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Vol. 63, No. 6 (2014)

2014年03月20日
总论 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 评论
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总论
复杂分子振动谱中的对称性
杨丽华, 杨伯君
2014, 63 (6): 060201. doi: 10.7498/aps.63.060201
摘要 +
复杂分子的振动谱一般分为基团频率和指纹频率两部分,研究发现有些复杂分子其振动谱中指纹频率存在一定的对称性,例如作为分子探针的异硫氰基-孔雀石绿(malachite green isothiocyanate,MGITC)分子,其指纹频率具有U(5)对称性. 本文介绍分子振动谱的U(5)模型并用其拟合MGITC低激发谱,发现理论与实验结果符合较好.
含非线性微扰项的二阶动力学系统的一阶近似守恒量的一种新求法
楼智美
2014, 63 (6): 060202. doi: 10.7498/aps.63.060202
摘要 +
从一阶近似守恒量的性质出发,把受微扰系统视为未受微扰系统与微扰项的迭加,提出一种分三步求得一阶近似守恒量的新方法:先选择合适的方法求得未受微扰系统的守恒量I0,再考虑微扰项对守恒量I0 的影响,最后利用一阶近似守恒量的性质求得一阶近似守恒量. 用该方法研究了一实际的受非线性微扰作用的两自由度动力学系统,得到4个稳定的一阶近似守恒量. 用坐标变换法和微扰法得到系统一阶近似解的表达式,并讨论4种特殊情况下的一阶近似解.
基于差分平稳时序的Ka波段雨衰预测
张轶, 达新宇
2014, 63 (6): 060203. doi: 10.7498/aps.63.060203
摘要 +
针对经典模型在Ka波段雨衰预测时存在涉及参数多、计算量大的问题,提出了基于差分平稳时序的预测方法. 该方法利用前导雨衰值的差分变换建立预测模型,并通过对平稳时序的参数估计得到各频点的雨衰预测值,进而实现将传统的非线性预测转化为简便的线性预测. 仿真结果表明:不同预测间隔、时序个数、差分次数下的预测精度不同,与Dissanayake-Allnut-Haidara模型相比在满足预测间隔0.1 GHz、时序数20、二次差分条件时预测误差可达10-3以下,同时表明极化方式对模型参数的影响可以忽略,验证了所提方法具备参数计算简单、预测精度高的优点.
一类Fermi气体在非线性扰动机制中轨线的渐近表示
石兰芳, 陈贤峰, 韩祥临, 许永红, 莫嘉琪
2014, 63 (6): 060204. doi: 10.7498/aps.63.060204
摘要 +
研究了一维Fermi气体的非线性扰动模型. 首先构造了相应的泛函,其次选取Lagrange乘子,再利用改进的广义变分迭代方法得到了此模型轨线的近似解析解. 列举了一个简单的例子,指出利用改进的广义变分方法得到的轨线有较好的近似度. 主要研究目的是提供一种求解非线性物理问题的有效方法.
一类海-气振子模型的微扰解
韩祥临, 石兰芳, 莫嘉琪
2014, 63 (6): 060205. doi: 10.7498/aps.63.060205
摘要 +
文章创建一个求解关于海-气振子模型非线性方程的渐近方法,并且基于一类海-气振子模型,借助于改进的微扰方法,首先按时滞参数进行展开,然后对两小参数的相对值分为三种情形进行讨论,最后利用微分不等式理论得到了问题解的一致有效的渐近展开式.
驱动模式对具有库源平衡的黏性流体中空间反射时间反演联合对称性的影响
陈曦, Yu Whitney, Joglekar Yogesh N, 郑友取, 许友生, 吴锋民
2014, 63 (6): 060206. doi: 10.7498/aps.63.060206
摘要 +
满足空间反射时间反演parity and time-reversal(PT)联合对称性的库源平衡宏观开放系统近几年成为一个研究热点. 本文将PT对称性引入到动力学系统,用格子玻尔兹曼方法求解Navier-Stokes方程,发现在二维黏性流体中,如果进口和出口的条件完全等同,在低雷诺数流动中,流场的PT对称函数(ρ)随雷诺数(Re)的增高以 ρn ~ Ren 指数增长. 用三种不同的速度剖面来驱动流体,计算流场达到稳定状态时的PT对称性. 结果发现,进出口平衡的黏性管流中,ρn ~ Ren 的规律在三种驱动模式中出现,表明流场的PT 对称性是由流体本身决定的,与驱动模式没有关系,从此论证所得到的指数率的谱适性.
腔量子电动力学系统中耦合三原子的纠缠特性
卢道明
2014, 63 (6): 060301. doi: 10.7498/aps.63.060301
摘要 +
研究了三个全同二能级原子与单模腔相互作用系统中原子间的三体纠缠特性. 考虑原子间存在相互耦合,并且腔场处于弱相干态的情况,通过数值计算给出了纠缠量的演化曲线,讨论了原子间耦合强度和弱相干场强度对三体纠缠的影响. 研究结果表明:随弱相干场强度增强,原子间的三体纠缠增强;相反,随原子间耦合系数增大,原子间三体纠缠减弱.
集体噪声信道上带身份认证的无信息泄露的量子对话协议
吴贵铜, 周南润, 龚黎华, 刘三秋
2014, 63 (6): 060302. doi: 10.7498/aps.63.060302
摘要 +
在集体噪声条件下提出三个带身份认证的量子对话协议,两个量子对话协议分别用于抵抗集体消相干噪声和集体旋转噪声,另一个用于同时抵抗这两种集体噪声. 通信双方通过广义幺正变换将自己的秘密信息编码到量子态中;并根据自己的秘密信息和携带秘密信息的粒子的初末两量子态,便可推知对方的秘密信息实现量子对话. 协议的效率、安全性和无信息泄露等性能分析表明了协议的有效性.
表面离子阱的衬底效应模型研究及新型离子阱设计
张见, 陈书明, 刘威
2014, 63 (6): 060303. doi: 10.7498/aps.63.060303
摘要 +
通过分析表面离子阱衬底的功率损失和电势损失对离子阱阱深和离子加热速率的影响,提出考虑衬底效应的阱深和离子加热速率的解析分析模型. 研究发现,硅基衬底的电势损失对表面离子阱阱深的降幅达17.19%,功率损失对离子加热速率的加速达13.37%. 为了降低衬底效应的不利影响,设计了衬底真空隔离结构的表面离子阱,在离子阱射频电极和直流电极间的衬底表面刻蚀出多条隔离槽,从而减小衬底的等效电导和等效电容,达到降低衬底功率和电势损失的目的. 模拟结果显示,相比于一般结构,真空隔离结构的硅基表面离子阱能够使阱深加深20.22%,使衬底功率损失降低54.55%.
