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利用自发拉曼散射建立三个原子节点的纠缠
刘艳红, 周瑶瑶, 闫智辉, 贾晓军, 等
摘要 +
量子纠缠是一种关键的量子资源. 随着量子信息技术的发展, 由量子通道和量子节点组成的量子网络成为研究的热点. 量子信息网络的建立需要在多个远距离的量子节点间建立纠缠, 它在分步式量子计算及量子因特网等方面有很重要的应用价值. 本文在光和原子混合纠缠的基础上, 提出了结合前馈网络建立三个独立的远程原子系综之间的连续变量确定性纠缠. 三个原子系综分别放置在三个远程的节点中, 每个节点首先通过自发拉曼散射过程制备光和原子的混合纠缠; 然后, 利用平衡零拍探测器测量三束Stokes光场干涉后的量子噪声, 并将测量的结果前馈到原子系综, 在三个独立的远距离的原子系综间建立纠缠; 最后, 利用来自三个原子系综的三束反斯托克斯光束的关联方差通过三组份不可分判据验证三个原子系综的纠缠. 该方案简单可行, 可以拓展到基于不同物理系统的量子节点, 甚至实现更多原子节点的纠缠, 从而实现大规模量子信息网络.
两层老化心肌组织中螺旋波和时空混沌的控制
李倩昀, 白婧, 唐国宁, 等
摘要 +
心脏出现电螺旋波和时空混沌会导致心律失常, 心肌细胞与成纤维细胞电耦合(M-F耦合)导致心肌组织拓扑结构改变也会引起心律失常, 如何消除由螺旋波、时空混沌导致的心律失常是科学工作者十分关注的问题. 本文构造了由心肌细胞和成纤维细胞组成的双层复合介质, 采用Luo-Rudy相Ⅰ心脏模型及被动成纤维细胞模型研究了M-F耦合对螺旋波形成的影响, 以及螺旋波和时空混沌的控制, 提出用提高细胞之间的耦合强度来控制复合介质中的螺旋波和时空混沌, 数值模拟结果表明: M-F耦合对螺旋波动力学有重要影响, 随着成纤维细胞密度的增加, M-F耦合会导致螺旋波漫游和破碎成时空混沌, 甚至会产生从时空混沌(或螺旋波)到无波的相变. 通过提高细胞之间耦合强度来消除复合介质中的螺旋波和时空混沌, 只在大部分情况下有效, 依赖于成纤维细胞所起的作用. 当成纤维细胞起到电流吸收器的作用时, 虽然大部分情况下可以通过提高细胞之间耦合强度来消除螺旋波和时空混沌, 但是可控区较小. 当成纤维细胞起到电流源的作用时, 提高细胞之间耦合强度使之超过临界值基本都可以有效控制螺旋波和时空混沌, 且可控区比前者大为增加, 提高控制效果的关键是提高心肌细胞之间的耦合强度.
随机激励下Frenkel-Kontorova模型的纳米摩擦现象
李毅伟, 雷佑铭, 杨勇歌, 等
摘要 +
基于一维Frenkel-Kontorova(FK)模型, 借助随机龙格库塔方法, 在非公度(incommensurate)和公度(commensurate)两种情形下, 分别研究了高斯白噪声激励下, 随机FK模型的纳米摩擦现象(滞回和超滑)随噪声强度的变化而变化的规律. 两种情形表明随着噪声强度的增大, 对减小系统滞回, 产生超滑有积极的影响. 另一方面, 当系统机动性能(chain mobility)未达到饱和状态(B = 1)时, 噪声的引入, 能加速原子的运动, 使得原子更易脱离基底势的束缚而做运动, 但是当系统达到饱和状态后, 系统机动性能并不受噪声的影响. 另外, 两种情形的区别是, 公度情形下, 由于原子受到基底势更强烈的耦合作用, 所以噪声对公度情形影响更为明显.
