2024年 73卷 第19期
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2024, 73(19): 191101.
doi: 10.7498/aps.73.20241020
摘要:
宇宙正反物质的不对称性起源是当今科学的重要未解之谜. 本文简要评述反物质研究历程和近期国际上的相关研究热点. 重点阐述了近些年来, 在相对论重离子碰撞实验中取得的反物质研究进展, 包括发现首个反物质超核(反超氚)、反物质氦4、反超氢4、反质子相互作用的首次测量、正反超氚核的质量和结合能的精确测量等. 在此基础上, 我们讨论了(反)轻核产生的不同物理机制. 同时, 也介绍了反氢原子实验、太空探测反物质等方面取得的最新成果, 并讨论这些进展对认识物质结构的启示.
宇宙正反物质的不对称性起源是当今科学的重要未解之谜. 本文简要评述反物质研究历程和近期国际上的相关研究热点. 重点阐述了近些年来, 在相对论重离子碰撞实验中取得的反物质研究进展, 包括发现首个反物质超核(反超氚)、反物质氦4、反超氢4、反质子相互作用的首次测量、正反超氚核的质量和结合能的精确测量等. 在此基础上, 我们讨论了(反)轻核产生的不同物理机制. 同时, 也介绍了反氢原子实验、太空探测反物质等方面取得的最新成果, 并讨论这些进展对认识物质结构的启示.
2024, 73(19): 194201.
doi: 10.7498/aps.73.20241061
摘要:
随着超快科学和阿秒脉冲技术的发展, 基于孤立阿秒脉冲的泵浦-探测系统由于能实现对电子动力学的时间分辨测量, 已成为人们开展阿秒超快过程研究不可或缺的关键技术. 但要获得稳定可靠的泵浦-探测信号, 需要保证泵浦与探测光之间阿秒级的高精度同步, 较大的抖动将会导致信号产生弥散、甚至被淹埋在噪声中, 从而无法获得真实的物理图像. 由于阿秒脉冲从产生到应用终端之间的距离通常较长, 要实现阿秒时间分辨, 就必须对阿秒光脉冲与泵浦光进行阿秒量级的延时锁定. 针对这一问题, 本文发展了一种新型的双层光路系统, 通过对获得的干涉条纹进行快速傅里叶变换, 将获得的时间抖动量反馈给压电平移台实时补偿光程漂移, 实现了泵浦光与探测光之间阿秒量级的同步锁定. 应用该方案到光路长度从1—10 m的阿秒泵浦探测系统, 得到了锁定精度分别从7.64—31.76 as的结果, 分析表明系统延时误差与距离呈严格的线性关系, 决定数R2 = 0.96. 本研究工作表明, 使用小型干涉仪可实现对大科学装置中长距离阿秒泵浦探测系统的锁定精度进行快速检测, 这对如非共线阿秒条纹相机、时间分辨光电子能谱仪、相干合成等应用具有一定的参考意义.
随着超快科学和阿秒脉冲技术的发展, 基于孤立阿秒脉冲的泵浦-探测系统由于能实现对电子动力学的时间分辨测量, 已成为人们开展阿秒超快过程研究不可或缺的关键技术. 但要获得稳定可靠的泵浦-探测信号, 需要保证泵浦与探测光之间阿秒级的高精度同步, 较大的抖动将会导致信号产生弥散、甚至被淹埋在噪声中, 从而无法获得真实的物理图像. 由于阿秒脉冲从产生到应用终端之间的距离通常较长, 要实现阿秒时间分辨, 就必须对阿秒光脉冲与泵浦光进行阿秒量级的延时锁定. 针对这一问题, 本文发展了一种新型的双层光路系统, 通过对获得的干涉条纹进行快速傅里叶变换, 将获得的时间抖动量反馈给压电平移台实时补偿光程漂移, 实现了泵浦光与探测光之间阿秒量级的同步锁定. 应用该方案到光路长度从1—10 m的阿秒泵浦探测系统, 得到了锁定精度分别从7.64—31.76 as的结果, 分析表明系统延时误差与距离呈严格的线性关系, 决定数R2 = 0.96. 本研究工作表明, 使用小型干涉仪可实现对大科学装置中长距离阿秒泵浦探测系统的锁定精度进行快速检测, 这对如非共线阿秒条纹相机、时间分辨光电子能谱仪、相干合成等应用具有一定的参考意义.
