搜索

文章查询

x

Vol. 61, No. 2 (2012)

2012年01月20日
总论 基本粒子物理学与场 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 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 地球物理学、天文学和天体物理学
总论
LiNbO3晶体中屏蔽光伏孤子自偏转的时空演化与可控因素
李文慧, 忽满利, 马志博, 种兰祥, 万云
2012, 61 (2): 020201. doi: 10.7498/aps.61.020201
摘要 +
基于带输运模型理论建立了LiNbO3晶体屏蔽光伏孤子的时空演化动力学方程, 用有限差分方法求解发现, LiNbO3晶体中明、暗屏蔽光伏孤子存在大的自偏转, 并且光孤子形状变得具有不对称性, 偏转方向的曲线斜率绝对值变大, 偏转反方向的曲线斜率绝对值变小. 分析研究表明影响其自偏转度和形变的因素包括受主浓度NA, 暗辐射强度Id 和外加电场E0 . 其他条件不变的情况下NA 越大, 明孤子的自偏转度与形变越小, 暗孤子的自偏转度与形变反而越大; 对于Id , 它对明暗孤子的影响是相同的, Id 越小, 晶体里诱导出的空间电荷场越容易达到饱和, 当信号光中心光强与暗辐射强度之比为10-1时无饱和现象产生; 随着E0 数值的增大, 明孤子的自偏转度和形变减小, 而暗孤子的自偏转度和形变反而增大.
(3+1)维Burgers扰动系统孤波的解法
许永红, 姚静荪, 莫嘉琪
2012, 61 (2): 020202. doi: 10.7498/aps.61.020202
摘要 +
研究了在物理模型中的一类扰动高维非线性Burgers系统. 利用经过改进的广义变分迭代方法, 构造了相应迭代关系式. 得到了扰动系统的孤波近似解.
一类非线性扰动Burgers方程的孤子变分迭代解法
吴钦宽
2012, 61 (2): 020203. doi: 10.7498/aps.61.020203
摘要 +
研究了一类非线性扰动Burgers方程的求解问题. 利用变分迭代方法, 首先引入一个泛函, 然后计算它的变分, 最后构造方程的迭代关系式, 得到了相应方程的孤子解的近似展开式.
磁场中带电粒子阻尼运动的分析力学表示
丁光涛
2012, 61 (2): 020204. doi: 10.7498/aps.61.020204
摘要 +
研究带电粒子在磁场中作阻尼运动的分析力学表示. 首先, 求解运动微分方程的Birkhoff力学逆问题, 得到带电粒子的4个Rirkhoff表示; 其次, 导出4个状态空间中Lagrange表示和对应的4个位形空间中Lagrange表示; 第三, 构造出4个Hamilton函数; 最后, 从粒子运动的分析力学表示直接得到4个第一积分, 并求出运动方程的解.
旁路耦合电弧焊温度场模拟及验证
石玗, 韩日宏, 黄健康, 樊丁
2012, 61 (2): 020205. doi: 10.7498/aps.61.020205
摘要 +
针对旁路耦合电弧焊的特点, 建立了一种适于用旁路耦合电弧焊的复合热源模型. 利用该热源模型对不同焊接参数下的旁路耦合电弧焊温度场进行了数值分析, 得到了总电流相同时不同旁路电流下的焊缝熔深、母材温度和特征点焊接热循环曲线的模拟结果, 分析了旁路耦合电弧焊焊接参数对母材热输入的影响, 并将特征点热循环曲线的模拟结果与相同条件下的试验结果进行了比较. 结果表明, 焊接总电流相同时母材热输入随着旁路电流的增加而降低, 且越靠近焊缝母材热输入的降幅越大, 特征点焊接热循环曲线的模拟结果与试验结果基本一致, 旁路耦合电弧焊温度场模型是合理的, 所建立的热源模型能够正确反映焊接参数与母材热输入之间的关系.
非均匀量子等离子体中的非线性波
毛杰健, 杨建荣, 李超英
2012, 61 (2): 020206. doi: 10.7498/aps.61.020206
摘要 +
本文探讨具有温度和密度梯度的非均匀量子等离子体系统, 获得了该系统在离子与中子碰撞频率较低情况下的二维非线性流体动力学方程. 求得了非均匀量子等离子体中的电势的冲击、爆炸和旋涡解.分析讨论了在致密天体物理环境中静电势的变化, 结果表明电势的冲击波的幅度和爆炸波的宽度,都随密度的增大(即随无维量子参量的减小)而增大, 但随漂移速度的增大(即随密度和温度梯度的增大)而减小; 静电势随时空相位的增大而趋向于稳定值, 系统最后达到稳定的状态. 旋涡解表明,旋涡静电势的时空分布呈现稳定的周期性的旋涡流.
冷动力喷涂法制备钨和钨合金涂层及其涂层的计算模拟
张小锋, 葛昌纯, 李玉杰, 郭双全, 刘维良
2012, 61 (2): 020207. doi: 10.7498/aps.61.020207
摘要 +
采用冷动力喷涂法以纯钨和钨-镍-铁合金为原料在铜合金基体上制备了钨涂层和钨-镍-铁涂层. 研究了冷喷涂过程中钨粉粒径、喷涂距离等因素对涂层性能的影响. 用扫描电子显微镜分析了涂层的表面、断面微观结构, 并用原子力显微镜测量了涂层的粗糙度. 此外, 计算了冷喷涂过程中粉末颗粒的实际速度, 并采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了冷喷涂过程中颗粒撞击基体时的变形情况.
单电子在含有双能级原子的空腔中的输运行为
史宏云, 陈贺胜
2012, 61 (2): 020301. doi: 10.7498/aps.61.020301
摘要 +
本文构造了一个含有双能级原子的空腔系统,用来模拟一个含有双能级量子点的微腔系统, 并研究其对电子输运行为的影响.通过对该系统输运方程的求解,给出了系统输运系数的具体表达式,然后通过调整空腔及原子的本征特性以及两者的耦合性质,研究了电子在腔体中的输运行为对腔体本征属性的依赖关系. 这些结果可以为如何操控电子在微观结构器件中的输运特性提供一定的理论支持.
三能级混合态的量子几何相位
饶黄云, 刘义保, 江燕燕, 郭立平, 王资生
2012, 61 (2): 020302. doi: 10.7498/aps.61.020302
摘要 +
把三能级开放系统的密度矩阵按照Gellmann矩阵展开,然后将展开系数和Bloch球中的方位角对应, 从而获得了Poincaré球内部点和复三维Hilbert空间的非单位矢量即波函数的映射.进一步建议用该非单位矢量来定义混合态的量子几何相位.结果显示该几何相位仅仅与复Hilbert投影空间的几何结构有关, 与开放系统具体的演化路径无关;并且该混合态的几何相位依赖于开放系统的反转粒子数,也是描述开放系统混合度的单值光滑曲线,这个结果意味着混合态的演化的确按照几何相位保持其运动记忆.此外,在纯态的限制下,Berry相位是本文定义的几何相位极限情况.
基于量子隐形传态的数据链路层选择重传协议
杨小琳, 周小清, 赵晗, 王朋朋
2012, 61 (2): 020303. doi: 10.7498/aps.61.020303
摘要 +
提出了数据链路层中基于量子隐形传态的量子选择重传协议.即在量子网络的两个站点进行通信时,发送方通过加入辅助量子比特位,把一系列的量子比特分成m帧.在连续传送m个量子帧后,接收方根据发送方所提供的经典信息,判断自己是否收到正确无误的量子帧.若接收方收到了正确的量子帧, 则用量子信道返回确认帧;若接收方没有收到量子帧或收到错误的量子帧, 则不返回否认帧.发送方在设定的时间内,根据收到的确认帧判断需要重发的量子帧.由于只重发丢失或出错的量子帧,该协议减少了通信过程的传播时延,提高了通信效率.在整个通信过程中,仅用经典信道传送测量信息,从而降低了经典信道的负担.
换流变分接头及直流控制器极限诱导分岔分析
谭涛亮, 张尧, 钟庆
2012, 61 (2): 020501. doi: 10.7498/aps.61.020501
摘要 +
本文研究了直流子系统整流站定电流逆变站定电压控制方式下逆变站换流变变比和熄弧角达到限值时交直流互联系统发生极限诱导分岔的情况.对系统遭遇硬限制时不会发生奇异诱导分岔的原因作了详细的探讨;发现系统发生极限诱导分岔时换流变变比需大于临界值并给出了不同类型极限诱导分岔临界值的计算公式.根据临界值对参数灵敏度的信息,可通过调整参数来消除分岔点以增大稳定域.分析了发电机励磁电压极限对换流变变比临界值及系统稳定域的影响.给出了发生此类极限诱导分岔的机理解释:换流变无功消耗的增加,换流站无功补偿的下降及控制方式的转换导致系统因无功缺乏失稳.
