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80.5 MeV/u碳离子诱发铜靶的放射性剩余产物测量
周斌, 于全芝, 张宏斌, 张雪荧, 鞠永芹, 陈亮, 阮锡超
2021, 70 (7): 072501. doi: 10.7498/aps.70.20201503
摘要 +
高能重带电粒子能直接穿透靶原子核外电子层, 与原子核发生直接碰撞, 发生散裂反应, 产生一系列具有放射性的剩余产物核. 重带电粒子诱发靶材放射性剩余核与辐射防护和人员安全有着密切联系, 当前, 大部分剩余核产额主要依靠蒙特卡罗粒子输运程序进行模拟计算, 其准确程度亟需通过实验测量进行准确评估. 本文利用能量为80.5 MeV/u的12C6+ 粒子对薄铜靶开展了辐照实验与伽玛射线测量, 结合伽玛谱学分析方法, 得出了辐照产生的18种放射性剩余产物的初始活度和产生截面值, 并与PHITS模拟结果进行对比. 结果表明, PHITS模拟程序对放射性剩余核种类的估计具有较高可靠性, 在其绝对产额方面, 与实验测量仍具有较大偏差.

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气压对微束射频容性放电模式调制的研究
黄就欢, 高飞, 王友年
2021, 70 (7): 075205. doi: 10.7498/aps.70.20201716
摘要 +
微束射频容性放电在纳米晶体颗粒等离子体增强气相合成有着潜在的应用前景. 本论文利用ICCD、单反相机、高压探头和电流探头等对微束射频容性放电特性进行了实验诊断研究. 结果发现: 在纯氩气微束射频放电中, 随着气压的增加, 放电从辉光放电模式向多通道丝状放电模式转换; 在99%氩/1%氢混合气体微束射频放电中, 丝状放电模式消失, 而是从低气压全空间分布的辉光放电模式, 到中等气压向轴心收缩的辉光放电模式, 最后到高气压的“环状”辉光放电模式; 而在纯氢气微束射频放电中, 随着气压的增加, 放电模式直接从全空间分布的辉光放电模式向“环状”辉光放电模式转换. 最后通过射频电场中电子加热、趋肤效应和气体热传导的共同作用解释了产生不同放电模式的物理机制.

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垂直各向异性Ho3Fe5O12薄膜的外延生长与其异质结构的自旋输运
杨萌, 白鹤, 李刚, 朱照照, 竺云, 苏鉴, 蔡建旺
2021, 70 (7): 077501. doi: 10.7498/aps.70.20201737
摘要 +
垂直磁各向异性稀土-铁-石榴石纳米薄膜在自旋电子学中具有重要应用前景. 本文使用溅射方法在(111)取向掺杂钇钪的钆镓石榴石(Gd0.63Y2.37Sc2Ga3O12, GYSGG)单晶衬底上外延生长了2—100 nm厚的钬铁石榴石(Ho3Fe5O12, HoIG)薄膜, 并进一步在HoIG上沉积了3 nm Pt薄膜. 测量了室温下HoIG的磁各向异性和HoIG/Pt异质结构的自旋相关输运性质. 结果显示, 厚度薄至2 nm的HoIG薄膜(小于2个单胞层)在室温仍具有铁磁性, 且由于外延应变, 2—60 nm厚HoIG薄膜都具有很强的垂直磁各向异性, 有效垂直各向异性场最大达350 mT; 异质结构样品表现出非常可观的反常霍尔效应和“自旋霍尔/各向异性”磁电阻效应, 前者在HoIG厚度小于4 nm时开始缓慢下降, 而后者当HoIG厚度小于7 nm时急剧减小, 说明相较于反常霍尔效应, 磁电阻效应对HoIG的体磁性相对更加敏感; 此外, 自旋相关热电压随HoIG厚度减薄在整个厚度范围以指数方式下降, 说明遵从热激化磁振子运动规律的自旋塞贝克效应是其主要贡献者. 本文结果表明HoIG纳米薄膜具有可调控的垂直磁各向异性, 厚度大于4 nm的HoIG/Pt异质结构具有高效的自旋界面交换作用, 是自旋电子学应用发展的一个重要候选材料.

