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Vol. 61, No. 20 (2012)

2012年10月20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 地球物理学、天文学和天体物理学
总论
一类多频激励相对转动非线性动力学模型的重正规化解
唐荣荣
2012, 61 (20): 200201. doi: 10.7498/aps.61.200201
摘要 +
用摄动理论研究了一类多频激励下具有非线性弹性力和摩阻力的相对转动非线性动力学模型. 探讨了各种组合频率之间的关系,给出了使多种类型共振同时发生的条件, 并用重正规化方法得出了模型在各相应条件下解的渐近表达式.
Kepler方程的共形不变性、Mei对称性与守恒量
刘洪伟, 李玲飞, 杨士通
2012, 61 (20): 200202. doi: 10.7498/aps.61.200202
摘要 +
研究Kepler系统在无限小变换下的共形不变性、Mei对称性.给出该系统与总能量、 角动量不同的新守恒量.并在广义坐标和广义速度构成的空间中讨论这些守恒量的独立性.
Chetaev型非完整约束相对运动动力学系统Nielsen方程的Mei对称性和Mei守恒量
王肖肖, 张美玲, 韩月林, 贾利群
2012, 61 (20): 200203. doi: 10.7498/aps.61.200203
摘要 +
研究Chetaev型非完整约束相对运动动力学系统Nielsen方程的Mei对称性和Mei守恒量. 对Chetaev型非完整约束相对运动力学系统Nielsen方程的运动微分方程、 Mei对称性定义和判据进行具体的研究,得到了Mei对称性直接导致的Mei守恒量的表达式. 最后举例说明结果的应用.
完整系统Appell方程Mei对称性的一种新的守恒量
孙现亭, 韩月林, 王肖肖, 张美玲, 贾利群
2012, 61 (20): 200204. doi: 10.7498/aps.61.200204
摘要 +
研究完整系统Appell方程Mei对称性的一种新的守恒量.在群的无限小变换下, 由完整系统Appell方程Mei对称性的定义和判据,得到用Appell函数表示的完整系统Appell方程Mei对称性的 一种新的结构方程和新的守恒量.最后,举例说明结果的应用.
K(m,n)方程与B(m,n)方程的无穷序列新精确解
白玉梅, 套格图桑, 韩元春
2012, 61 (20): 200205. doi: 10.7498/aps.61.200205
摘要 +
进一步研究了辅助方程法,给出了几种常用辅助方程的新解、 Bcklund变换和解的非线性叠加公式. 在此基础上,根据m和n的不同情况,利用变换和直接积分相结合的方法, 获得了K (m,n)方程与B (m,n)方程的无穷序列新精确解. 这里包括无穷序列光滑孤立子解、无穷序列尖峰孤立子解和无穷序列紧孤立子解.
非定常动态演化伴随优化设计方法
高莹莹, 何枫, 沈孟育
2012, 61 (20): 200206. doi: 10.7498/aps.61.200206
摘要 +
研究了基于定常流动解和伴随方程定常解基础上的传统的伴随方法. 在此基础上对定态飞行气动外形的优化设计提出了基于非定常流动控制方程瞬态解 和非定常伴随方程瞬态解的新的优化方法,称之为动态演化伴随方法. 这种新的优化方法保留了传统伴随方法适用于具有大数量设计变量的气动优化问题, 而且比传统的伴随方法可节省大量的计算时间.大量算例计算结果表明, 新方法与传统方法具有相同的精度.
不同温度条件下单层石墨烯纳米带弛豫性能的分子动力学研究
王卫东, 郝跃, 纪翔, 易成龙, 牛翔宇
2012, 61 (20): 200207. doi: 10.7498/aps.61.200207
摘要 +
分别采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势,对三种长宽比的单层石墨烯纳米带在不同热力学温度 (0.01——4000 K)下的弛豫性能进行了分子动力学模拟.对基于两种势函数模拟的石墨烯纳米带 弛豫的能量曲线和表面形貌进行了分析对比,研究了石墨烯纳米带在弛豫过程中的动态平衡过程. 模拟结果表明:单层石墨烯纳米带并非完美的平面结构,边缘处和内部都会呈现一定程度的起伏和皱褶, 这与已有的实验结果相符合;石墨烯纳米带的表面起伏程度随长宽比的减小而减小, 并且在不同温度条件下,系统动能对石墨烯纳米带的弛豫变形的影响很大,即系统温度越高, 石墨烯纳米带的弛豫变形幅度愈大;高长宽比纳米带在一定温度条件下甚至会出现卷曲现象. 最后,对采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势进行石墨烯的分子动力学模拟进行了深入分析.
一类厄尔尼诺/拉尼娜-南方涛动海-气振子的奇摄动解
韩祥临, 杜增吉, 莫嘉琪
2012, 61 (20): 200208. doi: 10.7498/aps.61.200208
摘要 +
厄尔尼诺/拉尼娜-南方涛动是涉及赤道太平洋中的一个海-气交互的年际现象. 本文的目的是建立一类海-气振子模型的非线性奇摄动问题的渐近求解方法. 并在一类海-气振子模型的基础上,借用奇摄动方法研究了对应问题的近似解. 由奇摄动方法得到的结果分析厄尔尼诺/拉尼娜-南方涛动海-气振子模型的赤道太平洋的 海表温度异常和气-海振子的温度深度异常.
基于交通流量的病毒爆发动力行为研究
胡恒恺, 王开, 杨光, 刘茜, 裴文江, 仇慎伟, 蔚承建, 张毅锋
2012, 61 (20): 200209. doi: 10.7498/aps.61.200209
摘要 +
给出基于交通流量的病毒扩散易染-感染模型(SI)修正模型,进而利用平均场近似方法, 研究基于交通流量的病毒扩散动力学行为.以最小搜索信息路由为例, 重新研究了SI模型下扩散系数,τ与平均发包率λ、感染率β以及实际介数之间的关系. 理论分析与实验结果均表明,当网络拓扑和路由策略一定时,扩散参数τ反比于平均发包率λ和感染率β,是λ=1时的扩散参数τλ=1的1/λ.

编辑推荐

连续纠缠态表象的几种Schmidt分解、物理意义与应用
范洪义, 李学超
2012, 61 (20): 200301. doi: 10.7498/aps.61.200301
摘要 +
在两粒子连续纠缠态表象|η>的基础上分别导出了此纠缠态在坐标、 动量表象和粒子数表象中的Schmidt分解, 阐述了其物理意义.并且, 用|η>的Schmidt分解直接给出单模压缩算符对纠缠态的作用结果、 双模平移算符的纠缠态表象以及平移算符在Fock空间的矩阵元. 文章的讨论可以推广到多粒子连续纠缠态情形.
非弹性蹦球的动力学研究
周志刚, 石玉仁, 刘丛波, 王光辉, 杨红娟
2012, 61 (20): 200501. doi: 10.7498/aps.61.200501
摘要 +
对有空气阻尼的非弹性蹦球的动力学行为进行了数值模拟,通过改变控制参数V0, 蹦球的运动表现出倍周期分岔、混沌等非线性现象,采用0-1检测法和最大Lyapunov指数证实了这种现象.
光电探测器随机噪声特征量统计分布函数
闫振纲, 林颖璐, 杨娟, 李振华, 卞保民
2012, 61 (20): 200502. doi: 10.7498/aps.61.200502
摘要 +
基于产生光电探测器噪声信号{Vi}的随机过程, 分析了随机测量中稳定不变与随机涨落两部分的不同性质,建立了噪声信号随机性数学模型, 分析得出在随机性统计研究中对统计分布函数的非线性约束关系. 实验研究了同一随机过程中不同性质特征量随机涨落的统计计数规律,如随机噪声信号幅度值、 极值幅度、极值间隔,相邻幅度差、乘积复合特征量、商复合特征量等随机特征量涨落统计分布规律 均满足对数正态分布.从理论和实验上得出对数正态分布在描述随机过程中随机涨落部分性质的重要作用.
无标度立体Koch网络上随机游走的平均吸收时间
邢长明, 刘方爱, 徐如志
2012, 61 (20): 200503. doi: 10.7498/aps.61.200503
摘要 +
作为一种基本的动力学过程,复杂网络上的随机游走是当前学术界研究的热点问题, 其中精确计算带有陷阱的随机游走过程的平均吸收时间(mean trapping time, MTT)是该领域的一个难点. 这里的MTT定义为从网络上任意一个节点出发首次到达设定陷阱的平均时间. 本文研究了无标度立体Koch网络上带有一个陷阱的随机游走问题, 解析计算了陷阱置于网络中度最大的节点这一情形的网络MTT指标. 通过重正化群方法,利用网络递归生成的模式,给出了立体Koch网络上MTT的精确解, 所得计算结果与数值解一致,并且从所得结果可以看出,立体Koch网络的MTT随着网络节点数N呈线性增长. 最后,将所得结果与之前研究的完全图、规则网络、Sierpinski网络和T分形网络进行比较, 结果表明Koch网络具有较高的传输效率.