金属微层裂区气体渗入现象的一种近似理论分析
刘军, 王裴, 孙致远, 张凤国, 何安民, 等
摘要 +
受高压冲击后金属内激波在金属-气体界面卸载, 当金属熔化后形成微层裂现象. 微层裂发展到一定程度后, 高压气体透过接触面向金属熔化液滴间零压真空缝隙渗透. 本文就气体渗入金属微层裂区的现象进行了相关理论分析研究. 基于金属液滴的正六面体周期性排布, 采用准静态和半动态分析方法, 近似分析了气体渗入微层裂区的现象, 得到了气体渗入通道封闭时间、最大渗入深度、单位面积渗入气体质量等近似公式. 由敏感性分析看到, 理论分析给出的物理现象变化规律符合该问题中的基本物理认识.
基于等效电路模型的钙钛矿太阳电池效率损失机理分析
徐婷, 王子帅, 李炫华, 沙威, 等
摘要 +
理解并量化影响钙钛矿太阳电池效率的因素, 对研发高性能器件尤为重要. 目前, 太阳电池普遍认可的三大损失为光学损失, 欧姆损失和非辐射复合损失. 其中, 非辐射复合包括体复合和表面复合, 已被证明是制约电池效率提升的决定性因素. 本文提出了一种分析电池伏安特性曲线的等效电路模型, 能对上述损失机制进行全面的描述, 并通过与漂移-扩散模型及实验结果的对比, 证实了电路模型的可靠性, 其拟合误差在2%以内. 根据该模型, 可以准确判断电池内的主导复合机制, 并可从实际电池伏安曲线中提取不同效率损失对应的物理参数, 绘制电压扫描过程中各机制随电压的演化曲线, 从而理解效率损失的物理机理. 该模型从电路角度分析了不同损失机制对电池工作特性的影响, 有助于定位提高效率的关键点, 是一个较全面的钙钛矿太阳电池仿真分析工具.
基于光谱法的发光二极管稳态热阻测量方法
蒋福春, 刘瑞友, 彭冬生, 刘文, 柴广跃, 李百奎, 武红磊, 等
摘要 +
根据白光发光二极管(LED)发光光谱特点, 通过分析蓝光光谱和由蓝光激发黄色荧光粉产生的黄光光谱的交点(即整个光谱的波谷点)特性, 利用常规可见光光谱仪设计了一套基于光谱法的LED稳态热阻测量系统, 采用正常的驱动电流通过一定的函数算法进行拟合得到整体光谱波谷处归一化光谱强度与结温间敏感系数K和定标函数, 再根据温升曲线可计算出任意工作状态下LED结温相对于基底的温升, 并结合LED的热耗散功率从而得到LED的稳态热阻. 本方法避免了类似正向压降法采用极小电流定标而需要高速数据采集模块和高速取样转换等模块导致的设备昂贵的缺点,从而降低了成本. 最后采用本文设计的系统和美国Mentor Graphics公司的T3Ster仪器分别对多种LED进行测量并对结果进行了比较, 发现稳态热阻最大偏离度仅为3.64%. 表明本文设计的系统和方法在不需要昂贵设备的情况下便可以达到与Mentor Graphics公司的T3Ster仪器相仿的精度. 本方法采用非传统式光谱法测量, 具有可远程实时在线检测LED结温和低成本的特点, 对LED封装结构没有任何限制, 因此比Mentor Graphics公司T3Ster设备采用的电压法有更广的应用范围, 具有一定的实用价值.
大功率热平衡感应耦合等离子体数值模拟及实验研究
牛越, 包为民, 李小平, 刘彦明, 刘东林, 等
摘要 +
发生器常用于模拟高焓高速等离子体鞘套, 是“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置”的核心部件之一, 为了研究大功率低频低压下感应耦合等离子体发生器的放电特性, 采用数值模拟和实验相结合的方法研究其内部的传热与流动特性. 本文基于局域热力学平衡条件, 通过湍流场-电磁场-温度场的多场耦合开展了功率为100—400 kW的大尺寸低频低压感应耦合等离子体的数值模拟, 并通过光强与光谱实验验证. 结果表明: 大功率等离子体发生器中的电磁场分布类似于中小型功率等离子体发生器; 放电能量耗散主要发生在感应线圈所在的区域; 石英管内壁温度在线圈所在处比其他区域较高, 等离子体呈环状高温结构; 等离子体受温差效应与电磁泵效应影响使得入口处产生回流涡. 同时开展相应条件下的放电实验发现氩气放电的轴向图象呈边缘高亮与中心暗的环状结构, 并通过光谱诊断系统测量氩等离子体的发射光谱, 得到发生器电子温度的空间分布, 将COMSOL仿真温度结果与放电图像光强、光谱测得电子温度进行对比较为吻合, 验证了采用热力学平衡态条件进行数值模拟结果的有效性. 本文数值模拟的结果可用于感应耦合等离子体发生器的优化设计及耐温评估.