三层弱循环耦合可激发介质中螺旋波动力学
黎广钊, 陈永淇, 唐国宁
2012, 61 (2): 020502. doi: 10.7498/aps.61.020502
摘要 +
采用Bär模型研究了具有循环反馈耦合的三层可激发介质中的螺旋波动力学行为,数值模拟结果显示: 在耦合强度较小时, 在各子系统中可观察到螺旋波漂移或漫游; 当耦合强度稍大时, 相互作用既可以使螺旋波漫游或漂移出系统边界而使子系统回到静息态,还可以使子系统的螺旋波态转变为靶波或湍流态, 并观察到子系统的渐近态依赖初值现象; 继续增大耦合强度, 三个子系统的螺旋波可达到近似广义同步; 当耦合强度更大时, 螺旋波演化为湍流态.
钠离子和钾离子通道噪声扰动对神经网络时空模式的影响
刘少宝, 吴莹, 郝忠文, 李银军, 贾宁
2012, 61 (2): 020503. doi: 10.7498/aps.61.020503
摘要 +
研究了钠离子和钾离子通道噪声扰动对Hodgkin-Huxley神经网络放电时空模式的影响. 发现无论钠离子通道噪声还是钾离子通道噪声扰动, 当取定一组温度、噪声强度, 随着耦合强度的增大, 神经网络放电时空斑图总能演化出螺旋波, 而且存在形成螺旋波所需的临界耦合强度. 分析发现钠离子通道噪声有利于神经网络螺旋波的形成, 而钾离子通道噪声不利于螺旋波形成. 结果还表明较低的温度能够使神经网络对噪声更加敏感. 最后, 讨论了特定参数下螺旋波与靶波之间的转化现象.
铂族金属氧化过程中的簇发振荡及其诱发机理
李向红, 毕勤胜
2012, 61 (2): 020504. doi: 10.7498/aps.61.020504
摘要 +
铂族金属表面氧化过程是典型的多相催化反应之一, 具有广泛的应用背景及丰富的振荡行为, 因此深入研究铂族金属的氧化中的物理及化学过程具有重要的理论意义及工程应用前景. 通过对铂族金属CO的氧化过程中实测数据的回归分析, 建立了不同尺度耦合解析动力学理论模型. 通过对平衡态的稳定性分析, 指出在一定条件下稳态解会由鞍-结同宿轨道分岔导致周期振荡. 当快子系统产生Hopf分岔时, 该周期振荡会进一步演化为两尺度耦合的周期簇发振荡, 即Nk振荡, 并由加周期分岔使得系统处于激发态的时间显著增加.在此基础上, 利用分岔理论进一步分析了周期簇发及加周期分岔的产生机理, 揭示了周期簇发中沉寂态和激发态相互转化时的不同分岔模式.
基于微分同调和混沌分析的集成三相变流电路的降阶方法
查晓明, 张扬, 孙建军, 樊友平
2012, 61 (2): 020505. doi: 10.7498/aps.61.020505
摘要 +
本文针对两单元并联集成三相交直流变流电路, 推导出其在正弦脉宽调制 (SPWM) 下的一般仿射方程. 通过微分同调原理得到了降阶化简的判定条件和主要等值参数算法. 通过混沌分析的轨迹图描述了系统参数与不同条件的关系, 并针对该电路进行特征值计算, 证实该方法可以回避特征值的直接求解而降阶系统. 最后, 根据上述参数进行仿真分析, 验证了近似化简方法的有效性和适用范围.
一个具有完全四翼形式的四维混沌
余飞, 王春华, 尹晋文, 徐浩
2012, 61 (2): 020506. doi: 10.7498/aps.61.020506
摘要 +
本文通过引进一个非线性状态反馈控制器, 提出了一个新的四维混沌系统, 该混沌吸引子能在任何方向上都表现出四翼形式. 由于存在一个大的正李雅普诺夫指数, 混沌系统具有一些非常有趣和复杂的动力学行为. 对系统的一些基本动力学特性进行了数值模拟和理论分析, 如平衡点、耗散性、Poincaré映射、频谱、时域谱和混沌行为等. 通过对Lyapunov指数谱和分岔图的分析, 进一步研究了混沌行为的系统参数敏感性. 最后, 设计了一个实现四翼混沌系统的振荡电路, EWB观察结果与数值模拟结果具有良好的一致性.
非线性映射参数辨识的离散变分方法
曹小群, 张卫民, 宋君强, 朱小谦, 赵军
2012, 61 (2): 020507. doi: 10.7498/aps.61.020507
摘要 +
提出一种辨识非线性映射系统中未知参数的离散变分方法, 对以bmxk+1 = F(xk,)为状态控制方程的所有映射混沌系统具有通用性. 对典型的Logistic映射和Henn映射中的未知参数进行了估计, 仿真结果表明了该方法的有效性.
基于单驱动变量分数阶混沌同步的参数调制数字通信及硬件实现
曹鹤飞, 张若洵
2012, 61 (2): 020508. doi: 10.7498/aps.61.020508
摘要 +
通过单驱动变量设计了三维分数阶混沌系统通用的自适应同步控制器.基于参数调制原理, 利用单驱动变量分数阶混沌系统的同步,提出了一种新的通用型数字通信方案,对电路进行了仿真,同时搭建了实际硬件电路,结果显示接收信息和发送信息符合完好,验证了本方案的有效性和可行性.
时变时滞耦合两个不同复杂网络的自适应广义同步
王健安
2012, 61 (2): 020509. doi: 10.7498/aps.61.020509
摘要 +
针对具有时变时滞耦合的两个不同复杂网络, 研究其广义同步问题. 基于Barbalat引理, 设计非线性自适应控制器使得两个网络获得广义同步. 进一步研究了具有未知拓扑结构的两个网络的广义同步问题. 数值仿真表明了本文方法的有效性.
(3+1)维Burgers系统的新孤子解及其演化
蒋黎红, 马松华, 方建平, 吴红玉
2012, 61 (2): 020510. doi: 10.7498/aps.61.020510
摘要 +
在符号计算软件 Maple 的帮助下, 利用改进的投射法和变量分离法, 得到了(3+1)维 Burgers 系统的孤立波解. 根据得到的解, 构造出 Burgers 系统新颖的孤子结构, 研究了孤子的演化.
分形基底上刻蚀模型动力学标度行为的数值模拟研究
张永伟, 唐刚, 韩奎, 寻之朋, 谢裕颖, 李炎
2012, 61 (2): 020511. doi: 10.7498/aps.61.020511
摘要 +
为探讨分形基底结构对生长表面标度行为的影响, 本文采用Kinetic Monte Carlo(KMC)方法模拟了刻蚀模型(etching model)在谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上刻蚀表面的动力学行为. 研究表明,在两种分形基底上的刻蚀模型都表现出很好的动力学标度行为, 并且满足Family-Vicsek标度规律. 虽然谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底的分形维数相同, 但模拟得到的标度指数却不同, 并且粗糙度指数与动力学指数z也不满足在欧几里得基底上成立的标度关系+z=2. 由此可以看出, 标度指数不仅与基底的分形维数有关, 而且和分形基底的具体结构有关.

编辑推荐

锶原子互组跃迁谱的实验研究
王叶兵, 陈洁, 田晓, 高峰, 常宏
2012, 61 (2): 020601. doi: 10.7498/aps.61.020601
摘要 +
观测了热原子束中锶原子(5s2)1S0(5s5p)3P1 互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱, 实验测定了不同的参量下 88Sr(5s2)1S0(5s5p)3P1 互组跃迁荧光谱. 研究结果表明: 不同的实验参数(温度、激光光强、激光扫描频率)对谱线有较大的影响, (5s5p)3P1态的长寿命特点导致谱线强度随激光扫描频率呈倒数关系变化; 由于Doppler增宽, 渡越增宽等因素的影响, 谱线线宽远大于其自然线宽且随激光扫描频率呈正比关系变化.

编辑推荐

基于低温超导量子干涉器件的脑听觉激励磁场探测
张树林, 刘扬波, 曾佳, 王永良, 孔祥燕, 谢晓明
2012, 61 (2): 020701. doi: 10.7498/aps.61.020701
摘要 +
本文利用磁屏蔽室和二阶轴向梯度计抑制环境磁场噪声, 建立了单通道脑磁探测系统, 并对不用声音频率下脑听觉激励磁场N100m响应进行了初步探测.结果显示, 1000 Hz音频和100 ms持续声音激励下, N100m峰值的典型强度约为0.4 pT.在低的声音频率激励下, N100m峰出现延时, 100 Hz 和1000 Hz之间的延时差别达到25 ms.相比于1 kHz特定频率的声音激励, 14 kHz 随机变频下的N100m峰幅度增强, 出现了数毫秒的延时.本研究为下一步利用软件梯度计进行多通道脑磁系统和听觉机理研究奠定了一定的基础.