Logistic混沌系统的熵特性研究
潘欣裕, 赵鹤鸣
2012, 61 (20): 200504. doi: 10.7498/aps.61.200504
摘要 +
作为形式上相对较为简单的一维混沌函数, Logistic系统在很多领域有着重要的应用. 本文主要分析了Logistic系统的熵稳定特性,对不同参数μ和系统初值形成的Logistic序列, 进行了统计分类,得到了一系列的熵值,并详细分析了熵的分布情况.数值仿真结果表明, Logistic系统的熵由参数μ决定,而与系统初值基本无关,且当参数μ取值接近上界(μ= 4)时, 序列分布越趋于均匀,熵也接近理论极限值.
耦合电路系统的分岔研究
李群宏, 闫玉龙, 杨丹
2012, 61 (20): 200505. doi: 10.7498/aps.61.200505
摘要 +
研究了由两个非线性电路系统耦合所构成的系统, 给出高维系统平衡点的存在性条件和具体解析形式, 分析了平衡点的余维1和余维2分岔, 并对极限环进行了延拓, 得到比较复杂的分岔形式. 两个周期运动的子系统在不同的耦合参数下相互作用时, 可能导致周期运动、混沌等丰富的动力学行为, 通过对耦合前后平衡点的定性分析,得到了在弱耦合情况下平衡点变为中立型鞍点 与分岔图出现的不连续现象之间的联系.
一个新的网格多翅膀混沌系统及其电路实现
周欣, 王春华, 郭小蓉
2012, 61 (20): 200506. doi: 10.7498/aps.61.200506
摘要 +
提出了一个新的三维二次自治混沌系统, 与大多数广义Lorenz系统一样,该系统只能产生双翅膀吸引子. 依据该双翅膀混沌系统平衡点和吸引子的拓扑结构, 设计合适的非线性函数可以将其改进为一个产生网格多翅膀吸引子的混沌系统. 对该网格多翅膀混沌系统的基本动力学特性进行了分析, 证实了多翅膀吸引子的混沌特性. 最后设计了混沌电路, 给出了多翅膀混沌吸引子的电路仿真结果, 证实了理论设计与电路实现的一致性.
两子系统在周期切换连接下的振荡行为及其机理
余跃, 张春, 韩修静, 毕勤胜
2012, 61 (20): 200507. doi: 10.7498/aps.61.200507
摘要 +
研究了两非线性系统在周期切换连接下的分岔和混沌行为.通过局部分析, 分别给出了两子系统参数空间诸如Fold分岔、Hopf分岔等临界条件,进而考虑两子系统存在 不同稳态解时通过周期切换连接下的复合系统的分岔特性,给出了不同的周期振荡行为, 并揭示了其相应的产生机理.指出系统轨迹可以由切换点分割成不同的部分,分别受两子系统的控制, 而随参数的变化,切换点数目成倍增加,导致系统由倍周期分岔序列进入混沌. 同时,在其演化过程中,虽然子系统定性保持不变,但由于切换导致的非光滑性, 复合系统不仅仅表现为两子系统动力特性的简单连接,而是会产生各种分岔,导致诸如混沌等复杂振荡行为.
S-盒的Lyapunov指数研究
臧鸿雁, 范修斌, 闵乐泉, 韩丹丹
2012, 61 (20): 200508. doi: 10.7498/aps.61.200508
摘要 +
在密码算法的设计中, S-盒有着信息混淆的重要功能.传统的S-盒的密码学指标一般包括线性偏差、差分特征、 代数免疫度、不动点个数、雪崩效应等. 2006年, Kocarev给出了有限集合上的离散混沌理论. 本文借鉴该理论,在汉明距离的基础上给出了S-盒的Lyapunov指数的定义, 利用该定义计算了几个密码算法中的S-盒的Lyapunov指数值,并进行了比较. 证明了在欧氏距离上定义的Lyapunov指数最大的映射,按本文提出的S-盒的Lyapunov指数的定义其 Lyapunov指数为0;讨论了S-盒的Lyapunov指数与S-盒的雪崩效应之间的关系, 该关系实际上是混沌理论中的蝴蝶效应与密码学中的雪崩效应之间的关系. 本文提出的S-盒的Lyapunov指数的定义可视为对传统的S-盒的密码学指标的补充.
力学共振吸收谱探测耦合振动模式
杨岳彬, 左文龙, 保延翔, 刘树郁, 李龙飞, 张进修, 熊小敏
2012, 61 (20): 200509. doi: 10.7498/aps.61.200509
摘要 +
提出探测复杂力学振动系统耦合振动模式的方法: 通过测量力学振动系统中某一易于探测的振动模式对外力的响应行为, 在该振动模式应变落后于应力的相位差-频率谱(表观机械能耗散-频率谱)中, 除了能观察到与被测量振动模式本征频率所对应的相位变化外, 与被测量振动模式耦合的其他振动模式也表现为共振吸收峰; 从共振吸收峰的性质, 如峰位、峰宽、峰高等可以得到相应耦合振动模式的本征频率、损耗以及耦合强度等信息. 以倒扭摆力学系统为例, 通过测量扭摆的扭转振动模式应变落后于应力的相位差-频率谱研究了扭摆系统中摆杆的进动振动模式.
亚稳相的纳米尺度稳定化:热力学模型与实验研究
宋晓艳, 徐文武, 张哲旭
2012, 61 (20): 200510. doi: 10.7498/aps.61.200510
摘要 +
建立了亚稳相合金的热力学模型,描述亚稳相的各种热力学物理量及其随成分、温度、晶粒尺寸等因素的变化. 结合模型计算和系列实验,揭示了亚稳相的热力学性质、变化特征及其纳米尺度效应. 以亚稳相SmCo7合金为例,定量研究了亚稳相以单相形式稳定存在的条件及失稳发生的相分解行为. 研究结果对亚稳相合金应用过程中相稳定性和相变的调控具有定量化指导意义.
基于多项式模型的混沌系统平方和算法脉冲控制
杨珺, 孙秋野, 杨东升
2012, 61 (20): 200511. doi: 10.7498/aps.61.200511
摘要 +
针对一大类混沌系统, 提出一种新颖的基于多项式模型的脉冲控制方法. 首先, 建立系统的多项式模型. 其状态方程由系统状态的多项式矩阵与其单项式组成列向量构成. 与其他建模方法相比, 该方法不必使用任何预制的假设. 其次, 提出基于平方和 优化算法的脉冲控制方法, 使得混沌系统的状态能够实现渐近稳定. 基于该算法的脉冲控制与基于线性矩阵不等式凸优化算法的结果相比, 能得到更大的脉冲间距, 从而可以使用较少的控制能量实现同样的控制效果. 最后, 仿真实验结果验证了本方法的有效性.
交直交型机车的高频谐波混沌分析
张鲲, 张扬, 查晓明, 熊一, 彭光强, 樊友平
2012, 61 (20): 200512. doi: 10.7498/aps.61.200512
摘要 +
针对典型的交直交型动车组CRH2车型,推导出其在正弦脉宽调制下的参数方程, 并建立一套新的非线性参数模型.通过混沌原理分析了高次谐波的分形情况,并针对典型的牵引变电站, 进行了计算和仿真,依托实际录波的数据验证,证实高频谐波能够导致系统谐振, 为混沌分析方法拓展了新的应用.
基于Fabry-Perot模型设计亚波长金属狭缝阵列光学异常透射折射率传感器
曾志文, 刘海涛, 张斯文
2012, 61 (20): 200701. doi: 10.7498/aps.61.200701
摘要 +
研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性. 采用严格的全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱.建立了Fabry-Perot半解析模型, 能够精确预言全矢量方法的计算结果.基于该模型给出的共振条件, 提出并解释了当透射峰精确位于瑞利异常位置时,透射峰能达到最尖锐的状态, 给出了设计狭缝阵列达到该状态的方法.设计得到的透过率谱峰值半高宽δλ 可达0.01 nm,对应的溶液折射率测量不确定度δns达到2×10-6 RIU. 系统地给出了阵列周期、狭缝宽度、入射角等参数对设计得到的传感灵敏度, δλ, δns,峰值透过率等的影响.
镀膜长周期光纤光栅的单峰宽带滤波特性
陈海云, 顾铮(一先), 杨颖
2012, 61 (20): 200702. doi: 10.7498/aps.61.200702
摘要 +
镀膜长周期光纤光栅(LPFG)工作于相位匹配转折点时纤芯模与高次包层模的耦合产生单个宽带损耗峰, 其3 dB带宽取决于纤芯模和包层模之间的色散差、光栅长度以及中心波长. 研究表明,薄膜折射率和厚度的变化将影响纤芯模与包层模之间的色散差,从而影响损耗峰的3 dB带宽, 同时损耗峰中心波长亦随之移动.薄膜折射率为1.57,厚度为350 nm时,损耗峰带宽可达302 nm. 减小光栅长度在保证中心波长损耗大于6 dB的前提下可使损耗峰3 dB带宽增大至334 nm. 进一步研究表明,在均匀LPFG中偏离光栅中点的适当位置引入单个π相移 可以使带宽增大至372 nm以上.