柱状石墨烯膜反渗透滤盐特性及机理
张泽程, 刘珍, 王孟妮, 张福建, 张忠强, 等
摘要 +
柱状石墨烯在能源气体的存储运输和气体净化分离等方面备受关注, 但其在海水淡化方面受到了大面积制备的限制, 其反渗透特性和机理尚未明晰. 本文运用分子动力学方法研究了不同压强、温度和膜的剪切运动对柱状石墨烯膜反渗透滤盐特性的影响规律. 结果表明: 压强较大时, 水通量随着压强的增加而线性增加; 温度的升高能提升水分子渗透率, 但对离子截留率的影响不大; 反渗透膜的剪切运动虽然会阻碍水分子的渗透, 但相应地可以提高离子截留率. 对氢键和离子水合结构的分析表明, 反渗透膜的剪切运动可以提高氢键和离子水合壳的稳定性, 但温度的升高会产生相反的效果. 本文结果有助于深入理解柱状石墨烯膜在不同条件下的脱盐性能, 进一步验证了柱状石墨烯膜在海水淡化领域的巨大应用潜力.
超强激光驱动的辐射反作用力效应与极化粒子加速
吉亮亮, 耿学松, 伍艺通, 沈百飞, 李儒新, 等
摘要 +
光强超过1022 W/cm2的极端超强激光将光与物质的相互作用推进到辐射主导区域, 激发高能伽马光子辐射, 产生明显的辐射反作用力效应. 辐射反作用力可以显著影响强场中带电粒子的动力学行为, 并从根本上改变了极端强场区域的激光等离子体相互作用规律. 如何理解和验证辐射反作用力效应是强场物理研究的核心内容之一. 本文结合该方向的国内外研究进展, 论述了辐射反作用力的经典形式与强场量子电动力学的理论计算与模拟方法, 详细讨论了单粒子在强场中的反射、量子随机辐射、自旋-辐射耦合等效应, 介绍了激光等离子体相互作用中的电子冷却、辐射俘获、高效伽马辐射等机制, 并给出了目前辐射反作用力效应的实验验证方法与进展. 针对自旋在强场量子电动力学方面的效应, 介绍了激光加速产生极化粒子源的方法.
超短超强激光等离子体物理专题编者按
摘要 +
飞秒超强激光驱动太赫兹辐射特性的实验研究
王天泽, 雷弘毅, 孙方正, 王丹, 廖国前, 李玉同, 等
摘要 +
强太赫兹源是太赫兹科学技术发展的关键, 其中大能量强场太赫兹脉冲源在超快物态调控、新型电子加速器等领域具有重要的应用前景. 超快超强激光与等离子体相互作用是近年来发展起来的一种新型的强场太赫兹辐射产生途径. 本文报道了利用超强飞秒激光脉冲与金属薄膜靶作用产生太赫兹辐射的实验结果, 研究了激光能量和离焦量对靶后太赫兹辐射能量的影响, 并通过监测激光背向散射光谱, 定性揭示了其变化规律与不同光强下的电子加热机制的相关性. 实验表征了太赫兹辐射的频谱、偏振及聚焦光斑情况. 测量结果表明, 实验产生了脉冲能量达458 μJ、聚焦场强高达GV/m量级的超宽带太赫兹辐射, 为开展极端太赫兹脉冲与物质相互作用研究提供了一种新的强场太赫兹光源.