2024, 73(19): 195201.
doi: 10.7498/aps.73.20240652
摘要:
当超强激光斜入射辐照固体时, 预脉冲会先将固体表面等离子体化, 随后主脉冲将与等离子体相互作用并最终被等离子体反射. 同时, 等离子体中的部分电子将锁定在激光场的加速位相, 随后在激光场中获得有效加速, 该过程被称为锁相电子加速. 由于目前超强激光的电场强度已接近TV/m量级, 因此如果电子在激光场加速位相中停留足够长的时间, 便有可能获得百GeV甚至TeV量级的能量. 本文针对现有的超强激光参数, 通过单电子动力学模型, 对锁相机制中电子在激光场的加速过程展开系统研究. 研究结果表明, 峰值功率为10 PW量级的强激光可将电子直接加速至30 GeV左右. 本研究还给出了锁相加速机制中锁相电子的远场能量角分布, 以及最终能量等与激光场强度的定标关系. 考虑到激光强度的不断提高并且激光锁相电子加速机制也适用于正电子加速, 因此本研究结果将有望应用于小型化正负电子对撞机及高能伽马射线源等领域.
当超强激光斜入射辐照固体时, 预脉冲会先将固体表面等离子体化, 随后主脉冲将与等离子体相互作用并最终被等离子体反射. 同时, 等离子体中的部分电子将锁定在激光场的加速位相, 随后在激光场中获得有效加速, 该过程被称为锁相电子加速. 由于目前超强激光的电场强度已接近TV/m量级, 因此如果电子在激光场加速位相中停留足够长的时间, 便有可能获得百GeV甚至TeV量级的能量. 本文针对现有的超强激光参数, 通过单电子动力学模型, 对锁相机制中电子在激光场的加速过程展开系统研究. 研究结果表明, 峰值功率为10 PW量级的强激光可将电子直接加速至30 GeV左右. 本研究还给出了锁相加速机制中锁相电子的远场能量角分布, 以及最终能量等与激光场强度的定标关系. 考虑到激光强度的不断提高并且激光锁相电子加速机制也适用于正电子加速, 因此本研究结果将有望应用于小型化正负电子对撞机及高能伽马射线源等领域.
2024, 73(19): 190703.
doi: 10.7498/aps.73.20240943
摘要:
合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源, 计划于2028年投入运行, 凭借其高亮度和高相干性X射线, 将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈, 为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息. 本文介绍了合肥先进光源的主要科学目标和技术优势, 重点阐述了角分辨光电子能谱、磁圆二色、相干X射线散射和相干X射线成像等核心技术在量子材料和关联电子系统研究中的应用前景. 这些技术将能精细解析电子/自旋/轨道态的分布和动力学过程, 揭示各种新奇量子现象, 以及关联电子体系中各种序参量的涨落. 合肥先进光源的建成将为解码复杂量子态和非平衡演化行为提供先进的技术支持, 最终推动量子材料和关联电子系统在能源、信息等前沿领域的应用.
合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源, 计划于2028年投入运行, 凭借其高亮度和高相干性X射线, 将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈, 为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息. 本文介绍了合肥先进光源的主要科学目标和技术优势, 重点阐述了角分辨光电子能谱、磁圆二色、相干X射线散射和相干X射线成像等核心技术在量子材料和关联电子系统研究中的应用前景. 这些技术将能精细解析电子/自旋/轨道态的分布和动力学过程, 揭示各种新奇量子现象, 以及关联电子体系中各种序参量的涨落. 合肥先进光源的建成将为解码复杂量子态和非平衡演化行为提供先进的技术支持, 最终推动量子材料和关联电子系统在能源、信息等前沿领域的应用.