沿时间逐步求解应力的拉格朗日分析方法研究
陶为俊, 浣石
2012, 61 (20): 200703. doi: 10.7498/aps.61.200703
摘要 +
拉格朗日分析方法是通过测量各个拉格朗日位置处的物理量历程 来分析材料内部该位置处的其他物理量的变化, 进而认识材料的动态力学性能.但现有的拉格朗日分析方法在已知粒子速度情况下, 求解方法仍有不足.针对这一情况, 提出了沿时间逐步求解方法, 该方法能够在不做任何假定的情况下求解出应力, 从而从根本上解决了只测量粒子速度这一物理量时求解应力的困难. 并利用该方法对一组混凝土在冲击作用下的实验数据进行了处理, 计算得到了相应的应变波形、应力波形以及加、卸载全过程的应力-应变曲线, 进而揭示出混凝土材料与应变率相关的弹-塑性本构关系的特征.
核物理学
P原子的光学模型势与核极化修正
游阳明, 王炳章, 王吉有
2012, 61 (20): 202401. doi: 10.7498/aps.61.202401
摘要 +
基于SIC-X的较为严格的计算方法,对于Rydberg电子态的交换参数采用自洽场模型 计算核极化,结果比文献[15]的计算方法要精确.另外文献[15]在计算P238U的能级跃迁时, 模型还不够完善,存在着难以克服的弊端,计算结果也不可能准确. 20世纪70年代初, Batty就进行强相互作用势模型的研究,经过二十几次不断探索与改进, 在1997-2000年给出了光学模型势的正确形式.对Rydberg电子态的交换参数采用自洽场模型 计算核极化,用以修正Batty光学模型势下的P238U能级跃迁, 得到反质子原子的相应能级.结果与实验数据相当符合.连同-, K-, -, -原子的情况支持了Batty光学模型势在 描写核子间强相互作用的正确性,同时也表明计算核极化的方法是正确的, 为反粒子原子及奇特原子的深入研究及应用提供了理论依据.
高空核爆炸碎片云早期扩展规律研究
杨斌, 牛胜利, 朱金辉, 黄流兴
2012, 61 (20): 202801. doi: 10.7498/aps.61.202801
摘要 +
利用磁流体力学理论建立了描述碎片云运动的壳层模型, 采用该模型模拟了美国Starfish高空核爆炸试验碎片云的运动参数, 通过与文献模拟结果的比对,验证了所建模型的正确性.针对典型大当量和小当量核爆的不同, 重点模拟了千吨级和百万吨级核武器在100, 400和1500 km高度爆炸时碎片云运动扩展情况, 分析了当量的差异引起的扩展规律的不同.结果表明:高空核爆炸时不同爆炸条件和大气环境 对碎片云的扩展规律有着显著的影响,不同方向上碎片云的环境参数差异明显.
原子和分子物理学
理论研究B2分子X3g-和A3u态的光谱性质
刘慧, 邢伟, 施德恒, 孙金锋, 朱遵略
2012, 61 (20): 203101. doi: 10.7498/aps.61.203101
摘要 +
采用Davidson修正的内收缩多参考组态相互作用方法及Dunning等的相关一致基aug-cc-pV6Z计算了 B2分子X3g-和A3u电子态的势能曲线. 利用总能量外推公式, 将两个电子态的总能量分别外推至完全基组极限. 对势能曲线进行核价相关修正及相对论修正计算, 得到了同时考虑两种效应修正的外推势能曲线. 通过同位素质量识别, 得到了主要的同位素分子11B11B和10B11B的X3g- 和A3u电子态的光谱常数Te, Re, e, exe, eye, Be, e, e和e. 求解双原子分子核运动的径向Schrdinger方程, 找到了无转动的同位素分子11B2 (X3g-, A3u)和10B11B (X3g-, A3u)的全部振动态. 针对每一同位素分子的每一振动态, 分别计算了其振动能级和惯性转动常数等分子常数, 它们均与已有的实验结果较为一致. 其中, 10B11B (A3u) 分子的光谱常数和分子常数属首次报道.
椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离
余本海, 李盈傧, 汤清彬
2012, 61 (20): 203201. doi: 10.7498/aps.61.203201
摘要 +
利用经典系综模型研究了椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离. 计算结果表明, 非次序双电离产率随着椭偏率的增大而减小; 双电离得到的电子对在激光偏振平面长轴方向的末态关联动量谱呈现正关联, 在激光偏振平面短轴方向的末态关联动量谱呈现反关联; Ar2+在激光偏振平面短轴方向的末态动量谱呈现单峰结构, 并且随着椭偏率增大而变宽. 轨迹分析显示, 椭圆偏振激光脉冲驱动下, 非次序双电离仍然是通过再碰撞而发生; 随着椭偏率的增大, 有效碰撞和单电离之间的时间延迟增加, 这是因为椭偏率较大时第一个电子需要经过多次往返才能与母核离子发生有效碰撞.
多周期双色场方案下附加脉冲频率对阿秒脉冲产生的影响
孟健, 陈高, 刘胜男
2012, 61 (20): 203202. doi: 10.7498/aps.61.203202
摘要 +
通过数值求解一维含时薛定谔方程,研究了多周期双色场与氢原子相互作用过程中不同波段的 附加脉冲波长对体系高次谐波及阿秒脉冲产生的影响.研究发现, 当双色场的附加脉冲波长处于红外波段1600 nm时,比起处于可见光波段的533 nm附加脉冲, 谐波谱截止位置得到大幅延展,相应地拓宽了超连续带宽,小波变换后获得了78 as的孤立短脉冲. 由合成电场的光学振荡频率解释了附加脉冲波段对谐波谱的影响, 同时该结论有利于在获得孤立阿秒脉冲的研究中选择合适的附加脉冲频率.
电子在线极化相对论强度驻波场中的散射研究
田密, 张秋菊, 白易灵, 崔春红
2012, 61 (20): 203401. doi: 10.7498/aps.61.203401
摘要 +
研究了线极化相对论激光驻波场中的电子运动, 分析了偏振面内入射的电子在激光驻波场中的散射 与电子初始位置、能量以及激光强度的关系. 结果表明,电子在驻波场中的散射情况与电子对激光的相对能量γ0/a0密切相关.对于同样的激光强度,电子初始能量存在一个能够发生前向或背向散射的临界值. 光强越大,电子发生前向散射的初始能量临界值越大.用电子相对能量来衡量, 这个临界值大约在1.0-1.25范围内.当相对能量超过该值,电子运动会从背向变为前向散射. 电子在驻波场中的振荡中心和有质动力逆转效应的存在也是有条件的,二者只有电子相对能量γ0/a0在一定取值范围内才可能存在.相对能量越小,电子能发生前向散射的入射驻波面越小, 而低能电子更倾向于从波节透过.在偏振面内入射的电子在高强度驻波场中会发生非弹性散射, 电子与场会发生高能量交换.
单原子在两个远红失谐光偶极阱中的转移
王成, 许鹏, 何晓东, 王谨, 詹明生
2012, 61 (20): 203701. doi: 10.7498/aps.61.203701
摘要 +
在光偶极阱中实现单个中性原子的囚禁及其操控在量子信息处理中具有重要的应用. 为此在使用强聚焦远红失谐激光形成的光偶极阱囚禁单个中性铷原子后, 通过一个空间可移动的光偶极阱从静止的光偶极阱上掠过,实现了将静止的光偶极阱中的单原子以94% 的概率转移到可移动的光偶极阱中,并将该原子移动到焦平面上指定的位置. 该实验对于实现光偶极阱阵列中任意两个原子的纠缠以及光偶极阱中原子外在自由度的操控等 研究有着潜在的应用.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
基于线变换的椭圆柱外隐身斗篷的设计研究
王战, 董建峰, 刘锦景, 罗孝阳
2012, 61 (20): 204101. doi: 10.7498/aps.61.204101
摘要 +
基于线变换方法与互补媒质理论提出了线变换下的椭圆柱外隐身斗篷, 并得到了相应外隐身斗篷材料本构参数张量的表达式.根据导出的本构参数张量, 利用电磁仿真软件分别对不同长度线段的外斗篷进行了仿真验证,仿真结果证实了所得到的 本构参数张量的正确性.这种外斗篷的材料参数只在轴向变化,横向参数为常数,易于用超介质制备. 考虑到损耗对隐身效果的影响,得到了引入损耗后的外斗篷磁场分布.最后给出了本构参数的分布. 本文的研究为利用超介质制备外隐身斗篷提供了一种新的可行的方法.