基于LED阵列的彩色视觉检测光源色度特性研究
祝振敏, 曲兴华, 毕超, 贾果欣, 张福民
2012, 61 (2): 020702. doi: 10.7498/aps.61.020702
摘要 +
彩色视觉成像是基于色度学理论的三刺激值法, 而光源的色度学特性是彩色成像的关键因素, 因此本文以色度学理论为基础, 计算并分析了用于彩色视觉检测的LED阵列光源的色度学特性, 并通过于标准D65光源进行对比, 研究了LED阵列光源的相关色温调节原理、范围, 以及白场平衡时的色度坐标、相关色温等. LED阵列光源具有相当宽泛的相关色温调节范围, 可调制出的颜色丰富, 色彩的表现能力更强, 色彩饱和度更高, 白场平衡R:G:B=254:237:90时的色度坐标、相关色温甚至比人工D65光源更加接近于白场的标准色度, 其颜色复现能力达到视觉允许的较优颜色复现效果. 因此LED阵列光源的色度学特性更加适用于彩色视觉检测.
基本粒子物理学与场
变质量非完整系统的Lagrange对称性与守恒量
张斌, 方建会, 张克军
2012, 61 (2): 021101. doi: 10.7498/aps.61.021101
摘要 +
本文研究变质量非完整系统的Lagrange对称性, 给出变质量非完整系统Lagrange对称性的判据, 得到变质量非完整系统Lagrange对称性导致的守恒量及其存在的条件, 并举例说明结果的应用.
变质量完整系统的共形不变性和Noether对称性及Lie对称性
陈蓉, 许学军
2012, 61 (2): 021102. doi: 10.7498/aps.61.021102
摘要 +
研究变质量完整系统在无限小变换下的共形不变性与Noether对称性和Lie对称性.首先,给出了变质量完整系统的共形不变性的定义;其次,研究了系统的共形不变性与Noether对称性之间的关系,得到了共形不变性导致的Noether守恒量;最后,研究了系统的共形不变性与Lie对称性之间的关系,得到了共形不变性同时是Lie对称性导致的Hojman守恒量.最后举例说明了结果的应用.
类磁控管结构的理论分析
李伟, 刘永贵
2012, 61 (2): 021103. doi: 10.7498/aps.61.021103
摘要 +
利用场匹配法得到了类磁控管结构的色散关系以及场函数表达式的同时, 利用高频电磁场分析软件验证了所得结果正确性, 并改变结构参数考察了截止频率的变化情况. 最终结果表明: 在保证其他参量不变的前提下,π模截止频率随外半径的减小, 内半径的增大或谐振腔数的增多而提高, 随谐振腔张角的增大而降低. 所得结果对于分析同轴辐射相对论磁控管的模式转换和传输特性奠定了基础.
原子和分子物理学
Fe, S共掺杂SnO2材料第一性原理分析
逯瑶, 王培吉, 张昌文, 冯现徉, 蒋雷, 张国莲
2012, 61 (2): 023101. doi: 10.7498/aps.61.023101
摘要 +
本文采用基于第一性原理的全电势线性缀加平面波(FP-LAPW)法, 计算了Fe, S两种元素共掺杂SnO2材料的电子结构和光学性质. 结果表明: 材料仍为直接禁带半导体, 体系呈现半金属性; Fe, S共掺可以窄化带隙, 且随S浓度增加, 态密度向低能方向移动, 带隙减小; 共掺体系电荷密度重新分布, 随S浓度增加, Fe原子极化程度增强, 原子间键合能力增强. 共掺后介电函数虚部谱与光学吸收谱各峰随S浓度增加而发生红移, 光学吸收边减小.
A-Z-A型石墨烯场效应晶体管吸附效应的第一性原理研究
秦军瑞, 陈书明, 张超, 陈建军, 梁斌, 刘必慰
2012, 61 (2): 023102. doi: 10.7498/aps.61.023102
摘要 +
利用第一性原理的计算方法, 研究了A-Z-A型GNR-FET的电子结构和输运性质及其分子吸附效应. 得到了以下结论: 纯净的A-Z-A型GNR-FET具有典型的双极型晶体管特性, 吸附分子的存在会使纳米带能隙变小. 对于吸附H, H2, H2O, N2, NO, NO2, O2, CO2和SO2分子的情况, A-Z-A型GNR-FET仍然保持着场效应晶体管的基本特征, 但吸附不同类型的分子会使GNR-FET的输运特性发生不同程度的改变; 对于吸附OH分子的情况, 输运特性发生了本质的改变, 完全不具有场效应晶体管的特性. 这些研究结果将有助于石墨烯气体探测器的工程实现, 并对应用于不同环境中GNR-FET的设计具有重要指导意义.
BC5力学性质的第一性原理计算
李德华, 苏文晋, 朱晓玲
2012, 61 (2): 023103. doi: 10.7498/aps.61.023103
摘要 +
采用平面波赝势密度泛函理论方法对060 GPa静水压下BC5 六角晶系P3m1和四方晶系I4m2结构的平衡态晶格常数、弹性常数、各向异性以及泊松比与Cauchy扰动进行了研究. 研究结果表明, BC5的两种结构在高压下是稳定的, 且不可压缩性随着压强的增加而增大. 另外, 对其电子结构也进行了计算, 计算结果表明, BC5存在一个较宽的带隙, 两种原子间有较强的共价杂化, 材料的性质主要由B的2p1和C的2p2态电子共同决定. 压强对材料带隙和费米能级附近的态密度几乎没有影响, 只引起微小的漂移, 可推断其很好的高压稳定性.
碱金属Li,Na,K,Rb,Cs,Fr的ns2S1/2,np2P1/2,3/2, nd2D3/2,5/2 和nf2F5/2,7/2 里德伯能级理论研究
李心梅, 阮亚平, 钟志萍
2012, 61 (2): 023104. doi: 10.7498/aps.61.023104
摘要 +
本文在多通道量子数亏损理论(MQDT)框架下,利用相对论多通道理论(RMCT),分别在冻结实近似、 考虑l=-1的偶极极化效应、l=+1的偶极极化效应、l= 1的偶极极化效应、伸缩模效应以及同时考虑偶极极化效应和伸缩模效应等不同层次近似下,系统地计算了碱金属Li, Na, K, Rb, Cs和Fr七个里德伯系列的能级,即ns2S1/2, np2P1/2, np2P3/2, nd2D3/2, nd2D5/2, nf2F5/2 和nf2F7/2.计算结果表明,电子关联效应对碱金属原子的里德伯能级的影响很大.总的来说,偶极极化效应比伸缩模效应重要,而在偶极极化效应中, l = + 1的偶极极化效应比l = - 1的偶极极化效应重要.但对于Na的ns2S1/2,(nd2D3/2,nd2D5/2)里德伯系列的能级,和Li的(np2P1/2,np2P3/2)里德伯系列的能级,是伸缩模效应比较重要.
一维Bose-Hubbard模型的孤子激发
谢元栋
2012, 61 (2): 023201. doi: 10.7498/aps.61.023201
摘要 +
对一维玻色-哈伯模型进行了细致的研究, 得出了无界空间中的孤子解, 还求出了周期性边界条件下的精确椭圆函数波解和孤子解, 并得出了解的能量和有效质量.
相关多普勒光学层析成像
黄良敏, 丁志华, 洪威, 王川
2012, 61 (2): 023401. doi: 10.7498/aps.61.023401
摘要 +
提出了基于互相关的多普勒OCT(correlated Doppler optical coherence tomography, CD-OCT)方法, 能够有效的抑制噪声, 实现低信噪比条件下的流速探测. 对CD-OCT算法进行了详细的推导, 分析了噪声的相关性对该算法结果的影响, 最后基于谱域和时域联合探测方法(joint spectral and time domain optical coherence tomography, STD-OCT)以及CD-OCT算法的对比实验证明了该算法能够进一步实现信噪比的提高, 使测量的结果更为稳定.
