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Vol. 60, No. 7 (2011)

2011年04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 物理学交叉学科及有关科学技术领域 前沿领域综述
前沿领域综述
地球物理学、天文学和天体物理学
总论
Rosenberg问题的Noether-Lie对称性与守恒量
刘晓巍, 李元成
2011, 60 (7): 070201. doi: 10.7498/aps.60.070201
摘要 +
研究Rosenberg问题的对称性与守恒量.给出Rosenberg问题的Noether-Lie对称性的定义和判据,以及由Noether-Lie对称性导出Noether守恒量和Hojman守恒量.

编辑推荐

一类惯性神经网络的分岔与控制
陈凌, 赵洪涌, 于小红
2011, 60 (7): 070202. doi: 10.7498/aps.60.070202
摘要 +
本文讨论了一类三阶惯性神经网络的稳定性和分岔问题. 利用灵敏度理论,确定了合适的Hopf 分岔参数. 基于Routh-Hurwitz判据和分岔理论,给出了系统稳定性、发生Hopf分岔以及产生静态分岔的条件. 数值模拟不仅验证了理论分析的正确性,还说明了所设计的单节点时滞反馈控制器不仅能延迟网络分岔的发生,还能改变极限环的振幅.
sine-Gordon型方程的无穷序列新精确解
套格图桑
2011, 60 (7): 070203. doi: 10.7498/aps.60.070203
摘要 +
为了获得sine-Gordon型方程的无穷序列精确解,给出三角函数型辅助方程和双曲函数型辅助方程及其Bäcklund变换和解的非线性叠加公式,借助符号计算系统Mathematica,构造了sine-Gordon方程、mKdV-sine-Gordon方程、(n+1)维双sine-Gordon方程和sinh-Gordon方程的无穷序列新精确解.其中包括无穷序列三角函数解、无穷序列双曲函数解、无穷序列Jacobi椭圆函数解和无穷序列复合型解.
Degasperis-Procesi 方程的无穷序列尖峰孤立波解
套格图桑
2011, 60 (7): 070204. doi: 10.7498/aps.60.070204
摘要 +
本文为了构造非线性发展方程的无穷序列尖峰精确解,给出了Riccati方程的Bäcklund 变换和解的非线性叠加公式,并借助符号计算系统Mathematica,用Degasperis-Procesi方程为应用实例,构造了无穷序列尖峰孤立波解和无穷序列尖峰周期解.
强阻尼非线性热弹耦合杆系统的全局吸引子
吴润衡, 张建文, 李金峰
2011, 60 (7): 070205. doi: 10.7498/aps.60.070205
摘要 +
本文主要以算子半群理论为依据,证明了一类强阻尼非线性热弹耦合杆方程组在初边值条件下,全局吸引子的存在性,并且对吸引子维数做了估计.
弹性力学的无单元Galerkin方法的误差估计
程玉民, 程荣军
2011, 60 (7): 070206. doi: 10.7498/aps.60.070206
摘要 +
基于移动最小二乘法在Sobolev空间Wk,p(Ω)中的误差估计以及弹性力学问题的变分弱形式中出现的双线性形式的连续性和强制性,研究了弹性力学问题的无单元Galerkin方法的误差分析以及数值解的误差和影响域半径之间的关系,给出了弹性力学问题的无单元Galerkin方法在Sobolev空间中的误差估计定理,并证明了当节点和形函数满足一定条件时该误差估计是最优阶的.从误差分析中可以看出,数值解的误差与权函数的影响域半径密切相关.最后,通过算例验证了结论的正确性.
保密多方量子排序问题的研究
刘文, 王永滨
2011, 60 (7): 070301. doi: 10.7498/aps.60.070301
摘要 +
保密多方排序问题用于多方在不泄漏自己保密数值的前提下安全计算出自己保密数值在这n个数值中的排名情况,该问题是保密两方比较问题的扩展问题.本文设计了一个半诚实模型下的基于量子隐式模n+1加法保密多方量子排序协议,并且详细地分析了该协议对于多方的安全性.
时滞位移反馈对Helmholtz振子系统的分形侵蚀安全域的控制
尚慧琳
2011, 60 (7): 070501. doi: 10.7498/aps.60.070501
摘要 +
对一个Helmoholtz振子系统引入线性时滞位移反馈,研究时滞位移反馈对系统的安全盆侵蚀的控制作用.将Melnikov函数法推广到时滞系统,从而给出时滞受控系统的安全盆的边界分形条件,在此基础上得出了安全盆分形的激励振幅阈值.再以时滞量为变参数,运用四阶Rung-Kutta方法和点映射方法从定量上研究了时滞对受控系统安全盆的影响规律.结果表明在弱反馈下,时滞量的增大能够提高安全盆边界分形的阈值,进而有效地抑制安全盆的分形侵蚀.说明时滞位移反馈是控制系统的安全盆侵蚀的良好方法.
基于符号向量动力学的耦合映像格子参数估计
王开, 裴文江, 张毅峰, 周思源, 邵硕
2011, 60 (7): 070502. doi: 10.7498/aps.60.070502
摘要 +
本文,将符号动力学推广到耦合映像格子中,以Logistic映射下耦合映像格子为研究对象,研究控制参数对符号向量序列动力学特性的影响.通过研究耦合映像格子逆函数,给出耦合映像格子的遍历条件.进一步,将给出系统初始向量,禁止字以及控制参数的符号向量序列描述方法,并最终给出基于符号向量动力学的耦合映像格子控制参数估计方法.实验结果表明,根据本文算法可以有效建立符号序列和耦合映像格子控制参数之间的对应关系,能够更好地刻画了实际模型的物理过程.
一类时空混沌加解密系统的安全分析
王开, 裴文江, 周建涛, 张毅峰, 周思源
2011, 60 (7): 070503. doi: 10.7498/aps.60.070503
摘要 +
本文安全分析文献 所提的一类自同步的时空混沌流密码系统.发现该高维的加解密系统在常数的驱动下将收敛到一维,使得动力学系统的复杂性大为降低.在某些特定输入区域内容,保密系统对输入状态的微小扰动不敏感.可以建立密钥和特殊输入状态间一个简单的线性关系,并依次从密钥流中恢复出密钥.基于此,提出一套选择密文攻击方法,利用系统参数和扰动前后密钥流的差异之间的依赖关系通过寻优算法破解密钥,从而攻击了上述文献所提出的基于混沌自同步的安全通信算法.
多径衰落信道下混沌直扩通信的可破解性
白鹭, 郭静波
2011, 60 (7): 070504. doi: 10.7498/aps.60.070504
摘要 +
本文在文献[1]的基础上,研究多径衰落信道条件下采用无先导卡尔曼滤波混沌拟合对混沌直扩通信的可破解性.由针对混沌直扩信号的无先导卡尔曼滤波混沌拟合的状态空间方程出发,分析了多径衰落信道对于无先导卡尔曼滤波混沌拟合过程中的跟踪误差的影响,得到了信息码状态估计的值域范围,从而提出了多径衰落信道下混沌直扩信号可被破解的充分条件定理.仿真结果表明,在满足充分条件下,混沌直扩信号无论是通过时不变信道还是时变信道,都可以被成功破解,并且具有良好的误码率性能.
基于UKF的多用户混沌通信
胡志辉, 冯久超
2011, 60 (7): 070505. doi: 10.7498/aps.60.070505
摘要 +
为克服信道噪声、系统参数误配及多用户干扰对混沌通信系统的影响,本文组合不同的状态空间模型并结合盲提取算法,提出了一种双无先导卡尔曼滤波器 (dual unscented Kalman filter, DUKF),以实现多用户的混沌通信.仿真结果表明,在多输入多输出信道的多用户通信环境下,该算法有较快的收敛速度,并能有效地实现多用户的混沌通信.
电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶建模与仿真分析
王发强, 马西奎
2011, 60 (7): 070506. doi: 10.7498/aps.60.070506
摘要 +
基于分数阶微积分理论以及实际电容和实际电感在本质上是分数阶的事实,建立电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶数学模型以及分数阶状态平均模型并进行理论分析,给出Boost变换器运行于电感电流连续模式下的参数条件.最后,基于Matlab/Simulink软件建立运行于电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶仿真模型,并进行数值仿真分析以验证分数阶建模与理论分析的正确性.
具有多分界面的非线性电路中的非光滑分岔
张银, 毕勤胜
2011, 60 (7): 070507. doi: 10.7498/aps.60.070507
摘要 +
本文分析了具有多分界面的非线性电路在不同时间尺度下的快慢动力学行为. 在一定的参数条件下,系统的周期解为簇发解,表现出明显的快慢效应. 根据状态变量变化的快慢,把全系统划分为快子系统和慢子系统两组. 根据快慢分析法将慢变量看作快子系统的控制参数,分析了快子系统的平衡点在向量场不同区域内的稳定性. 非光滑系统的分岔与向量场的分界面密切相关,对于具有快慢效应的两时间尺度非光滑系统,快子系统的分岔则取决于分界面两侧平衡点的性质. 通过在临界面引入广义Jacobi矩阵,讨论了快子系统非光滑分岔的类型,即多次穿越分
基于反馈和多最小二乘支持向量机的分数阶混沌系统控制
杨红, 王瑞
2011, 60 (7): 070508. doi: 10.7498/aps.60.070508
摘要 +
根据分数阶线性系统的稳定理论,将混沌系统分成稳定的线性部分和相应的非线性部分.设计主动控制器,对非线性部分进行补偿,从而将分数阶混沌系统控制到平衡点.为了提高主动控制器的补偿能力,提出基于反馈的多最小二乘支持向量机(M-LS-SVM)拟合模型.通过减聚类方法将输入空间划分为一些小的局部空间,在每个局部空间中用LS-SVM建立子模型.为解决子模型相互之间的严重相关问题,提高模型的精度和鲁棒性,各个子模型的预测输出通过主元递归(PCR)方法连接.仿真实验表明该方法有助于提高补偿精度和系统响应指标.
双馈风力发电机混沌运动分析及滑模控制混沌同步
余洋, 米增强, 刘兴杰
2011, 60 (7): 070509. doi: 10.7498/aps.60.070509
摘要 +
以双馈风力发电机组(DFIG)为研究对象,推导了其dq轴数学模型. 根据某2MW主流双馈电机实际参数,论证了在某些参数及工作条件下会出现混沌运动. 基于主动控制思想,设计了一种主动滑模控制器,使得从任意初始条件出发均能保证系统稳定. 基于Lyapunov稳定性理论分析了系统稳定性. 以双馈电机模型为例进行数值仿真验证,较快的实现了混沌系统同步. 仿真结果表明该控制方法具有良好的鲁棒性和稳定性.
广义Julia 集的参数辨识
刘树堂, 孙洁, 乔威
2011, 60 (7): 070510. doi: 10.7498/aps.60.070510
摘要 +
本文研究了一类相当广泛的复系统Julia 集的参数辨识问题.基于非线性反馈控制器和差分方程稳定性理论, 设计了普遍适用的自适应同步控制器和参数自适应律的解析表达式.理论证明设计的控制器可使得此类广义复系统Julia 集达到同步,并且可以辨识广义Julia 集的未知参数.通过仿真实例验证了该方法的有效性.另外, 本文特别地讨论了最基本的Julia 集的参数辨识问题.
基于变分方法的混沌系统参数估计
曹小群, 宋君强, 张卫民, 赵军, 张理论
2011, 60 (7): 070511. doi: 10.7498/aps.60.070511
摘要 +
提出一种基于变分原理的估计混沌系统未知参数的方法,对以x= F(x,θ) 为控制方程的所有混沌系统具有普适性.首先将混沌系统方程引入到目标泛函中;接着利用变分原理导出了混沌系统的伴随方程和待辨识参数泛函梯度的通用公式;然后设计了估计混沌系统未知参数的算法;最后对典型的Lorenz混沌系统和超混沌Chen系统的未知参数进行了估计.数值仿真结果表明该方法是一种非常有效的估计混沌系统未知参数的方法.