基于Mie散射理论的白光发光二极管荧光粉散射特性研究
钱可元, 马骏, 付伟, 罗毅
2012, 61 (20): 204201. doi: 10.7498/aps.61.204201
摘要 +
基于Mie散射理论,对大功率发光二极管封装中荧光粉的光激发、吸收、散射等作用进行数值模拟, 仿真计算在不同白光色温时前后向散射光的强度比例,研究了荧光粉的颗粒大小对白光发光二极管 最大光通量的影响.对保型荧光粉涂覆结构中不同直径荧光粉颗粒和不同色温时的光效进行了分析, 还分析了同样色温下不同荧光粉颗粒直径、涂层的厚度对白光发光二极管出光的空间色温分布均匀性的影响. 研究中所采用的器件激发光谱和发射光谱都为材料的实测光谱,而并非假设的单一光谱. 研究表明:在采用保型荧光粉涂覆结构的前提下,当荧光粉颗粒直径为0.5 μm时能使 发光二极管光通量达到最大;荧光粉颗粒越小,发光二极管空间色温分布均匀性越好; 对给定的封装结构,荧光粉涂层厚度为0.8 mm时空间色温分布均匀性最佳.
非球形气溶胶粒子短波红外散射特性研究
范萌, 陈良富, 李莘莘, 陶金花, 苏林, 邹铭敏, 张莹, 韩冬
2012, 61 (20): 204202. doi: 10.7498/aps.61.204202
摘要 +
利用T矩阵方法,以及基于扩散限制凝聚理论的广义多粒子米散射方法,研究了多种气溶胶粒子 在1.6和2.0 μm波段处,非球形单粒子和团簇粒子的光散射辐射特性,并分析了粒子有效半径、 复折射指数、粒子形状、相对湿度等因素对非球形粒子散射特性的影响. 分析表明,除了粒子有效半径和形状会在不同程度上引起粒子散射特性变化, 相对湿度对其影响也比较大,球形粒子与非球形粒子在不同相对湿度下后向散射相对差异均在18%以上; 当粒子体积较小时,水溶性气溶胶的后向散射强度随相对湿度的增加而增强,而当粒子体积较大时, 则随相对湿度的增加而减弱;在体积相同的条件下,体积较小的团簇粒子的不对称因子比非球形单粒子 平均偏大0.023,而体积较大的团簇粒子,却比非球形单粒子不对称因子平均偏小0.055; 单粒子或等体积的团簇粒子,其不同波段之间单次散射反照率差异较大,最大可达0.226. 该工作对研究气溶胶多次散射对CO2浓度卫星反演精度影响具有重要的科学意义.

编辑推荐

单光子调制锁定Fabry-Perot腔
王晶晶, 何博, 于波, 刘岩, 王晓波, 肖连团, 贾锁堂
2012, 61 (20): 204203. doi: 10.7498/aps.61.204203
摘要 +
基于Fabry-Perot (FP)腔的量子密钥分配系统在相位编码的量子密钥分配应用方面具有优势, 把FP腔锁定在携带密钥信息的单光子光学频率上决定着密钥的实用安全. 提出利用单光子调制解调的方法锁定FP腔.使用工作于盖革模式的单光子探测器探测单光子 (平均光子数为0.1),对离散的单光子响应脉冲累计锁定放大,获得的鉴频信号信噪比达112, 锁定后FP腔透射光频率起伏为2 MHz.
微弱光信号瞬态布里渊放大器的最佳工作点
高玮, 吕志伟, 何伟明
2012, 61 (20): 204204. doi: 10.7498/aps.61.204204
摘要 +
为提高瞬态布里渊放大器的工作性能,利用包含噪声的瞬态布里渊放大理论模型数值模拟了放大器的信噪比、 灵敏度、能量转换效率及信号放大率随指数增益系数G的变化规律, 获得了放大器的最佳工作点Gopt.采用倍频Nd:YAG脉冲激光器, 以CS2和FC-72为非线性介质进行了实验验证.结果表明,抽运光脉冲相对于信号光脉冲延迟脉冲宽度的 一半进入放大器时, Gopt可设在介质受激布里渊散射阈值增益Gth之上. 对于共线型布里渊放大结构, Gopt为Gth的1.1-1.3倍;对于非共线型结构, Gopt可超过Gth1.3倍,实现近饱和放大.
液滴在气固交界面变形移动问题的光滑粒子流体动力学模拟
强洪夫, 刘开, 陈福振
2012, 61 (20): 204701. doi: 10.7498/aps.61.204701
摘要 +
为准确模拟液滴在气固交界面变形移动问题, 对基于连续表面张力模型的表面张力光滑粒子流体动力学方法进行了改进. 改进方法采用新的边界处理方式和界面法向修正方法,即将固体边界虚粒子色函数值根据液面的位置 进行相应设定以保证气-液-固三相交界处流体粒子的界面法向沿接触线法线方向, 引入Brackbill提出的壁面附着力边界条件处理方法,对在气-液-固三相交界处的流体粒子及部分固体边界 虚粒子的界面法向进行修正,修正前后保持法向模值不变,得到了含壁面附着力边界条件的表面张力算法. 模拟了受壁面附着力影响的水槽中液面的变化过程、液滴润湿壁面过程和剪切气流驱动液滴在固体表面 变形脱落过程,并与流体体积函数方法进行了对比.结果表明,该方法在处理壁面附着力问题时精度较高, 稳定性较好,适合处理工程中液滴在气固交界面变形移动问题.
气体、等离子体和放电物理
HL-2A托卡马克上的边缘局域模特性初步研究
刘春华, 聂林, 黄渊, 季小全, 余德良, 刘仪, 冯震, 姚可, 崔正英, 严龙文, 丁玄同, 董家齐, 段旭如
2012, 61 (20): 205201. doi: 10.7498/aps.61.205201
摘要 +
高约束模式(H模)下自发产生的边缘局域模(ELM),虽然利于控制等离子体密度和排出杂质粒子 从而实现H模放电的稳态运行,但是ELM爆发携带的大量粒子和能量会对装置的第一壁材料造成很大的损坏, 所以在下一代聚变装置上使用之前很多装置已经开始了对ELM的研究. 在HL-2A装置上观察到了不同的ELM,扰动幅度小的ELM引起的等离子体储能损失小于3%, ELM之间的时间间隔约为3 ms,表现出I!I!I型ELM的特征;扰动幅度较大的ELM的爆发对等离子体电流、 等离子体密度及储能都有很明显的扰动,对等离子体储能的扰动大于10%, ELM爆发的频率随通过等离子体磁分界面的净加热功率的增加而增加,表现出明显的Ⅰ型ELM的特征. ELM先兆有不对称性,在弱场侧磁探针信号能观测到,但强场侧却观测不到; ELM先兆的频率约为45 kHz,观测到的最长的先兆先于ELM前约10 ms出现.
电子温度各向异性对霍尔推力器中等离子体与壁面相互作用的影响
卿绍伟, 鄂鹏, 段萍
2012, 61 (20): 205202. doi: 10.7498/aps.61.205202
摘要 +
为进一步揭示霍尔推力器放电通道饱和电子温度高达50-60 eV的原因, 利用二维粒子模拟方法研究了霍尔推力器中电子温度各向异性对等离子体与壁面相互作用的影响, 统计了等离子体与壁面相互作用的重要物理量,如电子与壁面的碰撞频率、 通道电子在壁面的能量沉积及二次电子对通道电子的冷却.结果表明,当电子温度较低时, 电子温度各向异性对等离子体与壁面相互作用的影响较小;当电子温度大于24 eV时, 等离子体与壁面相互作用明显增强,并且电子温度各向异性会显著地降低电子与壁面的碰撞频率, 减小电子在壁面的能量沉积,减弱鞘层对通道电子的冷却效应.电子温度的各向异性通过减弱通道电子 与壁面的相互作用,有利于提高霍尔推力器放电通道的饱和电子温度.
EAST超导托卡马克装置真空室壁处理的研究
李加宏, 胡建生, 王小明, 余耀伟, 吴金华, 陈跃, 王厚银
2012, 61 (20): 205203. doi: 10.7498/aps.61.205203
摘要 +
壁处理技术被广泛应用于托卡马克装置上,以降低装置本底杂质水平,改善器壁的再循环. 自2008年起, EAST面向等离子体的第一壁采用全碳材料,由于特殊的石墨晶体多孔结构, 具有高放气率以及对H2O, H2等杂质气体的高吸附性,从而使等离子体放电前期的 装置真空室壁处理尤为关键.本文介绍了EAST装置真空室壁处理的实验系统, 并研究了装置烘烤与不同工作气体及工作参数下的直流辉光放电清洗对杂质粒子的清除效果. 实验结果表明: EAST装置真空室在经过长时间的前期壁处理后,显著地降低了真空室内壁的出气率 与本底杂质浓度,这对随后进行的等离子体放电实验非常有必要.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
CdS:Cu一维纳米结构及其光子学特性研究
刘军, 周伟昌, 张建福
2012, 61 (20): 206101. doi: 10.7498/aps.61.206101
摘要 +
利用化学气相沉积方法成功合成了CdS掺Cu的一维纳米结构,揭示了该掺杂纳米结构特殊的生长机制, 发现了该结构新颖的光子学性质.实验表明,通过控制实验条件可以实现CdS中Cu离子掺杂, 并可获得高质量的一维纳米结构.由于掺杂离子的影响,纳米结构在不同强度的光激发时表现出 不同线形的发光光谱,掺杂浓度对发光峰的位置和相对强度有比较明显的影响,但对光谱线形影响不大. 所得结果将有助于拓展CdS纳米结构在纳米光子学领域中的应用.
