011, 60 (1): 012101. doi: 10.7498/aps.60.012101
摘要 +
本文采用第一性原理的密度泛函理论,主要以(6,6)Armchair型,(11,0)Zigzag型单壁碳纳米管为研究对象,研究了水分子链在碳纳米管内部吸附的稳定结构,以及结合能随其结构的变化.结果表明:当水分子链受限于碳纳米管内部时,引起碳纳米管直径收缩,这主要是由于水分子链与碳纳米管之间的氢键作用以及范德华弱相互作用所引起的.随着碳纳米管半径的增加,两种单体之间的结合能逐渐减小,但当碳纳米管半径增加至6.78时,其结合能又有所增加,这是由于在优化过程中,水分子链单体之间的氢键作用大于水分子链与碳纳米管之
高密核物质中核子的运动对于K介子的等效质量和能量的影响
王艳艳, 朱玉兰, 邢永忠, 郑玉明
2011, 60 (1): 012501. doi: 10.7498/aps.60.012501
摘要 +
本文对比分析了目前用于研究K介子产生与演化的不同动力学模型中,高温高密核物质中K+介子和K-介子的等效质量和它所感受到的平均场.所得结果显示:在关于K介子的一般的平均场理论中,所定义的K+介子的等效质量随着核物质密度的增大而增加, K-介子的等效质量随着核物质密度的增大而减小;但在K介子演化的协变动力学模型中,所采用的K+介子和K-介子等效质量是随着核物质密度的增大都是减小的
HT-7上射频波加热时中子辐射行为的研究
王相綦, 钟国强, 胡立群, 李晓玲, 林士耀, 许平, 段艳敏, 毛松涛, 张继忠
2011, 60 (1): 012901. doi: 10.7498/aps.60.012901
摘要 +
HT-7超导托卡马克进行DD等离子体放电时,中子的辐射与辅助加热射频波的类型(LHW加热、ICRF加热)及功率密切相关.利用BF3与3He正比计数管组成的快速时间分辨中子注量监测系统,研究了不同类型的射频加热对于中子产生机理及高能离子形成的影响.LHW加热功率较低时,易形成逃逸,产生大量的光中子.特定频率的ICRF(27 MHz,24 MHz)加热时,聚变中子所占份额以及总的中子产额均随波功率的增大而显著增涨.
原子和分子物理学
He-H2(D2,T2)碰撞体系振转相互作用势及分波截面的理论计算
汪荣凯, 沈光先, 令狐荣锋, 杨向东
2011, 60 (1): 013101. doi: 10.7498/aps.60.013101
摘要 +
采用超分子单双迭代(包括非迭代三重激发)耦合簇理论CCSD(T)方法,选择由原子中心高斯函数和高斯键函数3s3p2d1f组成的大基组,计算了He-H2(D2,T2)碰撞体系的H2分子取不同键长时的相互作用势能面.运用Tang-Toennies势模型和非线性最小二乘法拟合构造了He与同位素分子H2(D2,T2)在质心坐标系下的振转相互作用势.通过密耦计算得
Y3Al5O12∶Ce3+的余辉和热释光特性
王银海, 胡义华, 吴浩怡, 邓柳咏, 谢伟, 符楚君, 廖臣兴, 牟中飞
2011, 60 (1): 013201. doi: 10.7498/aps.60.013201
摘要 +
高温固相法合成了Ce3+掺杂的Y3Al5O12 (YAG)样品,研究了样品的结构、光致发光和热释发光性质. X射线衍射分析结果表明合成样品为YAG纯相,稀土离子的少量掺杂不改变基质YAG的结构. 荧光光谱测试表明在高温空气气氛下Y2.95Al5O12 ∶Ce4+0.05制备过程中存在Ce4+
遗传算法优化BaTiO3壳模型势参数
胡晓琴, 谢国锋
2011, 60 (1): 013401. doi: 10.7498/aps.60.013401
摘要 +
本文应用灵敏度分析方法从BaTiO3壳模型众多参数中找到对结构和性能影响最为明显的主要参数,将次要参数常数化,降低优化问题的维数;然后应用遗传算法对主要参数进行优化.优化结果表明,势参数可以较准确地模拟结构、力学性能以及相变过程.
幻数尺寸Li-n-1,Lin,Li+ n+1(n=20,40)团簇的几何结构、电子与光学性质的第一性原理研究
郭钊, 陆斌, 蒋雪, 赵纪军
2011, 60 (1): 013601. doi: 10.7498/aps.60.013601
摘要 +
基于密度泛函理论,采用第一性原理分子动力学模拟退火方法,对Li-n-1,Lin,Li+n+1 (n=20,40)的最低能量结构进行了全局搜索. 发现锂团簇的生长模式是以单个或多个嵌套的正多面体为核心,其余原子以五角锥为基本单元围绕核心生长. 基于最低能量结构的第一性原理电子结构计算得到锂团簇的分子轨道能级分布与无结构凝胶模型给出的电子壳层完全一致. 在总电
仲氢及正氘团簇的量子定域和超流动性研究
冯成义, 张红, 程新路
2011, 60 (1): 013602. doi: 10.7498/aps.60.013602
摘要 +
本文采用路径积分Monte Carlo (PIMC)方法研究仲氢团簇和正氘团簇的结构和超流体性质.比较仲氢团簇(分子数N≤40)在T=0.4 K,T=1.6 K的临近能量差和超流比例(superfluid fractions),发现仲氢团簇在T=0.4 K时出现"量子熔化"(quantum melting);研究了仲氢团簇的量子定域(quantum localization)和 "量子熔化"的关系,对T=0.4 K时仲氢及正氘团簇的量子定域与超流动性
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
S波段超材料完全吸收基板微带天线
保石, 罗春荣, 赵晓鹏
2011, 60 (1): 014101. doi: 10.7498/aps.60.014101
摘要 +
设计了基于树枝状结构单元模型的完全吸波超材料,并将此树枝状结构完全吸波超材料作为微带天线的基板,制备了S波段超材料完全吸收基板微带天线,模拟和实验结果表明,窄带和宽带完全吸波超材料都可提高微带天线的定向性和增益,性能得到了明显改善.经过优化设计S波段超材料完全吸收基板微带天线的增益相比普通微带天线提高了1.8 dB,相当于有效辐射功率提高了51%.表明将完全吸波超材料作为天线的基板,可以明显改善天线性能.
有限引导磁场下相对论环形电子注色散特性的研究
袁学松, 鄢扬, 刘盛纲
2011, 60 (1): 014102. doi: 10.7498/aps.60.014102
摘要 +
采用等效媒质处理方法来研究有限引导磁场下沿纵向运动的相对论环形电子注.首先建立运动坐标系以电子注纵向速度匀速运动,在运动坐标系中电子注可以被考虑成静止的磁化等离子体,再通过四维空间的洛伦兹变换得到电子注在静止的实验室坐标系下可以被等效为双各向异性媒质,其不仅具有张量形式的电导率和磁导率,还具有手征特性.在此基础上同时考虑了由于电子注表面波动所引起的表面电流密度.采用该方法研究了有限引导磁场下圆柱波导中沿纵向运动的相对论环形电子注,推导出该模型的色散方程,并进行了数值计算.计算结果表明该研究方法能够得到更准
ZnS衬底表面亚波长增透结构的设计及制备
徐启远, 刘正堂, 李阳平, 武倩, 张淼
2011, 60 (1): 014103. doi: 10.7498/aps.60.014103
摘要 +
ZnS是长波红外窗口优选材料之一,而其表面反射率较高;为了减小表面反射,利用耦合波理论,对ZnS衬底表面的亚波长结构参数进行优化设计,得到了具有良好增透效果的最佳亚波长结构参数;并利用掩膜光刻、反应离子刻蚀技术在ZnS衬底表面制备出在8—12 μm波段范围内有明显增透效果的二维亚波长结构,这为ZnS衬底的增透提供了一种新的方法.
光子带隙谐振腔回旋管振荡器的自洽非线性理论
罗尧天, 唐昌建
2011, 60 (1): 014104. doi: 10.7498/aps.60.014104
摘要 +
定义了光子带隙谐振腔(photonic-band-gap cavity, PBGC)的等效半径,论证了使用该半径将PBGC等效为具有模式选择性的金属圆柱谐振腔的有效性,揭示了其在PBGC设计过程中的指导性作用.基于等效半径的运用,建立起光子带隙谐振腔回旋管振荡器(PBG回旋管)的自洽非线性理论,并对工作于TE32模的PBG回旋管作了理论分析和数值计算.目前的研究表明:高频电磁场沿角向呈行波或驻波的不同极化形式对PBG回旋管的注-波互作用过程具有较大的影响;较之电子回旋基波,该器件中二
长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究
王彦斌, 侯静, 陆启生, 彭杨, 陈子伦, 熊春乐
2011, 60 (1): 014201. doi: 10.7498/aps.60.014201
摘要 +
本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好.
高效光子晶体太赫兹滤波器的设计
陈鹤鸣, 孟晴
2011, 60 (1): 014202. doi: 10.7498/aps.60.014202
摘要 +
提出了一种新型光子晶体太赫兹(THz)滤波器,该滤波器包括利用线缺陷实现的波导部分和利用微腔实现的频率选择部分.应用平面波法(PWM)分析其带隙结构,然后应用时域有限差分法(FDTD),研究THz波在此滤波器中的传输特性,结果表明,通过改变点缺陷的结构和增大某些介质柱的半径,可以使该滤波器实现高耦合效率的单信道单频率滤波.