基于径向基神经网络预测的混沌时间序列嵌入维数估计方法
李鹤, 杨周, 张义民, 闻邦椿
2011, 60 (7): 070512. doi: 10.7498/aps.60.070512
摘要 +
根据Takens定理,研究了混沌时间序列相空间重构嵌入维数的选取问题.提出了基于径向基函数神经网络预测模型性能的嵌入维数估计方法,即根据嵌入维数与混沌时间序列预测模型性能的变化关系来确定嵌入维数.通过对几种典型混沌动力学系统的数值验证,结果表明该方法能够确定出合适的相空间重构嵌入维数.
基于高斯过程的混沌时间序列单步与多步预测
李军, 张友鹏
2011, 60 (7): 070513. doi: 10.7498/aps.60.070513
摘要 +
针对混沌时间序列单步和多步预测,提出基于复合协方差函数的高斯过程 (GP)模型方法.GP模型的确立由协方差函数决定,通过对训练数据集的学习,在证据最大化框架内,利用矩阵运算和优化算法自适应地确定协方差函数和均值函数中的超参数.GP模型与神经网络、模糊模型相比,其可调整参数很少.将不同复合协方差函数的GP模型应用在混沌时间序列单步及多步提前预测中,并与单一协方差函数的GP、支持向量机、最小二乘支持向量机、径向基函数神经网络等方法进行了比较.仿真结果表明,基于不同复合协方差函数的GP方法能精确地预测混沌时间序
计及两体和三体作用下的二维凝聚体中的孤子特性
张蔚曦, 佘彦超, 王登龙
2011, 60 (7): 070514. doi: 10.7498/aps.60.070514
摘要 +
使用多重尺度法,解析地研究计及粒子间两体和三体同时作用下二维凝聚体中孤子的特性. 结果发现,当凝聚体粒子间两体作用为排斥、三体作用为吸引时,凝聚体内会产生暗孤子环,且随着三体吸引作用的减弱,暗孤子环中心峰的高度逐渐降低,并当三体吸引作用消失时暗孤子环演化为一个完美的二维暗孤子. 当两体和三体作用均为排斥时,凝聚体中的暗孤子的宽度和幅度随着三体排斥作用的加强而减小,且当三体作用强度增加到与两体作用同一数量级时,凝聚体产生坍塌现象.
非标定波长调制吸收光谱气体测量研究
李宁, 翁春生
2011, 60 (7): 070701. doi: 10.7498/aps.60.070701
摘要 +
为消除可调谐激光调制吸收光谱气体测量技术对于标定过程的依赖,研究了二次谐波信号的非标定波长调制气体测量方法.通过对测量的二次谐波线型进行分析,给出相同工况下二次谐波模拟信号,并利用测量与模拟二次谐波信号进行线性拟合直接计算气体浓度.实验室内采用非标定波长调制气体测量方法,利用 6336.24 cm-1处特征吸收谱线对10 cm长气体吸收池内的CO2进行了测量.结果表明,非标定波长调制气体测量方法可适应各种不同条件,适合于现场气体在线测量.当调制系数在1.8—3.
多角度偏振遥感相机DPC在轨偏振定标
陈兴峰, 程天海, 余涛, 谢东海, 顾行发, 李正强, 许华
2011, 60 (7): 070702. doi: 10.7498/aps.60.070702
摘要 +
为了做好卫星数据应用的技术储备,多角度偏振遥感相机DPC航空预研版已经研制成功并完成了航空飞行实验. DPC相机用于获取地气系统反射的偏振、多角度的太阳辐射信息,其地气物理参数反演依赖于定标的精度. 偏振相机的辐射定标包括强度和偏振两个方面. 本文研究偏振遥感相机的偏振参数的在轨定标原理与方法. 基于偏振遥感相机的设计原理,以相机的偏振辐射模型为基础,探索偏振定标的原理和方法. 使用DPC航空遥感实验数据,初步实现了在轨偏振定标并对定标结果进行了分析. 为将来我国自主星载偏振遥感数据处理和在轨偏振定标提供
干涉成像光谱仪光通量的计算与分析
景春元, 关小伟, 曹芬, 李艳娜, 谢林利, 张淳民, 白鑫
2011, 60 (7): 070703. doi: 10.7498/aps.60.070703
摘要 +
论述了干涉成像光谱技术的工作原理,采用光线追迹的方法对基于Sagnac棱镜和Savart偏光镜的干涉仪中的光线传播规律进行了分析,推导出了无狭缝式干涉成像光谱仪光通量的精确理论计算公式,并对干涉成像光谱仪中具有代表性的Savart型偏振干涉成像光谱仪光通量和改型Sagnac成像光谱仪光通量进行了分析比较.通过计算机模拟给出了系统光通量随入射角和波长变化的关系曲线.该研究对干涉成像光谱仪的研究和工程化研制具有重要的指导意义.
偏振干涉成像光谱仪的视场展宽设计与分析
穆廷魁, 张淳民, 任文艺, 张霖, 祝宝辉
2011, 60 (7): 070704. doi: 10.7498/aps.60.070704
摘要 +
为了在较大视场范围内获得干涉直条纹以提高干涉数据的提取精度,设计了一种基于组合Savart板的宽场偏振干涉成像光谱仪.组合Savart板由正负晶体制作的两个Savart板组合而成.文中推出了组合Savart板的光程差和横向剪切量与入射角的理论表达式,并给出了具体设计实例.计算机模拟分析结果表明,在光谱分辨率和晶体总厚度相同的前提下,组合式Savart板获得干涉直条纹的视场是传统Savart偏光镜视场的10倍.
核物理学
长脉冲高功率微波驱动源放电过程研究
王淦平, 向飞, 谭杰, 曹绍云, 罗敏, 康强, 常安碧
2011, 60 (7): 072901. doi: 10.7498/aps.60.072901
摘要 +
从理论上分析了充放电时高功率微波(HPM)驱动源——水介质脉冲形成线(PFL)上的波过程,提出了形成线放电过程的等效分析方法,得到了输出脉冲波形平顶畸变与PFL充电电压波形的关系,并使用Pspice软件对等效分析的结果进行了模拟验证.开展了基于水介质脉冲形成线的高功率微波驱动源的实验研究,并依据等效分析法得出的结论,通过控制激光触发开关的导通时间,明显减小了输出脉冲波形平顶的畸变,得到了幅值数百kV、脉宽约150 ns、平顶约60 ns的脉冲电压.
光通信用雪崩光电二极管(APD)频率响应特性研究
莫秋燕, 赵彦立
2011, 60 (7): 072902. doi: 10.7498/aps.60.072902
摘要 +
吸收层、电荷层和倍增层分离结构雪崩光电二极管(SACM-APD),包括InP/InGaAs、InAlAs/InGaAs和Si/Ge APD是光通信领域近年来研究的热点. 本文基于电路模型,系统比较了不同外延层厚度、不同材料以及不同结构APD的频率响应特性,重点探讨Si/Ge APD吸收层厚度、光敏面大小、寄生参数等各项参数对带宽的影响,仿真结果与实际器件实验数据相符合. 本文的研究成果对SACM-APD的优化设计具有指导意义.
原子和分子物理学
光致异构体开关特性的理论研究
冷建材, 李宗良, 李伟, 王传奎, 李英德
2011, 60 (7): 073101. doi: 10.7498/aps.60.073101
摘要 +
利用弹性散射格林函数方法,对4,4-二羧基1,2-二苯乙烯分子的两种异构体与金电极构成的单分子结进行了研究. 研究表明,该类分子是通过末端羧基化学吸附于金表面的,两种分子结电导特性的差异主要是因为分子与电极的相互作用所致. 对每一种分子来说,都存在三种不同的稳定电导值,分别对应着分子末端与金表面的不同接触方式. 分子与金表面的相互作用导致分子结电子结构的变化是其电导差异的主要原因. 理论结果与实验测量结果符合得较好.
从头计算研究CH3C(O)OSSOC(O)CH3的构型和能量
王克栋, 朱川川, 刘玉芳, 关君
2011, 60 (7): 073102. doi: 10.7498/aps.60.073102
摘要 +
采用从头计算B3LYP,MP3和MP4方法结合Aug-cc-pVDZ基组研究了CH3C(O)OSSOC(O)CH3最稳定的五种构象及其阳离子构型.理论计算了五种稳定构象的转动常数和偶极矩;运用电子传播子理论P3近似方法计算稳定构象外价壳层轨道的电离能,计算结果与光电子能谱实验结果符合的较好.根据构象的相对能量以及理论模拟电离能谱和实验光电子能谱之间的比较,说明在气相光电子能谱实验中至少存在两种构象.与中性构型相比,电离后的五种阳离子构型均发生了明显的结构弛豫,尤
密度泛函理论研究Hg与Auqn(n=1—6, q=0,+1,-1) 团簇的相互作用
郭培红, 刘志超, 孙路石, 向军, 苏胜, 张安超
2011, 60 (7): 073103. doi: 10.7498/aps.60.073103
摘要 +
采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Hg与小团簇Au qn (n=1—6, q=0, +1, -1)的相互作用进行了系统研究. 结果表明,除Au5+,-团簇外,前线分子轨道理论可以成功预测大部分Au n Hg q 复合物的最低能量结构. Aun团簇对Hg的吸附受团簇尺寸大小和团簇所携带电荷的影
Y2O3:Yb3+,Tm3+纳米材料的可见及紫外上转换发光
李堂刚, 刘素文, 王恩华, 宋灵君
2011, 60 (7): 073201. doi: 10.7498/aps.60.073201
摘要 +
通过燃烧法制备了Yb3+-Tm3+共掺的Y2O3纳米粉体,并对样品在980 nm激光照射下的上转换发光特性进行了研究.实验发现,样品在可见光区域能够产生强烈的蓝色发光(476 nm和487 nm)和较弱的红色发光(约650 nm),而且同时观察到了两个紫外发光峰1I6→3H6 (~297 nm)和1
超冷铯Rydberg原子寿命的测量
冯志刚, 张好, 张临杰, 李昌勇, 赵建明, 贾锁堂
2011, 60 (7): 073202. doi: 10.7498/aps.60.073202
摘要 +
本文从实验上采用两步激发超冷基态原子获得超冷Rydberg原子,通过选择场电离的方法获得超冷Rydberg原子的离子信号.改变延迟时间测得Rydberg原子布居数随时间的变化关系,用两种方法拟合实验数据得到36D和34S态原子的有效寿命,与现有理论结果一致.
V型三能级原子双模光场系统中光场压缩性质
李明, 唐涛, 陈鼎汉
2011, 60 (7): 073203. doi: 10.7498/aps.60.073203
摘要 +
本文利用格子液体方法对文献中给出的V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体与双模压缩相干态光场相互作用系统的哈密顿量进行分析,发现文献中对原子间相互作用部分的处理有不合理之处,从而对该哈密顿量作出了改进并研究了V型三能级原子双模光场系统中光场压缩性质.结果表明:光场两正交分量交替呈现周期性压缩现象,其压缩深度与光场初始压缩因子密切相关,而压缩时间与双模光场的频率有关.