基于后向轨迹追踪模式分析SACOL气溶胶来源及其光学特性
李霞, 张镭
2012, 61 (2): 023402. doi: 10.7498/aps.61.023402
摘要 +
利用2007年11月至2010年10月NCEP/NCAR再分析资料和HYSPLIT模式模拟了后向气流轨迹, 分析了兰州大学半干旱气候环境观测站(SACOL)所在地区的大气输送特征. 采用聚类分析方法将1096条轨迹分类, 得到15簇反映主要特征的典型气流, 研究了不同气流特征、出现频数及季节分布特点, 与主要天气形势和天气系统的关系. 统计主要气流路径所占比例, 其中源于四川和重庆的气流占总路径的16%, 为影响SACOL的主要路径, 其次为源于局地和陕西的气流, 路径最少的是东欧和孟加拉国. 结合同期MFRSR地基辐射计反演的870nm气溶胶光学厚度和波长指数, 分析了不同气团源控制下的气溶胶光学特性和粒子性质特征. 揭示了最大平均气溶胶光学厚度达0.29 0.12(平均值 标准差), 气团源于塔克拉玛干沙漠; 最小平均光学厚度的气团源于孟加拉国, 为0.14 0.02. 根据研究站点周围环境条件和气团源区地理条件以及移动轨迹, 分析其可能影响, 并定量给出不同源区气团对SACOL三年平均气溶胶光学厚度的贡献率. 结果表明, 源于局地和区域性气团贡献平均光学厚度的41.1%, 沙尘区贡献28.4%, 中亚为17.9%, 远距离东欧和中东为12.6%.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
微波时间反演系统的空间超分辨率机理
陈英明, 王秉中, 葛广顶
2012, 61 (2): 024101. doi: 10.7498/aps.61.024101
摘要 +
时间反演系统中存在亚波长结构是系统展示空间超分辨特性的必要条件. 在近场, 信号是通过占主导地位的库仑场来传输的, 而库仑场的分辨率极限只与散射体的线度和空间分布有关, 因此可以突破微波衍射极限实现空间超分辨.
垂直入射条件下金属环的谐振特性
陈娟, 张安学, 田春明
2012, 61 (2): 024102. doi: 10.7498/aps.61.024102
摘要 +
本文研究垂直入射条件下水平极化和垂直极化时金属开口谐振环(split ring resonator, SRR)的电磁响应行为. 通过分析这两种情况下的透射系数、介电常数和磁导率, 发现垂直极化时, SRR可以产生电谐振实现负介电常数, 其频段远高于磁谐振频段; 水平极化时, SRR只能产生磁谐振实现负磁导率, 其频段与水平入射时的SRR的磁谐振频段相对应. 通过仿真对此进行了证明, 并对产生电谐振和磁谐振的原因进行了分析.
高功率激光光束经颗粒污染后的近场衍射效应
张国文, 卢兴强, 曹华保, 尹宪华, 吕凤年, 张臻, 李菁辉, 王仁贵, 马伟新, 朱俭
2012, 61 (2): 024201. doi: 10.7498/aps.61.024201
摘要 +
采用高功率激光驱动器设计软件Laser designer数值研究了激光光束经颗粒污染后的近场衍射特性. 对颗粒污染所产生的调制进行了分类, 并详细分析了真空和石英玻璃中, 振幅调制型和位相调制型颗粒污染对光束近场的影响. 研究结果表明, 无论在真空或石英玻璃中, 位相型颗粒污染对高功率激光光束的近场调制影响较大. 且在石英玻璃中, 位相型硬边颗粒污染所引起的高功率激光光束小尺度自聚焦热像调制现象相当严重. 而由颗粒污染引起光束强区的横向偏移, 却在一定程度对小尺度自聚焦有抑制作用.
太赫兹激励的红外热波检测技术
陈大鹏, 邢春飞, 张峥, 张存林
2012, 61 (2): 024202. doi: 10.7498/aps.61.024202
摘要 +
本文的目的在于探索一种新的适用于红外热波检测技术的热激励方式太赫兹(THz)热激励. 文中介绍了THz波周期性热激励的热传导理论模型; 尝试利用返波振荡器(返波管backward wave oscillator, BWO)太赫兹源对一块碳纤维基底吸波涂层板进行周期性THz热激励, 红外热像仪连续观测和记录试件表面温场变化, Canny边缘算法处理热图像显示缺陷; 检测结果与闪光灯脉冲激励的结果进行比较, 讨论了太赫兹波激励红外热波检测技术可能的优势. 实现了THz技术与红外热波无损检测技术的结合.
一种新型的双向长距离光纤混沌保密通信系统性能研究
刘宇然, 吴正茂, 吴加贵, 李萍, 夏光琼
2012, 61 (2): 024203. doi: 10.7498/aps.61.024203
摘要 +
基于两个在驱动混沌信号注入下的响应半导体激光器之间的混沌同步, 提出了一种新型的可实现信息双向、长距离保密传输的系统, 并建立了相应的理论模型. 利用该理论模型, 研究了系统的双向传输性能、安全性能以及系统性能随传输距离的变化. 结果表明: 两个响应激光器在受到发自同一驱动混沌激光器的混沌光注入下, 其混沌输出虽然与注入混沌信号相差很大, 但两个响应激光器的混沌输出却能实现非常好的无时间延迟的等时同步; 对窃听者可能获取信息的各个途径进行了考察, 结果显示该系统具有很好的安全性; 采用普通单模光纤作为传输信道, 信息经过50 km传输后, 解调信息Q因子可达到6以上; 采用色散位移光纤, 信息经过200 km的传输, 解调信息Q因子还可达6以上.
机载多轴差分吸收光谱技术获取对流层NO2垂直柱浓度的研究
徐晋, 谢品华, 司福祺, 李昂, 刘文清
2012, 61 (2): 024204. doi: 10.7498/aps.61.024204
摘要 +
介绍了一种基于机载平台获取对流层NO2垂直柱浓度的多轴差分吸收光谱技术. 研究了利用差分吸收光谱技术结合不同观测角度的测量光谱反演差分斜柱浓度, 并利用辐射传输模型SCIATRAN计算对流层NO2垂直柱浓度的方法. 研究了不同海拔高度、不同地面反照率以及不同太阳天顶角等条件对天顶和天底两个观测角度的大气质量因子的影响. 报道了该系统在2008年12月10日在珠三角地区的实验结果, 结合天顶和天底两个方向反演得到了珠三角地区对流层NO2垂直柱浓度的分布信息. 同时还将机载测量结果跟安装在珠海市的一台地基多轴差分吸收光谱仪的结果进行了对比, 二者相差仅为8%. 实验结果表明, 机载多轴DOAS技术可以实现对大区域对流层NO2浓度的快速获取.
大气廓线参数反演中基于大气可反演指数的正则化参数选择方法
何明元, 杜华栋, 龙智勇, 黄思训
2012, 61 (2): 024205. doi: 10.7498/aps.61.024205
摘要 +
以大气可反演指数为指标, 采用Nelder-Mead单纯形法求解方法, 提出了一种卫星遥感资料反演大气廓线算法中动态的正则化参数选择方案. 同时针对四条典型区域廓线, 进行了选择试验. 从选择结果看, 不同廓线所对应的最优正则化参数变化幅度非常小, 因此在实际反演过程中, 为提高计算效率, 可近似取正则化参数为固定值. 这为利用卫星遥感资料进行大气廓线反演问题中正则化参数的选择提供了一种可借鉴的方法.
非晶熔石英表面等离子体刻蚀过程中的表面晶化研究
王锋, 吴卫东, 蒋晓东, 唐永建
2012, 61 (2): 024206. doi: 10.7498/aps.61.024206
摘要 +
本工作采用电子回旋共振(ECR)低压等离子体刻蚀技术, 刻蚀非晶熔石英表面. Ar/CF4为反应气体刻蚀后再经O等离子体钝化, 非晶熔石英表面出现晶化现象. 晶化层约几百纳米厚. Ar/CF4在ECR的电磁场作用下产生F离子与C离子, F离子使熔石英表面的Si-O共价键断裂, 并释放出O离子. C离子与O离子迅速键合生成CO2, 而被断键的Si原子与四个F原子键合生成气态SiF4. 熔石英原始表面被去除的同时, 在新的表面留下大量不饱和Si原子. 不饱和Si原子在高温条件下被O等离子钝化, 形成结晶态方石英.
基于大数值孔径环形光锥照明的超分辨光学显微成像方法研究
支绍韬, 章海军, 张冬仙
2012, 61 (2): 024207. doi: 10.7498/aps.61.024207
摘要 +
提出和发展了一种基于大数值孔径环形光锥照明的远场超分辨光学显微成像新方法, 采用将发光二极管(LED)面光源、窄带滤光和环形光锥照明相结合的特种照明方式, 实现超分辨显微成像. 建立了大数值孔径环形光锥照明成像的物理模型, 根据标量衍射理论, 在不同环形光锥照明时, 推导出光学显微系统像面衍射斑光强分布的理论计算公式; 通过Matlab求解和绘图, 得到衍射斑光强的分布图样, 从理论上证明这一成像方法可以有效提高光学显微镜的分辨率; 建立了相应的显微成像系统, 通过实验验证了该方法可有效改善显微镜的成像质量, 显著提高分辨率; 在中心波长450 nm、环形光锥数值孔径1.1251.25时, 实验获得的分辨率至少优于150 nm, 与理论研究结果相符合, 从而证明了这一方法的可行性.