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基于1085 km实地光纤链路的双波长光纤时间同步研究
陈法喜, 赵侃, 李博, 刘博, 郭新兴, 孔维成, 陈国超, 郭宝龙, 刘涛, 张首刚
2021, 70 (7): 070702. doi: 10.7498/aps.70.20201277
摘要 +
在长距离高精度光纤时间同步系统中, 为了减少后向反射光与光纤色散对传输精度的影响, 本文在双波长光纤时间同步传输方法之上, 提出了一种具有色散误差修正功能的双波长光纤时间同步传输方法. 以自行研制的工程样机在长度约为800 km的实验室光纤链路上和1085 km的实地光纤链路上进行了实验测试, 也是国内首次实现千公里级实地光纤时间同步传输. 在实验室光纤链路上, 测得传输链路色散补偿后的色散时延误差为10 ps, 时间同步标准差为5.7 ps, 稳定度为1.12 ps@105 s, 不确定度为18.4 ps. 在实地光纤链路上, 测得传输链路色散补偿后的色散时延误差为60 ps, 时间同步标准差为18 ps, 稳定度为5.4 ps@4 × 104 s, 不确定度为63.5 ps.

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外部光注入的光泵浦自旋垂直腔表面发射激光器中的两个混沌偏振分量对两个复杂形状目标中的多区域精确测距
钟东洲, 曾能, 杨华, 徐喆
2021, 70 (7): 074206. doi: 10.7498/aps.70.20201693
摘要 +
基于外部光注入的光泵浦自旋垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface-emitting laser, VCSEL)的两个混沌偏振分量, 提出了对两个复杂形状目标中的多区域精确测距方案. 这里, 两个混沌偏振探测波具有飞秒量级快速动态并且被双极性sinc波形调制, 使它们具有时空不相关特性. 利用这些特性, 通过计算多束延时反馈混沌偏振探测波形和与之相对应的参考波形的相关性, 实现了对两个复杂形状目标多区域位置矢量精确测量. 研究结果表明, 对多区域小目标的测距具有非常低的相对误差(低于0.94%). 当光电探测器的带宽足够大时, 其测距的分辨率达到0.4 mm, 并具有很强的抗噪声能力. 本文的研究结果在复杂形状目标的精确测距方面具有潜在应用.

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类氢原子核质量对电子状态的影响
刘兆斌, 李凯, 曾天海, 王锋, 宋新兵, 邵彬, 邹健
2021, 70 (7): 070301. doi: 10.7498/aps.70.20201754
摘要 +
在孤立的两体复合系统中, 讨论其中一体的变化如何影响另一体的状态, 有助于了解单粒子混合态与纯态的关系. 本文讨论5个孤立的一维类氢原子模型系统, 原子核的质量互不相同. 这5个两体(电子与原子核)复合系统的相对运动状态都处于纠缠态, 其中电子状态都用约化密度矩阵表示的混合态描述. 在原子核质量趋近无穷大的一维氢原子模型中, 电子处于纯态. 为比较这里的纯态和混合态, 在位置表象中计算了这些混合态的纯度、它们分别与纯态的保真度、以及所有这些态的相干性. 研究表明, 原子核的质量越大, 纯度和保真度越接近1, 混合态的相干性与纯态的也越接近. 这样的纯态及其相干性可以是这种混合态及其相干性的近似, 并与原子核及库仑相互作用有关.