光子晶体晶粒尺寸和排列结构对随机激光辐射特性的影响
王慧琴, 方利广, 王一凡, 余奥列
2011, 60 (1): 014203. doi: 10.7498/aps.60.014203
摘要 +
研究了光子晶体对随机激光器的输出特性的调控,并分析了光子晶体的晶粒尺寸和排列结构等对调控作用的影响.对于同一随机介质而言,上下表面用同种材料不同晶粒尺寸的光子晶体覆盖,结果显示:晶粒尺寸合适的光子晶体会使光在系统中来回振荡从而得到很好的放大,使系统中的光与随机增益介质的相互作用加强,激光阈值降低;同时还对激光模式有较强的调制能力,能在一定程度上抑制自发辐射,使之向所需要的频率内辐射.但如果光子晶体的晶粒尺寸与随机增益介质结构匹配不当,则光子晶体对激光模式调制能力较弱,光场能量不能有效地被局域在系统中,系统
拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的螺旋谱特性
黎芳, 唐华, 江月松, 欧军
2011, 60 (1): 014204. doi: 10.7498/aps.60.014204
摘要 +
研究了拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的传输特性.在利托夫近似下,得到接收孔径处光束的螺旋谱的积分表达式.通过数值仿真得出大气湍流对光束螺旋谱的影响以及光束螺旋谱随各参数值的变化特性.仿真发现大气湍流会使螺旋谱发生弥散.而且随着拓扑荷,接收孔径半径,折射率结构函数及距离的增加,螺旋谱弥散加剧.经拟合得到描述螺旋谱弥散程度的无量纲方差V随距离成6次函数关系;与接收孔径半径及折射率结构函数成二项式关系;而与拓扑荷呈11次多项式关系.最后得出径向指数,束腰半径对螺旋谱的影响非常小,并且根据此结论推出光
惯性约束聚变驱动器连续相位板前置时频率转换晶体内部光场研究
占江徽, 姚欣, 高福华, 阳泽健, 张怡霄, 郭永康
2011, 60 (1): 014205. doi: 10.7498/aps.60.014205
摘要 +
本文针对惯性约束聚变驱动器终端光学系统中连续相位板置于基频光路(前置)时,频率转换晶体内部光场分布进行了研究.经研究发现连续相位板前置对基频光的相位调制降低了频率转换效率,增大了频率转换晶体内部光场的不均匀性,它导致晶体激光诱导损伤风险的可能性加大.值得特别注意的是:在频率转换晶体入射和出射端面附近激光调制度和最大光强相对于其他区域高,发生激光诱导损伤的可能性相对更大.因此当不断增大频率转换系统输入的基频光光强时,为保证惯性约束聚变终端光学系统的正常运行需要把连续相位板前置对频率转换晶体内部光场分布的影响
法拉第手征介质反射电磁波的极化特性研究
汤奇, 张狂, 李乐伟, 孟繁义, 吴群
2011, 60 (1): 014206. doi: 10.7498/aps.60.014206
摘要 +
从麦克斯韦方程出发严格推导了均匀介质与法拉第手征介质交界面处电磁波反射公式.通过解析的方法讨论了不同极化状态下反射电磁波的极化特性与法拉第手征介质电磁参数之间的关系.针对部分具体实例进行了计算,计算结果与理论预测相符合.
LiGaX2(X=S, Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算
杨利君, 陈海川
2011, 60 (1): 014207. doi: 10.7498/aps.60.014207
摘要 +
采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对LiGaX2(X=S, Se, Te)的能带结构、态密度、光学以及弹性性质进行了理论计算. 能带结构计算表明LiGaS2 的禁带宽度为4.146 eV, LiGaSe2 的禁带宽度为3.301 eV, LiGaTe2 的禁带宽度为2.306 eV; 其价带主要由Ga-4p 层电子和X- np 层电子的能态密度决定; 同时也对LiGaX<
螺旋相位光束轨道角动量态测量的实验研究
齐晓庆, 高春清
2011, 60 (1): 014208. doi: 10.7498/aps.60.014208
摘要 +
对螺旋光束的轨道角动量态的测量技术进行了实验研究.建立了一套利用Mach-Zehnder干涉仪测量光束轨道角动量态的系统,对利用空间光调制器生成的携带不同轨道角动量的光束进行了测量,通过Mach-Zehnder干涉仪分离出了具有不同角量子数的螺旋光束.
双波长垂直腔面发射激光器及特性研究
关宝璐, 郭霞, 张敬兰, 任秀娟, 郭帅, 李硕, 揣东旭, 沈光地
2011, 60 (1): 014209. doi: 10.7498/aps.60.014209
摘要 +
基于光子晶体技术在一维光子晶体带隙内引入缺陷态模式,并对激光器谐振腔内部电磁场分布和共振波长进行调制,从而将单一波长分裂为双波长输出.最终制备出了一种新的具有双波长光谱输出特性的垂直腔面发射激光器,缺陷层为Al0.8Ga0.2As材料,厚度为5λ/4.所得到的双波长输出光谱具有低吸收损耗、输出波长容易控制及同方向垂直输出特性.同时,通过调整一维光子晶体的折射率差和缺陷层厚度可以有效调谐双波长的间距及输出波段.所设计的双波长垂直腔面发射激光器结构同样
双光反馈半导体激光混沌系统中外腔延时反馈特征的抑制
丁灵, 吴加贵, 夏光琼, 沈金亭, 李能尧, 吴正茂
2011, 60 (1): 014210. doi: 10.7498/aps.60.014210
摘要 +
在一个双光反馈半导体激光混沌系统中,固定其中一个反馈腔镜(固定腔M1)的反馈延迟时间以及反馈强度,实验研究了另一个反馈腔镜(可变腔M2)的反馈延迟时间以及反馈强度对系统混沌输出的延时反馈特征的影响.研究结果表明:在可变腔M2与固定腔M1的反馈强度相等的条件下,改变M2的腔长,当其腔长约等于(但不能严格等于)M1的腔长或者腔长的一半时,系统将呈现较好地抑制延时反馈特征效果;当M
不同组分的钒酸盐混晶Ybt:YxGd1-t-xVO4光谱与激光性质的比较研究
Xavier Mateos, Valentin Petrov, 刘均海, 韩文娟, 张怀金, 王继扬
2011, 60 (1): 014211. doi: 10.7498/aps.60.014211
摘要 +
研究了三种掺Yb钒酸盐混晶Yb0.005:Y0.298Gd0.697VO4, Yb0.007:Y0.407Gd0.586VO4和Yb0.009:Y0.575Gd0.416VO4的室温偏振吸收谱和发射谱. 结果表明,最强的吸收和发射相应于π偏振,位
二极管端面抽运固体激光器晶体棒与热沉接触热导研究
刘海强, 过振, 王石语, 林林, 郭龙成, 李兵斌, 蔡德芳
2011, 60 (1): 014212. doi: 10.7498/aps.60.014212
摘要 +
二极管端面抽运固体激光器中,圆棒晶体采用金属热沉夹持并散热,晶体侧面受到的压力呈非轴对称分布.建立了此状态下晶体棒与热沉间无热界面物质、采用厚度为平均间隙厚度和远大于平均间隙厚度的热界面物质三种情况下接触热导模型.针对前两种模型,采用截断高斯模型和塑性形变模型,讨论了接触热导与装配压力、等效均方根粗糙度的关系.建立了晶体棒与热沉的接触散热模型,对高斯型热耗分布,采用有限元法得到了无热界面物质和采用铟箔作为热界面物质时晶体棒温度的空间分布.结果表明:无热界面物质时,晶体棒与热沉间接触热导随圆心角变化较大,其
高频调制大功率窄线宽分布反馈光纤激光器
薛力芳, 张强, 李芳, 周燕, 刘育梁
2011, 60 (1): 014213. doi: 10.7498/aps.60.014213
摘要 +
研制了一种窄线宽光纤激光器.在有源相移光栅后加一段掺铒光纤,当用980 nm抽运光注入时,首先形成了分布反馈(DFB)光纤激光器,而残余抽运光将铒纤中铒离子从基态抽运到了激发态,对DFB激光实现了有效放大,实现了对残余抽运光的充分利用,节省了功耗、降低了成本;同时利用温控技术克服了DFB光纤激光器的温度敏感问题;将相移光栅黏贴于片状压电陶瓷(PZT)的表面实现了高频调制.实验研制的激光器的最高调制频率为2 kHz、输出功率为15.6 dBm,线宽为300 kHz.
硅基拉曼放大器增益的理论分析
刘组学, 冯鸣, 郭清华, 乔丽, 吕可诚
2011, 60 (1): 014214. doi: 10.7498/aps.60.014214
摘要 +
提出了硅波导中受激拉曼散射信号光获得正增益的理论分析方法,并对关键参量自由载流子寿命和抽运光功率做了分析,得到了可以获得正增益的自由载流子寿命阈值公式,抽运光功率阈值.研究了抽运方式对于硅基拉曼放大器增益的影响,并指出采用双向抽运方式可以使拉曼增益大大提高.