He原子和BH分子碰撞体系的转动激发能量转移
宫明艳
2011, 60 (7): 073401. doi: 10.7498/aps.60.073401
摘要 +
在碰撞体系He+BH的CCSD(T)二维势能面基础上,应用密耦方法,研究了 He+BH分子碰撞转动激发过程.计算了该体系的转动态-态激发的弹性和非弹性的微分和积分截面,分析了计算结果与势能面特征间的关系.结果表明: He原子以从H原子端共线形式碰撞BH分子对j=0→j'=2的激发最为有效;短程排斥对Δj=2的激发作用较大;态-态跃迁总截面出现振荡结构,长程部分分波只对j=0→j'=1的跃迁总截面有较大贡献,j'≥
H2在MgO团簇吸附的从头计算研究
陈宏善, 陈华君
2011, 60 (7): 073601. doi: 10.7498/aps.60.073601
摘要 +
根据最稳定幻数MgO团簇的结构特点,对H2在岩盐和管状结构(MgO)9,12表面的吸附性质进行了从头计算研究.结果表明H2可以在处于团簇不同位置的Mg正离子或氧负离子上发生物理吸附;在Mg离子上H2以侧位方式吸附并向Mg转移电子,在O离子上H2以端位方式吸附并被明显极化.吸附的稳定性主要依赖于吸附离子的位置即配位数,Mg/O离子的配位数越低则吸附越强;在配位数相同时,H2在M
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
三层单负材料结构中电磁波模分析
宋戈, 许静平, 羊亚平
2011, 60 (7): 074101. doi: 10.7498/aps.60.074101
摘要 +
本文分析了由负介电常数材料和负磁导率材料交替排列组成的一维三层结构中的电磁波模式,包括传播模及波导模.传播模对应于入射的行波模,着重研究了发生共振隧穿时场分布和透射谱随入射角度的变化关系,发现改变结构参数时共振隧穿频率会劈裂成两个,且这两个隧穿模的频率间距随着中间层厚度的减小而逐渐加大.波导模是指在结构两边的半无限真空中以倏逝场形式存在的电磁模式,分析了它的存在条件即色散关系,发现这种模在材料的交界面处会出现较强的局域场.
基于介质谐振器原理的左手材料设计
屈绍波, 王甲富, 赵静波, 杨一鸣, 柏鹏, 李哲, 夏颂, 徐卓
2011, 60 (7): 074201. doi: 10.7498/aps.60.074201
摘要 +
本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实
含有源频率选择表面可调复合吸波体
陈谦, 江建军, 别少伟, 王鹏, 刘鹏, 徐欣欣
2011, 60 (7): 074202. doi: 10.7498/aps.60.074202
摘要 +
基于传输线等效理论,设计了含有源频率选择表面(active frequency selective surface,AFSS)的三层可调复合吸波体,第一层是表面层,为AFSS衬底;中间层是AFSS层,由频率选择表面(frequency selective surface,FSS)和PIN二极管阵列构成;第三层是介质层.反射率测量结果表明,通过调节PIN二极管阵列偏置电压可以动态调节吸波体反射特性,在偏置电压为5 V时,可获得最佳吸波性能,在5—15 GHz和5.3—13 GHz频段分别可获得-8 dB和-
飞秒抽运随机激光输出波形的可控性研究
吕健滔, 王可嘉, 刘劲松, 姚建铨, 朱启华, 张清泉
2011, 60 (7): 074203. doi: 10.7498/aps.60.074203
摘要 +
本文基于随机激光的时域理论,研究了飞秒脉冲抽运下二维随机激光的辐射特性,并着重讨论了抽运脉冲的峰值强度、脉宽和脉冲波形对辐射光时域波形的影响.结果表明, 辐射光的时域波形强烈依赖于抽运光脉冲的参数,通过调整抽运方式可以控制辐射光的输出波形.数值模拟结果为研究随机激光输出波形的可控性技术提供了理论依据.

编辑推荐

生物组织的δ-P1近似漫反射光学模型
刘小君, 刘迎, 齐贝贝, 田会娟
2011, 60 (7): 074204. doi: 10.7498/aps.60.074204
摘要 +
本文研究了生物组织的改进的δ-P1近似漫反射光学模型,推导了含有等效光源一阶矩的双点源近似空间分辨漫反射解Rδ-P1(ρ).研究表明,考虑等效光源一阶矩的光学模型,较好地描述了具有强的前向散射特性和较大吸收系数的生物组织散射特性;与漫射近似下的漫反射率RSDA(ρ)相比,新的光学模型能较好地描述光源附近的漫辐射强度分布,并且由于解析表达式中含有散射相函数的二阶参量γ,这对
部分相干涡旋光束通过大气湍流上行和下行传输的比较研究
吕百达, 李晋红
2011, 60 (7): 074205. doi: 10.7498/aps.60.074205
摘要 +
基于广义惠更斯-菲涅耳原理,以高斯-谢尔模型(GSM)涡旋光束作为典型的部分相干涡旋光束,推导出GSM涡旋光束通过大气湍流斜程传输的平均光强、均方根束宽和交叉谱密度函数的解析表达式,并用以研究了大气湍流中上行和下行对GSM涡旋光束传输和对相干涡旋的影响.结果表明,在相同条件下,GSM涡旋光束下行传输受大气湍流的影响要小于上行传输,下行传输时相干涡旋拓扑电荷守恒距离要长于上行传输.对所得结果做了物理解释.
多波长激光主动式相干合成理论初探
韩凯, 许晓军, 周朴, 马阎星, 王小林, 刘泽金
2011, 60 (7): 074206. doi: 10.7498/aps.60.074206
摘要 +
本文从相干合成的基本原理出发,建立计算模型,通过对多波长两路相干合成实例的仿真计算,得到了多波长两路相干合成效果的预测公式;在多波长相干合成中光程差至关重要,按照能否进一步通过主动控制,获得好的合成效果,可将光程差划分为可控区和不可控区两类,只有当光程差处于可控区时,才能进一步通过主动控制获得好的合成效果;在光程差任取的情况下,光程差处于可控区,能够通过主动控制获得好的合成效果的概率与光谱结构紧密相关,近似随着波长数目的增多成反比减少. 对于多波长相干合成可采取复合控制的方式,先利用大光程控制器件将光程差
光学马格努斯效应中的横向角移分析
张莉, 罗海陆, 文双春
2011, 60 (7): 074207. doi: 10.7498/aps.60.074207
摘要 +
从平面角谱理论出发,建立了光束在空气和玻璃界面折射的传输模型.基于这一模型,揭示了光学马格努斯效应中的横向角移现象.对于特定的线偏振和椭圆偏振光束,其折射场重心出现了横向角移,而当入射光束为圆偏振时,横向角移则会消失.在正负折射率界面,光束的横向角移产生了反转现象,这是由于光束在左手材料中发生了负衍射.超高折射率可明显地减少横向角移,而超低折射率则可显著地增强横向角移.这些发现将为如何调控和增强光学马格努斯效应提供理论依据.
左手材料中圆偏振光束的反常旋转特性研究
刘森, 罗海陆, 文双春
2011, 60 (7): 074208. doi: 10.7498/aps.60.074208
摘要 +
根据Whittaker标量势理论,建立了圆偏振光束的矢量传输模型.基于这一模型研究了圆偏振光束在左手材料中的反常旋转特性.通过分析光束偏振态、衍射对强度质心旋转特性的影响,发现圆偏振光束在左手材料中旋转方向反转并揭示其旋转角等于古伊相.采用分析横向能流的方法,揭示左手材料中反向的横向能流是导致反常旋转特性的主要原因.对圆偏振光束在左手材料中反常旋转特性的研究,有利于增强对左手材料中光束传输特性的认识.
光涡旋偶极子经半屏衍射后的演化
吕百达, 高曾辉, 何德
2011, 60 (7): 074209. doi: 10.7498/aps.60.074209
摘要 +
推导出寄居于高斯光束中的光涡旋偶极子经过半屏衍射后的解析传输公式.利用所得公式对光涡旋偶极子经半屏衍射后的演化做了详细研究.结果表明,与自由空间中光涡旋偶极子演化相比较,衍射场中会出现多对光涡旋偶极子,湮没方式与离轴量有关.随离轴参数的变化,偶极子出现不同的演化特性,但在演化过程中,拓扑电荷守恒.
倾斜式测量系统的傅里叶变换轮廓术研究
徐建亮, 汪敏, 潘慧, 刘晓辉, 戚晓利, 许四祥
2011, 60 (7): 074210. doi: 10.7498/aps.60.074210
摘要 +
在传统傅里叶变换轮廓术的研究基础上,本文提出了一种倾斜式测量系统的傅里叶变换轮廓术,该技术放宽了传统傅里叶变换轮廓术测量系统的三个约束条件:CCD成像系统的光轴不需要与参考平面垂直,即有一定的倾斜度;投射系统的出瞳和CCD成像系统的入瞳中心之间的连线不需要与参考平面平行;投射系统的光轴和CCD成像系统的光轴不在同一平面内,且不交于参考平面上一点. 并且通过严格的理论分析,推导出高度与相位之间的关系式,与传统傅里叶变换轮廓术相比较,在保证一定的测量精度的前提下,倾斜式测量系统具有更强的实用性和可操作性.
偏振风成像干涉仪多波长探测理论研究
朱化春, 张淳民
2011, 60 (7): 074211. doi: 10.7498/aps.60.074211
摘要 +
简述了偏振风成像干涉仪(PAMI)探测高层大气风场的基本原理;研究得出了多波长探测时偏振风成像干涉仪干涉强度、仪器调制度与位相延迟片的延迟位相之间的理论表达式;得出了偏振风成像干涉仪的干涉强度和仪器调制度受所探测谱线波长调制的重要结论;采用计算机模拟分析了使用偏振风成像干涉仪(设计谱线为高层大气氧原子跃迁时辐射的630nm的极光谱线)探测高层大气时各目标谱线的干涉强度和仪器调制度,给出了干涉强度和仪器调制度与探测谱线波长之间的关系,得出了732nm的极光谱线不适合用作探测目标的结论. 本文为高层大气风场探
椭圆高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性
黄永超, 张廷蓉, 陈森会, 宋宏远, 李艳桃, 张伟林
2011, 60 (7): 074212. doi: 10.7498/aps.60.074212
摘要 +
基于光束在各向异性介质中的傍轴矢量传输理论,导出了椭圆高斯光束在各向异性单轴晶体中垂直于光轴的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,研究了各向异性介质对x方向偏振的椭圆高斯光束偏振特性的影响. 研究表明,晶体的各向异性对光束的偏振和对称性有较大影响.
DFB激光二极管电流-温度调谐特性的解析模型
杜振辉, 李金义, 齐汝宾, 徐可欣, 刘景旺
2011, 60 (7): 074213. doi: 10.7498/aps.60.074213
摘要 +
从DFB型激光二极管调谐机理出发,提出了电流-温度调谐特性的解析模型,通过实验测量结果辨识出模型参数,将模型应用于四个不同厂家的DFB型二极管激光器,得到激光器电流-温度调谐的解析模型;将模型预测值与实验测量值比较,相关系数均在0.9999以上.同时,利用CO2气体的多个吸收谱线测量激光的波长,验证了解析模型的预测波长值,与HITRAN谱库中CO2气体吸收波长的误差在3 pm内.解析模型能够精确预测激光器在快速调谐过程中的瞬态输出波长,其精度能够满足光谱分析、光
双色噪声驱动光学双稳系统的弛豫时间研究
王兵, 吴秀清
2011, 60 (7): 074214. doi: 10.7498/aps.60.074214
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研究乘性及加性噪声的自关联时间τ1和τ2,交叉关联时间τ对光学双稳系统的弛豫时间的影响.弛豫时间T由Mei等所采用的方法得到. 经数值计算, 结果表明: 两噪声间交叉关联时间τ及乘性噪声的自关联时间τ1延缓系统涨落的消退(T随τ及τ1的增大而增大);T随加性噪声的自关联时间τ
强非局域空间光孤子大相移的理论研究以及应用方案设计
寿倩, 郭旗
2011, 60 (7): 074215. doi: 10.7498/aps.60.074215
摘要 +
本文发展了郭旗等人的唯像理论,发现在铅玻璃中,孤子随着本身功率或者抽运光孤子功率几十个毫瓦的变化,就会出现π的附加相移.基于抽运光孤子功率对弱信号光孤子相位有着高调制灵敏度的结论,提出了一种较可行的光开关实现方案.
相干光伏空间孤子非对称碰撞研究
李湘衡, 张冰志, 佘卫龙
2011, 60 (7): 074216. doi: 10.7498/aps.60.074216
摘要 +
采用数值方法研究了三个呈非对称分布的相干光伏空间孤子碰撞相互作用.结果表明,随着信号光的入射角度在一定范围内逐渐改变,三个孤子在晶体中碰撞后会产生孤子的分裂或湮没现象.当孤子碰撞后出现分裂或湮没时,若保持孤子的碰撞角度不变,改变其中任意一个孤子的初始相对相位,孤子的碰撞行为也将随之迅速改变,产生新的孤子分裂、湮没或其他碰撞现象.另外,研究结果还表明,作为具有不可积哈密顿系统特性的光伏孤子,其小角度碰撞过程中动量和能量仍然是守恒的.