综述

  

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基于忆容器件的神经形态计算研究进展
任宽, 张珂嘉, 秦溪子, 任焕鑫, 朱守辉, 杨峰, 孙柏, 赵勇, 张勇
2021, 70 (7): 078701. doi: 10.7498/aps.70.20201632
摘要 +
人工智能的快速发展需要人工智能专用硬件的快速发展, 受人脑存算一体、并行处理启发而构建的包含突触与神经元的神经形态计算架构, 可以有效地降低人工智能中计算工作的能耗. 记忆元件在神经形态计算的硬件实现中展现出巨大的应用价值; 相比传统器件, 用忆阻器构建突触、神经元能极大地降低计算能耗, 然而在基于忆阻器构建的神经网络中, 更新、读取等操作存在由忆阻电压电流造成的系统性能量损失. 忆容器作为忆阻器衍生器件, 被认为是实现低耗能神经网络的潜在器件, 引起国内外研究者关注. 本文综述了实物/仿真忆容器件及其在神经形态计算中的最新进展, 主要包括目: 前实物/仿真忆容器原理与特性, 代表性的忆容突触、神经元及神经形态计算架构, 并通过总结近年来忆容器研究所取得的成果, 对当前该领域面临的挑战及未来忆容神经网络发展的重点进行总结与展望.

综述

  

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硒化亚铜薄膜热电性能研究进展
杨亮亮, 秦源浩, 魏江涛, 宋培帅, 张明亮, 杨富华, 王晓东
2021, 70 (7): 076802. doi: 10.7498/aps.70.20201677
摘要 +
热电材料可以实现热能和电能的相互转换, 它是一种环境友好的功能性材料. 当前, 热电材料的热电转换效率低, 这严重制约了热电器件的大规模应用, 因此寻找更加优异热电性能的新材料或提高传统热电材料的热电性能成为热电研究的主题. 与块状材料相比, 薄膜具有二维的宏观性质和一维的纳米结构特性, 方便研究材料的物理机制与性能的关系, 还适用于制备可穿戴电子设备. 本文总结了Cu2Se薄膜5种不同的制备方法, 包括电化学沉积、热蒸发、旋涂、溅射以及脉冲激光沉积. 另外, 结合典型事例, 总结了薄膜的表征手段, 并从Cu2Se的电导率、塞贝克系数和热导率等参数出发, 讨论了各个参数对热电性能的影响机制. 最后介绍了Cu2Se薄膜热电的热门应用方向.

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氙气中辐射激波的发光特性
赵多, 李守先, 安建祝, 吴勇, 吴泽清, 李琼, 王芳, 孟广为
2021, 70 (7): 075201. doi: 10.7498/aps.70.20200944
摘要 +
本文模拟研究了氙气中X射线加热产生辐射激波的发光特性. 辐射激波采用Zinn模型计算, 并在模型中输入氙气的辐射不透明度和状态方程参数. 研究发现, 辐射激波伴随着丰富的光学演化过程, 激波对外辐射强度表现出两个明显的亮度峰值和一个亮度极小值, 辐射光谱也经常偏离黑体辐射光谱. 对氙气不同位置光学特性的分析可知, 激波和内部高温区的辐射吸收系数的动态演化导致了辐射激波的发光位置和辐射强度的变化.

专题—原子制造: 基础研究与前沿探索

  

封面文章

基于DNA折纸模板的铁原子阵列构建及其信息加密应用
凡洪剑, 李江, 王丽华, 樊春海, 柳华杰
2021, 70 (6): 068702. doi: 10.7498/aps.70.20201438
摘要 +
在后摩尔时代, 突破原有技术极限, 进行原子尺度的精准构筑, 是当前的重大科学问题. DNA作为具有原子级精准度的生物大分子, 能够进行程序性的分子识别, 构筑原子数量与位置均严格确定的自组装结构, 因此是进行原子制造的理想平台. 本文提出基于DNA自组装折纸结构的精准定位能力, 构筑铁原子阵列图案, 并应用于对信息的加密. 实验结果表明, 采用类似“信息预置”的方法, 铁原子成功实现在DNA折纸不同位置的高效定位, 此方法还极大降低了实验工作量, 非常有利于多种不同阵列图案的平行制备. 利用所构建的铁原子阵列, 本文发展了原子阵列DNA折纸加密技术, 将密文编码为二进制并用类似盲文斑点的形式在DNA折纸上以特定图案表示, 通过单分子成像手段对密文信息进行了读取, 而密钥长度可高达700位以上. 作为示例, 成功地对普通文本及唐诗《登鹳雀楼》进行了加密, 证明了此策略的通用性和实用性.
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