基于M2因子测量的大气湍流参数的确定方法
潘平平, 张彬
2011, 60 (1): 014215. doi: 10.7498/aps.60.014215
摘要 +
基于广义惠更斯-菲涅尔原理以及大气湍流理论,推导出部分相干光束在大气湍流中传输的光束传输M 2因子的解析表达式.定量分析了表征大气湍流参数的折射率结构常数 C2n和涡旋内尺度 l 0对 M 2因子的影响,并由此提出了一种通过实验测量大气湍流中光束的 M 2因子,进而确定出大气湍流参数的新方法.研究结果表明,由于大气湍流对相干性好的光束影响更为明显,在测量中可采用具有高相干性的基模高斯光束作为测量光源,而测量装
双曲余弦高斯列阵光束在湍流大气中的光束传输因子
刘飞, 季小玲
2011, 60 (1): 014216. doi: 10.7498/aps.60.014216
摘要 +
本文推导出了双曲余弦高斯(ChG)列阵光束在湍流大气中的光束传输因子( M 2因子)的解析公式,并采用相对 M 2因子研究了湍流对 M 2因子的影响.研究表明,在湍流大气中 M 2因子不再是一个传输不变量,湍流使得 M 2因子增大.非相干合成情况下, M 2因子随着传输距离、光束参数、相对子光束间距和子光束数目的增大而增大.相干合成情况下, M 2因子随光束参数和相对子光束间距的增大呈现振荡上升.相干合成情况下的 M 2因子比
各向异性圆柱掺杂光子晶体的缺陷模及其量子效应
刘启能
2011, 60 (1): 014217. doi: 10.7498/aps.60.014217
摘要 +
利用光波在一维各向异性圆柱掺杂光子晶体中径向受限的条件,研究了光波在其中出现的模式量子效应,并利用特征矩阵法计算了TE波和TM波各模式的缺陷模的变化规律,得出了一些一维各向异性圆柱光子晶体缺陷模的新结构.缺陷模的频率和透射角都随模式量子数的增加而增大.同一模式缺陷模的频率随圆柱半径的增加而减小.

编辑推荐

亚波长金属线栅的设计、制备及偏振成像实验研究
陈伟力, 金伟其, 康果果, 谭峤峰, 金国藩, 李群庆
2011, 60 (1): 014218. doi: 10.7498/aps.60.014218
摘要 +
针对红外偏振成像系统,运用等效介质理论,在氟化钙基底上设计了周期为200 nm,深度为100 nm的金属铝栅.模拟计算结果表明,设计的金属铝栅在中红外(3—5 μm)和远红外(8—12 μm)双波段范围内,以及±20°的视场范围内能够提供大于35dB的消光比.利用电子束曝光、反应离子束刻蚀、等离子去胶等工艺完成了金属铝栅的制作.将金属铝栅放在中波红外热像仪前,得到了目标轮廓清晰的偏振图像.
基于全光时域分数阶傅里叶变换的光脉冲最小损伤传输新方法
乔耀军, 韩庆生, 李蔚
2011, 60 (1): 014219. doi: 10.7498/aps.60.014219
摘要 +
提出了一种基于全光分数阶傅里叶变换(optical fractional fourier transformation,OFRFT)的关于色散和自相位调制对光脉冲传输影响的分析方法,并基于该方法给出了一种新的光脉冲在光纤中传输最小损伤的方法,通过在发射端将输入的高斯光脉冲做OFRFT然后再送入到光纤中去传输,可以提高光脉冲抵抗色散和非线性的能力,仿真发现当色散占主要作用的时候,负阶数的分数阶傅里叶变换可以很大程度上减小光脉冲的展宽;当自相位调制作用占主要的时候,正阶数的分数阶傅里叶变换可以消除自相位调制作
基于表面等离子体的太赫兹光束方向调控的模拟研究
胡海峰, 蔡利康, 白文理, 张晶, 王立娜, 宋国峰
2011, 60 (1): 014220. doi: 10.7498/aps.60.014220
摘要 +
本文根据锑化铟(InSb)材料在THz波段下复介电常数对温度的响应特性,采用了带有光栅的锑化铟-介质-锑化铟的表面等离子体波导结构,实现了1THz频率光束的准直出射,并能够通过调整结构两侧光栅的温度差来控制出射光束的角度.由时域有限差分方法得到光束偏转角度与温度差之间的关系.理论上利用表面等离子体波导模式的光栅耦合机理解释光束方向改变的原因.
利用白光干涉技术测量块状材料的群折射率
张淑娜, 罗震岳, 沈伟东, 刘旭, 章岳光
2011, 60 (1): 014221. doi: 10.7498/aps.60.014221
摘要 +
对群折射率的精确而快速测量是光学工程领域一个基础而又亟需解决的难题,本文提出了一套光谱型迈克尔逊白光干涉系统的解决方案.该系统充分利用了微型光纤光谱仪一次测量便可获得所有干涉信息的特点,无需机械扫描装置,具有结构简单和测量快速的优点.与传统的窗口傅里叶变换算法相比,本文采用小波变换直接从干涉信号的小波脊中提取群延迟,减小了由相位求导得到群延迟过程中引入的误差放大效应,进而提高了群折射率的测量精度.基于此迈克尔逊白光干涉系统,在不同干涉位置处对两块不同厚度的石英和BK7玻璃进行了测量,实验结果表明此方法在宽
纳秒尺度金属熔化相变数值模拟及实验验证
张世来, 刘福生, 彭小娟, 张明建, 李永宏, 马小娟, 薛学东
2011, 60 (1): 014401. doi: 10.7498/aps.60.014401
摘要 +
本文基于非均匀成核相变动力学理论和热传导方程研究了在极快速升温(1012K/s)条件下金属达到过热状态后发生熔化相变时,通过金属/光学窗口界面温度的演化历史研究了金属内部温度的变化情况.分析结果表明,当金属内部无熔化发生时,界面温度将很快达到平衡,此变化满足理想接触界面模型;而当金属内部有熔化发生时,界面温度受熔化速率的影响不能立即达到平衡而是经历了一个下降的弛豫过程.计算结果与实验观测结果进行比较后发现两者符合得较好,由此可以获得金属在高压下的熔化速率,熔化温度等相关信息.本文的研
一维复合颗粒链中能量衰减的动力学分析
王平建, 刘会, 闫龙, 夏继宏, 刘长松
2011, 60 (1): 014501. doi: 10.7498/aps.60.014501
摘要 +
重颗粒区域由压缩到稀疏的结构转变导致了一维复合颗粒链中能量衰减的渡越行为,并且这种结构转变与界面附近重颗粒的运动状态的变化密切关联.分析表明这种运动状态的转变导致了界面处的反射率在两个分支存在较大差别,从而导致了轻颗粒区域能量在两个分支以不同的速率衰减.
准滑模控制应用于行人通道的交通瓶颈
曾广湘, 薛郁
2011, 60 (1): 014502. doi: 10.7498/aps.60.014502
摘要 +
单向行人交通在瓶颈处极易发生堵塞,设置障碍会阻碍行人通行,却能保证瓶颈处通畅.本文将准滑模控制引入LWR模型中,理论推导控制变量.在三车道宏观交通流模型基础上,模拟瓶颈处的障碍对行人流的影响,解释设置障碍的作用.研究表明准滑模控制变量的设置与阈值有关,当阈值对应基本图的流量最大点时,行人流量能保持最大值,达到提高单向行人交通瓶颈处的行人流通过效率.
气液两相流波动信号的时频谱分析研究
孙斌, 王二朋, 郑永军
2011, 60 (1): 014701. doi: 10.7498/aps.60.014701
摘要 +
为了研究气液两相流不同流型的动态特性,通过小波变换、希尔伯特-黄变换及自适应最优核三种时频方法对气液两相流动态差压信号进行处理.通过对时频谱的分析,可以清晰看出当流型从泡状流向弹状流、塞状流的转化过程中,信号的主要能量由15—35 Hz之间的频带向0—8 Hz频带转移,在弹状流时出现了两个谱峰.实验结果表明:希尔伯特-黄变换及自适应最优核方法的时频分辨率比小波分析高.基于自适应最优核方法的脊信息的提取,克服了模糊平面加窗效应的影响,对气液两相流动态信号表现出更高的时频分辨率,并增强了时频平面信息的可读性.
气体、等离子体和放电物理
大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究
屠昕, 倪明江, 余量, 李晓东, 汪宇, 严建华
2011, 60 (1): 015101. doi: 10.7498/aps.60.015101
摘要 +
对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频谱分析,研究了气体种类、气体流量和外部电阻值对滑动弧等离子体脉动特性的影响.结果表明随着气流量或外部电阻值的增加,其主要脉动频率变高,电弧周期变小.利用光谱法检测了氮气、氧气和空气滑动弧等离子体的主要自由基种类,并研究了外部电阻值对发射光谱强度的影响和沿电极中轴线在337.1 nm(N
氩气微腔放电中特性参数的数值模拟研究
朱雨, 朱国强, 夏广庆, 薛伟华, 陈茂林
2011, 60 (1): 015201. doi: 10.7498/aps.60.015201
摘要 +
本文采用二维自洽完全流体模型,针对阳极为通孔的高气压微腔放电结构,研究了微腔放电的参数特性.数值计算得到了氩气压强为100 Torr,放电稳态时的电势分布、电子数密度分布和电子温度分布等重要参数.模拟结果表明放电区存在显著的阴极鞘层结构,电子数密度的峰值达到1020 m-3,电子温度的量级为几个eV至十几eV,该结论与实验结果相一致.数值模拟合理的解释了微腔放电的基本原理.
激光聚变冲击点火物理特性研究
胡思得, 黄文会, 袁强, 胡东霞, 张鑫, 赵军普, 魏晓峰
2011, 60 (1): 015202. doi: 10.7498/aps.60.015202
摘要 +
冲击点火是一种新型的惯性约束聚变点火方案,该点火方案具有低点火能量阈值、高增益和较好的流体力学稳定性等优点.本文针对冲击点火的物理特性进行理论分析和数值模拟.首先以一维平板模型对冲击波碰撞的物理过程进行理论研究和分析;然后通过辐射流体力学数值模拟对冲击点火的物理特性进行研究,验证理论分析结果,并考察冲击加载时间对点火的影响.