线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性
周国泉
2012, 61 (2): 024208. doi: 10.7498/aps.61.024208
摘要 +
利用稳相法和矢量结构理论, 导出了线偏振拉盖尔-高斯光束的矢量结构项TE项和TM项在远场的解析表达式. 进而利用TE项和TM项的远场能流分布, 给出了TE项和TM项的功率占总功率比例的度量式,同时还给出了线偏振拉盖尔-高斯光束、TE项和TM项三者远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系式. 所得到的公式不仅适用于傍轴情形,而且还适用于非傍轴情形. 通过数值计算, 分析了TE项和TM项在远场的功率占总功率的比例与参数f和模数间的依赖关系;还分析了拉盖尔-高斯光束、TE项和TM项的远场发散角随参数f、模数和线偏振角的变化关系.这一研究从矢量结构本性揭示了线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性, 丰富了对其传输特性的认识.
0-3型压电复合材料覆盖层水下吸声性能的理论研究
于利刚, 李朝晖, 马黎黎
2012, 61 (2): 024301. doi: 10.7498/aps.61.024301
摘要 +
目前压电分流阻尼技术在振动和噪声领域的应用得到了广泛的关注. 本文尝试将压电分流阻尼技术应用于水下吸声领域, 以提高覆盖层的吸声性能. 将压电覆盖层厚度模态的机电方程和声波传播的传递矩阵相结合, 建立一维电声模型. 该模型可以用于分析多层压电和非压电水下吸声覆盖层的吸声性能. 采用该模型分析了0-3型压电复合材料覆盖层的水下吸声性能. 压电复合材料的参数是采用Furukawa的模型计算的. 研究结果表明, 采用合适的分流电阻, 负电容分流电路可以在较宽的频率范围显著提高覆盖层的吸声性能. 其原理可以从阻抗匹配的角度解释, 负电容分流电路可以调整压电覆盖层的表面声阻抗, 使之与水的特性声阻抗相匹配.
双颗粒在溶解条件下沉降的多相流动特性
仝志辉, 刘汉涛, 常建忠, 安康
2012, 61 (2): 024401. doi: 10.7498/aps.61.024401
摘要 +
对牛顿流体内溶解双颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 流体运动由守恒方程计算, 密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响, 通过积分粘性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动, 溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定. 通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合. 对双颗粒在等温流体无溶解条件和非等温流体溶解条件下的沉降过程进行了计算. 结果表明, 在一定雷诺数内, 热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒质量、颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动, 并使颗粒沉降速度发生了变化.
具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁在非惯性坐标系下的动力学分析
和兴锁, 闫业毫, 邓峰岩
2012, 61 (2): 024501. doi: 10.7498/aps.61.024501
摘要 +
本文针对具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁, 导出其在运动规律已知的非惯性坐标系下的动力学方程. 通过计算分析, 发现在本文精确模型下, 其各矩阵项较原来的一次耦合模型增加了两类耦合项. 通过仿真研究, 发现由于这两类耦合项的作用造成了附加刚度项K1、动力刚度项Kd 的变化, 而刚度项对结构的动力学特性具有较大的影响.
力学系统的二阶梯度表示
楼智美, 梅凤翔
2012, 61 (2): 024502. doi: 10.7498/aps.61.024502
摘要 +
研究力学系统运动微分方程的梯度表示以及二阶梯度表示. 将完整和非完整力学系统的微分方程在正则坐标下表出. 给出系统成为梯度系统以及二阶梯度系统的条件. 举例说明结果的应用.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
内掺过渡金属非典型富勒烯M@C22(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 几何结构、电子结构、稳定性和磁性的密度泛函研究
唐春梅, 郭微, 朱卫华, 刘明熠, 张爱梅, 巩江峰, 王辉
2012, 61 (2): 026101. doi: 10.7498/aps.61.026101
摘要 +
采用密度泛函理论中广义梯度近似对非典型富勒烯C22和过渡金属内掺衍生物M@C22(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni)的几何结构和电子结构进行计算研究.发现非典型富勒烯C22的基态结构是含有一个四碳环的单重态笼状结构.过渡金属原子的掺入明显提高了体系的稳定性. C-M键既有一定共价性又有一定离子性.磁性、能级图、轨道分布和态密度图分析表明:M原子的3d轨道和碳笼的C原子的原子轨道之间存在较强的轨道杂化. Ti, Cr, Fe和Ni内掺的结构出现磁性完全猝灭现象. Sc和碳笼间是弱反铁磁作用, V,Mn和Co与碳笼间是弱铁磁作用.
沟道宽长比对深亚微米NMOSFET总剂量辐射与热载流子损伤的影响
崔江维, 余学峰, 任迪远, 卢健
2012, 61 (2): 026102. doi: 10.7498/aps.61.026102
摘要 +
本文对不同沟道宽长比的NMOSFET进行了辐射与热载流子应力的试验研究,电参数测量数据表明: 虽然两种损伤的原理具有相似之处,但总剂量辐射与热载流子的损伤表现形式及对沟道宽长比的依赖关系均不同.辐射损伤的最大特点是关态泄漏电流增加,并且损伤与沟道宽长比成反比;热载流子损伤会造成跨导等参数的显著变化,但关态泄漏电流无明显改变,并且损伤随沟道长度与宽度的减小而增大.从二者基本原理出发,结合宏观参数的表现形式,文中对辐射与热载流子损伤进行了详细分析,认为造成二者损伤差异及对沟道宽长比不同依赖关系的原因在于辐射与热载子注入引入的陷阱电荷部位不同.因此对两种损伤进行加固时应重点从器件设计尺寸、结构等方面综合考虑.
高强混凝土气体炮试验与高压状态方程研究
蒋国平, 焦楚杰, 肖波齐
2012, 61 (2): 026701. doi: 10.7498/aps.61.026701
摘要 +
采用一级气炮加载技术和锰铜压力计测试技术, 对C100混凝土在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量和分析. 基于锰铜压力计测量的压力波形, 通过拉格朗日分析得到了各拉氏位置的相关物理量, 实测压力波形显示: 不同位置处的压力波形在迅速上升至峰值后均随时间逐渐衰减, 而冲击波峰值又随传播距离而衰减,于是将损伤引入状态方程, 再从这些物理量出发, 得到了多项式形式Grüneisen型状态方程中的各项系数.
含扭转晶界位错Al金属拉伸强度第一性原理预测
王如志, 徐利春, 严辉, 香山正宪
2012, 61 (2): 026801. doi: 10.7498/aps.61.026801
摘要 +
本文基于密度泛函理论第一原理方法,从影响力学性能本质的电子结构计算上,对含Σ 5{001}扭转晶界位错Al金属拉伸强度进行了预测,发现其理论拉伸强度达到8.73 GPa,临界应变为 24%.拉伸强度低于文献报道(Phys. Rev. B 75, 174101 (2007))的倾斜晶界位错Al金属的理论拉伸强度9.5 GPa,但其临界应变却远大于倾斜晶界的16%.本研究结果表明,通过工艺参数控制,改变缺陷形态,可极大地改变其力学性能.进一步地,从电子结构层次上, 分析了含晶界位错Al金属拉伸断裂行为的实质,通过分析电荷密度分布、键长变化等,发现其断裂处发生在晶界处;理论计算结果将对Al金属结构设计及力学性能改善具有重要的指导作用.
NiO透明导电薄膜的制备及在聚合物太阳能电池中的应用
肖正国, 曾雪松, 郭浩民, 赵志飞, 史同飞, 王玉琦
2012, 61 (2): 026802. doi: 10.7498/aps.61.026802
摘要 +
采用磁控溅射法制备出透明导电氧化物NiO薄膜.椭偏(SE)测试表明NiO薄膜在可见光区域透光性良好,通过调节生长、退火温度可调控NiO的折射率.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段研究表明,通过退火、改变衬底温度等,可有效改变NiO薄膜的晶体结构以及表面形貌,实现对NiO导电性的调控. 采用优化后的NiO材料为阳极阻挡层制备出的聚合物太阳能电池器件的效率为2.26%,是同等条件下采用 PEDOT:PSS阻挡层的电池器件的3倍以上.