辐照下背栅偏置对部分耗尽型绝缘层上硅器件背栅效应影响及机理分析
周昕杰, 李蕾蕾, 周毅, 罗静, 于宗光
2012, 61 (20): 206102. doi: 10.7498/aps.61.206102
摘要 +
基于部分耗尽型绝缘层上硅(SOI)器件的能带结构,从电荷堆积机理的电场因素入手, 为改善辐照条件下背栅Si/SiO2界面的电场分布,将半导体金属氧化物(MOS)器件和平板电容模型相结合, 建立了背栅偏置模型.为验证模型,利用合金烧结法将背栅引出加负偏置,对NMOS和PMOS进行辐照试验, 得出: NMOS背栅接负压,可消除背栅效应对器件性能的影响,改善器件的前栅I-V特性; 而PMOS背栅接负压,则会使器件的前栅I-V性能恶化.因此,在利用背栅偏置技术改善SOI/NMOS器件性能的同时, 也需要考虑背栅偏置对PMOS的影响,折中选取偏置电压.该研究结果为辐照条件下部分耗尽型SOI/MOS器件 背栅效应的改善提供了设计加固方案,也为宇航级集成电路设计和制造提供了理论支持.
外部压力下β相奥克托金晶体弹性性质变化的第一性原理研究
苏锐, 龙瑶, 姜胜利, 何捷, 陈军
2012, 61 (20): 206201. doi: 10.7498/aps.61.206201
摘要 +
基于密度泛函理论,采用投影缀加波方法对不同压力条件下β相奥克托金 (β-HMX)的弹性常数进行了计算. 计算得到零压条件下β-HMX的体弹性模量为12.7 GPa,剪变模量为4.4 GPa,与实验测量结果接近. 对β-HMX弹性常数压力响应的分析表明,随着外部压力增加,晶体的体弹性模量和剪变模量逐渐增加. 当外部压力达到7 GPa时晶格开始沿剪应变方向出现不稳定性,与拉曼散射实验结果相符.
熔化前后Pb样品表面微喷射现象研究
陈永涛, 任国武, 汤铁钢, 李庆忠, 王德田, 胡海波
2012, 61 (20): 206202. doi: 10.7498/aps.61.206202
摘要 +
利用设计的大量程Asay-F窗技术, 从实验上准确诊断了不同加载状态下金属Pb样品表面微喷物质量 和密度-速度分布信息, 重点阐释了熔化前后金属样品表面微喷特性的异同, 并从理论分析的角度解释了该现象产生的物理原因, 为研究熔化对金属样品表面微喷射的影响机制奠定了重要基础.
铋的固相及液相多相状态方程研究
李英华, 常敬臻, 李雪梅, 俞宇颖, 戴程达, 张林
2012, 61 (20): 206203. doi: 10.7498/aps.61.206203
摘要 +
铋在高温高压下存在一系列复杂相结构,相变伴随着密度、内能等物理性质的改变. 采用半经验三项式Helmholtz自由能表达式,构建了铋的五个固相及液相的多相状态方程, 其中离子热振动自由能计算基于经典平均场理论给出的平均场势函数模型开展. 研究结果表明,状态方程计算给出的铋的相图、等温压缩线、液相的温度-密度曲线以及 冲击Hugoniot线等均与实验测量符合较好,故可认为本文构建的铋的多相状态方程具有良好的参数 合理性以及模型适用性.
铈低压冲击相变数值模拟研究
潘昊, 胡晓棉, 吴子辉, 戴诚达, 吴强
2012, 61 (20): 206401. doi: 10.7498/aps.61.206401
摘要 +
对金属铈低压冲击γ → α相变进行了数值模拟研究.冲击加载实验的速度剖面结果表明,铈的低压相变过程中两相之间的转换较为光滑,无明显间断,其相变过程存在动态因素.通过分析金属铈低压冲击加载和卸载下的典型物理过程,对材料本构关系、Hugoniot关系和相变与逆相变过程进行了理论研究.获取了铈低压相变前后的本构关系及状态方程,并建立了非平衡相变理论模型.数值计算结果与平面冲击实验符合较好,表明该相变动态模型能够较好地描述铈的低压冲击加载和卸载过程.
金属互连电迁移噪声的非高斯性模型研究
何亮, 杜磊, 黄晓君, 陈华, 陈文豪, 孙鹏, 韩亮
2012, 61 (20): 206601. doi: 10.7498/aps.61.206601
摘要 +
根据电子散射理论,多晶互连中,电阻主要起源于晶界处空位与空洞对电子的散射作用. 通过引入自由体积的概念,模拟了晶界处电子的散射过程,建立了基于自由体积的噪声非高斯性表征模型. 该模型表明,电迁移前期的噪声信号以高斯噪声为主,随电迁移过程将发生噪声信号从高斯性向 非高斯性的突变,表明噪声产生机制发生了转变,并通过双相干系数对信号的非高斯性进行了定量表征. 最终,通过实验初步证明了理论结果的正确性.
冷却倾斜板熔体处理过程边界层分布及流动传热的理论研究
管仁国, 赵占勇, 黄红乾, 连超, 钞润泽, 刘春明
2012, 61 (20): 206602. doi: 10.7498/aps.61.206602
摘要 +
针对倾斜板熔体处理晶粒细化与半固态成形原理,研究了倾斜板熔体处理过程边界层分布, 建立了熔体传热和冷却速率的计算模型.计算结果表明,随着斜板倾角和熔体初始流动速度的增大, 熔体在倾斜板上从层流向紊流的转变时间减少;温度边界层厚度随着熔体初始流动速度的增加而减小, 斜板倾角对温度边界层厚度的影响较小;温度边界层厚度和速度边界层厚度都随熔体流动距离的增加而增大, 在层流区,温度边界层厚度远大于速度边界层厚度,而在紊流区,温度边界层厚度与速度边界层厚度重合; 倾斜板上熔体冷却速率与熔体厚度成反比,初始流速小于1 m/s时,熔体的冷却速率沿着倾斜板长度方向 逐渐增大,初始流速为1 m/s时,熔体的冷却速率沿倾斜板长度方向基本不变,当初始流速大于1 m/s时, 熔体冷却速率沿倾斜板长度方向逐渐减小;倾斜板上熔体冷却速率在100-1000 K/s之间, 属于亚快速凝固范畴.
多台阶器件结构深层表面光刻工艺优化
孙丽媛, 高志远, 邹德恕, 张露, 马莉, 田亮, 沈光地
2012, 61 (20): 206801. doi: 10.7498/aps.61.206801
摘要 +
针对多台阶器件结构深层表面光刻工艺中存在的问题,对不同台阶高度分别测量了台阶表面 及台阶底部沉积的光刻胶厚度,并对台阶高度与光刻胶厚度的关系进行数值描述与分析. 基于Beer定律对薄光刻胶光吸收系数的描述,分析了通过实验得到的不同曝光时间下光刻胶的光强 透过率曲线,解释了随着曝光时间的增加光刻胶光强透过率发生变化的原因, 同时认为光刻胶光吸收系数与光刻胶厚度密切相关.在此基础上,确定了台阶底部堆积光刻胶完全曝光 所需时间.优化平面光刻工艺,在不同台阶高度的深台阶表面及底部同时制作出窄线条的高质量图形.
用于1053nm高功率脉冲激光的有序介孔减反射膜
孙菁华, 徐耀, 晏良宏, 吕海兵, 袁晓东
2012, 61 (20): 206802. doi: 10.7498/aps.61.206802
摘要 +
以非离子表面活性剂F127为模板,正硅酸乙酯为硅源,在酸性条件下合成胶体通过溶剂蒸发诱导 自组装的方式制备了单层薄膜,经氨气预处理和高温煅烧除去模板剂后得到介孔氧化硅薄膜. 利用同步辐射掠入射X射线衍射、氮气吸脱附和透射电子显微镜研究了薄膜的介观结构, 发现薄膜内部呈现有序的笼型孔道结构,可归属于体心立方排列.通过紫外-可见光谱仪和椭偏仪研究了 薄膜的光学性质,在1053 nm波长处光学透射率可达99.9%以上,折射率可依F127/Si摩尔比而变. 采用原子力显微镜研究了薄膜的表面性质,薄膜表面平整,平均粗糙度仅为1.2 nm. 使用1053 nm激光测试薄膜的激光损伤阈值,所有样品阈值均大于25 J·cm-2 (脉宽为1 ns). 该薄膜制备方法有望成为一种大口径减反射膜制备新方法.