双层喷气Z箍缩氖等离子体K层辐射研究
吕敏, 吴刚, 邱爱慈, 王亮平, 邱孟通, 丛培天
2011, 60 (1): 015203. doi: 10.7498/aps.60.015203
摘要 +
报道了"强光一号"(1.6 MA,70 ns)加速器驱动双层喷Ne气Z箍缩负载产生K层辐射(光子能量约1 keV)的实验研究.喷气负载出口半径为1.5—1.4 cm和0.75—0.6 cm(半径比2 ∶1).充气压力相同情况下外层和内层质量比约2.8 ∶1.在内爆时间约120 ns、负载线质量估计值60—70 μg/cm时,获得K层辐射产额约7 kJ、峰值功率0.28 TW,脉冲宽度20 ns.X射线分幅图像表明内爆阶段的不稳定性影响较小,最终内爆速度超过25 cm/μs,等离
直流电源耦合高功率脉冲非平衡磁控溅射电离特性
牟宗信, 牟晓东, 王春, 贾莉, 董闯
2011, 60 (1): 015204. doi: 10.7498/aps.60.015204
摘要 +
采用直流电源放电形成高功率脉冲非平衡磁控溅射(dc-high power impulse unbalanced magnetron sputtering,dc-HPPUMS 或dc-HiPiUMS),利用雪崩放电的击穿机理形成深度自触发放电,同轴线圈和空心阴极控制放电特性和提高功率密度.磁阱俘获雪崩放电形成的二次电子和形成漂移电流,形成了大电流脉冲放电,放电脉冲电流密度峰值超过100 A/cm2,脉冲频率小于40 Hz.由于放电等离子体远没有达到平衡状态,放电电流主要受到空间电荷效应
凝聚物质:结构、力学和热学性质
X射线吸收谱对Ga0.946Mn0.054As薄膜中缺陷的研究
乔媛媛, 肖正国, 曹先存, 郭浩民, 史同飞, 王玉琦
2011, 60 (1): 016101. doi: 10.7498/aps.60.016101
摘要 +
采用低温分子束外延法(LT-MBE)制备出Ga0.946Mn0.054As稀磁半导体(DMS)薄膜.通过X射线吸收谱(XAS)研究影响Ga0.946Mn0.054As薄膜性质的主要缺陷Mn间隙原子(MnI)和As反位原子(AsGa).实验结果表明,在较低生长温度(TS=200℃)下Ga0.946Mn0.054

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蠕变镍基单晶高温合金微观结构与界面特征的X射线小角散射研究
孙光爱, 陈波, 闫冠云, 黄朝强, 吴忠华, 吴二冬, 李武会, 柳义, 王劼
2011, 60 (1): 016102. doi: 10.7498/aps.60.016102
摘要 +
利用SAXS技术对蠕变过程中不同尺度范围的微观结构变化分析表明X射线小角散射(SAXS)与中子小角散射(SANS)测量的二维散射图具有明显的差异,由散射强度曲线的变化说明了蠕变过程中二次析出γ'相形貌和不同区域尺寸特征的改变情况.分析结果表明二次析出γ'相存在两类特征尺寸,在蠕变过程中沿[100]或[010]方向的变化趋势类似,均是在第一和第二阶段有所减小,在第三阶段又有所增大,相较而言,特征尺寸较大的γ'相变化也较为显著.二次析出γ'相在蠕变第二阶段元素扩散最严重,相表面最粗糙,在第三阶段两相界面又进一
Zr48Cu45Al7大块金属玻璃的原子结构研究
郭古青, 杨亮, 张国庆
2011, 60 (1): 016103. doi: 10.7498/aps.60.016103
摘要 +
应用同步辐射X射线衍射(XRD)和广延X射线吸收精细结构边方法(EXAFS),结合反蒙特卡罗(RMC)拟合、Voronoi分形技术等对Zr50Cu50二元和Zr48Cu45Al7三元金属玻璃材料的微观结构进行了系统的研究.结果表明:ZrCuAl三元金属玻璃中Al原子与Zr原子、Cu原子之间存在强相互作用,表现为键长的明显缩短,导致其微观结构中的Voronoi团簇体积普遍小于Zr50
晶粒尺寸对气相沉积薄膜磁取向生长的影响研究
任树洋, 任忠鸣, 任维丽
2011, 60 (1): 016104. doi: 10.7498/aps.60.016104
摘要 +
为了研究强磁场下薄膜取向生长规律,采用真空蒸发气相沉积法分别制备了不同磁场方向生长的Zn和Bi薄膜.XRD结果发现磁化率差异较小的Zn薄膜在4T时产生了明显的取向生长,而磁化率差异较大的Bi薄膜在5T磁场强度还没有发生取向生长.SEM结果显示Zn薄膜和Bi薄膜晶粒尺寸上有明显的差别,利用Zn薄膜在4T磁场下的取向建立晶粒尺寸和取向生长的对应关系,提出薄膜发生取向时晶粒的磁化能须大于热能kT的420倍.薄膜是否发生取向生长取决于三个因素:薄膜单个晶粒的大小V,材料不同晶向的磁化率差异Δ
表面序电极化、挠曲电极化与向列液晶盒饱和点的双稳态
关荣华
2011, 60 (1): 016105. doi: 10.7498/aps.60.016105
摘要 +
理论分析和数值模拟相结合,研究了表面序电极化、挠曲电极化对非对称弱锚定向列液晶盒在饱和点双稳态的影响,得到了两种极化共存时液晶指向矢满足的方程和边界条件.通过引入新的状态参量,从能量的角度对两种极化的物理效应进行了分析.结果表明,在一定条件下,两种极化耦合,在饱和点通过改变锚定能影响边界条件,从而诱导双稳态.文中给出了判断是否存在双稳态的一般条件,此条件与数值计算结果符合.
Si表面间水平碳纳米管束的分子动力学模拟研究
李瑞, 胡元中, 王慧
2011, 60 (1): 016106. doi: 10.7498/aps.60.016106
摘要 +
本文采用分子动力学模拟方法研究了Si表面间单壁水平碳纳米管束SWCNT (10,10)的变形和摩擦特性.系统在弛豫平衡后,首先对碳纳米管束施加压力至碳纳米管或Si表面结构破坏.之后在无压力和高压力两种情况下使上表面沿水平方向做剪切运动以研究碳纳米管束的摩擦特性.结果表明,由于碳纳米管的柔韧性,碳纳米管束在加载过程中出现明显变形,但直至3.8 GPa高压下并无结构破坏.系统无压力时SWCNT (10,10)在原地轻微随机滚动,压力为3.8 GPa时,碳纳米管束出现了整体的轻微滑动,同时伴随无规律的轻微滚动,
晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究
祝文军, 陈开果, 马文, 经福谦
2011, 60 (1): 016107. doi: 10.7498/aps.60.016107
摘要 +
用分子动力学方法研究了纳米多晶铝在冲击加载下的冲击波阵面结构及塑性变形机理.模拟研究结果表明:在弹性先驱波之后,是晶界间滑移和变形主导了前期的塑性变形机理;然后是不全位错在界面上成核和向晶粒内传播,然后在晶粒内形成堆垛层错、孪晶和全位错的过程主导了后期的塑性变形机理.冲击波阵面扫过之后留下的结构特征是堆垛层错和孪晶留在晶粒内,大部分全位错则湮灭于对面晶界.这个由两阶段塑性变形过程导致的时序性塑性波阵面结构是过去未见报道过的.
GaN基发光二极管外延中p型AlGaN电子阻挡层的优化生长
王兵, 李志聪, 姚然, 梁萌, 闫发旺, 王国宏
2011, 60 (1): 016108. doi: 10.7498/aps.60.016108
摘要 +
本文利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法系统地研究了p-AlGaN层掺杂机理及优化设计生长. 明确了生长温度、压力及TMAl的流量对AlGaN层Al组分的影响关系,并给出了各自不同的机理与作用. 研究发现,Al组分介于10%—30%之间能够很好地将电子限定在量子阱区域并保持高的材料晶体质量. 发展了一种新的生长技术来克服p-AlGaN层掺入效率低下和空穴注入不足的问题. 优化条件下生长的p型AlGaN电子阻挡层很大地提升了InGaN/GaN基LED的输出光功率.
反射式高能电子衍射实时监控的分子束外延生长GaAs晶体衬底温度校准及表面相变的研究
杨再荣, 罗子江, 贺业全, 何浩, 邓朝勇, 丁召, 周勋, 韦俊
2011, 60 (1): 016109. doi: 10.7498/aps.60.016109
摘要 +
以反射式高能电子衍射(RHEED)作为实时监测工具,根据GaAs(100)表面重构相与衬底温度、As4等效束流压强之间的关系,对分子束外延(MBE)系统中衬底测温系统进行了校准,这种方法也适用于其他的MBE系统.为生长高质量的外延薄膜材料、研究InGaAs表面粗糙化及相变等过程提供了实验依据.
反应气压对直流磁控反应溅射制备的氧化银薄膜的结构和光学性质的影响
张增院, 郜小勇, 冯红亮, 马姣民, 卢景霄
2011, 60 (1): 016110. doi: 10.7498/aps.60.016110
摘要 +
利用直流磁控反应溅射技术,通过调节反应气压(RP),在250 ℃衬底温度下制备了一系列氧化银 (AgxO) 薄膜,并利用X射线衍射谱、能量色散谱和分光光度计重点研究了RP对AgxO薄膜的结构和光学性质的影响. 研究结果表明,随着RP从0.5 Pa升高到3.5 Pa,薄膜明显呈现了从两相(AgO+Ag2O)到单相(Ag2O)结构再到两相(Ag2O+AgO)结构的演变. 特
螺旋纳米带中的声子输运
金蔚, 惠宁菊, 屈世显
2011, 60 (1): 016301. doi: 10.7498/aps.60.016301
摘要 +
运用微分几何方法及形式散射理论,研究螺旋纳米带中的标量声子输运问题,计算了声子透射系数及热导率.数值结果表明,弯曲导致了声子模式之间的量子干涉,使总透射系数随能量变化的量子化台阶呈现振荡行为,有效地抑制了热导率.