二维随机粗糙面上导体目标复合瞬态散射的混合算法
郭立新, 代少玉, 秦三团, 龚书喜
2011, 60 (7): 074217. doi: 10.7498/aps.60.074217
摘要 +
提出用时域积分方程法(TDIE)与时域基尔霍夫近似法(TDKA)的混合算法来求解二维导体随机粗糙面及其上方二维导体目标的复合瞬态散射,推导出了在TM波入射情形下显式及隐式格式的时间步进方程.将粗糙面与目标分别进行TDKA和TDIE计算,并考虑目标与粗糙面之间的耦合,对TDKA和TDIE进行混合迭代,既大大降低了粗糙面求解的复杂度,又保证了计算精度.数值算例中,考虑了角反射器(开放体)和圆柱(封闭体)两种目标,分别计算了目标表面电流响应和电场远场响应.计算结果表明,和单纯TDIE法相比,本文混合方法计算效率
基于磁光子晶体的磁控可调谐太赫兹滤波器和开关
郭展, 范飞, 白晋军, 牛超, 常胜江
2011, 60 (7): 074218. doi: 10.7498/aps.60.074218
摘要 +
本文研究了铁氧体磁性材料应用于太赫兹波导器件的可行性. 利用铁氧体磁性材料的磁导率随外磁场改变而变化的性质,设计出了一种新颖的磁控连续可调谐太赫兹滤波器和开关. 利用平面波展开法(plane wave expansion,PWE)和时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)计算了二维磁光子晶体中外磁场变化对带隙位置和宽度的影响,结果显示应用该结构实现的滤波器和开关具有良好的性能.
石墨点阵柱状光子晶体共振腔的温度特性
李岩, 傅海威, 邵敏, 李晓莉
2011, 60 (7): 074219. doi: 10.7498/aps.60.074219
摘要 +
构造了一种二维GaAs石墨点阵柱状光子晶体共振腔. 利用时域有限差分方法计算了这种光子晶体共振腔TEy模的共振峰随温度变化的情况. 计算结果表明这种结构的光子晶体共振腔的共振峰主峰随温度呈分段线性变化趋势,且具有1.60 nm/℃以上的温度响应灵敏度. 同时,计算结果显示,这种结构的光子晶体共振腔具有很好的频率开关特性. 最后,利用计算结果解释了频率开关特性的成因.
基于光子晶体光纤中多抽运四波混频效应的新型光层组播技术
张建国, 惠战强
2011, 60 (7): 074220. doi: 10.7498/aps.60.074220
摘要 +
光层组播是未来透明光子网络中一项重要的全光信号处理功能,提出并实验证实了一种基于色散平坦高非线性光子晶体光纤中多抽运四波混频效应的光层组播方法,将一束信号光与两束连续抽运光同时输入高非线性光子晶体光纤中,通过多抽运四波混频过程,产生四个携带该数据信息的闲频光,从而实现了单一信号的四信道光层组播功能,组播信道波长在35.2 nm范围可调谐,组播信道最大间距4.4 THz,最大转换效率-22 dB,最优Q因子为5.3,该方法的特点在于基于光纤中的四波混频效应工作,因而具有对调制格式和比特率透明的
高精度准分布式光纤光栅地震检波解调系统的研究
贾振安, 傅海威, 营旭东, 宋娟, 乔学光, 丁锋, 周锐
2011, 60 (7): 074221. doi: 10.7498/aps.60.074221
摘要 +
提出了一种利用光纤超荧光光源的线性边带做边缘滤波器进行多点多参量实时测量的地震波信号解调系统.由于光源波长检测灵敏度对解调系统的灵敏度起决定作用,故对光源进行了优化设计,使得光源所用的线性段斜率得到了大幅度提高.所设计的解调系统以光源在吸收峰1530 nm 处的两段斜边将系统分为两个部分,各部分对应4个通道.通过对其中两个通道进行地震检波模拟测量,传感解调系统的两部分静态波长灵敏度分别为887.5 mV/nm和-971.7 mV/nm,应变分辨力分别达到了0.95με和0.86με
用于太赫兹波传输的低损耗、高双折射光纤研究
付晓霞, 陈明阳
2011, 60 (7): 074222. doi: 10.7498/aps.60.074222
摘要 +
提出了一种同时具有低吸收损耗、高双折射特性的新型太赫兹传输光纤.光纤由层状的聚四氟乙烯和空气层组成.采用有限元法分析了光纤的结构参数对其吸收损耗和双折射的影响.结果表明:这种光纤的双折射可高达0.08;在保证模式的吸收损耗小于20 dB/m的前提下,其双折射仍可大于0.02.
基于古斯-汉欣位移的双通道窄带滤波器
陈凡, 郝军, 李红根, 曹庄琪
2011, 60 (7): 074223. doi: 10.7498/aps.60.074223
摘要 +
本文利用光束在对称金属包覆波导表面反射得到的异常大的古斯-汉欣(Goos-Hänchen)位移,通过实验实现了双通道窄带滤波.当入射激光波长为859.60 nm时,两通道滤波的峰值位置分别为859.604 nm和859.688 nm,峰值半宽(FWHM)为0.036 nm,而消光比达到15.3 dB.峰值波长可通过改变入射角或小孔位置实现调谐.
硫化砷非晶态波导光阻断效应的机理研究
邹林儿, 矶守, 浜中广见, 王关德, 陈抱雪, 王平, 隋国荣
2011, 60 (7): 074224. doi: 10.7498/aps.60.074224
摘要 +
在实验研究了As2S8和掺杂As2S8薄膜波导光阻断效应的基础上,讨论了反常电子组态的形成机理和转移机理,提出了光阻断效应切断过程和回复过程的动力学模型,数值分析结果与实验数据十分符合,理论预期与实验现象一致,表明该模型抓住了光阻断效应的基本特征,揭示了过程本质,反映了实验现象的内在机理.
光子晶体双量子阱的共振隧穿
梁九卿, 费宏明, 周飞, 杨毅彪
2011, 60 (7): 074225. doi: 10.7498/aps.60.074225
摘要 +
采用R矩阵法研究了二维光子晶体双量子阱的共振隧穿特性.研究发现:光子晶体双量子阱的共振频率可以通过调节双阱的耦合强度来控制;对称双量子阱中,共振峰发生双劈裂;不对称双量子阱,共振劈裂消失.但是,由改变左手介质和右手介质在双阱中的排列顺序产生的阱介质不对称阱的共振劈裂消失与阱宽不对称的双阱产生的共振劈裂消失不一样.进一步对一维光子晶体量子阱分析后发现,前者是由光在左右手介质中传播的能流方向相反产生干涉相消而引起;后者是由阱宽不同,阱的本征模不一样而引起.
悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究
陈仲生, 杨拥民
2011, 60 (7): 074301. doi: 10.7498/aps.60.074301
摘要 +
研究了利用系统非线性来提高悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获效率的随机共振机理,通过增加一对矩形永磁铁对传统线性悬臂梁压电振子结构进行了改进,结果揭示:在外部非线性磁力作用以及合适的磁铁间距条件下,这种外加磁力悬臂梁压电振子会构成一个双稳系统,在外部宽带低频随机振动源激励下发生随机共振现象,且发生随机共振时的输出电压明显增大,从而可以扩展悬臂梁压电振子的共振频率范围、提高低频振动能量的转化输出.
基于流形学习的声目标特征提取方法研究
刘辉, 杨俊安, 王一
2011, 60 (7): 074302. doi: 10.7498/aps.60.074302
摘要 +
为解决目前声目标识别面临的鲁棒性不足问题,提出将流形学习应用到声目标的特征提取中,在经典流形学习算法的基础上,研究讨论了目标声信号频域中存在的低维流形,通过两种实际的地面和低空飞行声目标数据集进行对比识别实验,分析了基于流形学习的声目标特征提取方法的性能,结果表明基于流形学习的特征提取方法可以发现声信号的本质特征,提高了声目标识别系统的准确性和鲁棒性.
乳腺癌检测的三维微波热声成像技术
刘广东, 张业荣
2011, 60 (7): 074303. doi: 10.7498/aps.60.074303
摘要 +
提出了三维微波热声成像技术检测早期乳腺肿瘤,成像同时具有高对比度和高分辨率的特点.该技术利用自适应的鲁棒Capon波束成形(RCB)算法进行信号处理和图像重建.基于电磁学和声学时域有限差分(FDTD)法,进行微波热声成像仿真,算例结果证实了该技术用于诊断早期乳腺肿瘤的可行性.
阻尼对水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式形成的影响
赵永志, 刘格思, 陈友川, 郑津洋, 高红利
2011, 60 (7): 074501. doi: 10.7498/aps.60.074501
摘要 +
采用离散单元数学模型对一充装量为50%的水平薄滚筒内S形二元颗粒体系的分离模式进行了数值模拟试验,研究了不同碰撞阻尼参数下的分离过程,分析了阻尼对分离过程及分离模式的影响.模拟结果表明阻尼对滚筒内颗粒的分离过程及分离模式影响很大,在S形二元颗粒体系水平薄滚筒内,阻尼可控制渗透和离析的协同作用以及自由表面层的流动形式,最终影响分离模式的形成;当阻尼太大时分离模式只能形成月亮模式,阻尼太小时可形成不明显的花瓣模式,只有当阻尼在适当的范围内,自由表面流动层形成雪崩流型式时,分离模式才会呈现规则的花瓣模式,试验结
惯性及弹塑性效应对延性金属材料层裂损伤的影响
张凤国, 周洪强, 张广财, 洪滔
2011, 60 (7): 074601. doi: 10.7498/aps.60.074601
摘要 +
本文以空心球壳模型为基础,在飞片加载条件下,讨论了惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小对材料层裂损伤的影响.分析结果表明,在研究材料层裂损伤问题时,惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小的影响是不能忽略的,特别是初始孔洞大小的影响.同时,鉴于初始孔洞大小的重要影响,本文尝试给出了一个分析初始孔洞尺寸的方法.
直立堤前部分反射短峰波演变的三个无穷序列
黄虎
2011, 60 (7): 074701. doi: 10.7498/aps.60.074701
摘要 +
在直立墙防波堤前部分反射的n色n向短峰波高阶系统中,发现了其解析解数目演变的三个无穷序列,具有基本的水波理论和工程应用价值.
气体、等离子体和放电物理
高密度平面靶等离子体中激光驱动冲击波加速离子的能谱展宽
张少刚, 董忠, 魏凯斌, 令维军, 董全力, 张蕾, 王首钧, 何民卿, 盛政明, 张杰
2011, 60 (7): 075201. doi: 10.7498/aps.60.075201
摘要 +
本文对超短超强激光脉冲辐照高密度等离子体产生的静电冲击波加速离子的能谱展宽机理进行了数值研究.着重讨论了三种冲击波加速离子的能谱展宽机理:能量沉积到离子中使得冲击波前沿不断减速,被加速离子与背景粒子的碰撞,以及高能离子到达靶背面时受到鞘层场进一步加速.还研究了驱动激光脉冲宽度对冲击波加速离子能谱宽度的影响.