溅射制备Ge,Nb共掺杂窄光学带隙和低电阻率的TiO2薄膜
罗晓东, 狄国庆
2012, 61 (20): 206803. doi: 10.7498/aps.61.206803
摘要 +
采用射频磁控溅射技术制备了Ge, Nb共掺杂的锐钛矿结构TiO2薄膜,详细探讨了薄膜的结构、 电阻率及光学带隙等性质随Ge, Nb掺杂量、溅射功率和热处理温度等参数的变化, 发现Ge, Nb共掺杂可以同时调节TiO2薄膜的光学带隙和电阻率. 体积分数约为6% Nb和20% Ge的共掺杂TiO2薄膜电阻率由104 Ω/cm减小至 10-1 Ω/cm,光学带隙由3.2 eV减小至1.9 eV. 退火后掺杂TiO2薄膜不仅显示更低的电阻率,还表现出更强的可见-红外光吸收. 结果表明,改变Ge, Nb的掺杂量和退火条件能够制备出电阻率和带隙都可调的TiO2薄膜.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
钙钛矿锰氧化物中的极化子研究
伊丁, 秦伟, 解士杰
2012, 61 (20): 207101. doi: 10.7498/aps.61.207101
摘要 +
钙钛矿锰氧化物(以下简称锰氧化物, 如La1-xSrxMnO3等, x为掺杂浓度)因其优异的电、磁性质受到人们广泛的关注, 但是对于其材料内部载流子性质的认识至今仍没有统一定论. 本文基于锰氧化物内Mn-O链的特点, 建立一维紧束缚模型, 对锰氧化物载流子的性质展开研究. 发现在掺杂浓度x=0.5时, 系统处于铁磁态, 自旋能级完全劈裂, 价带和导带之间存在带隙, 所有电子态呈现扩展行为. 进一步掺杂, 将出现局域电子态, 同时伴随着晶格的局域畸变, 形成所谓的极化子. 伴随着极化子的出现, 带隙中出现极化子深能级. 极化子携带的电荷量越多, 形成的晶格缺陷越深, 局域能级也越深. 当极化子的电荷量继续增加时, 极化子解离, 载流子倾向于形成能量更低的正反"孤子"对.
BaCoxZn2-xFe16O27六角铁氧体电子结构与介电特性的第一性原理研究
李忠虎, 李林, 祁阳
2012, 61 (20): 207102. doi: 10.7498/aps.61.207102
摘要 +
提出了W型六角铁氧体BaCoxZn2-xFe16O27的晶体结构模型,并通过基于密度泛函理论 框架下Hubbard参数U修正的广义梯度近似密度泛函理论方法研究了该材料的基态电子结构、磁性和静电介电性特性. Co和Zn共掺杂引起BaFe18O27的导电性从半金属转换到半导体. BaCoxZn2-xFe16O27的能隙随x增加而增加, 晶格常数和原胞磁矩随之而变小.介电常数计算表明, BaCoxZn2-xFe16O27的静电 介电常数随x增加而增加, 在6.2-7.2范围而且显示各向异性. Born电荷计算分析表明Co和Zn本身极化对材料的介电常数和其各向异性影响不大.
N掺杂和N-V共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究
徐金荣, 王影, 朱兴凤, 李平, 张莉
2012, 61 (20): 207103. doi: 10.7498/aps.61.207103
摘要 +
采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似加Hubbard参数的似近, 研究了锐钛矿相TiO2, N掺杂TiO2和N-V共掺杂TiO2体系的基态原子构型、电子结构. 结果表明, N掺杂后,其晶胞体积比未掺杂时要略微增大,基态构型并未发生明显变化, 而N-V共掺杂时,对称性被破坏, V原子向N原子附近靠近.计算得到的锐钛矿相TiO2带隙 Egap为3.256 eV,与实验值3.23 eV非常接近. N掺杂TiO2带隙降低了0.4 eV, 而N-V共掺杂带隙降低至2.555 eV.此外, N-V共掺杂会在价带顶和导带底之间形成受主和施主能级, 这种能级对光生电子-空穴对的分离是非常有利的,降低了再次复合的概率. 因此, N-V共掺杂TiO2可以有效地提升TiO2作为光催化剂的催化能力.
磁各向异性热电效应对自旋相关器件的影响
陈家洛, 狄国庆
2012, 61 (20): 207201. doi: 10.7498/aps.61.207201
摘要 +
在纳米点接触热电效应的实验中检测到"Γ"形Ni线两端的温差电压在外磁场作用下有较大变化, 确认了这是由Ni线的磁各向异性热电效应引起的,外磁场的作用总是在逆温度梯度的方向产生 一个额外的电动势,它与磁场以及Ni线两端温度差之间有清晰的对应关系. 实验结果提示,自旋相关效应器件的研究需要留意器件样品的磁性材料构形设计和测试方法, 以避免混入额外的电磁信号,给实验结果带来误判.
室温下CdSe胶体量子点超快自旋动力学
李霞, 冯东海, 潘贤群, 贾天卿, 单璐繁, 邓莉, 孙真荣
2012, 61 (20): 207202. doi: 10.7498/aps.61.207202
摘要 +
利用时间分辨法拉第旋转光谱技术研究了室温下CdSe胶体量子点的自旋相干特性. 获得了不同磁场下的自旋退相干时间,并分析了自旋退相干的物理机理. 零磁场时量子点激子自旋退相干时间为102 ps,主要受电子与核自旋之间的超精细相互作用所影响. 当外加横向磁场强度为250 mT时,激子自旋退相干时间为294 ps;增大磁场强度, 自旋退相干时间逐渐减小.在较强磁场环境中(≥250 mT), 量子点激子自旋动力学由非均匀退相干机制所主导.
TiO2光学间隔层增强聚合物太阳能电池光吸收的分析
李国龙, 李进, 甄红宇
2012, 61 (20): 207203. doi: 10.7498/aps.61.207203
摘要 +
基于共轭聚合物给体材料聚3-己基噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物受体材料(6, 6)-苯基-C61 (PCBM) 共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度, 从而影响了器件对入射光的吸收.在聚合物功能层和反射电极间插入TiO2光学间隔层可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收.基于薄膜传递矩阵法计算了不同的P3HT:PCBM功能层厚度和TiO2插入层厚度的器件内光电场和光吸收. 理论分析证明:器件结构为铟锡氧化物(ITO) (100 nm)/聚3, 4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS (40 nm)/P3HT:PCBM/TiO2/LiF (1 nm)/Al (120 nm)时, 插入10 nm厚的TiO2膜层可以使器件的聚合物功能层厚度在减薄25 nm的同时增加16.3%的光子吸收数,并且不明显降低功能层的激子分离概率,即功能层和TiO2光学间隔层厚度分别约为75和10 nm时的器件性能为宜,此结果通过器件性能实验得以证实.
微纳光栅结构增强聚合物太阳能电池光吸收的研究
李国龙, 李进
2012, 61 (20): 207204. doi: 10.7498/aps.61.207204
摘要 +
基于共轭聚合物给体材料P3HT和富勒烯衍生物受体材料PCBM共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池, 因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度,从而影响了器件对入射光的吸收. 在聚合物功能层表面引入微纳光栅结构可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收. 本文基于时域有限差分方法仿真得到了光栅周期为1 μ,占空比为0.5以及入射波长分别为500和700 nm 时二维器件内光电场分布;并基于严格耦合波分析方法计算得到了不同光栅深度和光栅占空比的器件光吸收. 理论分析表明:插入微纳光栅结构后,由于光栅衍射增强作用使器件内出现了光聚焦现象;当占空比为0.5时, 光栅深度为10 nm的器件在入射波长为512 nm时,器件光学吸收增加了4.2%. 基于聚二甲基硅氧烷的微压印技术,制备了微纳光栅结构聚合物太阳能,器件结构为 ITO/PEDOT:PSS光栅层/P3HT:PCBM/LiF/Al.该器件与平板器件的性能对比实验证实, 通过在PEDOT:PSS上引入微纳光栅结构,器件能量转化效率增加了31%.
新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究
余晨辉, 罗向东, 周文政, 罗庆洲, 刘培生
2012, 61 (20): 207301. doi: 10.7498/aps.61.207301
摘要 +
针对传统单结GaN基高电子迁移率晶体管器件性能受电流崩塌效应和自加热效应限制的困境, 对新型AlGaN/GaN/InGaN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管的直流性质展开了系统研究. 采用基于热电子效应和自加热效应的流体动力模型,研究了器件在不同偏压下电流崩塌和负微分电导效应与 GaN沟道层厚度的相关.研究发现具有高势垒双异质的沟道层能更好地将电子限制在沟道中, 显著减小高电场下热电子从沟道层向GaN缓冲层的穿透能力.提高GaN沟道层厚度可以有效抑制电流崩塌 和和负微分输出电导,进而提高器件在高场作用下的性能.所得结果 为进一步优化双异质结高电子迁移率晶体管结构提供了新思路,可促进新型GaN高电子迁移率晶体管器件 在高功率、高频和高温等无线通讯领域内的广泛应用.