2024, 73(19): 197104.
doi: 10.7498/aps.73.20240898
摘要:
镍基超导体目前分为一价镍氧化物超导体和高压镍基超导体两个家族, 其中电荷序的研究受到了广泛关注. 这是因为电荷序是强关联电子体系尤其是铜氧化物超导体的研究重点之一, 其不仅对于理解电子关联性有着重要意义, 与非常规超导电性也有着潜在的联系, 而镍基超导体的发现为电荷序与超导电性的研究提供了新的契机. 本文总结了镍基超导体电荷序的实验研究进展, 讨论了镍基超导体中电荷序的存在与否、具体构型以及微观性质等, 以期为进一步深入研究该主题提供新的思路.
镍基超导体目前分为一价镍氧化物超导体和高压镍基超导体两个家族, 其中电荷序的研究受到了广泛关注. 这是因为电荷序是强关联电子体系尤其是铜氧化物超导体的研究重点之一, 其不仅对于理解电子关联性有着重要意义, 与非常规超导电性也有着潜在的联系, 而镍基超导体的发现为电荷序与超导电性的研究提供了新的契机. 本文总结了镍基超导体电荷序的实验研究进展, 讨论了镍基超导体中电荷序的存在与否、具体构型以及微观性质等, 以期为进一步深入研究该主题提供新的思路.
2024, 73(19): 197601.
doi: 10.7498/aps.73.20240940
摘要:
缪子自旋弛豫/旋转技术 (muon spin relaxation/rotation, μSR) 是一种高度灵敏的原子尺度磁性探测手段. 随着μSR技术的不断发展, 其在凝聚态物理研究中愈加重要. 本文简要介绍μSR技术的优越性和独特性, 概述近期μSR技术在凝聚态领域的几项重要进展和挑战, 包括镍基超导体La3Ni2O7和 (R, Sr)NiO2的磁性基态研究、笼目晶格超导体 AV3Sb5 (A = K, Rb)的电荷密度波研究、NaYbSe2量子自旋液体“海洋”中沉浸的自旋“磁滴”和Cr2O3磁电表面附近磁单极子的研究, 并简单阐述了国际上缪子源的建设情况和升级进展.
缪子自旋弛豫/旋转技术 (muon spin relaxation/rotation, μSR) 是一种高度灵敏的原子尺度磁性探测手段. 随着μSR技术的不断发展, 其在凝聚态物理研究中愈加重要. 本文简要介绍μSR技术的优越性和独特性, 概述近期μSR技术在凝聚态领域的几项重要进展和挑战, 包括镍基超导体La3Ni2O7和 (R, Sr)NiO2的磁性基态研究、笼目晶格超导体 AV3Sb5 (A = K, Rb)的电荷密度波研究、NaYbSe2量子自旋液体“海洋”中沉浸的自旋“磁滴”和Cr2O3磁电表面附近磁单极子的研究, 并简单阐述了国际上缪子源的建设情况和升级进展.
2024, 73(19): 194101.
doi: 10.7498/aps.73.20240930
摘要:
自由电子激光(free electron laser, FEL)凭借高相干性、高亮度、覆盖远红外至X射线波段的连续可调性, 在基础科学研究、新材料、新能源、生物医学、环境监测等众多领域有着广泛的应用前景. 特别是X射线自由电子激光(X-ray free-electron laser, XFEL)以其独特的超高亮度、超短脉冲、极好相干性, 强力地推动了超快X射线散射和超快光谱学领域的发展. 基于XFEL的超快散射技术不仅实现了对晶格动力学、电荷和自旋序的超快时间和动量分辨研究, 还能够测量大动量转移范围的声子色散. 将基于XFEL的超快散射与光谱学手段相结合, 有望同时测量元激发能态变化及其相关的原子或序结构变化. 基于XFEL的光谱学正尝试充分利用自放大自发辐射模式(self amplified spontaneous emission, SASE)的全带宽, 以减少脉冲延展, 最终实现时间和能量分辨接近傅里叶变换极限的光谱测量. 基于XFEL的非线性光学技术为探测元激发开辟了新途径, 正在发展的新方法有望为探索表面和界面过程、手性、纳米尺度传输提供独特的机会, 并实现多维度芯能级光谱学.