自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响
江兆潭, 杨杰, 董全力, 张杰
2011, 60 (7): 075202. doi: 10.7498/aps.60.075202
摘要 +
本文考虑自旋轨道耦合作用的情况下,采用紧束缚近似螺旋对称模型计算了单壁碳纳米管的电子能带结构.研究发现:对于Armchair型单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用和弯曲效应共同导致了费米面Dirac点附近电子能带结构的能隙;对于Zigzag型和手性单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用使得电子最高占据态和最低未占据态产生能级劈裂,能级劈裂的大小不但与碳纳米管的直径和手性角密切相关,而且相对于费米面是不对称的;根据指数(n,m)可以将Zigzag型和手性单壁碳纳米管分为金属性碳纳米管(ν=0)
超热电子与金黑腔靶作用产生硬X射线的蒙特卡罗模拟
蒋刚, 李三伟, 王传珂, 李志超, 李朝光, 赵学峰, 胡峰
2011, 60 (7): 075203. doi: 10.7498/aps.60.075203
摘要 +
激光打靶产生大量麦氏分布的超热电子,与金腔靶相互作用产生硬X射线.利用蒙特卡罗方法,对超热电子在金腔靶中的传输进行了研究,模拟了在不同超热电子温度、份额下硬X射线谱的变化及在不同腔体尺寸、腔壁厚度情况下,硬X射线谱的变化情况,给出硬X射线产生效率的决定因素.利用硬X射线谱反推得到的超热电子信息与蒙特卡罗程序模拟结果相结合的方法,获得金腔内部超热电子初始信息.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
电磁复合场制备匀质Zn-Bi偏晶合金的物理模拟
王江, 钟云波, 汪超, 王志强, 任忠鸣, 徐匡迪
2011, 60 (7): 076101. doi: 10.7498/aps.60.076101
摘要 +
本文通过物理模拟的方法研究了强磁场复合交变电流作用对过偏晶合金凝固组织的影响机理,考察了电磁复合场下第二相初生液滴直径的演变规律,以及洛伦兹力作用下已分层少数相被"打碎"进入基体相的过程.结果表明:电磁体积力的增加,有利于液滴初始直径的减小;而交变电流频率的影响存在最佳值,偏离该值对初生液滴直径的抑制效果下降,这与实际试验规律一致;在电磁复合场作用下,已经分层的两液相可以重新实现均匀混合.这些效应有效缓解了偏晶合金凝固前第二相由于各种因素导致的偏聚,模拟结果直观地揭示了电磁复合场制备匀质偏晶合金的主要机理
采用Lennard-Jones原子间势研究(C60)N分子团簇的结构演化行为
吴洋, 段海明
2011, 60 (7): 076102. doi: 10.7498/aps.60.076102
摘要 +
采用描述原子间相互作用的Lennard-Jones势来描述C60分子间的相互作用,考虑了每个C60分子的一定位置取向,并采用最速下降法计算了IH,fcc,hcp,DH及SC五种典型结构满壳层(C60)N团簇(NNNN
氧化硅缓冲层对于退火形成锗量子点的作用研究
张磊, 叶辉, 皇甫幼睿, 刘旭
2011, 60 (7): 076103. doi: 10.7498/aps.60.076103
摘要 +
在化学氧化得到的二氧化硅薄层覆盖的硅衬底上,室温淀积锗膜并进行后期退火处理.实验表明,不同于传统退火过程形成大岛,通过一定工艺的控制可以获得高密度(~1011 cm-2)的均匀锗量子点.研究了后期退火温度对量子点的结构影响的局部反常规律并进行了原因分析.利用拉曼和荧光光谱研究了其应力和发光特性,发现在可见(500 nm)和近红外(1350 nm)的两个光致荧光峰出现.
纳米折叠InGaN/GaN LED材料生长及器件特性
陈贵锋, 谭小动, 万尾甜, 郝秋艳, 唐成春, 朱建军, 刘宗顺, 赵德刚, 张书明, 沈俊
2011, 60 (7): 076104. doi: 10.7498/aps.60.076104
摘要 +
在以自组织Ni纳米岛为掩膜制作的n-GaN纳米柱上,利用MOCVD方法外延生长了具有折叠InGaN/GaN多量子阱(MQW)的LED结构外延片,进而制作了LED器件.外延片上中下游的光致荧光测试,结果表明外延片具有很好的均匀性.用该外延片制作的LED的电致发光谱,随注入电流增加没有明显蓝移,这表明纳米结构能更好地释放应力,纳米柱上外延生长的多量子阱,具有较低的压电极化电场.正向工作电流20 mA时,LED器件的工作电压为4.6 V.
第一性原理计算α-ScDx(D=H,He)的弹性常数
杨莉, 祖小涛, 范开敏, 彭述明, 龙兴贵, 吴仲成
2011, 60 (7): 076201. doi: 10.7498/aps.60.076201
摘要 +
本文采用第一性原理方法研究了α相钪氢化合物(α-ScH x )和α相钪氦化合物(α-ScHe x )的弹性常数,其中x=0,1/4,1/8,1/32表示H原子和He原子在α-ScDx(D=H,He)中的浓度.研究结果表明,对于钪,氢和氦对晶体的弹性性质的影响截然不同.钪氢化合物晶体的弹性常数基本上随着晶体中氢的浓度增加而增加,这跟实验测量得出的结论一致;然而,钪氦化合物体系的弹性常数几乎随着氦浓度的
激波诱导下纳米铝粉与微米铝粉的爆炸特征对比研究
炎正馨
2011, 60 (7): 076202. doi: 10.7498/aps.60.076202
摘要 +
对比研究了入射激波诱导下纳米铝粉和微米铝粉与环氧丙烷混合物快速反应系统中的爆炸特征.利用多台单色谱仪同步采集技术实验测定了二种反应混合物在不同诱导激波中强度作用下的点火延迟时间.为获得爆炸系统内部信息利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射分析仪(XRD),X射线能谱(XPS)对相应铝粉反应生成物的结构、态貌、表面氧化层厚度进行了表征和分析.结果表明:TEM结果表明纳米铝粉生成物为絮状、针状和纤维状,而微米铝粉生成物为球状且体积增大;XRD结果显示在压缩区、点火区、燃烧区、爆炸区、传播区、碎片压缩致冷区生
高压下CaPo弹性性质和热力学性质的第一性原理研究
李晓凤, 刘中利, 彭卫民, 赵阿可
2011, 60 (7): 076501. doi: 10.7498/aps.60.076501
摘要 +
利用密度泛函理论的平面波赝势方法预测研究了CaPo从岩盐结构(B1结构)到氯化铯结构(B2结构)的相变以及B1结构CaPo高压下的弹性性质以及热力学性质等.通过等焓原理发现B1→B2的相变压力为22.8GPa. 同时计算了B1结构CaPo高压下的弹性常数以及剪切模量、杨氏模量等相关弹性参数,结果发现当压力超过20GPa时,B1结构CaPo开始不稳定了,这和等焓原理所得结果相符合. 最后通过Debye模型成功获取了B1结构C
SiO2纳米颗粒单层膜流变特性的双Wilhelmy片法研究
Langevin Dominique, 臧渡洋, 张永建
2011, 60 (7): 076801. doi: 10.7498/aps.60.076801
摘要 +
本文采用两个互相垂直的Wilhelmy片对不同润湿性的SiO2纳米颗粒单层膜的表面压和黏弹性进行了研究, 并利用Brewster角显微镜(BAM)对单层膜的形貌演变进行了观测. 实验发现, 当水面完全被颗粒覆盖时, 单层膜的表面压具有明显的各向异性, 中等润湿性(34%SiOH)的颗粒膜其表面压各向异性最大. 压缩模量E和剪切模量G均在中等润湿性时出现最大值. 这些结果表明, 单层膜的流变性能与泡沫的稳定性密切相关. 疏水性最强(20%SiOH)的颗粒膜具
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
Zn,O共掺杂实现p型AlN的第一性原理研究
罗华锋, 王藩侯, 袁娣, 黄多辉
2011, 60 (7): 077101. doi: 10.7498/aps.60.077101
摘要 +
基于密度泛函理论(density functional theory),采用第一性原理平面波超软赝势法,研究了纤锌矿AlN,Zn掺杂和Zn,O共掺杂AlN的晶体结构、能带、电子态密度、差分电荷分布及电荷布居数.计算结果表明:Zn,O共掺杂方法中引入激活施主O原子,能使受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级.同时,受主能带变宽、非局域化特征明显、从而提高了Zn原子的掺杂浓度和系统的稳定性.Zn,O共掺杂更有利于获得p型AlN.
Ge组分对应变Si1-xGe x 沟道p-MOSFET电学特性影响
杨洲, 王茺, 王洪涛, 杨宇, 胡伟达
2011, 60 (7): 077102. doi: 10.7498/aps.60.077102
摘要 +
利用二维数值模拟方法,研究了不同Ge组分应变Si1-xGe x 沟道p-MOSFET的电容-电压特性以及阈值电压的变化情况.计算结果表明:提高应变Si1-xGe x 沟道层中的Ge组分,器件亚阈值电流明显增大;栅电容在器件进入反型状态时产生显著变化;阈值电压的改变量与Ge组分基本成线性关系.通过改变Si1-xGe x 沟道的长度,并结
第一性原理计算Mg2Ni氢化物的电子结构及其稳定性分析
刘春华, 欧阳楚英, 嵇英华
2011, 60 (7): 077103. doi: 10.7498/aps.60.077103
摘要 +
对Mg2Ni及其氢化物的能量和电子结构进行了第一性原理计算,并对Mg2Ni低温氢化物和高温氢化物的稳定性进行了分析.结果发现:在Mg2Ni中,Mg与Ni存在较强的相互作用.H原子的加入使得Mg的价电子向Ni的3d轨道转移,并在Ni-3d轨道和Ni-4p轨道间形成了带隙.Ni-4s和H-1s电子之间的成键作用,使得Mg和Ni间相互作用减弱了;从LT-Mg2NiH4中去掉一个H原子比HT-Mg
第一性原理方法研究He掺杂Al晶界力学性质
陈军, 王晓中, 林理彬, 何捷
2011, 60 (7): 077104. doi: 10.7498/aps.60.077104
摘要 +
基于密度泛函理论方法,本文开展了氦掺杂AlΣ3((111)/180°)晶界数值模拟拉伸试验.计算结果表明,He在晶界中最低杂质形成能为2.942 eV,偏析到晶界的偏析能为0.085 eV;在拉伸条件下,清洁Σ3晶界的理论拉伸强度为9.65 GPa,拉伸断裂从晶界界面开始;而He掺杂后,晶界的理论拉伸强度下降到7.14 GPa,在断裂发生前应力曲线中出现平台效应,拉伸断裂从包含He杂质的界面开始.通过对比键长和电荷密度分布,本文认为He的满壳层电子结构一方面导致了He与Al之间
[110]/(001)单轴应变Si本征载流子浓度模型
王冠宇, 马建立, 张鹤鸣, 王晓艳, 王斌
2011, 60 (7): 077105. doi: 10.7498/aps.60.077105
摘要 +
本文首先讨论了在沿[110]方向的单轴应力对体Si材料能带结构参数的影响,在此基础上计算出单轴应变Si中平衡载流子浓度,给出了物理意义明确的导带、价带有效态密度的表达式.最后,结合有效态密度和禁带宽度的表达式,建立了[110]/(001)单轴应变Si本征载流子浓度模型.本文的研究方法亦适用于建立(001)面任意应力方向上的应变Si本征载流子浓度模型,并为相关单轴应变Si器件的设计、建模以及仿真提供了一定的理论参考.
亚100 nm应变Si/SiGe nMOSFET阈值电压二维解析模型
王冠宇, 张鹤鸣, 王晓艳, 吴铁峰, 王斌
2011, 60 (7): 077106. doi: 10.7498/aps.60.077106
摘要 +
本文基于二维泊松方程,建立了适用于亚100 nm应变Si/SiGe nMOSFET的阈值电压理论模型.为了保证该模型的准确性,同时考虑了器件尺寸减小所导致的物理效应,如短沟道效应,量子化效应等.通过将模型的计算结果与二维器件模拟器ISE的仿真结果进行对比分析,证明了本文提出的模型的正确性.最后,还讨论了亚100 nm器件中常规工艺对阈值电压的影响.该模型为亚100 nm小尺寸应变Si器件的分析设计提供了一定的参考.