B元素添加对Co-Zr-Mo合金薄带的磁性能及结构的影响
侯志鹏, 张金宝, 徐世峰, 吴春姬, 王子涵, 杨坤隆, 王文全, 杜晓波, 苏峰
2012, 61 (20): 207501. doi: 10.7498/aps.61.207501
摘要 +
利用X射线和磁性测量研究了Co77Zr18-xMo5Bx合金薄带的结构 和磁性.实验发现,在Co-Zr-Mo合金中添加适当含量的B,可以使其矫顽力显著提高,当x=2.0时, 制备出具有迄今为止Co-Zr基永磁合金最大矫顽力Hc=7.0 kOe (1 Oe =79.5775 A/m)的快淬薄带. 随着B元素添加, Co77Zr18- xMo5Bx合金薄带的晶粒逐渐细化,并根据Henkel plot模型计算得出软磁相fcc-Co与硬磁相Co5Zr相之间的交换耦合作用逐渐增强. 合金薄带的矫顽力主要受硬磁相Co5Zr相的晶粒尺寸控制,并随着晶粒尺寸的减小先升高后降低. 另一方面, Co77Zr18Mo5合金薄带的矫顽力机理为反磁化核形核模型, 添加B元素之后矫顽力机理变为畴壁钉扎模型.通过X射线衍射和热磁分析发现, B元素并没有进入到Co5Zr相的晶格中,而是存在于非晶相中.
CoFe2O4和MnFe2O4纳米复合介质的制备及其磁性研究
高若瑞, 喻伟, 费春龙, 张悦, 熊锐, 石兢
2012, 61 (20): 207502. doi: 10.7498/aps.61.207502
摘要 +
采用热分解法制备了分散程度高且平均晶粒尺寸为20 nm的CoFe2O4和MnFe2O4 复合介质.低温磁化曲线测量显示,制备的复合介质具有软-硬磁交换弹性耦合效应, 且合成温度以及软磁和硬磁相的成分比例对磁交换弹性耦合的强度有很大的影响. 变温磁测量显示,温度为20 K时,复合纳米介质的表面自旋冻结效应导致饱和磁化强度显著增加. Henkel测量显示,对分散的CoFe2O4和MnFe2O4复合介质, 磁偶极相互作用占主导作用.
Heusler合金Mn2NiGe马氏体相变的带Jahn-Teller效应研究
罗礼进, 仲崇贵, 董正超, 方靖淮, 周朋霞, 江学范
2012, 61 (20): 207503. doi: 10.7498/aps.61.207503
摘要 +
运用第一性原理的方法,计算磁性形状记忆合金Mn2NiGe的晶体结构、磁结构、 电子结构在马氏体相变中的变化.结果表明: Mn2NiGe在发生马氏体相变时, 产生了c轴拉长而a和b轴缩短的Jahn-Teller畸变,形成一个由两根长键和四根短键 组成的拉长的八面体;伴随Jahn-Teller畸变,处于八面体中心的Mn离子的磁矩发生了显著的变化, 而作为配体的Ni和Ge离子的磁矩基本不变; Jahn-Teller效应中Mn离子的eg和t2g 能级的分裂,源自于晶体畸变所产生的配位场的改变,导致Mn离子d电子态密度的重新分布, 从而在费米能级两侧打开一个赝能隙.
简化共沉淀法制备CaCu3Ti4O12陶瓷及其介电性能研究
贾然, 顾访, 吴珍华, 赵学童, 李建英
2012, 61 (20): 207701. doi: 10.7498/aps.61.207701
摘要 +
具有巨介电常数的CaCu3Ti4O12陶瓷是一种理想的高储能密度电容器材料. 本文以草酸为沉淀剂、以乙酸铵为调节pH值的定量缓冲剂, 获得制备CaCu3Ti4O12陶瓷的简化共沉淀法.确定了pH=3.0为制备前驱粉料的 最佳反应条件.通过显微分析和介电性能测量,发现在1040℃-1100℃ 范围内,随着烧结温度的提高,陶瓷的晶粒尺寸增大,非线性系数上升,电位梯度和介电损耗下降, 1100℃烧结的试样tanδ 最低达到0.04.认为CaCu3Ti4O12 陶瓷介电损耗包含直流电导分量、低频松弛损耗和高频松弛损耗.低频松弛活化能为0.51 eV, 对应于晶界处的Maxwell-Wagner松弛极化;高频松弛过程活化能为0.10 eV, 对应晶粒内部的氧空位缺陷.烧结温度的升高导致晶界电阻下降.
钇和镧掺杂氧化铝陶瓷的热导及其介电弛豫特性研究
伍君博, 唐新桂, 贾振华, 陈东阁, 蒋艳平, 刘秋香
2012, 61 (20): 207702. doi: 10.7498/aps.61.207702
摘要 +
采用氧化物固相反应法,制备出纯氧化铝陶瓷及其分别掺杂稀土元素钇和镧的陶瓷样品. 测量了样品的结构、介电特性和热导性能;研究了烧结温度对掺杂不同稀土元素的陶瓷样品的性能的影响. X射线衍射结果表明1500℃烧结后陶瓷样品形成了单一的固溶体. 而氧化铝的热导率达到8.60 W/(m·K),样品的介电性能稳定. 我们发现掺杂Y3+和La3+的氧化铝陶瓷存在介电弛豫现象,并对该现象进行了机理分析.
中心金属Ga原子对Corrole三重态动力学及单线态氧产生的影响
邵文莉, 林永锋, 林枫灿, 彭开美, 张蕾, 王惠, 刘海洋, 计亮年
2012, 61 (20): 207801. doi: 10.7498/aps.61.207801
摘要 +
采用激光闪光光解技术测量了5, 15-二(五氟苯基), 10-苯基Corrole, 5, 10, 15-三(五氟苯基) Corrole及其相应Ga配合物的三重态瞬态吸收光谱和动力学弛豫过程. 测量结果表明, 四种Corrole样品在440-540 nm波长范围内具有三重态吸收信号且吸收峰位于450 nm. 无氧条件下, 金属Ga Corrole的三重态寿命比对应的自由Corrole三重态寿命短; 有氧条件下, 则反之. 由此推测, 金属Ga原子的插入减缓了氧对Corrole分子三重态的猝灭速率. 利用稳态红外发光法测量了四种Corrole样品的单线态氧稳态发光光谱. 计算结果显示, 金属Ga原子的插入使得Corrole的单线态氧量子产率有所下降. 结果表明, 金属Ga原子产生的重原子效应对Corrole三重态动力学和单线态氧的产生有一定的影响.
有机电致发光器件的稳定性
张新稳, 胡琦
2012, 61 (20): 207802. doi: 10.7498/aps.61.207802
摘要 +
有机电致发光器件(organic light-emitting device, OLED)具有结构简单、驱动电压低、柔性好、 可实现大面积显示等特点,在光通信、信息显示与固态照明等领域均显现出巨大的商业应用前景, 备受学术界和产业界的关注.自1987年以来, OLED器件迅速发展,其亮度和效率已达到实用化的要求, 但是目前产业化面临的主要难题之一就是器件的稳定性问题.本文主要介绍了OLED器件的非本质老化机理 和本质老化机理,对黑点形成、薄膜形貌不稳定、金属原子扩散、[Alq3]+阳离子和正电荷积累等 多种OLED老化机理进行了总结和讨论,并针对这些老化机理重点阐述改善OLED器件工作稳定性的方法. 最后,对OLED器件稳定性研究的发展趋势做了展望.
载流子导引的折射率变化偏振相关性研究
缪庆元, 崔俊, 胡蕾蕾, 何健, 何平安, 黄德修
2012, 61 (20): 207803. doi: 10.7498/aps.61.207803
摘要 +
分析了载流子浓度、张应变量大小、量子阱阱宽和量子阱垒区材料组分对量子阱结构TE模 和TM模折射率变化的影响.综合调配以上参数得到1530-1570 nm波长范围内同时具有大的折 射率变化量(10-2量级)和折射率变化低偏振相关(10-4量级)的量子阱结构. 研究表明, 不同的调配参数组合可以得到同一波长范围内基本一致的折射率变化谱.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
喷射成型FGH4095静态再结晶组织特征
张宇, 葛昌纯, 沈卫平, 邱成杰
2012, 61 (20): 208101. doi: 10.7498/aps.61.208101
摘要 +
为了研究喷射成型FGH4095高温合金经热等静压、近等温锻后固溶热处理的组织特征, 采用喷射成型高温合金,经1170℃, 120 MPa, 3 h热等静压和75%压缩量的近等温锻, 经1120℃, 1140℃, 1160℃保温10, 20, 40 min固溶热处理, 再经油淬后研究其再结晶过程及晶粒尺寸、析出相的变化规律.结果表明,固溶温度强烈影响静态 再结晶过程及固溶后的组织.在1120℃下固溶20 min,由于区域化的不完全再结晶, 可形成项链组织; 1140℃下固溶40 min可基本完成再结晶,并得到细化的再结晶组织, 平均晶粒尺寸约为8 μm; 1160℃下固溶10 min即可基本完成再结晶, 晶粒尺寸长大到约18 μm.