外场作用下聚合物滞后生热效应
刘跃军, 许超, 徐成, 曾广胜, 瞿金平
2011, 60 (1): 016401. doi: 10.7498/aps.60.016401
摘要 +
为了研究振动参数对聚合物黏弹性能及塑化成型过程的影响,深入分析了振动场的作用机理,揭示了相位角与滞后生热率之间的关系,得出了振动场作用下聚合物塑化成型速率表达式,最后通过聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)动态毛细管挤出以及多维振动塑化成型设备进行实例计算和实验研究,实验结果和理论计算值符合得很好,并得出结论: PET塑化速率随振动频率的增加呈先增加后减小的趋势,当激振频率趋向于材料固有频率时(振动频率约为15 Hz时),PET塑化速率达到最大值,当振幅为6 MPa时,其值约为22 g/min,为相同振幅下,频
fcc金属表面能的各向异性分析及表面偏析的预测
张建民, 王博, 甘秀英, 殷保祥, 路彦冬, 徐可为
2011, 60 (1): 016601. doi: 10.7498/aps.60.016601
摘要 +
本文将元素变量(φ*和nWS)和MAEAM相结合,从原子尺度上对10种fcc金属Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt,Rh,Al,Ir和Pb的38个不同晶面的表面能进行模拟计算及各向异性分析. 结果表明,fcc金属的密排面(111)的表面能最小,则该晶粒取向优先生长,与实验结果和第一原理的LMTO-ASA计算结果一致;各个晶面的表面能均随着其他晶面与(111)晶面的夹角cosθ(hkl)的增长而呈线性
溅射压强对TiN/SiNx纳米多层膜微观结构及力学性能的影响
王丽丽, 安涛, 文懋, 郑伟涛
2011, 60 (1): 016801. doi: 10.7498/aps.60.016801
摘要 +
利用磁控溅射方法在不同溅射压强条件下制备了TiN/SiNx纳米多层膜.多层膜的微观结构及力学性能分别用X射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪来表征.结果表明随着溅射压强的增大,多层膜的界面变模糊,TiN层的择优取向由(200)晶面过渡到(111)晶面.与此同时,多层膜的表面粗糙度增大,硬度和弹性模量随溅射压强的增大而减小.多层膜力学性能的差异主要是由于薄膜的周期性结构及致密度存在差异所致.
氧压对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜晶格常数的影响及BaTiO3/Ba0.6Sr0.4TiO3超晶格的制备
尚杰, 张辉, 曹明刚, 张鹏翔
2011, 60 (1): 016802. doi: 10.7498/aps.60.016802
摘要 +
采用脉冲激光沉积(PLD)技术,经一系列的优化实验成功地制备了BaTiO3(BT)和Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)单层膜.X射线衍射分析表明,在LaAlO3(001)单晶平衬底上生长的BT和BST薄膜都是沿[001]取向的近外延生长.且随着氧压在10-3—25 Pa范围内逐渐增大,BST薄膜的晶格常数与氧压之间近似满足Boltzmann函数关系.其次,在此优化条件下还
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
稀土元素(Y,La)掺杂ZnO的电子结构和光学性质
顾书林, 李腾, 吴玉喜, 胡智向, 渠立成, 张昊
2011, 60 (1): 017101. doi: 10.7498/aps.60.017101
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了未掺杂ZnO和稀土(Y,La)掺杂ZnO体系的空间结构、能带、电子态密度与光学性质.结果表明,掺杂后体系的形成能减小,稳定性变强,带隙展宽,费米能级进入导带中,体系呈金属性,载流子发生简并,形成简并半导体.定性分析了掺杂后光学性质的变化.
含Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电学和光学性能研究
胡慧芳, 顾林, 王巍, 贾金凤, 王志勇
2011, 60 (1): 017102. doi: 10.7498/aps.60.017102
摘要 +
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对zigzag型石墨烯纳米带中含有不同Stone-Wales缺陷的电子结构特性和光学性能进行研究. 考虑了两种模型:不计电子自旋和考虑电子自旋的情况.研究发现:不计电子自旋情况下,含对称Stone-Wales缺陷的石墨烯纳米带在缺陷区域出现了凹凸不平的折皱构型,两种不同的Stone-Wales缺陷都引起了电荷的重新分布.考虑电子自旋时,Stone-Wales缺陷的引入对石墨烯纳米带自旋密度有显著影响,也引起了不同自旋的电子态密度的变化.进一步研究了纳米带的光学性能,发现
退火对非故意掺杂4H-SiC外延材料386 nm和388 nm发射峰的影响
程萍, 张玉明, 张义门
2011, 60 (1): 017103. doi: 10.7498/aps.60.017103
摘要 +
10 K条件下,采用光致发光(PL)技术研究了不同退火处理后非故意掺杂4H-SiC外延材料的低温PL特性.结果发现,在370—400 nm范围内出现了三个发射峰,能量较高的峰约为3.26 eV,与4H-SiC材料的室温禁带宽度相当.波长约为386 nm和388 nm的两个发射峰分别位于~3.21 eV和~3.19 eV,与材料中的N杂质有关.当退火时间为30 min时,随退火温度的升高,386 nm和388 nm两个发射峰的PL强度先增加后减小,且退火温度为1573 K时,两个发射峰的PL强度均达到最大.
Fe/ZnO (0001)体系界面相互作用中薄膜厚度效应的光电子能谱研究
张旺, 徐法强, 王国栋, 张文华, 李宗木, 王立武, 陈铁锌
2011, 60 (1): 017104. doi: 10.7498/aps.60.017104
摘要 +
利用同步辐射光电子能谱(SRPES)和X射线光电子能谱(XPS)技术,系统研究了室温下Fe/ZnO界面形成过程中Fe薄膜与氧结尾的ZnO(000 1 )衬底之间的相互作用,结果显示初始沉积的Fe明显被表面氧氧化为Fe2+离子,在Fe覆盖度为0—3 nm的范围内,分别观察到与界面电荷传输、化学反应以及薄膜磁性相关的三个有意义的临界厚度,这一结果将有助于基于Fe/ZnO界面的相关器件的设计和研发.
在群论框架下电子三重态与声子耦合的理论研究
冯胜奇, 方海, 邱庆春
2011, 60 (1): 017105. doi: 10.7498/aps.60.017105
摘要 +
本文基于绝热近似和群论导出了电声耦合系统的哈密顿量的一般形式,讨论了电声耦合系统中的电子算符和活跃的声子模式. 应用幺正平移变换和能量最小化方法,进一步计算了正四面体群下T*(e+t2)杨-泰勒系统中的激发态能量,从对称性的角度分析了T1电子态的能级分裂以及晶格体系的对称性破缺,得出了对称性的破缺方式和电声耦合系统密切相关的结论. 结果表明:通过群论与对称性分析完全可以定性地解释由于电声耦合所造成的简并电子
纳米金属镝的传导电子定域化
侯碧辉, 刘凤艳, 岳明, 王克军
2011, 60 (1): 017201. doi: 10.7498/aps.60.017201
摘要 +
研究不同粒径的稀土金属镝(Dy)纳米晶块体材料的电阻率随温度的变化. 电阻率包括剩余电阻率ρres=ρ(0)、磁散射电阻率ρmag(T)和声子散射电阻率ρpho(T). 样品的平均粒径分别为10,30,100和1000 nm. 实验发现磁散射电阻率ρmag(T)和声子散射电阻率ρpho
应变Si/Si1-xGex n型金属氧化物半导体场效应晶体管反型层中的电子迁移率模型
李斌, 刘红侠, 袁博, 李劲, 卢凤铭
2011, 60 (1): 017202. doi: 10.7498/aps.60.017202
摘要 +
为了描述生长在弛豫Si1-xGex层上应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFETs)反型层中电子迁移率的增强机理,提出了一种新型的、基于物理的电子迁移率模型.该模型不仅能够反映声学声子散射迁移率、表面粗糙度散射迁移率与垂直于半导体-绝缘体界面的电场强度之间的依赖关系,而且也能解释不同的锗组分对两种散射机理的抑制情况从而引起电子迁移率增强的机理.该模型数学表达式简单,可以模拟任意锗组分下的迁移率.通过数值分析验证得出,该
双色场驱动不对称分子气体产生平台区超连续光谱
李钱光, 易煦农, 张秀, 吕昊, 丁么明
2011, 60 (1): 017203. doi: 10.7498/aps.60.017203
摘要 +
研究了双色场驱动下不对称分子气体产生的高次谐波. 通过计算机数值模拟,发现当波长为800 nm,脉宽为10 fs的基频场和波长为1200 nm的控制场组成的多光周期双色场作用于不对称分子时,不对称分子的高次谐波在平台区的末端呈现出超连续结构. 超连续谱谱宽达80 eV,可以支持傅里叶极限脉宽为50 as的脉冲输出. 传播后,超连续谱变得更平滑,而且,直接选取超连续谱上的一段,可以得到脉宽约为90 as的单个脉冲输出.