缓变下垫面和耗散作用的非线性Rossby波
宋健, 杨联贵, 刘全生
2014, 63 (6): 060401. doi: 10.7498/aps.63.060401
摘要 +
从准地转位涡方程出发,采用摄动方法和时空伸长变换推导了在缓变下垫面和耗散共同作用的Rossby代数孤立波方程,得到Rossby波振幅满足带有缓变下垫面的非齐次Benjamin-Davis-Ono-Burgers(BDO-Burgers)方程的结论. 指出地形效应和耗散是诱导非线性Rossby 波产生的重要因素,说明了在缓变下垫面强迫效应和非线性作用相平衡的假定下,Rossby 孤立波振幅的演变满足非齐次BDO-Burgers方程,给出在切变基本气流下缓变下垫面和正压流体中Rossby波的相互作用.
基于现场可编程逻辑门阵列的新型混沌系统实现
邵书义, 闵富红, 吴薛红, 张新国
2014, 63 (6): 060501. doi: 10.7498/aps.63.060501
摘要 +
构建了一个新的五维变形蔡氏系统,通过数值仿真,分析平衡点的稳定性、分岔图和Lyapunov指数谱,研究系统特有的基本非线性动力学行为,还分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化. 基于混沌系统的数值仿真分析以及数字化处理技术,将五维变形蔡氏系统状态方程进行离散化处理,并根据IEEE-754标准和模块化设计理念构建出实现混沌系统变量运算关系的基本模块,进一步利用现场可编程逻辑门阵列硬件平台实现了五维变形蔡氏系统的混沌吸引子. 研究结果表明,新五维变形蔡氏系统具有新的混沌动力学行为,并通过硬件证实了新系统的存在性和物理上的可实现性.
加性和乘性泊松白噪声联合激励下光滑非连续振子的随机响应
岳晓乐, 徐伟, 张莹, 王亮
2014, 63 (6): 060502. doi: 10.7498/aps.63.060502
摘要 +
利用广义胞映射方法,研究 了加性和乘性泊松白噪声联合作用下SD振子(smooth and discontinuous oscillator)的随机响应问题. 基于图分析算法,获得确定SD振子的吸引子、吸引域、域边界、鞍和不变流形等全局特性. 基于矩阵分析算法,计算了SD振子在泊松白噪声激励下的瞬态和稳态响应. 结果表明:随机响应的概率密度函数演化方向和确定情况下的不稳定流形形状之间存在密切联系. 蒙特卡罗模拟结果表明,所使用的方法是有效且准确的.
空间交替Julia集的反馈控制与线性广义同步
王培, 刘树堂
2014, 63 (6): 060503. doi: 10.7498/aps.63.060503
摘要 +
讨论了由空间交替系统迭代产生的空间交替Julia集. 空间交替Julia集是由交替的复动力系统zm+1,n+azm,n+1=(1+a)2zmn2+ci,i=1,2 迭代产生的,且通过辅助反馈控制方法实现了对空间交替Julia集的控制. 同时利用线性反馈的方法,实现了不同空间交替Julia集之间的线性广义同步. 仿真结果验证了控制和同步方法的有效性.
一种基于最大流的网络结构熵
蔡萌, 杜海峰, 费尔德曼
2014, 63 (6): 060504. doi: 10.7498/aps.63.060504
摘要 +
熵是可用来反映网络结构异质性的指标. 针对传统熵指标不能很好反映网络全局异构性的不足,本文引入网络流的概念,综合考虑径向测度和中间测度,提出一种新的网络结构熵. 特殊网络(如公用数据集Dolphins网络)的分析结果表明,本文提出的熵指标在一定程度上克服了其他网络熵指标的不足,更能够反映网络的真实拓扑结构;对随机网络、最近邻耦合网络、星型网络、无标度网络、Benchmark网络和小世界网络等典型网络的理论分析和仿真实验,进一步证明本文提出的熵指标在刻画一般复杂网络结构特征上的有效性和适用性.
基于X射线掠射法的纳米薄膜厚度计量与量值溯源研究
崔建军, 高思田
2014, 63 (6): 060601. doi: 10.7498/aps.63.060601
摘要 +
为了实现纳米薄膜厚度的高精度计量,研制了可供台阶仪、扫描探针显微镜等接触测量的纳米薄膜样片,研究了X 射线掠射法测量该纳米薄膜样片厚度的基本原理和计算方法,导出了基于Kiessig厚度干涉条纹计算膜层厚度的线性拟合公式,并提出了一种可溯源至单晶硅原子晶格间距和角度计量标准的纳米膜厚量值溯源方法,同时给出了相应的不确定度评定方法. 实验证明:该纳米薄膜厚度H测量相对扩展不确定度达到U=0.3 nm+1.5%H,包含因子k=2. 从而建立了一套纳米薄膜厚度计量方法和溯源体系.
基于混沌神经网络的盲检测改进新算法
于舒娟, 宦如松, 张昀, 冯迪
2014, 63 (6): 060701. doi: 10.7498/aps.63.060701
摘要 +
针对Hopfield神经网络的多起点问题,提出了一种新的基于混沌神经网络的盲信号检测算法,实现了二进制移相键控信号盲检测. 据此进一步提出双sigmoid混沌神经网络模型,构造了新的能量函数,且证明了该模型的稳定性,并对网络参数进行配置. 仿真实验表明:混沌神经网络能够避免局部极小点且具备较强的抗噪性能,双sigmoid混沌神经网络则继承了其所有的优点,且其收敛速度更快,仅需更短的接收数据即可到达全局真实平衡点,从而降低了算法的计算复杂度,减少了运行时间.
全光固体条纹相机的理论及其静态实验研究
梁玲亮, 田进寿, 汪韬, 李福利, 高贵龙, 王俊锋, 王超, 卢裕, 徐向晏, 曹希斌, 温文龙, 辛丽伟, 刘虎林, 王兴
2014, 63 (6): 060702. doi: 10.7498/aps.63.060702
摘要 +
全光固体条纹相机采用空间调制抽运光激发平板波导光偏转器,通过精确控制抽运光和信号光之间的时间延迟,实现对入射到波导芯层信号光的偏转扫描. 它能有效解决传统变像管条纹相机因空间电荷效应造成的动态范围降低以及光电阴极材料在红外波段探测受限等问题,且结构简单,系统稳定性高,理论时间分辨率可达皮秒甚至亚皮秒量级. 本文围绕全光固体条纹相机的核心部件——AlxGa1-xAs/GaAs/AlxGa1-xAs 平板波导光偏转器,研究了在带填充效应、带隙收缩效应以及自由载流子吸收效应作用下GaAs折射率的变化情况;在GaAs折射率变化达到0.01量级,信号光束斑大小和波导宽度之比p=0.5时,得到系统的理论时间分辨率为2 ps;按照静态实验条件求得的理论空间分辨率为17 lp/mm,实验结果显示其值为9 lp/mm.