水/空气界面纳米颗粒单层膜流变特性的锥体压入法研究
臧渡洋, 张永建
2012, 61 (2): 026803. doi: 10.7498/aps.61.026803
摘要 +
本文提出了利用锥体压入法研究水/空气界面上SiO2纳米颗粒单层膜流变特性的新方法. 通过锥体的压入和上升使单层膜产生应变, 实时测定锥体压入-上升循环过程中表面压的变化. 实验表明, 表面压的尖锐变化是由单层膜受到的拉伸应变导致的. 表面压变化的幅度d 和弛豫时间显著依赖于颗粒在界面的吸附能, 因而随颗粒润湿性而发生明显变化. d 和分别与单层膜的弹性和黏性相关. 这些结果表明, 该方法有可能为深入研究纳米颗粒单层膜的流变性质提供新的途径.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
-AlON晶体电子结构和光学性质研究
潘磊, 卢铁城, 苏锐, 王跃忠, 齐建起, 付佳, 张燚, 贺端威
2012, 61 (2): 027101. doi: 10.7498/aps.61.027101
摘要 +
本研究在基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)框架下, 采用局域密度近似(LDA)和赝势平面波方法, 计算了平衡结构尖晶石型 -AlON的态密度和光学性质参数.结合表征电子结构的态密度, 分析了 -AlON在030 eV范围内的复介电函数以及由其导出的折射率、反射谱、 吸收谱等.理论计算得出: -AlON零频介电常数1(0)=2.60, 折射率n0=1.61, 在红外到近紫外以及20.23 eV以上的紫外波段,其光吸收趋近于零, 表现为光学透明. 理论计算结果与相关实验数据相一致, 为 -AlON在光学窗口及头罩材料等方面的应用提供了理论依据和参考.
B在Hg0.75Cd0.25Te中掺杂效应的第一性原理研究
唐冬华, 薛林, 孙立忠, 钟建新
2012, 61 (2): 027102. doi: 10.7498/aps.61.027102
摘要 +
基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过形成能和束缚能的计算研究了B在Hg0.75Cd0.25Te 中的掺杂效应.结果表明B在Hg0.75Cd0.25Te中存在着两种主要形态:第一种是在完整的 Hg0.75Cd0.25Te材料中B稳定存在于六角间隙位置而非替位.此时,B形成容易激活的三级施主使材料表现为n型.另一种是在有Hg空位存在的Hg0.75Cd0.25Te中B更容易与Hg空位结合形成缺陷复合体,其束缚能达到了0.96 eV.这种复合体在Hg0.75Cd0.25Te材料中形成单施主也使材料表现为n型.考虑到辐照损伤形成的Hg空位受主,这种B与Hg空位的复合体是制约B离子在MCT中注入激活的一个重要因素.
AlGaN/GaN量子阱中子带的Rashba自旋劈裂和子带间自旋轨道耦合作用研究
李明, 张荣, 刘斌, 傅德颐, 赵传阵, 谢自力, 修向前, 郑有炓
2012, 61 (2): 027103. doi: 10.7498/aps.61.027103
摘要 +
首先把本征值方程投影到导带的子空间中, 进而得到AlGaN/GaN量子阱中第一、二子带的Rashba自旋劈裂系数(1,2)和子带间自旋-轨道耦合系数12. 然后自恰求解薛定谔方程和泊松方程计算了不同栅压的量子阱中的1,2和12, 并分别讨论了量子阱阱层、左右异质结界面和垒层对它们的贡献. 结果表明可以通过栅压来调节自旋-轨道耦合系数, 子带间自旋轨道耦合系数12比Rashba自旋劈裂系数1,2小, 但基本在同一数量级.
铂掺杂扶手椅型石墨烯纳米带的电学特性研究
许俊敏, 胡小会, 孙立涛
2012, 61 (2): 027104. doi: 10.7498/aps.61.027104
摘要 +
本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了铂原子填充扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)中双空位结构的电学性能.计算结果表明: 通过控制铂原子的掺杂位置, 可以实现纳米带循环经历小带隙半导体金属大带隙半导体的相变过程; 纳米带边缘位置是铂原子掺杂的最稳定位置, 边缘掺杂纳米带的带隙值随宽度的变化与本征AGNR一样可用三簇曲线表示, 但在较大宽度时简并成两条曲线, 一定程度上抑制了带隙值的振荡; 并且铂原子边缘掺杂导致宽度系数Na = 3p和3p + 1(p是一个整数)的几个较窄纳米带的带隙中出现杂质能级, 有效地降低了其过大的带隙值. 此外, 铂掺杂AGNR的能带结构对掺杂浓度不是很敏感, 从而降低了对实验精度的挑战. 本文的计算有利于推动石墨烯纳米带在纳米电子学方面的应用.
小分子掺杂高分子半导体薄膜中异质结结构光谱学特性研究
刘宁, 张新平, 窦菲
2012, 61 (2): 027201. doi: 10.7498/aps.61.027201
摘要 +
利用稳态吸收和荧光光谱学、瞬态荧光光谱学(时间相关单光子计数技术)系统研究了EPPTC掺杂的F8BT薄膜异质结结构中激发复合体的形成机理和荧光发射特性,并表征了其特征光谱和荧光发射寿命. 其特征主要体现在显著延长的荧光发射寿命和红移的荧光发射光谱.这对于理解有机半导体材料异质结结构形成的机理和光物理学特性研究提供了多方面的实验依据.同时,由于这两种材料混合后的吸收光谱较宽范围地覆盖了可见光谱区,这样的有机半导体掺杂工艺对于有机光伏器件和太阳能电池器件的应用研究具有重要意义.
栅漏间表面外延层对4H-SiC功率MESFET击穿特性的改善机理与结构优化
宋坤, 柴常春, 杨银堂, 张现军, 陈斌
2012, 61 (2): 027202. doi: 10.7498/aps.61.027202
摘要 +
本文提出了一种带栅漏间表面p型外延层的新型MESFET结构并整合了能精确描述4H-SiC MESFET工作机理的数值模型,模型综合考虑了高场载流子饱和、雪崩碰撞离化以及电场调制等效应. 利用所建模型分析了表面外延层对器件沟道表面电场分布的改善作用,并采用突变结近似法对p型外延层参数与器件输出电流(Ids)和击穿电压(VB)的关系进行了研究.结果表明,通过在常规MESFET漏端处引入新的电场峰来降低栅极边缘的强电场峰并在栅漏之间的沟道表面引入p-n结内建电场进一步降低电场峰值,改善了表面电场沿电流方向的分布.通过与常规结构以及场板结构SiC MESFET的特性对比表明,本文提出的结构可以明显改善SiC MESFET的功率特性.此外,针对文中给定的器件结构,获得了优化的设计方案,选择p型外延层厚度为0.12 upm,掺杂浓度为5 1015 cm-3,可使器件的VB提高33%而保持Ids基本不变.

编辑推荐

HgCdTe反型层的磁输运性质
高矿红, 魏来明, 俞国林, 杨睿, 林铁, 魏彦锋, 杨建荣, 孙雷, 戴宁, 褚君浩
2012, 61 (2): 027301. doi: 10.7498/aps.61.027301
摘要 +
利用成本低廉的液相外延技术, 成功制备了具有金属-绝缘体-半导体结构的HgCdTe场效应管器件. 在该器件中, 观察到清晰的Shubnikov-de Hass振荡和量子霍尔平台, 证明样品具有较高的质量. 测量零场附近的磁阻曲线, 在HgCdTe-基器件中观察到反弱局域效应, 表明样品中存在较强的自旋-轨道耦合作用. 利用Iordanskii-Lyanda-Pikus理论, 很好地拟合了反弱局域曲线. 由拟合得到的自旋分裂能随电子浓度的增大而增大, 最大达到9.06 meV. 根据自旋分裂能得到的自旋-轨道耦合系数同样随电子浓度的增大而增大, 与沟道较宽的量子阱中所得到的结果相反.
非聚焦电子束照射SiO2薄膜带电效应
李维勤, 张海波, 鲁君
2012, 61 (2): 027302. doi: 10.7498/aps.61.027302
摘要 +
采用考虑电子散射、俘获、输运和自洽场的三维数值模型, 模拟了低能非聚焦电子束照射接地SiO2薄膜的带电效应. 结果表明, 由于电子的迁移和扩散, 电子会渡越散射区域产生负空间电荷分布. 空间电荷呈现在散射区域内为正, 区域外为负的交替分布特性. 对于薄膜负带电, 电子会输运至导电衬底形成泄漏电流, 其暂态过程随泄漏电流的增加趋于平衡. 而正带电暂态过程随返回二次电子的增多而趋于平衡. 在平衡态时, 负带电表面电位随薄膜厚度、陷阱密度的增大而降低, 随电子迁移率、薄膜介电常数的增大而升高;而正带电表面电位受它们影响较小.