InAs量子点中自旋-轨道相互作用下电子自旋弛豫的参量特征
蒋洪良, 张荣军, 周宏明, 姚端正, 熊贵光
2011, 60 (1): 017204. doi: 10.7498/aps.60.017204
摘要 +
本文在处理InAs单电子量子点哈密顿模型时,将自旋-轨道(SO)相互作用作为微扰项,计算在Fock-Darwin本征函数下SO相互作用的矩阵元,利用其对能级和波函数的二阶修正,并且考虑新的能级对g因子和有效质量m*的影响,计算得到在声子协助下电子的自旋弛豫率Γ的表达式.给出了InAs量子点中声子协助的电子自旋弛豫率Γ对于限制势频率ω0、温度T、纵向高度z0
场板抑制GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌的机理研究
杨翠, 马晓华, 毛维, 郝跃, 张进成, 刘红侠, 王冲, 张金风, 杨林安, 许晟瑞, 毕志伟, 周洲, 杨凌, 王昊
2011, 60 (1): 017205. doi: 10.7498/aps.60.017205
摘要 +
通过实验和数值器件仿真研究了钝化GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)、栅场板GaN HEMTs和栅源双层场板GaN HEMTs电流崩塌现象的物理机理,建立了电流崩塌强度与帽层中载流子浓度、陷阱电离率和电场的内在联系.研究结果表明,场板可以有效调制帽层中横向和纵向电场的强度分布,并可有效调制纵向电场的方向,减弱栅极附近电场强度,增加场板下方电场强度,这会减弱栅极附近自由电子的横向运动,增强场板下方自由电子的纵向运动,进而可以有效调制帽层中自由电子浓度的分布,提高陷阱的电离率,减小器件的电流崩塌.
曲率对有限曲面狭缝阵列传输特性的影响
蒙志君, 王立峰, 吕明云, 武哲
2011, 60 (1): 017301. doi: 10.7498/aps.60.017301
摘要 +
扩展互导纳法用于研究有限曲面狭缝阵列的传输特性,分析了一维弯曲效应以及单元列数、曲率等因素对磁流分布、散射方向图及频率响应曲线的影响.结果表明,曲面张角是衡量弯曲效应的主要参数. 当曲面张角较大时(120°以上),弯曲效应显著,单元磁流分布剧烈起伏,散射方向图波束展宽且副瓣电平升高,谐振频率、传输带宽及功率透射系数等频率响应特性均发生较大变化.当曲面张角较小时(60°以下),仅边缘附近的单元磁流分布受到曲率影响,散射方向图与传输特性均接近于有限平面阵列,表明此时可近似忽略弯曲效应.
Na掺杂对C20H20分子的电子输运性质影响
程霞, 杨传路, 童小菲, 王美山, 马晓光
2011, 60 (1): 017302. doi: 10.7498/aps.60.017302
摘要 +
利用第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了Na@C20H20分子的电子输运性质. 计算结果显示它的I-V曲线在偏圧 V范围内表现出了较好的线性特性, 出现了明显的负微分电阻现象, 并得到其平衡电导为0.0101G0. 通过与Li@C20H20分子对比分析, 发现掺杂Na不仅能提高C20H20分子的电子输运能力, 而且
含有本征SiGe层的SiGe异质结双极晶体管集电结耗尽层宽度模型
胡辉勇, 舒钰, 张鹤鸣, 宋建军, 宣荣喜, 秦珊珊, 屈江涛
2011, 60 (1): 017303. doi: 10.7498/aps.60.017303
摘要 +
本文分别建立了含有本征SiGe层的SiGe HBT(异质结双极晶体管)集电结耗尽层各区域的电势、电场分布模型,并在此基础上,建立了集电结耗尽层宽度和延迟时间模型,对该模型进行了模拟仿真,定量地分析了SiGe HBT物理、电学参数对集电结耗尽层宽度和延迟时间的影响,随着基区掺杂浓度和集电结反偏电压的提高,集电结耗尽层延迟时间也随之增大,而随着集电区掺杂浓度的提高和基区Ge组分增加,集电结耗尽层延迟时间随之减小.
单硫醇分子结的几何结构和电输运性质:压力效应与末端基团效应
胡伟, 李宗良, 马勇, 王传奎, 李英德
2011, 60 (1): 017304. doi: 10.7498/aps.60.017304
摘要 +
利用杂化密度泛函理论,研究了以甲基、醇基、羧基为末端基团的烷烃硫醇分子与金电极形成分子结的过程,得到了分子结的几何结构与外加压力的关系. 并在此基础上,利用弹性散射格林函数方法研究了烷烃硫醇分子的电输运性质. 研究结果表明,对于C11S分子来说,当两电极距离大于2.1 nm时,该分子结断裂;对于C11SOH和C10SCOOH来说,相应的分子结断裂的电极距离基本相同(2.15 nm). 在相同的外加压力(4.0 nN)下,C11
用两带Ginzburg-Landau理论分析两带超导体Lu2Fe3Si5的表面临界磁场
刘敏霞
2011, 60 (1): 017401. doi: 10.7498/aps.60.017401
摘要 +
用两带Ginzburg-Landau(GL)理论分析了Lu2Fe3Si5的表面临界磁场,当超导体的表面与任一主晶面重合,且外磁场平行于超导体的表面时,比值Hc3/Hc2(HC2是Lu2Fe3Si5的上临界磁场)强烈依赖于温度. 当超导体的表面是bc平面,且
多孔SiO2包裹磁性纳米颗粒Fe3O4的制备与表征
雷洁梅, 吕柳, 刘玲, 许小亮
2011, 60 (1): 017501. doi: 10.7498/aps.60.017501
摘要 +
采用加热分解油酸铁法制备了Fe3O4磁性纳米颗粒,并用有机模板和反相微乳液相结合的方法将磁性纳米颗粒包裹在多孔二氧化硅中.用红外光谱(FTIR)研究了不同的处理方式对油酸铁表面官能团的影响及油酸的反应浓度和加热分解油酸铁的过程中升温速率对Fe3O4纳米颗粒的影响.结果表明,用乙醇和丙酮处理后的固态蜡状油酸铁表面的油酸基团会受到损害,将不利于加热分解时形成单分散性的Fe3O4纳
自旋转移矩效应激发的非线性磁化动力学
万振茂, 刘要稳, 金伟
2011, 60 (1): 017502. doi: 10.7498/aps.60.017502
摘要 +
本文基于宏观磁矩(macrospin)的Landau-Lifshitz-Gilbert方程,模拟研究了磁性自旋阀结构中由垂直膜面流向的自旋极化电流所激发的磁化转动动力学特性.直流自旋极化电流借助自旋转移矩效应可驱动磁矩翻转或作周期性振荡,交流电可以激发出具有混沌行为的磁矩振荡.展示了磁矩振荡行为随电流强度变化而发生倍周期分岔、直至混沌振荡的行为规律.
La0.4Ca0.6MnO3系统中Mn位Fe和Cr掺杂效应的比较性研究
刘雍, 程莉, 石兢, 熊锐, 胡妮
2011, 60 (1): 017503. doi: 10.7498/aps.60.017503
摘要 +
利用固相反应法制备了Mn位Fe3+和Cr3+掺杂的系列锰氧化物La0.4Ca0.6(Mn1-x(y)Bx(y))O3 (B=Fe3+ (0≤x≤0.1); Cr3+ (0≤y≤0.1)) 多晶样品,研究了掺杂对样品输运性质的影响.实验结果表明两种离子具有截
退火处理Fe43Co43Hf7B6Cu1非晶合金的正电子湮没研究
晁月盛, 郭红, 高翔宇, 罗丽平, 朱涵娴
2011, 60 (1): 017504. doi: 10.7498/aps.60.017504
摘要 +
对熔体急冷法制备的Fe43Co43Hf7B6Cu1非晶合金进行了200,300,400和500 ℃保温30 min的退火处理,用正电子湮没寿命谱、X射线衍射、穆斯堡尔谱等方法研究了退火后试样的结构及结构缺陷变化.结果表明,在非晶合金的制备态,正电子主要在非晶基体相空位尺寸的自由体积中湮没,湮没寿命τ1为158.4 ps,强度I1
Al-O,C元素添加对FeCo合金薄膜磁性和频率特性的影响
王璇, 郑富, 芦佳, 白建民, 王颖, 魏福林
2011, 60 (1): 017505. doi: 10.7498/aps.60.017505
摘要 +
用磁控射频溅射法制备了FeCoAlOC薄膜,研究了Al-O和C元素的添加对FeCo合金薄膜的软磁性和高频特性的影响.随着Al,O,C元素添加量的增加,薄膜微结构发生了由多晶到纳米晶再到非晶状态的转化,软磁性得到提高;薄膜电阻率则由最初的87 μΩ·cm增至900 μΩ·cm,高频特性得到改善: 截止频率最高可达2.9 GHz,低频实部磁导率最高可到达400.
对称抛物势阱磁性隧道结中的自旋输运及磁电阻效应
张红梅, 贾秀敏, 刘德
2011, 60 (1): 017506. doi: 10.7498/aps.60.017506
摘要 +
研究了两端具有铁磁接触的对称抛物势阱磁性隧道结(F/SPW/F)中自旋相关的隧穿概率和隧穿磁电阻,讨论了量子尺寸效应和Rashba 自旋轨道耦合作用对自旋极化输运特性的影响.研究结果表明:隧穿概率和隧穿磁电阻随抛物势阱宽度的增加发生周期性的振荡.抛物势阱深度的增加减小了隧穿概率和隧穿磁电阻的振荡频率.Rashba 自旋轨道耦合强度的增加加大了隧穿概率和隧穿磁电阻的振荡频率.隧穿概率和隧穿磁电阻的振幅和峰谷比强烈依赖于两铁磁电极中磁化方向的夹角.