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一种超快时间分辨速度干涉仪的设计和理论研究
范伟, 谷渝秋, 朱斌, 税敏, 单连强, 杜赛, 辛建婷, 赵宗清, 周维民, 曹磊峰, 张学如, 王玉晓
2014, 63 (6): 060703. doi: 10.7498/aps.63.060703
摘要 +
在单发、超快时间分辨的测量技术中,线性啁啾脉冲和光谱仪的结合使用是一种常见方法. 本文以成像型光谱仪为记录系统,利用线性啁啾脉冲的频-时对应关系,设计了一种应用于自由面速度超快测量的速度干涉仪. 理论研究了其工作原理和适用范围,该速度干涉仪可以实现皮秒量级的时间分辨,且速度灵敏度可调、易调,大大拓宽了速度干涉仪的应用范围. 数值模拟了系统的测速过程,结果表明,重建速度信号与给定物体速度符合得很好,进一步验证了系统的可行性.
原子和分子物理学
SeN2自由基解析势能函数的耦合簇理论研究
曾晖, 赵俊
2014, 63 (6): 063101. doi: 10.7498/aps.63.063101
摘要 +
利用单双迭代耦合簇理论CCSD结合相关一致四重基组cc-pVQZ对SeN2基态的平衡结构和谐振频率进行了优化计算. 计算结果表明:基态SeN2自由基分子稳定态为C2v构型,基态电子组态为X1A1,平衡核间距RSe-N=0.1691 nm,RN-N=0.1970 nm,αN-Se-N=71.289°,离解能De=4.78 eV. 基态简正振动频率分别为:ν1=326.9288 cm-1,ν2=808.0161 cm-1以及ν3=948.3430 cm-1. 对SeN基态和N2 基态采用上述相同方法进行几何构型与谐振频率的计算并进行单点能扫描,使用Murrell-Sorbie函数进行最小二乘拟合得到其势能函数和光谱常数,通过和其他理论值以及实验值做比较,显示本文的计算工作达到了很高的精度. 应用多体项展式理论导出了基态SeN2的全空间解析势能函数,其势能函数等值势能图准确再现了SeN2分子的结构特征和能量变化.
碰撞能对反应Sr+CH3I→SrI+CH3的立体动力学影响
马建军
2014, 63 (6): 063401. doi: 10.7498/aps.63.063401
摘要 +
采用准经典轨线方法,基于半经验的London-Eyring-Polanyi-Sato 势能面,研究了碰撞能对碰撞反应Sr+CH3I→SrI+CH3的立体动力学性质的影响. 结果表明,反应物的初始碰撞能对产物转动角动量矢量的取向和定向程度都有重大影响.
采用量子波包方法和准经典轨线方法研究S(3P)+HD反应
段志欣, 邱明辉, 姚翠霞
2014, 63 (6): 063402. doi: 10.7498/aps.63.063402
摘要 +
利用量子波包方法和准经典轨线方法在一个新的3A"势能面上研究了S(3P)+HD→SD+H 和SH+D 反应的动力学性质. 计算得到了两个反应通道在碰撞能为0.8–2.2 eV 范围内的J = 0 反应几率、积分反应截面、内同位素因子和产物转动取向因子. 这些结果揭示了S(3P)+HD 反应非常明显的内同位素效应. 通过对势能面和反应轨线的分析,我们发现了SD+H 反应通道一个新的反应机制. S(3P)+HD 反应的内同位素效应可以利用新发现的反应机制和反应的质量组合来进行解释.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
射频击穿等离子体对高功率微波传输特性的影响
宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红
2014, 63 (6): 064101. doi: 10.7498/aps.63.064101
摘要 +
利用极化正交的高功率微波合路器,开展了等离子体对于微波传输特性的实验研究. 通过改变前级源的功率和脉冲宽度,使得在合路器耦合缝处发生射频击穿,产生等离子体. 等离子体扩散进入微波传输主通道,对于高功率微波的传输产生明显的影响,导致微波能量吸收和极化的偏转. 初步实验结果表明,等离子体扩散到主通道中心的时间约为3 μs,扩散速度约为1 μs/cm,等离子体的恢复时间约为5 μs. 实验测得等离子体导致的微波极化方向最大偏转角度约为4.1°,此时通道内电子个数约为3.7×1015,极化偏转角度与电子数密度以及微波频率相关.

编辑推荐

HeNe双频激光器频差的激光内雕赋值法
朱守深, 张书练, 刘维新, 牛海莎
2014, 63 (6): 064201. doi: 10.7498/aps.63.064201
摘要 +
在精密测量领域,HeNe激光器是制造激光干涉仪的首选. 但能够产生中频差440 MHz的双折射-塞曼双频HeNe激光器的频差是随机的,小到几百kHz,大到十几MHz. 为了让频差能够满足制作双频激光干涉仪的要求,曾出现过弹性加力法、钻孔应力调节法等调整和频差赋值的方法. 但这些方法在实际应用中都不是很理想. 采用激光内雕法赋值频差,通过在激光器的平面输出镜内部雕刻出不同图案,使平面镜内部产生满足要求的相位延迟,达到为频差赋值的目的. 激光内雕法有很多优点:不损害激光器,美观;功率损失小,出光强度可接近原始光强度;可反复赋值,频差在060 MHz范围内可调整;频差的稳定性好,采用稳频措施后频差的波动范围小于每小时10 kHz.
一种基于新型间歇混沌振子的舰船线谱检测方法
丛超, 李秀坤, 宋扬
2014, 63 (6): 064301. doi: 10.7498/aps.63.064301
摘要 +
为了实现低信噪比下未知频率的舰船辐射线谱的检测,对常规型间歇混沌振子列检测方法进行了改进,提出了一种基于适应步长型间歇混沌振子的信号检测方法. 该方法可以只用一个Duffing 振子,通过设定一组能够覆盖待测信号所在频段的求解步长序列,实现对未知频率、具有任意初相位的微弱周期信号的搜索检测. 为进一步提高系统的弱信号检测性能,分析了Holmes型Duffing方程在不同频率内置策动力下对弱信号灵敏度的差异. 综合理论分析和仿真研究结果给出了Duffing振子在内置策动力角频率为0.4 rad/s时对弱信号检测性能最佳,并据此对所采用的Duffing振子进行了优化;仿真结果表明,改进后的Duffing振子的弱信号检测性能提高了12 dB. 最后将此方法应用于一组含有舰船辐射线谱的实船数据,结果表明此方法可以实现低信噪比下的未知频率微弱线谱检测.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
NiZr, AlZr和BCr相局域原子短程序特征
陈季香, 周朔瑶
2014, 63 (6): 066101. doi: 10.7498/aps.63.066101
摘要 +
晶体和非晶合金具有以近邻多面体团簇为特征的微结构,这些团簇包含有形成其母相的空间局域原子短程序结构信息. 本文正是从局域原子团簇特征出发,详细分析了传统晶体相描述中具有相同结构的NiZr,AlZr和BCr相,结果表明它们却具有不同的局域原子特征. 这种不同可能是由单胞大小及原子占位略有不同造成的. 由于这种不同于传统的晶体学描述方法给出了微观结构特点,对晶体相的重新认知及材料设计会大有帮助.