AlGaN/GaN 高速电子迁移率晶体管器件电流坍塌效应与界面热阻和温度的研究
顾江, 鲁宏, 王强
2011, 60 (7): 077107. doi: 10.7498/aps.60.077107
摘要 +
本文系统研究了AlGaN/GaN基高速电子迁移率晶体管器件界面热阻和工作温度对器件在高功率下的电流坍塌效应的影响规律.研究发现低漏极电压下热电子是导致负微分输出电导的重要因素,器件工作温度变高会使负微分输出电导减小.高漏极电压下自加热效应是导致电流坍塌的一个重要因素.随着界面热阻的增加,器件跨导降低,阈值电压增大.同时,由于工作环境温度的增高,器件随之温度增高,载流子迁移率会显著降低. 最终这两种因素会引起AlGaN/GaN基高速电子迁移率晶体管器件显著的电流坍塌效应,从而降低了器件整体性能.
Cantor型人工DNA序列的关联属性及输运性质
刘小良, 梁亮文, 徐慧, 李江
2011, 60 (7): 077201. doi: 10.7498/aps.60.077201
摘要 +
对按膨胀规律A→ABA和B→BBB生成的有限长度Cantor型人工DNA序列,采用统计方法研究了序列的净位移及其标准偏差、重标极差函数及其Hurst指数,并将结果与一维随机二元序列进行了对比,直接论证了Cantor序列具有关联、标度不变及自相似等性质.从Anderson紧束缚模型出发,采用重整化群方法研究了该序列的电子输运特性.研究表明具有好的输运效率的扩展态能在较宽的能量区间上存在,随着序列长度的增加,扩展态的能量区间变得更为细碎,但具有好的透射性的电子态数量只是略有减少,共振能态可以在较长的序列中存在
微波作用下有直接隧穿量子点系统中的泵流特性
周运清, 孔令民, 王瑞, 张存喜
2011, 60 (7): 077202. doi: 10.7498/aps.60.077202
摘要 +
利用演化算符的方法,研究了量子点体系中的电流以及自旋流,该体系中量子点和左右磁性电极耦合并且受到微波作用,且两电极之间有直接隧穿,得到了体系电流的解析表达式.发现对于无直接隧穿和零偏压情况,无论对称结构还是非对称结构,电流和自旋流总为零.对于直接隧穿和零偏压情况,对于两边为非对称结构,微波场辐射在量子点上可以导致自旋流而非零的总电流,给出了平行和反平行磁构型下的结果并进行了讨论;对于两边为对称结构结构,平行磁构型下,量子点上加微波场时自旋流和总电流均为零;在反平行磁构型下,量子点上加微波场可以导致自旋流而
GaAs自旋注入及巨霍尔效应的研究
王志明
2011, 60 (7): 077203. doi: 10.7498/aps.60.077203
摘要 +
在自旋电子学研究中,一般以超晶格结构、自旋阀、隧道结来实现,另一种自旋注入典型方法是稀磁半导体材料,如GaMnAs,本文通过颗粒膜实现自旋注入,利用磁控溅射法将Fe颗粒嵌入GaAs阵体上,制备了(GaAs)19Fe81颗粒膜样品,在室温条件下观测到15 μΩ ·cm最大饱和霍尔电阻率,该效应比纯铁的饱和霍尔电阻率大了一个数量级,成功地实现了自旋注入.
液态铅的电阻率计算
郭风祥, 吕婷, 贾燕, 田学雷
2011, 60 (7): 077204. doi: 10.7498/aps.60.077204
摘要 +
根据费米面实验数据修正Behari关于液态铅的模型赝势,构建新的模型赝势,结合实验结构因子及硬球结构因子,计算不同温度下液态铅的电阻率,计算结果与实验数据较为符合,并对计算过程中的误差及模型赝势的适用性进行了分析.
应变Si/(001)Si1-xGex电子迁移率
张鹤鸣, 宋建军, 马建立, 王冠宇, 安久华, 王晓艳
2011, 60 (7): 077205. doi: 10.7498/aps.60.077205
摘要 +
依据离化杂质散射、声学声子散射和谷间散射的散射模型,在考虑电子谷间占有率的基础上,通过求解玻尔兹曼方程计算了不同锗组分下,不同杂质浓度时应变Si/(001)Si1-xGex的电子迁移率.结果表明:当锗组分达到0.2时,电子几乎全部占据Δ2能谷;低掺杂时,锗组分为0.4的应变Si电子迁移率与体硅相比增加约64%;对于张应变Si NMOS器件,从电子迁移率角度来考虑不适合做垂直沟道.选择相应的参数,该方
热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能影响
周晓明, 邓俊裕, 於黄忠
2011, 60 (7): 077206. doi: 10.7498/aps.60.077206
摘要 +
本文以poly(3-hexylthiophene) (P3HT)为电子给体材料, -phenyl C61-butyric acid methyl ester (PCBM)为电子受体材料, 制备出不同溶剂形成的共混体系太阳电池.从薄膜的紫外—可见吸收光谱(UV-vis)、光致发光谱(PL)、原子力表面图形(AFM)等方面,分析了热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能的影响.结果表明较高沸点的溶剂有利于P3HT:PCBM共混体系中P3HT的有序化排列,薄膜的紫外—可见吸收和光致发光增
基于光学与光—电转换模型对聚合物电池功能层厚度与性能相关性分析
李国龙, 黄卓寅, 李衎, 甄红宇, 沈伟东, 刘旭
2011, 60 (7): 077207. doi: 10.7498/aps.60.077207
摘要 +
本文基于Forouhi-Bloomer 模型得到了这种功能层的光学常数.根据菲涅耳系数矩阵法计算了这种器件内的光电场分布,并计算了不同厚度的聚合物功能层的光子吸收数.同时,通过Onsager-Braun理论,分析了在无外加电场下聚合物功能层厚度对激子分离概率的影响.理论分析和实验结果证明:在特定的薄膜制备工艺下,器件结构为ITO/PEDOT/ P3HT:PC60BM /LiF/Al时,聚合物功能层厚度在100 nm左右时,可以使器件的光子吸收数最大化,同时避免了激子分离概率的降低.
模拟增益对电荷耦合器件信噪比与动态范围影响的实验研究
匡海鹏, 王德江
2011, 60 (7): 077208. doi: 10.7498/aps.60.077208
摘要 +
电荷耦合器件(CCD)是遥感成像系统的核心部件,为了在低照度、低量化位数的情况下获得高信噪比与大动态范围的遥感图像,首先根据CCD的结构与噪声物理性质给出了模拟增益、量化位数与CCD信噪比的关系,接着搭建了CCD的积分球标定系统,依据实验数据建立了散粒噪声、光子响应非均匀性噪声以及基底噪声的数学模型,然后着重分析了低照度情况下模拟增益与信噪比之间的关系,最后搭建了实际成像系统,获取了低照度情况下不同模拟增益系数的遥感图像.结果表明理论分析、实验室积分球标定数据与实际成像图像符合良好,即模拟增益提高1至2倍
含氮SW缺陷对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响
张丽娟, 胡慧芳, 王志勇, 陈南庭, 谢能, 林冰冰
2011, 60 (7): 077209. doi: 10.7498/aps.60.077209
摘要 +
应用第一性原理密度泛函理论研究了单壁碳纳米管中Stone-Wales(SW)缺陷和氮掺杂情况下的电子结构和光学性质.研究发现,含氮SW缺陷单壁碳纳米管体系的总能降低,结合更稳定,且在费米能级附近出现一条半满的杂质带,并且随着氮掺杂位置的不同,掺杂能态出现显著差异.碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象,在能量小于11eV附近均出现杂质特征峰.本文对计算结果进行了分析研究,可望为含氮SW缺陷碳管在光电材料中的应用提供理论依据.
外加磁场下抛物型量子线中的带电激子
张红, 张春元, 张慧亮, 刘建军
2011, 60 (7): 077301. doi: 10.7498/aps.60.077301
摘要 +
在一维等效模型下采用有效差分法对抛物型量子阱线中带电激子的束缚能进行了计算,分析了约束势以及磁场对带电激子束缚能的影响,并对带正电激子(X+)和带负电激子(X-)的情况进行了比较.结果表明:电子和空穴的振子强度对带电激子的稳定性有重要影响,X+的束缚能不总是比X-的大,随着空穴振子强度的增加束缚能的函数曲线将会出现交叉,这同实验得到的结果符合;磁场的存在会增加粒子间的束缚,并且磁场对束缚能的影响同振子强度大小有关.
单岛单电子晶体管的电导分析
隋兵才, 方粮, 张超
2011, 60 (7): 077302. doi: 10.7498/aps.60.077302
摘要 +
基于单电子经典理论,本文通过分析得出了单岛单电子晶体管的源漏电导模型,并对其进行了详细的分析讨论.单岛单电子晶体管的源漏电导随着源漏电压的变化发生周期性的振荡衰减,并随着源漏电压的增大逐渐收敛于本征电导值.源漏电导的这种特性受温度、结电阻、结电容等参数的影响.分析结果表明,源漏电导分析模型对单电子晶体管的大规模应用具有非常重要的意义.
锥顶碳纳米管的结构稳定性与场致发射性能
王益军, 王六定, 杨敏, 严诚, 王小冬, 席彩萍, 李昭宁
2011, 60 (7): 077303. doi: 10.7498/aps.60.077303
摘要 +
运用密度泛函理论研究了锥顶碳纳米管的结构稳定性与电子场致发射性能.结果表明:在外电场作用下,该体系的结构稳定性明显优于碳纳米锥体、C30半球封口的碳纳米管,且电子发射性能与锥角大小、锥顶构型密切相关,特别是锥角38.9°及棱脊型顶部的cone1@(6,6)综合性能最优,用其作为场致发射源的阴极时可显著提高发射电流密度并延长器件的使用寿命.
宏观长Ag2S纳米线簇的制备及其温度电导特性和光电导特性
孙红三, 董占民, 许佳, 李一, 孙家林
2011, 60 (7): 077304. doi: 10.7498/aps.60.077304
摘要 +
以固态离子学方法制备的宏观长银(Ag)纳米线簇为基础,采用气-固反应法制备出宏观长硫化银(Ag2S)纳米线簇.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对样品形貌和成分进行表征.将厘米长的Ag2S纳米线簇两端涂敷金胶作为电极,并与外电路连接.在不同温度或采用不同波长的光束辐照下,测试了样品的输运性质.无光照时,在144—380 K的温度范围内,样品的电导随温度上升而非线性增大.室温下,Ag
水热法制备注射器样纳米氧化锌场发射特性的研究
朱光平, 朱汉青, 王马华
2011, 60 (7): 077305. doi: 10.7498/aps.60.077305
摘要 +
应用水热法制备了注射器样纳米结构氧化锌样品,室温下测量其真空场发射特性.根据测量数据,基于Fowler-Nordheim方程,估算了场发射效应增强因子,观察到增强因子随外加电压增加取值的两阶段性;结合样品的光致发光谱和能量散射谱,应用半导体材料中强场效应理论,结合场发射电流密度测量系统的串联电路等效,研究样品中空位对场发射特性影响机理.结果表明,制备过程中形成的锌、氧空位,在样品中产生了相当于杂质态的缺陷能级,缺陷能级与样品形貌共同作用,使样品较大的增强因子随场强增加而阶跃性下降.最后,用电化学沉淀法和气
条状永磁体的组合形式及间距对单畴GdBCO超导体磁悬浮力的影响
杨万民, 马俊
2011, 60 (7): 077401. doi: 10.7498/aps.60.077401
摘要 +
通过对由条状永磁体组成的组合磁体与单畴GdBCO超导体在零场冷情况下磁悬浮力的测量,研究了5种不同组态下组合磁体之间距离的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当条状永磁体之间的距离D从0 mm增加到30 mm时,超导体的磁悬浮力大小与组合磁体排列形式有着密切关系(以Z=5 mm为例):1)对由3个条状永磁体组成的组合磁体,当中间磁体的磁极N向上、两侧磁体的磁极N均水平指向中间磁体时,超导体的磁悬浮力从22.8N减小到9.7N;当中间磁体的磁极N向上、两侧磁体的磁极N均向下时,
LiFeAs超导体中磁性与声子软化
李斌, 刘楣, 邢钟文
2011, 60 (7): 077402. doi: 10.7498/aps.60.077402
摘要 +
运用第一性原理密度泛函理论研究了铁基超导体LiFeAs的电子结构和声子谱.计算得到的LiFeAs基态具有涨落的条型反铁磁构型.通过比较LiFeAs在非磁态与条形反铁磁态下的声子态密度,发现,LiFeAs中各向异性自旋互作用的竞争产生了不稳定的自旋密度波和部分晶格位置弛豫,导致Fe和As原子振动模式的软化,从而提高电声子耦合强度.因此,自旋-声子互作用对非常规超导电性有重要贡献.