具有横向磁晶各向异性的钴纳米线的微波吸收性能
陈文兵, 韩满贵, 邓龙江
2011, 60 (1): 017507. doi: 10.7498/aps.60.017507
摘要 +
使用电化学脉冲沉积法制备了磁晶各向异性易磁化方向(c轴)垂直纳米线长轴方向的钴纳米线.受到磁晶各向异性、静磁相互作用等因素与形状各向异性相互竞争的结果,纳米线阵列的磁滞回线显示出较弱的磁各向异性.此外,在2—18 GHz频率范围内,纳米线/石蜡复合材料的介电色散谱的虚部在5 GHz处有一个主峰,在10 GHz附近有一个较弱的峰;德拜弛豫特性和材料的电导率对这两个峰的形成均有贡献.同时,其磁导率色散谱的虚部在频率为6.1 GHz处有一个主峰,在10 GHz以上有两个较微弱的峰. 前一个峰源于自
有限输入阻抗下压电/磁伸层叠材料磁电效应理论及实验
骆英, 鲍丙豪
2011, 60 (1): 017508. doi: 10.7498/aps.60.017508
摘要 +
将磁致伸缩材料及压电材料本构方程与运动方程结合,考虑压电材料具有的高输出阻抗的特点及测试设备的有限输入阻抗和传输信号引线电容对磁电效应输出电压的影响,推出了Terfenol-D巨磁伸材料与横向极化Pb(Zr1-xTix)O3压电材料的磁电效应理论,研制了由一维磁伸材料构成的三明治结构元件并对其性能进行了测试,采用考虑了测试系统有限输入阻抗后建立的磁电效应理论结果与实验结果更符合.理论结果表明磁电元件在有限输入阻抗
La诱导(Pb(1-3x/2)Lax)(Zr0.5Sn0.3Ti0.2)O3反铁电介电弛豫研究
刘鹏, 张丹
2011, 60 (1): 017701. doi: 10.7498/aps.60.017701
摘要 +
采用标准电子陶瓷工艺制备了(Pb(1-3x/2)Lax)(Zr0.5Sn0.3Ti0.2)O3(PLZST,0.00≤x≤0.18)反铁电陶瓷,利用X射线衍射、不同频率下弱场介电温谱、强场下的极化强度-电场(P-E)测试研究了材料相结构和电学性能.实验结果发现,随La含量x增大,室温下材料由铁电三方相(
一种紧凑的、可调的、基于缺陷共振的光开关
吴芳芳, 沈义峰, 王永春, 韩奎, 周杰, 张园, 陈琼
2011, 60 (1): 017801. doi: 10.7498/aps.60.017801
摘要 +
采用平面波展开法(PWM)和时域有限差分(FDTD)法,研究光在含点缺陷的光子晶体波导中的传输特性.计算结果表明,通过引入两共振腔(点缺陷),处于共振频率附近的光波将被完全反射回光子晶体波导.由于共振频率随点缺陷的折射率的变化而改变,这种现象可用来设计可调光开关.
磁性纳米结构中由激光引起的超快自旋动力学研究
Georgios Lefkidis, Wolfgang Hübner, 杨帆, 李春
2011, 60 (1): 017802. doi: 10.7498/aps.60.017802
摘要 +
以单个磁性中心的NiO以及由Co和Ni等元素构成的双磁性中心的纳米结构为例,总结了近年所做的主要工作.为了在理论上实现磁性纳米结构中的超快自旋翻转和转移,提出了一种称为Λ进程(Λ process)的超快自旋转换机理.在实际计算中,首先采用量子化学第一性原理计算得到磁性纳米结构中精确的隙间d电子态,然后考虑外加磁场和自旋轨道耦合分析磁性原子中的自旋局域化程度,最后引入激光脉冲项,研究在其作用下材料的自旋态经由Λ进程实现转换的时间历程.研究结果表明自旋翻转和转移可以在线偏振光的作用下在亚皮秒的时间尺度内完成.
GaAs/AlGaAs多量子阱中载流子动力学的实验研究
叶慧琪, 王刚, 刘宝利, 胡长城
2011, 60 (1): 017803. doi: 10.7498/aps.60.017803
摘要 +
利用瞬态光栅激光光谱技术测量了(110)方向生长的本征GaAs/AlGaAs多量子阱的双极扩散系数.室温下,光激发的载流子浓度nex=3.4×1010/cm2时,测得双极扩散系数Da=13.0 cm2/s,载流子的寿命τR=1.9 ns.改变光激发的载流子浓度(nex
InAs 单量子点中级联辐射光子的关联测量
李园, 窦秀明, 常秀英, 倪海桥, 牛智川, 孙宝权
2011, 60 (1): 017804. doi: 10.7498/aps.60.017804
摘要 +
利用分子束外延生长InAs单量子点样品,温度为5 K时,测量了单量子点中单、双激子自发辐射的荧光(PL)光谱.研究了单、双激子发光强度随激发功率的变化及对应发光峰的偏振特性和精细结构劈裂.基于Hanbury-Brown Twiss(HBT) 实验,测量了单、双激子间发光光谱的关联函数,证实了其发光过程为级联发射过程.
不同气体氛围下硅量子点的结构及其发光机理
黄伟其, 吕泉, 王晓允, 张荣涛, 于示强
2011, 60 (1): 017805. doi: 10.7498/aps.60.017805
摘要 +
纳秒脉冲激光在氮气、氧气和空气等不同氛围中加工出的硅量子点都有光致荧光(PL)的发光增强效应,并且在700 nm波长附近观察到了受激辐射.在不同氛围下生成的样品有几乎相同的PL光谱分布,其原因是不同氛围下加工出的样品带隙中有相同的电子态分布.计算结果显示:当硅量子点表面被氮或氧钝化后,在带隙中能够形成几乎相同的局域电子态,这种局域电子态可以俘获来自导带的电子,从而形成亚稳态,这是PL发光增强乃至产生受激辐射的关键因素.
飞秒激光激发下本征GaP非线性吸收及Kerr效应的实验研究
胡明列, 栗岩锋, 柴路, 王清月, 刘丰, 邢岐荣, 王昌雷
2011, 60 (1): 017806. doi: 10.7498/aps.60.017806
摘要 +
采用掺镱光子晶体光纤飞秒激光放大器为抽运源,搭建了偏振分辨的Z-scan实验系统.实验研究了块状本征磷化镓(GaP)晶体的非线性吸收和非线性折射率系数.研究证明,在中心波长1 μm飞秒激光的作用下,本征GaP晶体的非线性吸收主要为三光子吸收.而且还表明本征GaP的非线性吸收和非线性折射率系数具有很强的各项异性、偏振相关性及饱和特性.
一种新型可调制的光子晶体环形腔滤波器
杨春云, 徐旭明, 叶涛, 缪路平
2011, 60 (1): 017807. doi: 10.7498/aps.60.017807
摘要 +
在光子晶体环形腔中增加两个散射介质柱,构成一个新型的环形腔滤波器,该滤波器能有效选择光波透过,光波的透射率可以达到90%以上,带宽较小.可通过这两种不同的调节方式使滤波器中波长的带宽和数值进行任意的改变:1)减小散射介质柱半径,从负载波导输出波长的带宽变大,主波导中波长的带宽减小;增大其半径时,它们的变化正好相反.2)改变耦合区域介质柱半径的大小,滤波器中波长的数值也会相应地变化,它与介质柱半径的变化呈正比,并且透射率也会发生明显的变化.这就为其在制备集成光子器件的应用中奠定了基础.
强飞秒激光烧蚀石英玻璃的超快时间分辨光学诊断
胡浩丰, 王晓雷, 翟宏琛, 王攀, 郭文刚
2011, 60 (1): 017901. doi: 10.7498/aps.60.017901
摘要 +
采用超快时间分辨的光学诊断技术对飞秒激光脉冲烧蚀石英玻璃的动态过程进行了实验研究.首先,对烧蚀过程中石英玻璃外部的物质喷射进行了数字全息记录,获得了不同延迟时间下探测光的二维相位差分布图,并由此推断出了喷射物的成分和结构.此外,对石英玻璃内部的现象进行了时间分辨阴影图记录,从阴影图中观察到了石英玻璃内部的两个应力波的演化过程.这两个应力波与目标靶外部的两次物质喷射相关.
GaAs真空电子源衰减模型研究
张益军, 杨智, 常本康, 邹继军
2011, 60 (1): 017902. doi: 10.7498/aps.60.017902
摘要 +
利用X射线光电子能谱(XPS)仪对激活后的GaAs真空电子源进行了随时间衰减变化的XPS分析,分析发现了电子源阴极表面各元素百分含量随时间的变化,揭示了杂质气体吸附造成的偶极矩方向的改变是电子源灵敏度显著下降的主要原因.基于上述结论,通过分析真空系统中杂质气体的吸附过程,推导并得到了GaAs电子源衰减模型.该模型从理论上揭示了GaAs电子源的指数衰减规律以及寿命与真空度的反比关系,与实验现象完全一致.