自由电子激光(free electron laser, FEL)凭借高相干性、高亮度、覆盖远红外至X射线波段的连续可调性, 在基础科学研究、新材料、新能源、生物医学、环境监测等众多领域有着广泛的应用前景. 特别是X射线自由电子激光(X-ray free-electron laser, XFEL)以其独特的超高亮度、超短脉冲、极好相干性, 强力地推动了超快X射线散射和超快光谱学领域的发展. 基于XFEL的超快散射技术不仅实现了对晶格动力学、电荷和自旋序的超快时间和动量分辨研究, 还能够测量大动量转移范围的声子色散. 将基于XFEL的超快散射与光谱学手段相结合, 有望同时测量元激发能态变化及其相关的原子或序结构变化. 基于XFEL的光谱学正尝试充分利用自放大自发辐射模式(self amplified spontaneous emission, SASE)的全带宽, 以减少脉冲延展, 最终实现时间和能量分辨接近傅里叶变换极限的光谱测量. 基于XFEL的非线性光学技术为探测元激发开辟了新途径, 正在发展的新方法有望为探索表面和界面过程、手性、纳米尺度传输提供独特的机会, 并实现多维度芯能级光谱学.
2024, 73(19): 197103.
doi: 10.7498/aps.73.20241080
摘要:
在超导和强关联电子材料的研究中, 通过引入压力和应变改变晶格参数和对称性, 是调控体系电子性质的有效实验手段. 在静水压和外延薄膜面内应变的调控中, 晶格参数的变化可以引起电子结构的显著改变, 进而诱导出新奇的物理现象. 相比这两种方法, 近年来开始被广泛采用的单轴应变调控方法, 除了可以改变晶格参数, 还可以直接破缺和调控体系的对称性, 影响体系的电子有序态乃至集体激发. 弹性单轴应变作为对称性破缺场, 可以作为电子向列相及其涨落的探针; 应变对超导和电子向列相的调控, 也可以为理解体系中电子态的微观机制提供实验依据. 本文将介绍单轴应变调控的基本概念、实验方法的发展, 以及采用这些方法调控铁基超导体中的超导和电子向列相等方面的一些研究进展, 并简单介绍单轴应变在其他量子材料中的应用.
在超导和强关联电子材料的研究中, 通过引入压力和应变改变晶格参数和对称性, 是调控体系电子性质的有效实验手段. 在静水压和外延薄膜面内应变的调控中, 晶格参数的变化可以引起电子结构的显著改变, 进而诱导出新奇的物理现象. 相比这两种方法, 近年来开始被广泛采用的单轴应变调控方法, 除了可以改变晶格参数, 还可以直接破缺和调控体系的对称性, 影响体系的电子有序态乃至集体激发. 弹性单轴应变作为对称性破缺场, 可以作为电子向列相及其涨落的探针; 应变对超导和电子向列相的调控, 也可以为理解体系中电子态的微观机制提供实验依据. 本文将介绍单轴应变调控的基本概念、实验方法的发展, 以及采用这些方法调控铁基超导体中的超导和电子向列相等方面的一些研究进展, 并简单介绍单轴应变在其他量子材料中的应用.