近场宽带电场耦合天线的高频结构模拟器软件仿真及性能分析
杨勇, 孙伟强, 庄虔伟, 冯涛, 许胜勇, 解思深
2012, 61 (20): 208401. doi: 10.7498/aps.61.208401
摘要 +
近场宽带电场耦合天线是一种新型的短距离、高速无线通信天线, 它是索尼公司力推的近距离高速无线通信技术TransferjetTM的工作天线. 使用高频结构模拟器软件,对一种典型的近场宽带电场耦合天线进行了参数化的结构设计; 通过仿真模拟,分析短截线的线长和线宽,以及耦合电极的面积对天线中心频率和工作带宽的影响; 分析了天线间的距离和夹角,以及耦合电极的面积,对天线传输损耗和性能的影响. 设计了一个满足TransferjetTM技术指标的小尺寸天线,给出了性能仿真结果.
回旋速调管放大器时域非线性理论与模拟
马俊建, 朱小芳, 金晓林, 胡玉禄, 李建清, 杨中海, 李斌
2012, 61 (20): 208402. doi: 10.7498/aps.61.208402
摘要 +
研究了一种回旋速调管放大器时域非线性理论模型.该模型由广义电报方程来表示回旋速调管内的电磁 场,采用引导中心近似的电子运动方程来推动粒子,由粒子更新得到的电流密度为源激励电磁场. 基于上述理论模型,从回旋速调管电子注横向速度满足高斯分布出发,建立了速度分散的分布模型. 编写了相应的时域非线性注波互作用模拟程序,对回旋速调管放大器的注波互作用进行了深入的分析和研究, 并应用粒子模拟软件与自洽非线性模拟程序进行对比验证,两者结果基本一致.

编辑推荐

超导纳米线多光子响应特性研究
周渝, 张蜡宝, 郏涛, 赵清源, 顾敏, 邱健, 康琳, 陈健, 吴培亨
2012, 61 (20): 208501. doi: 10.7498/aps.61.208501
摘要 +
研究了超导单光子探测器器件超导纳米线的多光子响应特性. 在温度3.5 K 实验测量了纳米线器件直流特性和光子响应概率对多光子脉冲信号的响应特性. 实验表明, 器件超导转变电流随光辐照强度的增加而减小;在多光子脉冲信号下, 器件响应的光子数随偏置电流减小而增加. 同时基于量子光学和器件Hotspot理论半定量分析了该多光子响应的机制.
基于缺陷光子晶体结构的GaN基发光二极管光提取效率的有关研究
岳庆炀, 孔凡敏, 李康, 赵佳
2012, 61 (20): 208502. doi: 10.7498/aps.61.208502
摘要 +
现有的研究表明,利用光子晶体可以有效提高发光二极管的光提取效率. 由于在制造时光子晶体中可能会存在缺陷和错位,本文基于时域有限差分法对光子晶体中的缺陷 和错位对发光二极管发光效率的影响进行了研究.数值仿真结果表明, 光子晶体中少量缺陷或者微小错位并不会降低发光二极管的光提取效率, 其中某些缺陷反而能增强光子晶体发光二极管的光提取效率.本文对其物理机理给出了详细的理论分析, 并设计了一种具有缺陷的光子晶体,在未刻蚀到有源层(离有源层20 nm)的情况下, 其光提取效率达到了完美光子晶体的1.6倍.通过对这种缺陷光子晶体的空间频谱分析可知, 可以通过设计具有特殊空间频谱分布的光子晶体来提高发光二极管的发光效率, 这对设计高光提取效率的光子晶体结构和制造高效率的发光二极管有指导意义.
昼夜节律下心率变异性信号的熵信息和谱特征
李锦, 刘大钊
2012, 61 (20): 208701. doi: 10.7498/aps.61.208701
摘要 +
生理系统产生的复杂波动信号能够反映其潜在的动力学特征.采用基本尺度熵和功率谱的方法分析 24 h心率变异性信号.结果表明,心脏系统昼夜节律下生理和病理的变化伴随着变化的基本尺度 熵和功率谱分布,但是对于近似熵,其变化却不明显;同时发现,基本尺度熵的变化能够反映相应的 自主神经调控的变化,由于充血性心力衰竭患者迷走神经的调控被抑制,交感神经的调控占优势, 所以数据中会出现更多变化的矢量模式组合,因此心力衰竭患者心率变异性信号的熵值较高; 在夜间睡眠状态时,由于迷走神经的调控增强,交感神经的调控减少,所以健康人和心力衰竭患者的 基本尺度熵都比白天清醒状态时产生了下降趋势.
地球物理学、天文学和天体物理学
2009年11月冰冻雨雪事件10-30d延伸期稳定分量提取及分析
王阔, 封国林, 孙树鹏, 郑志海
2012, 61 (20): 209201. doi: 10.7498/aps.61.209201
摘要 +
针对2009年11月冰冻雨雪事件,通过经验正交函数分解等方法提取10-30 d稳定分量, 并第一次运用计算贡献率和相似系数判定等手段把稳定分量进一步客观地分离成气候态稳定分量 和异常型稳定分量.将气候态稳定分量与低通滤波分量合成气候背景场.研究发现: 气候背景场环流形势持续时间较长,随时间变化缓慢,主要提供了事件发生的气候背景, 指示大尺度环流调配置和调整;气候背景场空间活动范围较大,能较好地刻画永久半永久性大气活动中心 变化情况,且在垂直各层有稳定一致的配置关系;异常型稳定分量重点体现了环流相对异常特征, 与2009年11月冰冻雨雪事件有较好的对应关系.在气候背景场提供确定的环流大背景下, 异常型稳定分量表征了对应天气系统的相对强弱变化.
基于临界慢化现象的气候突变前兆信号的初步研究
吴浩, 侯威, 颜鹏程, 封国林
2012, 61 (20): 209202. doi: 10.7498/aps.61.209202
摘要 +
近年来,临界慢化现象在揭示复杂动力系统是否趋于临界性灾变方面展示了重要潜力. 基于临界慢化的理念,研究了气候突变的早期预警信号.针对20世纪70年代末80年代初的气候突变, 对全国月平均温度资料和太平洋年代际振荡(PDO)指数进行分析,分别计算了表征临界慢化现象的方差 和自相关系数.结果表明,气候发生突变前,全国月平均温度和PDO指数都存在明显的临界慢化现象, 这表明临界慢化现象可能是气候突变发生前的一个早期信号.将临界慢化理论用于气候突变前兆信号的研究, 对深入认识气候突变和捕捉气候突变前兆信号都具有重要的现实意义和科学价值.
H2D+与固体的相互作用及H2D+的结构测量
朱洲森, 袁学东, 缪竞威, 师免恭, 廖雪花, 方才进
2012, 61 (20): 209203. doi: 10.7498/aps.61.209203
摘要 +
报道了分子离子H2D+与超薄固体膜相互作用的实验研究. 阐述了H2D+对天体物理等领域的重要性,简述了近几年针对H2D+的研究, 分析了在实验室条件下H2D+的形成机理,给出了其与固体膜相互作用产生库仑爆炸的能谱. 进行了辅助实验,使D2+与相同固体膜发生作用,并利用这个结果和其他分析与处理方法, 将H2D+的D+能谱中D2+计数部分做了去除. 实验再次证实了分子离子与固体相互作用时尾流效应的存在, 采用三体尾流效应对比的方法最终确定了H2D+结构形状和键长. 对H2D+库仑爆炸后的较重离子尾流谱形状的反常现象做了讨论和分析.
考虑非牛顿引力下的快速转动混合星性质
付宏洋, 文德华, 燕晶
2012, 61 (20): 209701. doi: 10.7498/aps.61.209701
摘要 +
计算和讨论了考虑非牛顿引力下的快速转动混合星结构与性质,包括质量-半径关系、Kepler转速、 转动惯量、引力红移以及转动动能和引力结合能之比等.结果表明,转动将有效地增大混合星能支持的 最大质量, Kepler转速下能支持的最大质量比静态时增加20%左右; 转动对于考虑非牛顿引力的混合星整体结构性质(包括质量-半径关系、转动惯量、 转动动能和引力结合能之比等)具有明显的影响,但对极向引力红移影响相对较小.
X射线脉冲星导航系统导航精度的研究
王朋, 赵宝升, 盛立志, 胡慧君, 鄢秋荣
2012, 61 (20): 209702. doi: 10.7498/aps.61.209702
摘要 +
为提高X射线脉冲星导航系统的导航精度,提出了一种基于低通滤波器的恒比定时方法, 以提高X射线脉冲星导航系统中X射线脉冲到达时间的测量精度.通过设计测量方案, 对原有的峰值定时方法和改进后的恒比定时系统的定时精度和死时间进行测量.测量结果表明, 峰值定时系统的定时精度和死时间分别为18和4750 ns,恒比定时系统的定时精度和死时间分别为 0.78和105 ns,与原有的峰值定时系统相比,采用恒比定时系统的定时精度和死时间均得到明显的提高. 在X射线脉冲星导航系统中,通过利用这两种不同定时系统来测量X射线光子的到达时间以构造累积脉冲轮廓. 实验结果表明,与峰值定时系统相比,采用改进的恒比定时系统获得的累积脉冲轮廓的信噪比得到明显改善, 因此,采用恒比定时系统的导航精度可得到提高.