反射式NEA GaN光电阴极量子效率恢复研究
常本康, 钱芸生, 王晓晖, 郭向阳, 乔建良, 杜晓晴
2011, 60 (1): 017903. doi: 10.7498/aps.60.017903
摘要 +
以反射式NEA GaN光电阴极充分激活、衰减以及补Cs后的量子效率曲线为依据,针对阴极量子效率的衰减规律和补Cs后的恢复状况,论述了NEA GaN光电阴极量子效率的衰减和恢复机理.经过重新Cs化处理,反射式NEA GaN光电阴极量子效率在240 nm到300 nm的短波区域恢复到激活后最好状态的94%以上,300 nm到375 nm的长波区域恢复到88%以上.结合反射式NEA GaN光电阴极衰减前后的表面势垒形状和反射式GaN光电阴极量子效率的计算公式,得到了量子效率曲线的衰减规律以及补Cs后的恢复状况与
前沿领域综述
稀土元素掺杂的Hf基栅介质材料研究进展
郑晓虎, 黄安平, 杨智超, 肖志松, 王玫, 程国安
2011, 60 (1): 017702. doi: 10.7498/aps.60.017702
摘要 +
随着金属氧化物半导体场效应管(MOSFETs)等比缩小到45 nm技术节点,具有高介电常数的栅介质材料(高k材料)取代传统的SiO2已经成为必然,然而Hf基高k材料在实际应用中仍然存在许多不足,而稀土元素掺杂在提高Hf基栅介质材料的k值、降低缺陷密度、调整MOSFETs器件的阈值电压等方面表现出明显的优势.本文综述了Hf基高k材料的发展历程,面临的挑战,稀土掺杂对Hf基高k材料性能的调节以及未来研究的趋势.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

编辑推荐

钛宝石激光器9.5 fs脉冲输出中的啁啾镜色散补偿
宋有建, 胡明列, 柴路, 王清月, 邵建达, 晋云霞, 贺洪波, 易葵, 范正修, 王胭脂, 董洪成
2011, 60 (1): 018101. doi: 10.7498/aps.60.018101
摘要 +
根据钛宝石激光器的要求,实验设计了中心波长800 nm带宽200 nm的啁啾镜,在700—900 nm波长范围内提供约-60 fs2群延迟色散(group delay dispersion,GDD).采用双射频离子束溅射方法进行制备,用实验室搭建的白光干涉仪进行色散性能测试,从测试结果可以看出,制备的啁啾镜的性能和设计值符合得比较好.制备得到的非成对啁啾镜在钛宝石激光谐振腔中进行色散补偿,锁模后分别获得了12 fs和9.5 fs的激光脉冲输出.这是目前报道的使用国产啁啾镜获得的最短的
脉冲激光沉积纳米硅晶粒流体模型的推广
傅广生, 丁学成, 郭瑞强, 翟小林, 褚立志, 邓泽超, 梁伟华, 王英龙
2011, 60 (1): 018102. doi: 10.7498/aps.60.018102
摘要 +
Yoshida等人提出的惯性流体模型只能解释脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒平均尺寸随环境气压的变化规律.在此模型基础上,考虑到烧蚀粒子的初始速度分布(Maxwell分布),得到了纳米硅晶粒尺寸分布的解析表达式,数值模拟结果与Yoshida等人在不同环境氦气压下制备样品的晶粒尺寸分布的实验统计数据基本相符.还利用修正后的模型对不同环境气体种类(氦、氖、氩)中制备的纳米Si晶粒尺寸分布进行了模拟,模拟结果与实验数据相符.结论可为实现纳米硅晶粒尺寸的均匀可控提供理论依据.
射频激发热丝化学气相沉积制备硅薄膜过程中光发射谱的研究
李天微, 刘丰珍, 朱美芳
2011, 60 (1): 018103. doi: 10.7498/aps.60.018103
摘要 +
采用射频(rf)激发,在热丝化学气相沉积(HWCVD)制备微晶硅薄膜的过程中产生发光基元,测量了rf激发HWCVD (rf-HWCVD)的光发射谱,比较了相同工艺条件下rf-HWCVD和等离子体增强CVD(PECVD)的光发射谱,分析了rf功率、热丝温度和沉积气压对rf-HWCVD光发射谱的影响.结果表明,在射频功率2时,rf-HWCVD发射光谱反映了HWCVD高的气体分解效率和高浓度原子氢的特点,能够解释气压变化与微晶硅薄膜微结构的关系,是研究HWCVD气相过程的有
复合缺陷型电磁帯隙谐振腔
柏宁丰, 洪玮, 孙小菡
2011, 60 (1): 018401. doi: 10.7498/aps.60.018401
摘要 +
提出了一种复合缺陷型电磁带隙(EBG)谐振腔,通过对该EBG结构的带隙分析,指出该谐振腔可在大尺寸下实现单模工作,提供更大的容差空间,且具有高Q值.数值模拟结果表明,基于复合缺陷EBG结构构成的谐振腔,单模工作条件可以放宽到外圈金属柱直径与周期之比为0.6,内圈金属柱直径与周期比为0.9;而传统中心缺陷型EBG结构的小于0.3.
适用于毫米波带状束行波放大器的光子晶体栅慢波电路研究
徐捷
2011, 60 (1): 018402. doi: 10.7498/aps.60.018402
摘要 +
提出了一种适用于毫米波及THz波行波放大器的光子晶体栅慢波电路,即横向分布光子晶体栅慢波电路,并提出了分析和设计此类光子晶体栅慢波电路的方法.通过计算光子晶体TE极化的带隙和在带隙内将光子晶体栅慢波电路等效为矩形栅波导慢波电路,从而,光子晶体栅慢波电路的设计得以分为两步独立进行,从而简化了光子晶体栅慢波电路的设计.对横向分布光子晶体栅慢波电路进行了设计和计算,结果表明,与矩形栅波导慢波电路相比,横向分布光子晶体栅慢波电路可以降低工作电压并增加带宽,从而可以降低成本.
非化学计量比AgSbTe2+x化合物制备及热电性能
徐静静, 鄢永高, 唐新峰, 杜保立
2011, 60 (1): 018403. doi: 10.7498/aps.60.018403
摘要 +
采用高纯元素直接熔融、淬火并结合放电等离子烧结方法制备了非化学计量比AgSbTe2+x(x=0—0.05)系列样品,研究了不同Te含量在300—600 K范围内对样品热电性能的影响规律.结果表明:随着Te含量的增加,Ag+离子空位浓度增加,空穴浓度和电导率大幅度提高,Seebeck系数减小.热导率随Te过量程度的增加略有增加,但所有Te过量样品的晶格热导率均介于0.32—0.49 W/mK之间,低于化学计量比样品的值,接近理论最低晶格热导率.AgS
深亚微米SOI射频 LDMOS功率特性研究
毕津顺, 海潮和, 韩郑生
2011, 60 (1): 018501. doi: 10.7498/aps.60.018501
摘要 +
提出了一种SOI LDMOS大信号等效电路模型,并给出了功率增益和输入阻抗表达式. 基于制备的深亚微米SOI射频LDMOS,测试了功率增益和功率附加效率. 深入研究了SOI LDMOS功率特性与栅长,单指宽度,工作电压和频率之间关系. 栅长由0.5 μm减到0.35 μm时,小信号功率增益增加44%,功率附加效率峰值增加9%. 单指宽度由20 μm增加到40 μm,600 μm /0.5 μm器件小信号功率增益降低23%,功率附加效率峰值降低9.3%. 漏端电压由3 V增加到5 V,600 μm /0.3
不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层对双波长LED作用的研究
张运炎, 范广涵
2011, 60 (1): 018502. doi: 10.7498/aps.60.018502
摘要 +
采用软件理论分析的方法对不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层在InGaN/GaN多量子阱双波长发光二极管中对发光光强、内量子效率、电子空穴浓度分布、溢出电流等作用进行模拟分析. 分析结果表明,p型掺杂的GaN间隔层与量子阱垒层的引入同不掺杂和n型掺杂两种类型比较,可以大大减少溢出电子流,极大地提高各量子阱内空穴浓度,提高双波长发光二极管的发光强度,极大的改善内量子效率随电流增大而下降问题.
地球物理学、天文学和天体物理学
条件非线性最优扰动方法在陆面过程模式参数优化中的扩展应用初探
孙国栋, 李红祺, 张耀存, 郭维栋
2011, 60 (1): 019201. doi: 10.7498/aps.60.019201
摘要 +
本文旨在探讨条件非线性最优扰动(CNOP)方法在陆面过程模式的参数优化工作方面的扩展应用.使用通用陆面模式(CoLM)和CEOP地面基准站——吉林通榆站退化草地2006年生长季的资料,针对土壤颜色、砂土比例和叶面积指数等关键模式参数,使用感热通量、潜热通量和浅层土壤温湿度作为检测变量,设计了单参数和多参数优化试验.结果表明,CONP扩展方法得到的优化参数提高了CoLM对检测变量的模拟能力,并且多参数的优化结果明显优于单参数的优化结果,在模式模拟偏差较大的土壤湿度方面改进尤为显著,此外,使用了差异进化算法(
基于免疫双态微粒群的混沌系统自抗扰控制
章兢, 刘朝华, 张英杰, 吴建辉
2011, 60 (1): 019501. doi: 10.7498/aps.60.019501
摘要 +
利用人工免疫算法及粒子群优化算法融合的优点,提出了一种免疫双态微粒群算法(immune binary-state particle swarm optimization, IBPSO)的自抗扰控制器(IBPSO-ADRC),应用于混沌系统控制,构建一种混沌系统自抗扰控制系统.实验研究表明:该控制方法无需了解动态系统精确模型,具有响应速度快,有效抑制混沌系统参数摄动及较强抗干扰能力的特点.
混合交通流时间序列的去趋势波动分析
徐尚义, 孙会君, 吴建军
2011, 60 (1): 019502. doi: 10.7498/aps.60.019502
摘要 +
应用去趋势波动分析法研究交通流时间序列的复杂性,探讨了混合交通流时间序列演变行为的标度指数.根据标度指数的变化特征,进而揭示交通流时间序列所具有的长程相关性和短程相关性.通过分析发现,存在一密度ρ,当ρ12时,交通流时间序列具有长程相关性;而当ρ1或ρ>ρ2时,交通流时间序列具有短程相关性,即密度的变化影响着标度指数的变化.另外分析了在不同慢车比率条件下时间序列的标度指数,发现慢车比率的变化
在太赫兹波段的开口共振环的不同开口形状对透过率频谱的影响
李磊, 周庆莉, 施宇蕾, 赵冬梅, 张存林, 赵昆, 田璐, 赵卉, 宝日玛, 赵嵩卿
2011, 60 (1): 019503. doi: 10.7498/aps.60.019503
摘要 +
通过对不同开口形状的太赫兹(THz)波段共振环(SRR)的有限时域差分(FDTD)模拟,发现了SRR不同开口形状在发生共振时对开口间距的平均值具有相同的透过率频谱分布的均值效应;并且观察到了在开口边缘很尖的特殊条件下,SRR开口将出现导通现象.此结果可为今后SRR开口工艺设计与质量控制提供参考,也可为SRR工作机理的进一步分析研究提供有关的依据.