300 eV–1 GeV质子在硅中非电离能损的计算
朱金辉, 韦源, 谢红刚, 牛胜利, 黄流兴
2014, 63 (6): 066102. doi: 10.7498/aps.63.066102
摘要 +
非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素. 引起质子在硅中NIEL的作用机理有库仑相互作用和核相互作用,质子能量范围从位移损伤阈能到1 GeV. 当质子能量位于低能区时,库仑相互作用占主导地位,采用解析方法和TRIM程序计算NIEL;当质子能量位于高能区时,NIEL主要来自质子与靶原子核的弹性和非弹性相互作用,使用MCNPX/HTAPE3X 进行模拟仿真计算由核反应引起的NIEL. 实现了能量范围为300 eV–1 GeV的质子入射硅时NIEL的计算. 计算结果表明,MCNPX/HTAPE3X可用于计算高能质子在材料中产生的反冲核所引起的NIEL,结合解析方法和TRIM程序可计算得到由于库仑相互作用引起的NIEL.
碳纳米管复合吸波涂层微波吸收性能的模拟计算
陈明东, 揭晓华, 张海燕
2014, 63 (6): 066103. doi: 10.7498/aps.63.066103
摘要 +
如何利用碳纳米管复合吸波涂层的参数进行吸波性能优化是电磁屏蔽研究的热点之一. 涂层参数对吸波性能影响的研究主要停留在实验探索阶段,而碳纳米管的结构参数对吸波性能影响的研究鲜有报道. 因此,从微观结构层次研究涂层参数对吸波性能的影响有重要意义. 基于多壁碳纳米管的等效电路,利用碳纳米管结构参数与等效电路各元件参数的关系,研究了碳纳米管损耗微波的机理,建立了碳纳米管结构参数与微波反射率的关系式. 根据此关系式,利用Matlab软件模拟计算了碳纳米管管长、管径、涂层中碳纳米管的含量以及涂层厚度对微波反射率的影响. 模拟计算结果表明:涂层的微波反射率随碳纳米管含量变化的模拟曲线与实验结果符合;碳纳米管含量和厚度是影响吸收峰位置和吸收强度的重要参量,而碳纳米管直径和长度是主要影响吸收峰强度的参量.
数字剪切散斑干涉法研究铝合金中Portevin-Le Chatelier 带的离面变形行为
高越, 符师桦, 蔡玉龙, 程腾, 张青川
2014, 63 (6): 066201. doi: 10.7498/aps.63.066201
摘要 +
作为Portevin-Le Chatelier(PLC)带的重要特征之一,其离面变形仍缺乏实验研究. 本文提出使用数字剪切散斑干涉法研究GB6061铝合金中PLC带的离面变形. 通过图像相减得到的条纹图,实时观察了PLC带的几何形貌和传播过程,并获得了PLC带离面位移分布. 在1/15 s内,PLC带的最大离面位移为245 nm,位置偏向于PLC带传播的前沿. 在条纹图中,PLC带传播前沿的亮条纹始终较窄. 此外,实验还观察到PLC带位置变更和倾角转向的演化过程. 实验表明,数字剪切散斑干涉法具有高灵敏度和防震性,是研究PLC带离面变形简便有效的方法.
从光晶格中释放的超冷玻色气体密度-密度关联函数研究
李艳
2014, 63 (6): 066701. doi: 10.7498/aps.63.066701
摘要 +
利用量子旋转场理论详细研究了从光晶格中释放的超冷玻色气体的空间密度-密度关联函数. 由于量子旋转场理论充分考虑了光晶格中冷原子气体的粒子数涨落和相位效应,该理论能有效应用于具有强相互作用的冷原子系统,从而光晶格处于超流态到绝缘态逐渐过渡过程中的超冷原子气体的关联特性在这一理论体系下都得到了很好的描述. 结果表明:随着超冷玻色气体逐渐从绝缘态向超流态过渡,其密度-密度关联图样中连续对角斜线也逐渐向分散的尖峰过渡,理论结果与目前实验观测到的结果符合. 除此以外,上述密度-密度关联的结果中还包含了超冷原子系统量子耗散效应,相关结论与目前已有的理论和实验一致.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
硫化锡电子结构和光学性质的量子尺寸效应
吴琼, 刘俊, 董前民, 刘阳, 梁培, 舒海波
2014, 63 (6): 067101. doi: 10.7498/aps.63.067101
摘要 +
基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了硫化锡(SnS)晶体、纳米单层及多层的结构稳定性、电子结构和光学性质. 结果表明:由于相对弱的层间范德瓦尔斯力作用,SnS单层纳米片可以像石墨烯等二维材料一样从块体中剥离出来;受制于量子尺寸效应和层间相互作用的影响,SnS的结构稳定性随层数减少而逐渐减弱,其带隙随层数减少而逐渐增大;由于材料的本征激发和吸收取决于电子结构,因此改变SnS材料的层数可以到达调控其光学性质的目的;SnS块体和纳米结构的主要光学吸收峰起源于Sn-5s,5p和S-2p轨道之间的电子跃迁;并且从块体到单层纳米结构,SnS 的光学吸收峰出现明显的蓝移. 本文的研究将有助于SnS材料在太阳能电池领域的应用.
P掺杂硅纳米管电子结构与光学性质的研究
余志强, 张昌华, 郎建勋
2014, 63 (6): 067102. doi: 10.7498/aps.63.067102
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了P掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光学性质的影响. 结果表明:经过P掺杂,单壁扶手型硅纳米管的能带结构从间接带隙变为直接带隙,其价带顶主要由Si-3p态电子构成,导带底主要由Si-3p态电子和Si-3s态电子共同决定;同时通过P掺杂,使单壁扶手型硅纳米管的禁带宽度变窄,导电性增强,吸收光谱产生红移. 研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础.
NiOx作为空穴传输层对有机太阳能电池光吸收的影响
蒲年年, 李海蓉, 谢龙珍
2014, 63 (6): 067201. doi: 10.7498/aps.63.067201
摘要 +
基于多层膜系模型的传输矩阵方法、麦克斯韦方程和光子吸收方程,研究了NiOx作为替代3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的空穴传输材料对聚3-己噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester,PC61BM)共混体异质结有机太阳能电池器件内部光电场分布和光吸收特性的影响. 分别制备了以NiOx和PEDOT:PSS为空穴传输层,P3HT:PCBM为活性层的有机太阳能电池,并通过数值模拟的方法比较了NiOx和PEDOT:PSS两种空穴传输材料对器件光伏特性的影响. 结果表明:10 nm的NiOx空穴传输层器件比40 nm 的PEDOT:PSS 器件获得了更大的短路电流和填充因子,并具有更高的能量转化效率.