基于激光尾场加速的自反射式全光汤姆孙散射的参数优化
叶翰晟, 谷渝秋, 黄文会, 吴玉迟, 谭放, 张晓辉, 王少义, 等
摘要 +
基于激光尾场加速的全光汤姆孙散射能够提供高质量X射线束并大大减小装置的尺寸. 与分光式相比, 自反射式的构架可以降低实验的时空同步难度, 但是由于激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程耦合, X射线优化难度大, 目前缺乏参数优化的相关报道. 本文用数值模拟修正解析理论的方法, 定量分析了激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程中激光和电子束的焦斑、脉宽、能量等参数变化情况, 并给出了激光在等离子体镜上的反射率, 从而实现了用解析公式计算而非数值模拟跟踪参数变化, 在保证精度的同时节约了计算时间. 另外, 利用修正后的公式优化了给定激光条件下的自反射式全光汤姆孙散射X射线, 通过改变等离子体密度和等离子体镜位置这两个参数给出了最优X射线亮度和光子产额, 该方法为将来结合人工智能优化控制全光汤姆孙散射光源提供了理论基础.
相场法研究Fe-Cu-Mn-Al合金富Cu相析出机制
郭震, 赵宇宏, 孙远洋, 赵宝军, 田晓林, 侯华, 等
摘要 +
基于Ginzburg-Landau理论采用连续相场法模拟了Fe-15%Cu-3%Mn-xAl(质量分数x = 1%, 3%, 5%)合金在873 K等温时效时纳米富Cu析出相沉淀机制及Al含量对富Cu相析出的阻碍效应. 通过计算成分场变量和结构序参数, 研究了富Cu析出相的形貌、颗粒密度、平均颗粒半径、生长和粗化动力学. 研究结果表明: 在时效早期阶段, 纳米富Cu相通过失稳分解机制析出, 由于原子扩散速率存在差异, 从而形成以富Cu相为核心的核壳结构. 随着时效时间延长, 富Cu相析出物结构由体心立方转变为面心立方. 其中Al和Mn原子在富Cu核外偏析形成Al/Mn簇, 可以将其视为阻碍富Cu析出相形成的缓冲层; 在沉淀过程中, 随着Al含量的增大, Al/Mn金属间相促进了缓冲层的生长, 阻碍富Cu析出相的生长和粗化.
LaAlO3/SrTiO3界面增强光伏效应
息剑峰, 李宝河, 刘丹, 李熊, 耿爱丛, 李笑, 等
摘要 +
探索LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)界面产生的新奇物理特性对理解关联电子系统中多自由度耦合和设计功能材料器件具有重要的价值. 本文通过脉冲激光沉积方法在SrTiO3基底上制备了LAO/STO薄膜, 研究了正面照射LAO/STO膜面和侧面照射LAO/STO界面时的光伏效应, 探讨了LAO/STO界面对光伏效应的影响. 研究结果表明, 在同样光照能量下侧面照射LAO/STO界面产生的光电压远高于正面照射LAO/STO膜面产生的光电压, 说明LAO/STO界面对光伏效应有明显的增强作用. 通过偏压调控可以进一步增强照射LAO/STO界面产生的光电压, 当偏压为60 V时, LAO/STO样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm. 这些研究结果为设计场调控位置敏感探测器等新型光电子器件提供了新的思路.
强激光等离子体相互作用驱动高次谐波与阿秒辐射研究进展
徐新荣, 仲丛林, 张铱, 刘峰, 王少义, 谭放, 张玉雪, 周维民, 乔宾, 等
摘要 +
实现对超快过程的探测和控制可不断提高人类在微观层面认识和改造物质世界的能力. 阿秒光源可实现对组成物质的电子运动及其关联效应进行超高时空分辨的探测和操控, 为人类认识微观世界提供了全新手段, 被认为是激光科学史上最重要的里程碑之一. 世界主要科技强国都将阿秒科学列为未来10年重要的科技发展方向. 利用强激光物质相互作用产生高次谐波是突破飞秒极限实现高亮度阿秒脉冲辐射的重要方案之一, 成为近年来强激光等离子体加速与辐射的研究热点. 本文聚焦强激光与等离子体相互作用中的高次谐波和阿秒脉冲辐射, 主要介绍其产生机制、研究进展和前沿应用, 并对未来的发展趋势和创新突破进行展望.
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