内应力对Mn2NiGa铁磁形状记忆合金的结构、相变和磁性能的影响
宋瑞宁, 朱伟, 刘恩克, 李贵江, 陈京兰, 王文洪, 李祥, 吴光恒
2012, 61 (2): 027501. doi: 10.7498/aps.61.027501
摘要 +
通过施加压应力的方法,在铁磁形状记忆合金Mn2NiGa中引入残留内应力,研究了内应力对Mn2NiGa材料的结构、相变和磁性能的影响.研究发现,加压过程使材料发生了塑性形变,在材料内部引入了大量的位错缺陷.卸载后保留的位错缺陷在材料中造成了残留的内应力,导致了马氏体相变温度大幅度提高, 使原本室温下的母相转变成了马氏体相.测量到导致样品转变成马氏体的阈值压应力为1.0 GPa.加压形成的马氏体中的残留内应力将矫顽力从低于50 Oe提高到350 Oe.残留内应力在730 K的热处理中由于位错缺陷的消失而得以消除,样品实现了马氏体逆相变.如此高的逆相变温度使得 Mn2NiGa马氏体的居里温度测量成为可能,获得了530K的数值.
Heusler合金Fe2CrGa的磁性与结构
朱伟, 刘恩克, 张常在, 秦元斌, 罗鸿志, 王文洪, 杜志伟, 李建奇, 吴光恒
2012, 61 (2): 027502. doi: 10.7498/aps.61.027502
摘要 +
采用KKR-CPA-LDA方法研究了不同混乱占位时Fe2CrGa合金基态的电子结构和磁结构. 基态能量表明Fe2CrGa合金更倾向于形成Hg2CuTi型有序结构,而不是L21结构. 能态密度(DOS)分析进一步揭示受晶体场影响的磁性原子内部交换作用是使Fe2CrGa合金形成 Hg2CuTi型有序结构的主要原因.测量了不同热处理所得Fe2CrGa合金的居里温度和分子磁矩, 发现原子占位有序化可以在137K温度范围内调控合金的居里温度.分子磁矩随有序化占位也有相应变化, 分布在2.28B/f.u.2.48B/f.u.之间.理论计算和实验对比可证明Fe2CrGa合金是Hg2CuTi型Heusler合金.
氧空位对Co掺杂TiO2稀磁半导体中杂质分布和磁交换的影响
孙运斌, 张向群, 李国科, 杨海涛, 成昭华
2012, 61 (2): 027503. doi: 10.7498/aps.61.027503
摘要 +
本文使用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Co掺杂TiO2稀磁半导体中氧空位对体系能量和磁性的影响. 通过对总能量的计算发现当引入氧空位后近邻杂质体系能量高于均匀掺杂体系, 同时氧空位易在Co近邻位置富集. 进而发现氧空位的存在及其占位可以影响Co离子间的磁交换, 近邻Co离子体系下氧空位的引入使Co离子间的铁磁耦合减弱; 非近邻Co离子体系下, 底面氧空位使Co离子间呈反铁磁耦合而顶点氧空位使Co离子间呈铁磁耦合. 总之, 氧空位的存在对Co掺杂TiO2材料的能量及磁性都有较大影响.
FeCo二元合金纳米线阵列的磁化反转
赵荣, 顾建军, 刘力虎, 徐芹, 蔡宁, 孙会元
2012, 61 (2): 027504. doi: 10.7498/aps.61.027504
摘要 +
利用交流电化学沉积方法在氧化铝模板中制备了一维结构的FexCo1-x(0 x 0.51)二元合金纳米线阵列.X射线衍射结果显示,单质Co纳米线为(100)择优取向的hcp结构,FeCo合金纳米线则呈现(110)择优取向的bcc结构,而且衍射峰随纳米线中Fe含量的增加向低角度偏移.室温磁性测量结果显示, FeCo合金纳米线具有较好的磁特性.与Co纳米线相比,Fe的引入改善了Co纳米线的磁性能,使其呈现出较大的矫顽力和较高的矩形比.采用一致转动模型和对称扇形机理的球链模型分别计算了FeCo合金纳米线的矫顽力, 发现其磁化反转机理与对称扇形机理的球链模型相符合.
TiO2电子结构与其双折射性、各向异性关联的理论研究
张永伟, 殷春浩, 赵强, 李富强, 朱姗姗, 刘海顺
2012, 61 (2): 027801. doi: 10.7498/aps.61.027801
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对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带结构、态密度等电子结构进行了理论分析, 在此基础上对介电函数、能量损失函数、光电导率等光学性质进行系统的理论计算, 分析了TiO2双折射现象、各向异性与电子结构之间的关联, 其结果与文献报道的相关实验结果相符合, 从理论上探讨了TiO2电子结构和其双折射现象、各向异性的特征.
一步水热法在Al掺杂ZnO纳米盘上可控自组装合成ZnO纳米棒阵列
刘佳, 徐玲玲, 张海霖, 吕威, 朱琳, 高红, 张喜田
2012, 61 (2): 027802. doi: 10.7498/aps.61.027802
摘要 +
通过简单的水热合成路线,在没有模板、表面活性剂的作用和未处理的基底上合成出铝掺杂ZnO 纳米盘,并以纳米盘为基底自组装合成了ZnO纳米棒阵列.扫描电镜(SEM)观察到铝掺杂ZnO纳米盘的厚度为200 nm,纳米盘的尺寸约为2 m;纳米棒的直径约为150 nm,长约1.5 m.通过不同生长阶段的形貌变化探讨了ZnO纳米结构的形成机理,表明自组装过程存在两个成核阶段.另外, 研究了铝离子掺杂对样品光致发光性质的影响.
十字形银纳米结构的表面等离子体光子学性质
钟明亮, 李山, 熊祖洪, 张中月
2012, 61 (2): 027803. doi: 10.7498/aps.61.027803
摘要 +
本文应用离散偶极子近似方法计算了十字形银纳米结构的消光光谱及其近场电场强度分布. 研究表明相比于单根纳米棒, 十字形纳米结构能够提供更强的表面电场; 由于相邻凸起间的电场耦合作用, 当入射光的偏振方向改变时, 在十字形纳米结构的侧表面总能激发出较强的电场.另外, 本文还系统地研究了十字形纳米结构的形貌参数对其表面等离子体共振峰的影响. 这些结果将会指导十字形纳米结构的制备, 以满足其在表面增强拉曼散射中的应用.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
MEAM势与Tersoff势比较研究碳化硅熔化与凝固行为
周耐根, 洪涛, 周浪
2012, 61 (2): 028101. doi: 10.7498/aps.61.028101
摘要 +
运用分子动力学方法对比模拟研究了碳化硅的体熔化、表面熔化和晶体生长过程.分别采用MEAM 势和Tersoff势两种势函数描述碳化硅.结果表明:体熔化时,两种势函数描述的SiC的原子平均能量、Lindemann指数和结构有序参数与温度的变化关系相似,但MEAM势对应的体熔点(4250 K)比Tersoff势(4750 K) 的要高.表面熔化时,两种势函数描述的SiC在相同的过热度下熔化速度相近;而在相同的温度条件下,MEAM 作用的SiC表面熔化速度更快.这是由于MEAM势SiC的热力学熔点(3338 K)低于Tersoff势SiC的热力学熔点(3430 K)的缘故.两种势函数作用的SiC在晶体生长方面差异很大.MEAM势SiC的晶体生长速度与过冷度有关, 过冷度约为400 K时晶体生长速度最快.但Tersoff势SiC晶体却在过冷度为01000 K的范围内均不能生长. 综合考虑,MEAM势比Tersoff势能更好地描述碳化硅的熔化和凝固行为.
遮蔽效应对抛射沉积模型标度性质的影响
郝大鹏, 唐刚, 夏辉, 韩奎, 寻之朋
2012, 61 (2): 028102. doi: 10.7498/aps.61.028102
摘要 +
在表面粗糙化生长过程中粒子非垂直入射产生的遮蔽效应是一种长程相互作用, 实验发现非垂直入射时生长表面形貌和生长性质都受到遮蔽效应的影响. 本文通过模拟倾斜入射的抛射沉积模型得到了其标度指数、 表面统计的偏度和峰度以及生长体的多孔性与入射角度的关系, 模拟结果显示标度指数与入射角度的关系是非单调的, 而偏度和峰度的有限尺寸效应也取决于入射角度的大小. 同时本文对以上模拟结果进行了定性的分析.