基于Cu/SiOx/Al结构的阻变存储器多值特性及机理的研究
陈然, 周立伟, 王建云, 陈长军, 邵兴隆, 蒋浩, 张楷亮, 吕联荣, 赵金石
2014, 63 (6): 067202. doi: 10.7498/aps.63.067202
摘要 +
采用氧化硅材料构建了Cu/SiOx/Al的三明治结构阻变存储器件. 用半导体参数分析仪对其阻变特性进行测量,结果表明其具有明显的阻变特性,并且通过调节限制电流,得到了四个稳定的阻态,各相邻阻态的电阻比大于10,并且具有良好的数据保持能力. 在不同温度条件下对各个阻态进行电学测试及拟合,明确了不同阻态的电子传输机理不尽相同:阻态1和阻态2为欧姆传导机制,阻态3为P-F(Pool-Frenkel)发射机制,阻态4 为肖特基发射机制. 根据电子传输机制,建立了铜细丝导电模型并对Cu/SiOx/Al阻变存储器件各个阻态的电致阻变机制进行解释.
Cu元素对Cu(In, Ga)Se2薄膜及太阳电池的影响
刘芳芳, 何青, 周志强, 孙云
2014, 63 (6): 067203. doi: 10.7498/aps.63.067203
摘要 +
Cu元素成分对Cu(In,Ga)Se2(简称CIGS)薄膜材料的电学性质及其电池器件性能有很重要的影响.本文利用蒸发法制备了贫Cu和富Cu的CIGS吸收层(0.7 Cu/(Ga+In) 1.15)及相应的电池器件. 扫描电镜和Hall测试发现,富Cu材料的结构特性(晶粒大、结晶状态好)和电学特性(电阻率低、迁移率高等)优于贫Cu材料,而性能测试表明贫Cu器件的效率优于富Cu器件. 变温性能测试分析表明,贫Cu器件的主要复合路径是体复合,激活能与CIGS禁带宽度相当;富Cu器件的主要复合路径是界面复合,其激活能远小于CIGS禁带宽度,这大大降低了开路电压Voc,从而降低了电池效率. 最后利用蒸发三步法制备了体材料稍富Cu 表面贫Cu的CIGS吸收层,降低了短路电流和开路电压的损失,获得了超过15%的电池效率.
La, Ce, Nd掺杂对单层MoS2电子结构的影响
雷天民, 吴胜宝, 张玉明, 郭辉, 陈德林, 张志勇
2014, 63 (6): 067301. doi: 10.7498/aps.63.067301
摘要 +
为了研究稀土掺杂对单层MoS2电子结构的影响,文章基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了本征及La,Ce,Nd掺杂单层MoS2的晶格参数、能带结构、态密度和差分电荷密度. 计算发现,稀土掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径大小有关,La 杂质附近的键长变化最大,Nd杂质附近的键长变化最小. 能带结构分析表明,La 掺杂可以在MoS2的禁带中引入3个能级,Ce 掺杂可以形成6个新能级,Nd掺杂可以形成4 个能级,并对杂质能级属性进行了初步分析. 差分电荷密度分布显示,稀土掺杂可以使单层MoS2 中的电子分布发生改变,尤其是f电子的存在会使差分电荷密度呈现出反差极大的物理图象.
晶粒细化对MgB2超导临界电流密度的作用
郭志超, 李平林
2014, 63 (6): 067401. doi: 10.7498/aps.63.067401
摘要 +
在多晶系统的MgB2超导体中存在晶粒间较小的整体电流和晶粒内大的局域电流. 用改变升温速率的方法制备了不同晶粒大小和晶粒连接性的MgB2样品,并对它们的晶粒大小进行了统计. 采用一种测量超导临界电流密度的Campbell法,分别测量和计算得到了它们的整体电流和局域电流密度. 研究表明:长时间的烧结造成晶粒变大,材料有较大的整体临界电流密度,而短时间烧结的样品则相反;同时发现晶粒细化只提高了样品的局域临界电流密度,而且样品内部缺陷、杂质及晶界等因素是影响MgB2超导体整体电流传输的主要因素.
飞秒激光改性6H-碳化硅晶体表面光电导增益现象研究
高仁喜, 高胜英, 范光华, 刘杰, 王强, 赵海峰, 曲士良
2014, 63 (6): 067801. doi: 10.7498/aps.63.067801
摘要 +
半绝缘6H型碳化硅(6H-SiC)具有高电阻率性质,在可见光照射下进行光电导测量时,通常光生电流很小;然而经过飞秒激光辐照改性之后,发现在可见光波段的光电导有明显的增益. 本文利用紫外-可见-近红外吸收谱、X射线光电子能谱和发光光谱测量分析了激光改性之后碳化硅样品的光谱吸收、发射和晶体元素比例变化情况. 分析认为碳化硅光电导增益的原因是飞秒激光辐照过程改变了碳化硅表面的硅碳元素的原子浓度比,形成新的物质结构形式,从而导致了表面光电导性能的提高.
沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法
董烨, 董志伟, 周前红, 杨温渊, 周海京
2014, 63 (6): 067901. doi: 10.7498/aps.63.067901
摘要 +
介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法. 对粒子模拟方法(包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法(包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介. 基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型. 研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式. 不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定. 同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小. 在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
Invar合金的电子化学势均衡判据
韩光, 孙诚, 吴迪, 陈伟荣
2014, 63 (6): 068101. doi: 10.7498/aps.63.068101
摘要 +
用二元团簇作为描述Invar合金的基本结构单元,运用“团簇共振”结构模型,建立起以某一已知二元团簇与连接原子按1:x比例连接,描述Invar合金的电子化学势均衡判据. 给出了Invar合金成分的经验分子式,即Invar合金成分=[团簇]1(连接原子)x. 运用此判据,解析了部分Invar合金成分. 发现典型的Invar 合金实验成分与经验分子式相符合,说明基于“团簇共振”模型的Invar合金的电子化学势判据很好地解释了Invar合金成分的形成规律.
H2气氛退火处理对Nb掺杂TiO2薄膜光电性能的影响
张彬, 王伟丽, 牛巧利, 邹贤劭, 董军, 章勇
2014, 63 (6): 068102. doi: 10.7498/aps.63.068102
摘要 +
采用电子束沉积方法,以钛酸锶(SrTiO3)为衬底制备铌(Nb)掺杂TiO2薄膜并研究后续H2气氛退火处理对其薄膜样品光电性能的影响. 结果发现H2气氛热退火处理能有效改善Nb掺杂TiO2薄膜的导电率,最佳电阻率达到5.46×10-3 Ω·cm,在可见光范围内的透光率为60%–80%. 导电性能的改善与H2气氛退火处理后多晶薄膜的晶粒尺寸变大和大量的氧空位形成及H原子掺杂有关.