2024, 73(19): 197301.
doi: 10.7498/aps.73.20241009
摘要:
共振非弹性X射线散射(resonant inelastic X-ray scattering, RIXS)是一种先进的基于同步辐射和自由电子激光光源的光进光出的谱学探测手段. 在过去的十几年, RIXS的能量分辨不断被提高, 其对凝聚态物质的研究也从最初的晶体场分裂和电荷转移激发, 发展到产生于包括电荷、自旋、轨道、晶格4个量子自由度的集体激发行为及相关的序参量. 本文总结了近几年高分辨软X射线RIXS在量子材料领域, 如铜基和镍基高温超导材料等离子激发及磁激发的研究, 量子材料中的集体轨道激发、激子激发和高阶磁激发, 以及对磁性金属和拓扑磁性材料中磁激发的探测.
共振非弹性X射线散射(resonant inelastic X-ray scattering, RIXS)是一种先进的基于同步辐射和自由电子激光光源的光进光出的谱学探测手段. 在过去的十几年, RIXS的能量分辨不断被提高, 其对凝聚态物质的研究也从最初的晶体场分裂和电荷转移激发, 发展到产生于包括电荷、自旋、轨道、晶格4个量子自由度的集体激发行为及相关的序参量. 本文总结了近几年高分辨软X射线RIXS在量子材料领域, 如铜基和镍基高温超导材料等离子激发及磁激发的研究, 量子材料中的集体轨道激发、激子激发和高阶磁激发, 以及对磁性金属和拓扑磁性材料中磁激发的探测.
2024, 73(19): 197401.
doi: 10.7498/aps.73.20240983
摘要:
铜氧超导材料问世以来, 其高温超导的理论机制仍有待解决. 近年来, 铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理, 其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展. 基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术, 因具有体测量、能量动量分辨及直接探测不同元激发色散关系的能力, 在铜氧超导材料研究中得到了广泛应用. 无论是Bardeen-Cooper-Schrieffer理论框架下粘合库珀对的声子, 还是强关联体系中Hubbard模型预测的磁涨落和竞争序, 都可以用共振非弹性X射线散射实验测量, 并研究它们之间的关联. 本文介绍了利用共振非弹性X射线散射测量铜氧超导材料电荷密度波及相关低能激发, 包括声子异常现象的研究进展, 还介绍了磁激发和超导最高转变温度的关系, 最后对未来的研究方向和面临的挑战进行展望.
铜氧超导材料问世以来, 其高温超导的理论机制仍有待解决. 近年来, 铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理, 其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展. 基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术, 因具有体测量、能量动量分辨及直接探测不同元激发色散关系的能力, 在铜氧超导材料研究中得到了广泛应用. 无论是Bardeen-Cooper-Schrieffer理论框架下粘合库珀对的声子, 还是强关联体系中Hubbard模型预测的磁涨落和竞争序, 都可以用共振非弹性X射线散射实验测量, 并研究它们之间的关联. 本文介绍了利用共振非弹性X射线散射测量铜氧超导材料电荷密度波及相关低能激发, 包括声子异常现象的研究进展, 还介绍了磁激发和超导最高转变温度的关系, 最后对未来的研究方向和面临的挑战进行展望.
2024, 73(19): 197602.
doi: 10.7498/aps.73.20240926
摘要:
中国散裂中子源二期升级工程包含建设缪子实验终端和一条表面缪子束线, 并规划未来建设负缪子束线和衰变缪子束线. 表面缪子束线预计2029年建成出束, 有望成为我国首个人造缪子源实验平台. 缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学是缪子源平台最重要的应用技术, 分别在材料磁性分析和元素成分无损测量方面具有独特优势, 在磁性、超导、新能源、科技考古等多学科领域取得了大量瞩目成果. 本文围绕中国散裂中子源缪子实验终端及其谱仪建设, 分别介绍了缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学的基本原理、特色优势, 以及基于缪子实验终端的谱仪物理设计和应用展望; 最后展望了该缪子实验终端未来的缪子束线规划和更多样化的应用场景.