Ni54Fe19Ga27单晶的形状记忆和超弹性
柳祝红, 马星桥
2012, 61 (2): 028103. doi: 10.7498/aps.61.028103
摘要 +
本文研究了单晶Ni54Fe19Ga27不同方向的形状记忆效应、超弹性和磁性. 研究发现,单晶样品具有良好的双向形状记忆效应.不同晶体学方向的相变应变随着热循环次数的变化而改变. 在外应力作用下,通过应力诱发马氏体相变,样品在[001],[110],[111]方向分别产生了3.3%, 2% 和3%的可回复应变平台.磁性测量结果表明马氏体的磁晶各向异性能约为4.8× 105 erg/cm3,远远小于变体孪生所需机械应力能,因此磁场的作用是使磁矩发生转动而不是使孪晶界移动, 成功揭示了不能在NiFeGa中获得大磁感生应变的物理根源.
利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积
苏元军, 徐军, 朱明, 范鹏辉, 董闯
2012, 61 (2): 028104. doi: 10.7498/aps.61.028104
摘要 +
本文报道了利用电感耦合等离子体辅助中频直流脉冲磁控溅射在温度300 ℃ 以下沉积氢化多晶硅薄膜的制备方法. 利用拉曼散射、X射线衍射、透射电子衍射和傅里叶红外光谱对多晶硅薄膜进行了表征. 详细研究了氢气在沉积过程中所起的作用, 并结合Langmuir探针和发射光谱等等离子体诊断方法, 对辅助等离子体源在多晶硅薄膜制备过程中所起到的作用进行了讨论.
超薄栅超短沟LDD nMOSFET中栅电压对栅致漏极泄漏电流影响研究
陈海峰, 过立新
2012, 61 (2): 028501. doi: 10.7498/aps.61.028501
摘要 +
本文研究了90nm CMOS工艺下栅氧化层厚度为1.4 nm沟道长度为100 nm的轻掺杂漏(LDD)nMOSFET栅电压VG对栅致漏极泄漏 (GIDL)电流Id的影响,发现不同VG下ln (Id/(VDG-1.2))-1/(VDG-1.2)曲线相比大尺寸厚栅器件时发生了分裂现象. 通过比较VG变化下ln(Id/(VDG-1.2))的差值,得出VG与这种分裂现象之间的作用机理,分裂现象的产生归因于VG的改变影响了GIDL电流横向空穴隧穿部分所致. 随着|VG|的变小,ln(Id/(VDG-1.2))曲线的斜率的绝对值变小.进一步发现不同VG对应的ln (Id/(VDG-1.2))曲线的斜率c及截距d与VG呈线性关系,c,d曲线的斜率分别为3.09和-0.77. c与d定量的体现了超薄栅超短沟器件中VG对GIDL电流的影响,基于此,提出了一个引入VG 影响的新GIDL电流关系式.
有机分子超薄膜的结构对摩擦的影响
张兆慧, 韩奎, 曹娟, 王帆, 杨丽娟
2012, 61 (2): 028701. doi: 10.7498/aps.61.028701
摘要 +
采用分子动力学方法, 模拟了由脂肪酸CnH2n+1COOH}和C17H31COOH (n=12,13,14,15,16,17)组成的混合单层Langmuir-Blodgett(LB)膜间的摩擦特性, 探究了膜结构的变化对超薄膜的摩擦的影响. 结果显示. 在滑动过程中, 随着n的增加, 膜内分子的运动受到邻近分子的约束逐渐增加, 膜结构的稳定性也逐渐增加, 其剪切压逐渐减小, n=17时的剪切压最小. 在两单层膜之间无氢键形成; 而混合膜内的分子之间形成的氢键是单层膜结构稳定的主要因素, 其n=16时形成的氢键最稳定, 但全部由相同C17H31COOH分子组成的单层膜的滑动效果最好. 分子的弯曲形变能对剪切压影响非常小.
混沌量子克隆优化求解认知无线网络决策引擎
柴争义, 刘芳, 朱思峰
2012, 61 (2): 028801. doi: 10.7498/aps.61.028801
摘要 +
通过分析认知无线网络引擎决策, 给出了其数学模型, 并将其转化为一个多目标优化问题, 进而提出一种基于混沌量子克隆的优化求解算法, 并证明了该算法以概率1收敛. 算法采用量子编码, 利用Logistic映射初始化抗体种群, 设计了一种基于混沌扰动的量子变异方案. 最后, 在多载波环境下对算法进行了仿真实验. 结果表明, 与QGA-CE(基于量子遗传算法的认知引擎)算法相比, 本文算法收敛速度较快, 具有较高的目标函数值, 可以对无线参数优化调整, 满足认知引擎的实时性要求.
地球物理学、天文学和天体物理学
青藏高原地区土壤湿度的模拟及订正
余莲, 王澄海
2012, 61 (2): 029201. doi: 10.7498/aps.61.029201
摘要 +
本文利用RegCM3中的BATS陆面模型对青藏高原地区的土壤湿度进行了模拟.结果表明: 模式对土壤湿度年循环的模拟与观测较一致,但不同下垫面的土壤湿度模拟结果不同;对植被稀疏地区的土壤湿度模拟夏季偏大冬季较一致,对植被较好地区的土壤湿度模拟冬季偏大夏季较一致;土壤湿度模拟偏差较大的时期对应着降水和温度模拟偏差大的时期.利用后验订正对土壤湿度的订正表明,订正后土壤湿度与观测值的变化比较一致,尤其是对模拟偏差较大时段的订正效果比较明显;订正后的温度和降水基本消除了系统性的偏差.本文认为,订正后的土壤湿度和温度可以为青藏高原地区提供较准确的资料,并在青藏高原多年冻土分布的计算中得到了应用.
基于复杂网络的北半球遥相关年代际变化特征研究
龚志强, 支蓉, 侯威, 王晓娟, 封国林
2012, 61 (2): 029202. doi: 10.7498/aps.61.029202
摘要 +
基于北半球中高纬度环流系统关联网络, 研究了冬季北半球各种遥相关年代际尺度的变化特征及其与气候突变的可能联系等. 研究结果表明, NAO, EUPA和WP 等遥相关的作用中心在1970年代中后期和1990年代初期均对应有显著的跃变过程, 且主要空间模态也发生一定的变化. 结合网络顶点度, 定义直接体现遥相关作用强弱的指数并分析其随时间的变化:1980年代以前以PNA, EUPA和WP三种模态的共同作用为主导, 1980年代以后NAO的作用显著增强, 1987年以后AO的作用显著增强, 其他模态的作用则相对较弱. 因此, 多种遥相关年代际尺度的调整可能是1970年代中后期和1990年代初期气候突变的重要表现形式之一.
基于广义Foliation条件的非线性映射二维流形计算
李慧敏, 樊养余, 孙恒义, 张菁, 贾蒙
2012, 61 (2): 029501. doi: 10.7498/aps.61.029501
摘要 +
主要研究非线性映射函数双曲不动点的二维流形计算问题. 提出了推广的Foliation条件, 以此来衡量二维流形上的一维流形轨道的增长量, 进而控制各子流形的增长速度, 实现二维流形在各个方向上的均匀增长. 此外, 提出了一种一维子流形轨道的递归插入算法, 该算法巧妙地解决了二维流形面上网格点的插入、前像搜索, 以及网格点后续轨道计算问题, 同时插入的轨道不必从初始圆开始计算, 避免了在初始圆附近产生过多的网格点. 以超混沌三维Hnon映射和具有蝶形吸引子的Lorenz系统为例验证了算法的有效性.
基于相位差混合处理方法的高分辨力成像技术
李斐, 饶长辉
2012, 61 (2): 029502. doi: 10.7498/aps.61.029502
摘要 +
为了提高成像系统的分辨能力, 并尽量减小系统的复杂度, 本文将相位差波前探测技术和相位差图像恢复技术结合起来构成相位差混合处理方法, 给出了点目标和扩展目标情况下混合处理方法的数值仿真结果, 并针对点目标情况进行了实验验证. 实验表明, 在像差较大的情况下, 直接用事后处理方法无法得到满意的结果. 在三种湍流强度下, 经混合方法处理后得到光斑的半高宽分别由自适应光学系统校正后的5.1, 5.1和5.0个像素减小到3.3, 3.2和3.0个像素. 可以看出, 利用相位差混合处理方法得到的图像明显优于单独的事后图像处理方法和自适应光学校正, 相位差混合处理方法在高分辨力成像领域有着巨大的应用潜力.
空间微小碎片累积撞击损伤效应加速模拟研究
黄建国, 刘丹秋, 高著秀, 李宏伟, 蔡明辉, 韩建伟
2012, 61 (2): 029601. doi: 10.7498/aps.61.029601
摘要 +
利用等离子体驱动微小碎片加速器对太阳同步轨道上太阳电池在轨10年遭遇微小碎片超高速撞击的累积损伤效应进行了加速模拟, 获得了电池性能参数的损伤结果, 并与所建立的损伤评估模型的预测结果进行了分析比较, 二者基本一致.