GaN基发光二极管衬底材料的研究进展
陈伟超, 唐慧丽, 罗平, 麻尉蔚, 徐晓东, 钱小波, 姜大朋, 吴锋, 王静雅, 徐军
2014, 63 (6): 068103. doi: 10.7498/aps.63.068103
摘要 +
GaN基发光二极管(LED)作为第三代照明器件在近年来发展迅猛. 衬底材料作为LED制造的基础,对器件制备与应用具有极其重要的影响. 本文分析综述了衬底材料影响LED器件设计与制造的关键特性(晶格结构、热胀系数、热导率、光学透过率、导电性),对比了几种常见衬底材料(蓝宝石、碳化硅、单晶硅、氮化镓、氧化镓)在高质量外延层生长、高性能器件设计和衬底材料制备方面的研究进展,并对几种材料的发展前景做出了展望.
二元层片共晶凝固过程的特征尺度选择
孟广慧, 林鑫
2014, 63 (6): 068104. doi: 10.7498/aps.63.068104
摘要 +
基于Jackson和Hunt二元规则共晶稳态生长理论,在共晶两相的界面溶质守恒条件中引入密度修正项,改进了共晶两相的界面溶质守恒条件. 在此基础上,根据二元层片共晶常规凝固过程中层片组织稳态生长时Gibbs自由能的变化,运用极值形态选择原理确定二元层片共晶凝固过程中层片间距特征尺度选择准则. 理论分析表明,对于给定二元共晶合金,在常规凝固条件下的层片间距选择通常为一有限区间. 此外,理论分析还表明,二元层片共晶稳态生长时其特征尺度的选择可以呈现超稳定性,而且在给定的凝固条件下超稳定性只和给定合金系的物性参数有关. 将该形态选择准则分别运用于物性参数精确已知的Al-Al2Cu,Sn-Pb 和CBr4-C2Cl6 合金系,表明计算结果与实验结果相符合.
CO2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟
蒋勇, 贺少勃, 袁晓东, 王海军, 廖威, 吕海兵, 刘春明, 向霞, 邱荣, 杨永佳, 郑万国, 祖小涛
2014, 63 (6): 068105. doi: 10.7498/aps.63.068105
摘要 +
基于熔石英材料对波长为10.6 μm的CO2激光具有强吸收作用这一特点,提出采用CO2激光光栅式多次扫描修复熔石英光学元件表面密集分布的划痕和抛光点等缺陷的方法. 实验结果表明,在合理的扫描参数下,元件表面的划痕和抛光点等缺陷可被充分地消除. 损伤阈值测试结果表明,表面划痕和抛光点等缺陷被完全消除的元件的损伤阈值可回复到或超过基底的损伤阈值. 同时结合有限元软件Ansys的模拟结果分析了CO2激光扫描修复及消除元件表面划痕和抛光点等缺陷的过程. 本文为消除元件表面划痕和抛光点等缺陷提供了非常有意义的参考.
基于CCF-TLS-ESPRIT算法的低频振荡在线辨识
胡楠, 李兴源, 李宽, 覃波
2014, 63 (6): 068401. doi: 10.7498/aps.63.068401
摘要 +
低频振荡在线辨识需用到广域测量系统(WAMS)的采集信号,而WAMS采集的信号中常伴有高斯白噪声,经过常规的低通滤波处理后会产生高斯色噪声,从而影响辨识的精度. 针对在线辨识中的色噪声问题,提出以互相关函数(CCF)来代替实测信号,从而抑制色噪声,并结合总体最小二乘-旋转不变技术参数估计(TLS-ESPRIT)算法进行模态辨识. 仿真结果表明,CCF-TLS-ESPRIT算法能够有效辨识出色噪声环境中的系统低频振荡模态,并具有一定的效率.

编辑推荐

利用Ag2O/PEDOT:PSS复合缓冲层提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池器件性能的研究
刘志方, 赵谡玲, 徐征, 杨倩倩, 赵玲, 刘志民, 陈海涛, 杨一帆, 高松, 徐叙瑢
2014, 63 (6): 068402. doi: 10.7498/aps.63.068402
摘要 +
利用Ag2O/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)作为复合阳极缓冲层,制备了P3HT:PCBM(聚(3-已基噻吩):富勒烯衍生物)聚合物太阳能电池器件,并通过改变氧化银插入层的厚度来分析复合缓冲层对器件性能的影响. 实验发现,具有阳极缓冲层修饰的器件在退火处理后,光伏性能得到了改善. 相比于单一PEDOT:PSS缓冲层的器件,Ag2O/PEDOT:PSS 复合缓冲层可以增大器件的短路电流密度和外量子效率,使器件效率得到提高. 分析表明,退火处理可以有效改善活性层的薄膜形貌,增加光的吸收和激子的解离,而较薄氧化银的引入,可以有效降低阳极处空穴的输运势垒,提高器件空穴收集效率,并能充当化学间隔层,提高器件光伏性能和稳定性.
1,4-丁二硫醇分子器件电输运性质的力敏特性研究
刘然, 包德亮, 焦扬, 万令文, 李宗良, 王传奎
2014, 63 (6): 068501. doi: 10.7498/aps.63.068501
摘要 +
基于杂化密度泛函理论,研究了1,4-丁二硫醇分子体系的结构随电极作用力的变化及拉断过程;并利用弹性散射格林函数方法进一步计算了不同电极作用力下分子体系的电输运特性. 结果显示,界面结构不同,拉断分子体系所用的拉力也不同:分子末端硫原子处于Au(111)面的空位上方时,拉断分子体系需约1.75 nN的拉力;若金电极表面存在孤立金原子与1,4-丁二硫醇分子末端的硫原子相连,拉断分子体系只需约1.0 nN的力,且伴有孤立金原子被拉出. 两种情况分别与不同实验测量相符合. 分子在压缩过程中发生扭曲并引起表面金原子滑移,然而压缩扭曲过程与拉伸回复过程不可逆. 电极拉力约为0.7–0.8 nN时,分子体系在不同界面构型下以及在不同扭转状态下,电导都出现极小值,这与实验结论一致. 分子的末端原子与电极间耦合强度随电极作用力的变化是引起分子体系电导变化的主要因素. 实验在0.8 nN附近同时测得较小概率的高电导值与双分子导电有关.
溶液酸碱性对低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的影响
林晓那, 张广平, 任俊峰, 原晓波, 胡贵超
2014, 63 (6): 068502. doi: 10.7498/aps.63.068502
摘要 +
结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法计算了溶液酸碱性对低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的影响,此低聚苯亚乙炔基分子中两个不同位置的H原子被氨基和羧基取代. 通过质子化和去质子化模拟酸性溶液和碱性溶液对分子结构的影响. 计算结果表明:中性环境下分子器件具有良好的导电性和微弱的整流效应;碱性溶液中羧基去质子化后,分子器件电流值增长近一倍,但整流效应变化不明显;酸性溶液中氨基质子化后,分子器件正向偏压导电性能略微降低,但整流方向发生明显反转,且与中性环境下的情况相比,整流比提高了近三倍. 提出了一种利用化学手段控制分子结导电能力和整流性能的方法.