低温时效处理对铁磁形状记忆合金Mn2NiGa的结构、相变和磁性能的影响
李祥, 蔡金芳, 朱伟, 刘恩克, 李贵江, 王文洪, 吴光恒, 宋瑞宁
2011, 60 (7): 077501. doi: 10.7498/aps.60.077501
摘要 +
对在较低温度范围的时效处理铁磁形状记忆合金Mn2NiGa的结构、相变和磁性进行了研究.研究发现,母相基体析出了细小的析出相,引起了晶格扭曲和畸变,导致了系统内产生了很大的内应力.在其浓度超过晶格的容忍度之后,提升了体系的马氏体相变温度,使母相在时效温度下转变成马氏体相,并在其中测量到高达900 Oe的矫顽力.由于这种马氏体相的逆相变温度大幅提高,外推获得其居里温度在530 K附近.细小析出相的粗化使内应力消失,样品又回到母相状态.观察到细小析出相粗化的两个阈值温度,分别为423 K和
平面波展开法计算二维磁振子晶体带结构
曹永军, 云国宏, 那日苏
2011, 60 (7): 077502. doi: 10.7498/aps.60.077502
摘要 +
磁振子晶体是光子晶体或声子晶体在磁性材料领域内的替代品,是近来的一个研究热点. 本文提出了磁振子晶体领域内的一种平面波展开法,其较传统的平面波展开法能节约一半以上的计算时间. 采用此方法,数值计算了由Fe/EuO二种铁磁材料构成的二维磁振子晶体带结构. 数值计算结果表明,在一定的体积填充率下,有自旋波带隙的出现;影响磁振子晶体带隙结构形成的主要因素是有效场中的交换作用场,其他作用场的影响相对很小.
太赫兹波在一维反铁磁/电介质准周期光子晶体的传输性质
赵玉田, 张强, 白晶, 付淑芳, 周胜
2011, 60 (7): 077503. doi: 10.7498/aps.60.077503
摘要 +
本文利用传递矩阵方法研究了电磁波倾斜入射时,一维反铁磁/电介质准周期光子晶体的透射性质.反铁磁层和电介质层按Fibonacci数列排列构成准周期光子晶体.通过数值模拟发现光子禁带中有透射峰出现, 而且随着准周期光子晶体级数的增加透射峰的数目也在增加.此外,透射峰受电介质层的介电常数、入射角度和电磁波偏振影响明显.
钪钇石型β-Mn2V2O7的水热合成、结构表征与反铁磁性
周传仓, 刘发民, 丁芃, 钟文武, 蔡鲁刚, 曾乐贵
2011, 60 (7): 077504. doi: 10.7498/aps.60.077504
摘要 +
用水热法新工艺在温度为200—220℃,pH值为6—9条件下合成出Mn2V2O7粉晶.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和电子衍射(SAED)分析了其物相、形貌及微结构,结果表明:合成产物均为单斜晶系的钪钇石型β-Mn2V2O7;当合成温度为200℃时,pH值为6—7时合成产物的形貌为
Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究
吴艳南, 徐明, 董成军, 张佩佩, 纪红萱, 何林, 吴定才
2011, 60 (7): 077505. doi: 10.7498/aps.60.077505
摘要 +
采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co,Sn掺杂ZnO系列薄膜.通过金相显微镜和X射线衍射(XRD)研究了Co与Sn掺杂对薄膜的表面形貌和微结构的影响.XRD结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,特别Sn单掺ZnO薄膜的c轴择优取向最为显著,而且晶粒尺寸最大.XPS测试表明样品中Co和Sn的价态分别为2+和4+,证实Co2+,Sn4+进入了ZnO的晶格.室温光致发光谱(PL)显示在所有的样品中都有较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发
高调谐BST薄膜制备及介电性能研究
俞健, 廖家轩, 金龙, 魏雄邦, 汪澎, 尉旭波, 徐自强
2011, 60 (7): 077701. doi: 10.7498/aps.60.077701
摘要 +
用改进的溶胶凝胶(sol-gel)法逐层制备钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3, BST)薄膜,研究中间热处理(preheating,PT)对薄膜结构及介电性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,BST薄膜主要沿(110)方向生长,对应立方钙钛矿结构,PT使晶化增强.X射线光电子能谱(XPS)表明,PT促使表面非钙钛矿结构向钙钛矿结构转变.原子力显微镜(AFM)和介电性能测试表明,随着PT频次的增加,薄膜形貌改善,表面粗糙度降低,介电调谐
晶粒尺寸及衬底应力对铁电薄膜特性的影响
王英龙, 张鹏程, 刘虹让, 刘保亭, 傅广生
2011, 60 (7): 077702. doi: 10.7498/aps.60.077702
摘要 +
考虑衬底应力、畴壁运动和畴结构变化, 建立了修正的Landau-Devonshire热力学模型, 计算了生长在不同衬底上的含有纳米晶粒的PbZr0.4Ti0.6O3(PZT)薄膜的电滞回线, 研究了矫顽场、剩余极化强度和相对介电常数对晶粒尺寸以及薄膜厚度的依赖关系. 结果表明, 矫顽场和相对介电常数对晶粒尺寸的依赖关系呈类抛物线状;衬底压应力使矫顽场和剩余极化强度增大, 使相对介电常数减小;随着厚度增加, 矫顽场先缓慢增加, 到200 nm
采用圆偏振啁啾飞秒激光脉冲操控CS2分子的相干拉曼散射过程
邓莉
2011, 60 (7): 077801. doi: 10.7498/aps.60.077801
摘要 +
采用两束圆偏振啁啾飞秒激光脉冲,非共线相干激发三原子分子CS2液体. 在相位匹配的方向上,探测到由CS2频率为397 cm-1的振动模式产生的强度对称分布的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)信号和相干斯托克斯拉曼散射(CSRS)信号. 当调整两束激发光的圆偏振状态时,CARS,CSRS信号的强度、偏振、波长均发生规律性的改变:CARS,CSRS信号的强度分布反映了CS2 在不同极化状态下的受激拉曼散射截面大小;信号光的
改进的反Stokes能量传递对ErP5O14非晶中荧光动力学研究的影响
陈英, 陈晓波, 张会敏, 徐晓灵, 王策
2011, 60 (7): 077802. doi: 10.7498/aps.60.077802
摘要 +
本文通过建立不同浓度五磷酸盐非晶材料(ErxLa1-xP5O14)动力学过程的速率方程,特别是引入了改进系数exp{hc k/kT}以区别能量传递Stokes过程和反Stokes过程,分别对Er0.01La0.99P5O14,Er0.1La
大功率全方位反射镜发光二极管性能研究
董雅娟, 张俊兵, 陈海涛, 曾祥华
2011, 60 (7): 077803. doi: 10.7498/aps.60.077803
摘要 +
在现有工艺条件下通过简单工艺实现大功率GaN基多量子阱全方位反射镜(ODR)发光二极管(LED)的研制,并对试制LED样品进行了光学、电学和色参数三个方面性能测试.测试结果发现,ODR芯片比普通芯片的光强提高了244 mcd,极大提高了发光强度;ODR LED光通量、光效、色纯度比普通LED分别提高了6.04%,5.74%,78.64%.ODR LED具有绝对优势是其色温要比普通LED的色温低1804 K,明显改善大功率LED的色温缺陷.
(Pr3+ ,Yb3+ )共掺氟化物玻璃上转换敏化发光
刘名扬, 孙维瑾
2011, 60 (7): 077804. doi: 10.7498/aps.60.077804
摘要 +
实验中选用Pr3+和Yb3+:ZBLAN玻璃作为频率上转换发光材料,并详细说明了选用这种材料的原因;分析了上转换发光强度与抽运光强度和离子掺杂浓度的关系,从而得出了实现较清晰双频上转换三维立体图像的实验条件.
新型有机白光器件的初步研究
段羽, 陈平, 赵毅, 刘式墉
2011, 60 (7): 077805. doi: 10.7498/aps.60.077805
摘要 +
白光有机电致发光器件(WOLED)具备很多天然的技术优点,可以应用在下一代照明设备上,因此正成为研究的新热点.但是由于传统的多层或单层WOLED结构受染料浓度和载流子传输难以控制等因素的限制,使进一步优化器件效率和白光色度稳定成为WOLED发展的瓶颈.本工作针对传统WOLED存在的上述问题,设计制备了新型的具有颜色互补的黄色和蓝色发光条纹,交替排列所组成的WOLED器件,并且分析了黄光—蓝光条纹尺寸和改变照射角度对器件光照稳定性的影响.
掺Bi钨酸镉单晶体发光特性的研究
罗彩香, 夏海平, 虞灿, 徐军
2011, 60 (7): 077806. doi: 10.7498/aps.60.077806
摘要 +
用坩埚下降法(Bridgman)生长出了Bi离子掺杂的CdWO4单晶.测定了晶体不同部位的吸收光谱、发射光谱和X射线电子能谱(XPS).Bi离子的掺入引起CdWO4晶体的吸收边从345 nm红移到399 nm.在311 nm, 373 nm,808 nm和980 nm光的激发下,分别观测到中心波长为470 nm,528 nm,1078 nm和较弱的1504 nm四个不同发射带.Bi:CdWO4单晶的XPS谱分别与Bi2
物理学交叉学科及有关科学技术领域
同位素示踪法研究铜薄膜在水汽中的氧化传质机理
曹思, 龚佳, 钟澄, 李劲, 蒋益明
2011, 60 (7): 078101. doi: 10.7498/aps.60.078101
摘要 +
采用H162O/H182O接续氧化并结合同位素示踪方法,研究了铜薄膜在水汽中氧化的传质机理.将真空热蒸发制备的铜薄膜样品,分别在H162O,H182O中以及H162O/H182O接续进行氧化处理;利用X射线衍射(XRD)研究了氧化产物的形态和结构
循环氧化/退火制备GeOI薄膜材料及其性质研究
胡美娇, 李成, 徐剑芳, 赖虹凯, 陈松岩
2011, 60 (7): 078102. doi: 10.7498/aps.60.078102
摘要 +
采用超高真空化学气相淀积系统在SOI(绝缘体上硅)衬底上生长了Si0.82Ge0.18外延层,通过循环氧化/退火工艺,制备出Ge组分从0.24到1的绝缘体上锗硅(SGOI)材料.采用高分辨透射电镜、拉曼散射光谱和光致发光谱表征了其结构及光学性质,对氧化过程中SiGe层中的Ge组分和应变的演变进行了分析.最后制备出11 nm厚的绝缘体上Ge材料(GeOI),具有完整的晶格结构和平整的界面.室温下观测到绝缘体上Ge直接带跃迁光致发光,发光峰值位于1540 nm,发光
基于二阶矢量位的矩形截面回折线圈阻抗和脉冲磁场的解析建模与计算
郝宽胜, 黄松岭, 赵伟, 王珅
2011, 60 (7): 078103. doi: 10.7498/aps.60.078103
摘要 +
本文基于二阶矢量位建立了回折线圈的阻抗和磁场计算的解析模型,并提出了计算磁场脉冲响应的方法.根据回折线圈用于涡流检测和电磁超声检测时的通用模型,将回折线圈的阻抗和磁场计算问题转化为多个单匝矩形线圈阻抗和磁场的叠加问题.基于二阶矢量位和时谐电磁场方程,推导了回折线圈的频域标势表达式;利用标势与矢量磁位和磁通密度间的关系,推导了计算区域的磁通密度和式样表面涡流的频域解析计算公式;通过计算线圈的感应电势和阻抗变化表达式,得到了线圈阻抗的频域解析表达式;采用FFT-IFFT方法计算了脉冲磁场的时域响应.以一双层双
采用发射极非均匀指间距技术改善功率异质结双极晶体管热稳定性的研究
陈亮, 张万荣, 金冬月, 谢红云, 肖盈, 王任卿, 丁春宝
2011, 60 (7): 078501. doi: 10.7498/aps.60.078501
摘要 +
为了提高多发射极功率异质结双极晶体管的热稳定性,本文利用耦合热阻表征发射极指间距变化对发射极指间热耦合作用的影响,得到了耦合热阻与发射极指间距之间的变化关系,提出了发射极非均匀指间距技术.通过热电反馈模型对采用发射极非均匀指间距技术的功率HBT进行热稳定性分析,得到了多发射极指上的温度分布.结果表明,多发射极HBT在采用非均匀发射极指间距技术后,峰值温度明显下降,温度变化幅度更加平缓,有效地提高了器件的热稳定性.