基于描述函数方法的神经群自激振荡特性分析
王俊松, 徐瑶
2014, 63 (6): 068701. doi: 10.7498/aps.63.068701
摘要 +
在无外界刺激时神经群表现为节律性自激振荡,自激振荡是非线性系统特有的一种运动形式. 在非线性描述函数法理论框架下,对神经群模型自激振荡特性进行分析,并揭示其产生机理. 神经群模型的sigmoid非线性函数(简称为S函数)是其自激振荡的根源. 首先,求解S函数的描述函数;然后,基于S 函数的描述函数得到神经群模型正反馈回路S函数和负反馈回路S函数的等效增益,在此基础上将神经群模型转化为可用描述函数法分析的典型结构形式;最后,应用描述函数法理论对神经群模型自激振荡特性进行理论分析,得到自激振荡特性的定量描述,并通过仿真分析对理论分析结果进行了验证. 理论分析及仿真分析结果表明基于描述函数方法的神经群自激振荡特性分析方法是正确有效的. S 函数是神经系统的典型非线性环节,S函数的处理方法及神经群自激振荡特性分析方法对于其他神经模型的自激振荡特性分析具有参考价值.
荧光显微镜研究极端pH值诱导磷脂支撑膜的侧向再组织
盛洁, 张国梁, 李玉强, 朱涛, 蒋中英
2014, 63 (6): 068702. doi: 10.7498/aps.63.068702
摘要 +
利用荧光显微镜研究了极端pH值诱导支撑磷脂双层膜的侧向再组织. 结果表明,在强酸/强碱性溶液中,流动性较好的二油酰磷脂酰胆碱支撑膜出现破裂、分离、出芽或生出微管等与细胞内吞和外排相似的现象. 基于极性分子与H+/H3O+或OH-的相互作用,以电中性的磷脂首基为核吸附溶液中的H+/H3O+或OH-. 当磷脂膜上下叶吸附的电荷量不同时,引起两叶有效面积差,即磷脂膜曲率不对称,从而诱发磷脂膜出现各种结构和动力学的响应. 本研究有助于理解极端环境对生物膜的影响,为研究生物膜的形变过程提供了参考.
独立函数元:模型、方法和应用
马勇, 成谢锋
2014, 63 (6): 068703. doi: 10.7498/aps.63.068703
摘要 +
针对常规线性变换获得的多分量成分可能不相干,但通常不满足统计独立的特点,提出了一种基于独立函数元的信号分解和重构的方法. 该方法不仅继承了线性变换的诸多优点,而且还有统计域表征的优点. 讨论了独立函数元的模型、定义和获取方法,详细分析了心音独立函数元在心音信号处理方面的应用. 实验验证了所述方法的有效性和实用性.
选择性发射极晶体硅太阳电池的二维器件模拟及性能优化
贾晓洁, 艾斌, 许欣翔, 杨江海, 邓幼俊, 沈辉
2014, 63 (6): 068801. doi: 10.7498/aps.63.068801
摘要 +
利用PC2D二维模拟软件对选择性发射极晶体硅太阳电池(SE电池)进行了器件模拟和参数优化的研究. 在对丝网印刷磷浆法制备的SE电池的实测典型电流-电压曲线实现完美拟合的基础上,全面系统地研究了栅线、基区、选择性发射区和背表面场层等的参数对电池性能的影响. 模拟表明:基区少子寿命、前表面复合速度和背表面复合速度是对电池效率影响幅度最大的三个参数. 在所研究的参数范围内,当基区少子寿命从50 s上升到600 s时,电池效率从18.53%上升到19.27%. 低的前表面复合速度是使发射区方块电阻配比优化有意义的前提. 要取得理想的电池效率,背表面复合速度需控制在500 cm/s以下. 此外,对于不同的前表面复合速度,电池效率的最大值总是在5090 / 的重掺区方阻、110180 /的轻掺区方阻的范围内取得. 对不同的栅线数目,重掺区宽度与栅线间距之比为32%时,电池的效率最高. 另外,在主栅结构保持较低面积比率的前提下,主栅数目的增加也可提高效率. 最后,通过优化p型SE电池的效率可达到20.45%.
考虑司机扰动风险偏好异质的跟驰模型
曾友志, 张宁, 刘利娟
2014, 63 (6): 068901. doi: 10.7498/aps.63.068901
摘要 +
基于优化速度模型,考虑司机扰动风险偏好异质的影响,提出了扩展模型. 通过线性稳定性分析,得到了扩展模型的稳定性条件,表明前车司机扰动风险偏好系数相对跟驰车司机扰动风险偏好系数越小,扩展模型稳定区域越大. 通过非线性分析获得了不稳定区域下的扭结-反扭结密度波. 数值仿真也表明两者比值越小,越有利于初始稳态车流抑制扰动的传播和交通堵塞的形成. 这为减少交通堵塞提供了一个可行的思路,比如按照司机扰动风险偏好系数相对大小由小到大进行排队形成车队行驶等.
基于相继故障信息的网络节点重要度演化机理分析
段东立, 战仁军
2014, 63 (6): 068902. doi: 10.7498/aps.63.068902
摘要 +
分析了过载机制下节点重要度的演化机理. 首先,在可调负载重分配级联失效模型基础上,根据节点失效后其分配范围内节点的负载振荡程度,提出了考虑级联失效局域信息的复杂网络节点重要度指标. 该指标具有两个特点:一是值的大小可以清晰地指出节点的失效后果;二是可以依据网络负载分配范围、负载分配均匀性、节点容量系数及网络结构特征分析节点重要度的演化情况. 然后,给出该指标的仿真算法,并推导了最近邻择优分配和全局择优分配规则下随机网络和无标度网络节点重要度的解析表达式. 最后,实验验证了该指标的有效性和可行性,并深入分析了网络中节点重要度的演化机理,即非关键节点如何演化成影响网络级联失效行为的关键节点.
地球物理学、天文学和天体物理学
各向异性渗流条件下弹性波的传播特征
王丁, 张美根
2014, 63 (6): 069101. doi: 10.7498/aps.63.069101
摘要 +
研究了弹性波在非均匀裂纹孔隙介质中的传播特性,建立了各向异性喷射流模型. 当弹性波通过裂纹孔隙介质时,由于波的扰动及裂纹和孔隙几何结构的不一致,导致在裂纹内部及裂纹与周边孔隙之间同时存在着流体压力梯度. 此时的弹性波波动响应中包含着裂纹内连通性特征和背景孔隙渗透率信息. 流体的动态流动过程使得介质的等效弹性参数为复数(非完全弹性),并且具有频率依赖性. 当弹性波为低频和高频极限时,介质为完全弹性;当处于中间频段时,波有衰减和频率依赖. 裂纹孔隙介质的各向异性连通性(渗透率)对应着各向异性特征频率(当渗流长度等于非均匀尺度时的弹性波频率),波的传播受到裂纹内连通性的影响. 在一定频段内,随着裂纹厚度的增加,将出现第二峰值,峰值大小同时受到裂纹厚度和半径的影响.