SOI部分耗尽SiGe HBT集电结空间电荷区模型
徐小波, 张鹤鸣, 胡辉勇, 许立军, 马建立
2011, 60 (7): 078502. doi: 10.7498/aps.60.078502
摘要 +
SOI上的薄膜异质SiGe晶体管通过采用"折叠"集电极,已成功实现SOI上CMOS与HBT的兼容.本文结合SOI薄膜上的纵向SiGe HBT结构模型,提出了包含纵向、横向欧姆电阻和耗尽电容的"部分耗尽 (partially depleted) 晶体管"集电区简化电路模型.基于器件物理及实际考虑,系统建立了外延集电层电场、电势、耗尽宽度模型,并根据该模型对不同器件结构参数进行分析.结果表明,空间电荷区表现为本征集电结耗尽与MOS电容耗尽,空间电荷区宽度随集电结掺杂浓度减小而增大,随集电结反偏电压提高而增大,
牺牲Ni退火对硅衬底GaN基发光二极管p型接触影响的研究
王光绪, 陶喜霞, 封飞飞, 熊传兵, 刘军林, 张萌, 江风益
2011, 60 (7): 078503. doi: 10.7498/aps.60.078503
摘要 +
本文通过在硅衬底发光二极管(LED)薄膜p-GaN表面蒸发不同厚度的Ni覆盖层,将其在N2 ∶O2=4 ∶1的气氛中、400℃—750℃的温度范围内进行退火,在去掉薄膜表面Ni覆盖层之后制备Pt/p-GaN欧姆接触层.实验结果表明:退火温度和Ni覆盖层厚度均对硅衬底GaN基LED薄膜p型欧姆接触有重要影响,Ni覆盖退火能够显著降低p型层中Mg受主的激活温度.经牺牲Ni退火后,p型比接触电阻率随退火温度的升高呈先变小后变大的规律,随Ni覆盖层厚度的增加呈先变小后变
量子阱数量变化对双波长LED作用的研究
张运炎, 范广涵
2011, 60 (7): 078504. doi: 10.7498/aps.60.078504
摘要 +
采用软件理论分析的方法分析了InGaN/GaN量子阱数量变化对双波长发光二极管发光光谱、内量子效率、电子空穴浓度分布、溢出电流等产生的影响.分析结果表明,量子阱数量的增加会引起载流子分配不均的现象,所以量子阱数量的增加并不能有效地提升载流子复合率、内量子效率和发光强度,还会引起开启电压升高的现象,影响能量转化效率.此外,不同发光波长的量子阱数量的增加会引起发光光谱强度的变化.
应用多尺度化的基本尺度熵分析心率变异性
严碧歌, 赵婷婷
2011, 60 (7): 078701. doi: 10.7498/aps.60.078701
摘要 +
本文采用多尺度化的基本尺度熵方法,针对心率变异性信号进行了分析,研究发现多尺度化的基本尺度熵可以区分不同生理病理信号,包括健康人、充血性心力衰竭患者和房颤心律失常患者的心率变异性信号,以及健康人白天黑夜的心率变异性信号.通过对健康人代理数据的分析,发现房颤心律失常患者与代理数据的熵值趋势相似,研究结果表明房颤心律失常患者的心率变异性信号更多的是反映生理信号的线性特征,而对环境变化不能很好的进行自我调节.
Ni原子链填充碳纳米管的能量、电子结构和磁性的第一性原理计算
张建民, 李姝丽
2011, 60 (7): 078801. doi: 10.7498/aps.60.078801
摘要 +
在广义梯度近似(GGA)下,利用密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理投影缀加波(PAW)赝势方法,研究了单根Ni原子链填充扶手椅型(n,n)(5≤n≤9)单壁碳纳米管的能量、电子结构和磁性.结果表明(5,5)碳纳米管直径过小排斥Ni原子链的插入,(6,6)碳纳米管是容纳Ni原子链的最小碳纳米管,特别是Ni原子链位于其中心轴线上时的形成能最低.以Ni@(6,6)和Ni@(7,7)系统为例,计算并分析了其自旋极化能带结构,电子总态密度,分波态密度和磁性,发现Ni原子的3d态电子
基于ZnPc/C60太阳电池的光生电流研究
李果华, 吴甲奇, 李文佳, 顾晓峰, 席曦, 孟庆蕾, 季静佳
2011, 60 (7): 078802. doi: 10.7498/aps.60.078802
摘要 +
本研究采用真空蒸镀法制备了ZnPc(20 nm)/C60(10 nm)电池,推导了该类型电池的光生电流表达式,并讨论了在光强和有效偏压恒定条件下的演变形式,实验结果证明理论分析是正确的.分析发现,小分子电池的短路电流密度随光强基本呈直线关系增长,决定此种关系的主因之一是有效偏压.100 ℃,20 min的最佳退火工艺,将电池的短路电流密度提高了43.8%,将其衰减常数从5.6 h提高到22.2 h.本文认为,接触界面态和串联电阻的减小是电池电流水平提升的主要原因.
PEDOT:PSS薄膜的山梨醇掺杂对光电池性能的影响
刘俊成, 李蛟, 高从堦
2011, 60 (7): 078803. doi: 10.7498/aps.60.078803
摘要 +
采用共混-旋涂技术在ITO导电玻璃上制备出经山梨醇掺杂的PEDOT:PSS导电膜,将所制得的薄膜作为空穴传输层用于有机太阳能电池研究.通过对比分析掺杂前后光电池暗电流曲线与光电流曲线的变化,考察了山梨醇掺杂对器件光伏性能的影响,并就其中的影响机理进行了讨论分析.结果表明,山梨醇的加入,可以明显提高光电池的短路电流,填充因子以及能量转换效率.较未掺杂器件,8wt %山梨醇掺杂条件下,器件短路电流由8.82 mA/cm2增加至11.27 mA/cm2,FF由0.43
锆英石的抗γ射线辐照能力和Rietveld结构精修
卢喜瑞, 崔春龙, 陈梦君, 杨岩凯, 张东
2011, 60 (7): 078901. doi: 10.7498/aps.60.078901
摘要 +
为研究放射性核素固化介质备选矿物锆英石的抗γ射线辐照结构稳定性,以澳大利亚锆英石为研究对象,通过60Co源γ射线辐照装置对样品施以1728 kGy的γ射线辐照.利用X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对样品的元素含量、γ射线辐照前后的微观形貌及物相变化进行表征,同时利用Rietveld方法对γ射线辐照前后的样品进行了结构精修.结果表明:澳大利亚锆英石经1728 kGy剂量的γ射线辐照后未发生物相变化,射线辐照前后样品的晶胞参数仅发生了10-4 量级的变
基于社团结构的负载传输优化策略研究
蒋国平, 邵斐
2011, 60 (7): 078902. doi: 10.7498/aps.60.078902
摘要 +
研究表明网络社团结构特征对负载传输有影响,明显社团结构特征会降低网络的承载能力.由于最短路由策略在选择路由时有一定的随机性,本文提出了一种基于社团结构的负载传输策略,减少最短路由经过的社团数量,从而降低社团边缘节点的介数.实验结果显示,该策略在保证最短路由小世界特性的同时,提升了网络的承载能力,社团划分得越准确传输优化策略效果越显著.
虚拟社区中人际交互行为的统计分析研究
司夏萌, 刘云
2011, 60 (7): 078903. doi: 10.7498/aps.60.078903
摘要 +
本文对互联网论坛中用户的交互行为进行实证分析,建立基于隐式交互行为的虚拟社区网络,通过考察其统计特性,发现该虚拟社区网络是有向、不对称、异配的无标度网络,且具有分层性质和社团结构.用户的浏览量与其入度正相关,二者均可描述用户的影响力和受关注程度.本文从定量的角度发现,论坛中具有"贡献驱动"特性的权威用户在信息传播中的作用不容小觑;网络论坛的成功需要提高大多数惰性用户的活跃度;用户要想在虚拟社区网络中占据权威地位,需要发表高质量的帖子或形成个人品牌.
前沿领域综述

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强辐射催化法提纯多晶硅
陈应天, 何祚庥
2011, 60 (7): 078104. doi: 10.7498/aps.60.078104
摘要 +
将低纯度的金属硅,提纯成可用于制造太阳能电池的高纯硅材料的主要关键, 是去除材料中的硼杂质.本文提出了一种采用特殊的造渣过程以去除硼杂质的新方法.在这种新方法中,为了促进快速的化学反应,采用高密度的光子作为催化剂,以达到太阳能级硅材料的标准.本文对使用这种新的强辐射催化法炼硅的高温工具、冶炼方法、材料配方、材料的混合、以及渣剂的分离等关键技术,进行了详尽的公开和讨论,并在强辐射光催化原理的研究方面提出了一些探索性的机理.为了方便读者使用本文所提出的方法,建立起一套完整的提炼太阳能级硅材料的工业系统,本文也
地球物理学、天文学和天体物理学
峰值电流达几千安量级的闪电M分量放电特征及机理探讨
张其林, 刘明远, 郄秀书, 杨静, 蒋如斌, 王彩霞, 王俊芳, 刘冬霞, 潘伦湘
2011, 60 (7): 079201. doi: 10.7498/aps.60.079201
摘要 +
利用2009年山东人工触发闪电实验获取的实测雷电流资料、近距离电场和高速摄像资料,分析了6次峰值电流达几千安量级的M分量.6次M分量均对应闪电通道中明显的发光亮度的脉冲式变化,持续时间小于1 ms.M分量的电流波形和近距离电场波形均呈较为对称的V形,且波形的上升时间均为几十微秒,同步记录结果显示,电场先于通道底部电流发生变化且先达到峰值.这些M分量在发生前,闪电通道中存在一定的连续电流,通道的导电性优于先导-回击过程.M分量发生前的闪电
正则化方法同化多普勒天气雷达资料及对降雨预报的影响
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摘要 +
基于三维变分同化(3DVAR)的思想,提出一种适用于多普勒天气雷达资料直接同化的正则化方法.从寻求Yo=H(X)带有偏差δ的极小模解出发,引入正则化思想,并给出与3DVAR方案不同的新代价函数.针对2008年8月14日发生在北京地区的一次局地暴雨过程,设计了一组数值试验,并采用L曲线准则后验选取最优正则化参数.数值结果表明:正则化方法和3DVAR方案均能有效同化多普勒雷达资料,雷达径向速度的同化效果明显好于反射率因
基于组合混沌遗传算法的认知无线电资源分配
俎云霄, 周杰
2011, 60 (7): 079501. doi: 10.7498/aps.60.079501
摘要 +
提出了基于组合混沌遗传算法用于认知无线电资源分配,设计了相应的组合混沌序列发生器,并分别运用组合混沌遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法及简单遗传算法对认知无线电资源分配问题进行了仿真分析.结果表明,组合混沌遗传算法具有收敛速度快、搜索空间广、全局收敛等优点.相比其他三种算法,基于组合混沌遗传算法进行资源分配提高了认知无线电系统的传输速率,降低了系统的发射功率及误码率,同时加快了收敛速度.