地转动量近似下的Q矢量及其在天气图上的应用
周小刚, 朱禾, 王秀明
2014, 63 (6): 069201. doi: 10.7498/aps.63.069201
摘要 +
将Hoskins等提出的准地转Q矢量表达式推广到地转动量近似下的Q矢量表达式,并讨论了如何在天气图上用地转动量近似下的Q矢量表达式定性估计垂直运动方向的方法. 地转动量近似下的Q矢量与准地转Q矢量相比,表达式中多了与位势高度极值和风速极值相关的两项,分别将地转动量近似下的Q 矢量表达式中的每一项写成在天气图上便于判断的表达式. 结果表明,在天气图上可以通过以下三种方式定性判断垂直运动方向:一是当等高线呈波状槽脊形式及通过急流的入口和出口区时,使用地转动量近似下的Q矢量的第一项(即准地转Q 矢量)加以判断;二是当存在闭合气压系统且等高线与风向有交角时,使用地转动量近似下的Q 矢量的第二项加以判断;三是在急流核上 使用地转动量近似下的Q 矢量的第三项加以判断.
基于试验粒子模拟的电离层人工调制激发的极低频和甚低频波对磁层高能电子的散射效应
常珊珊, 倪彬彬, 赵正予, 汪枫, 李金星, 赵晶晶, 顾旭东, 周晨
2014, 63 (6): 069401. doi: 10.7498/aps.63.069401
摘要 +
电离层调制加热能够有效激发极低频和甚低频(ELF/VLF)波,其中向上传播进入磁层的ELF/VLF 波能够与高能电子发生共振相互作用,具有人工沉降高能电子、消除辐射带等潜在实际用途. 本文综合运用射线追踪和试验粒子方法模拟电离层人工激发的单频ELF/VLF波在电离层和磁层的传播,以及在外辐射带层与高能电子的共振相互作用过程,通过投掷角和能量散射系数评估人工ELF/VLF波对磁层高能电子的共振散射效应. 研究表明,电离层人工ELF/VLF波传播到磁层后呈现高倾斜性,传播所能跨域的空间范围主要取决于加热的纬度位置和调制频率. 在内辐射带,与~100 keV到几个MeV 高能电子发生一阶共振相互作用的为>10 kHz的VLF波段;在外辐射带,为几百Hz到1 kHz的ELF波段. 对于L=4.5的外辐射带,试验粒子模拟结果显示,单个粒子在人工ELF波作用下投掷角和能量(α,E)的改变具有随机性,而所有试验粒子平均化的Δα2 和 ΔE2 随时间呈现出近似线性的增大,说明波粒共振散射过程体现出整体性. 基于试验粒子模拟得到的共振散射系数表明,幅度为10 pT的人工ELF波可在外辐射带的磁赤道局地对1 MeV电子产生较强的投掷角散射效应,进而影响高能电子的损失、沉降等动力学过程. 当人工ELF/VLF波在传播过程中变得高度倾斜,不仅最基本的一阶共振十分重要,高阶共振散射也具有较大效应. 这些定量分析结果表明,通过电离层加热激发人工ELF/VLF哨声波来沉降、消除辐射带高能电子具有可行性.
基于纹理显著性的微光图像目标检测
金左轮, 韩静, 张毅, 柏连发
2014, 63 (6): 069501. doi: 10.7498/aps.63.069501
摘要 +
微光图像对比度较低,目标显著性不明显,目标自动探测难度大. 针对此问题,本文提出一种噪声鲁棒性较好的图像局部纹理粗糙度算法,并给出一种适用于微光图像显著分析的纹理显著性算法. 首先,提出一种新的局部纹理粗糙度算法,该算法利用最佳尺寸计算局部纹理粗糙度,对纹理图像进行加噪实验,与基于局部分形维的粗糙度方法相比,本文局部纹理粗糙度算法表现出较好的噪声鲁棒性;其次,在提取图像粗糙度特征图的基础上,给出一种针对纹理的显著性度量算法;最后,将纹理显著性算法应用于微光图像目标检测,实验结果证明了该算法的有效性.
自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽
郭友明, 马晓燠, 饶长辉
2014, 63 (6): 069502. doi: 10.7498/aps.63.069502
摘要 +
基于实际自适应光学系统倾斜校正回路最常使用的比例积分控制器,分析了最优闭环带宽与大气湍流、测量噪声之间的关系. 利用满足Kolmogorov湍流整体倾斜功率谱密度的时间序列进行了相关的数值仿真. 结果表明,根据不同湍流强度及测量噪声选择合适的闭环带宽,可以充分发挥自适应光学系统倾斜校正回路的闭环校正能力,减小闭环残差.
嫦娥一号卫星太阳风离子探测器数据分析
石红, 田立成, 杨生胜
2014, 63 (6): 069601. doi: 10.7498/aps.63.069601
摘要 +
探月航天器与月球周围等离子体环境相互作用,表面将出现充放电效应,给航天器带来很多不利影响. 表面充电电位对充放电的影响至关重要. 评估探月航天器的充放电效应,首先需获得月球周围等离子体环境数据. 嫦娥一号上搭载的两台太阳风离子探测器SWIDA/B是用来观测月球200 km轨道附近等离子体环境的探测仪器,获得了月球附近的太阳风速度、密度和温度. 本文对2008年6月一个月内太阳风离子探测器SWIDA机获得的离子微分通量进行统计平均,得到太阳风离子微分通量能谱,并计算得到了月球200 km附近的太阳风速度(300.00–600.00 km·s-1)、密度(1–10 cm-3)和温度(1–20 eV). 最后采用等效电路模型的方法计算得到了探月航天器表面充电电位范围为-7–-70 V.
X射线脉冲轮廓稳定性对导航精度的影响
孙海峰, 包为民, 方海燕, 李小平
2014, 63 (6): 069701. doi: 10.7498/aps.63.069701
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X射线脉冲星具有广阔的导航应用前景,稳定的脉冲轮廓是自主导航的基础,然而在X射线脉冲轮廓的稳定性及其对导航精度的影响方面一直缺乏系统的研究. 采用Pearson相关系数、标准偏差及功率谱熵三组指标量化脉冲轮廓的稳定性. 利用罗西X射线计时探测器卫星X射线段(2–16 keV)11 年的观测资料,统计了包括周期跃变在内的Crab脉冲轮廓稳定性. 在此基础上,引入Cramer-Rao理论建立了脉冲轮廓稳定性对距离测量误差影响的数学模型,并通过分析各误差因素确定脉冲轮廓稳定性对距离测量误差的影响范围. 实测数据处理表明,Crab脉冲星的X射线脉冲轮廓具有极高的稳定性,跃变期间脉冲轮廓无明显变化,脉冲轮廓的稳定性导致沿脉冲星方向上产生34 m±25 m的距离测量误差.
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