中国散裂中子源二期升级工程包含建设缪子实验终端和一条表面缪子束线, 并规划未来建设负缪子束线和衰变缪子束线. 表面缪子束线预计2029年建成出束, 有望成为我国首个人造缪子源实验平台. 缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学是缪子源平台最重要的应用技术, 分别在材料磁性分析和元素成分无损测量方面具有独特优势, 在磁性、超导、新能源、科技考古等多学科领域取得了大量瞩目成果. 本文围绕中国散裂中子源缪子实验终端及其谱仪建设, 分别介绍了缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学的基本原理、特色优势, 以及基于缪子实验终端的谱仪物理设计和应用展望; 最后展望了该缪子实验终端未来的缪子束线规划和更多样化的应用场景.
2024, 73(19): 198901.
doi: 10.7498/aps.73.20240702
摘要:
供应链是由原材料供应商到最终客户的一系列生产和流通过程所形成的链条结构, 连接上、下游各个企业之间的关系. 供应链包含采购、生产、仓储、分销、客户服务、信息管理和资金管理等不同环节之间的物料、资源、资金和信息等的相互关联流动, 从而形成复杂的网链结构. 高效可靠的供应链对于增强企业的市场竞争力、推动社会和经济持续发展具有重要意义. 近年来, 采用复杂网络的理论和方法对供应链进行建模和分析受到了越来越多学者的关注. 本文系统性地论述基于实证数据和网络模型两种类型的供应链网络构建研究, 在此基础上探讨供应链网络的拓扑结构、脆弱性、关键节点识别、社团检测等结构性质, 阐明供应链网络的风险传播、竞争博弈等管理特性. 本文综述了基于复杂网络方法的供应链研究内容和前沿热点, 论证了复杂网络理论在供应链网络研究中的有效性和适用性, 分析了供应链网络研究现存的一些问题, 并展望若干未来的重要研究方向. 本文期望为供应链研究提供见解, 并推动复杂网络方法在供应链研究中的发展和应用.
供应链是由原材料供应商到最终客户的一系列生产和流通过程所形成的链条结构, 连接上、下游各个企业之间的关系. 供应链包含采购、生产、仓储、分销、客户服务、信息管理和资金管理等不同环节之间的物料、资源、资金和信息等的相互关联流动, 从而形成复杂的网链结构. 高效可靠的供应链对于增强企业的市场竞争力、推动社会和经济持续发展具有重要意义. 近年来, 采用复杂网络的理论和方法对供应链进行建模和分析受到了越来越多学者的关注. 本文系统性地论述基于实证数据和网络模型两种类型的供应链网络构建研究, 在此基础上探讨供应链网络的拓扑结构、脆弱性、关键节点识别、社团检测等结构性质, 阐明供应链网络的风险传播、竞争博弈等管理特性. 本文综述了基于复杂网络方法的供应链研究内容和前沿热点, 论证了复杂网络理论在供应链网络研究中的有效性和适用性, 分析了供应链网络研究现存的一些问题, 并展望若干未来的重要研究方向. 本文期望为供应链研究提供见解, 并推动复杂网络方法在供应链研究中的发展和应用.
2024, 73(19): 190501.
doi: 10.7498/aps.73.20240967
摘要:
多室神经元的精细结构能够同时捕捉时空特性, 具有丰富的响应和内在机理. 本研究基于Pinsky-Rinzel两室神经元模型, 提出多室神经元通道阻塞与噪声对神经元响应状态影响的分析方法. 首先, 钙离子(Ca2+)浓度影响神经递质释放的概率, 对多室神经元的节律性放电具有关键作用, 因此特别引入Ca2+通道阻塞, 构建带离子通道阻塞的多室神经元模型. 其次推导跃迁矩阵等核心参数构建Pinsky-Rinzel神经元Conductance噪声模型, 并与Subunit噪声模型对比. 最终, 通过单参数Hopf分岔解释各个离子通道阻塞下的动力学过程; 双参数分岔显示钾离子(K+)的Hopf节点随输入电流呈近似线性递增关系, 而钠离子(Na+)则近似为线性下降和指数上升两阶段; 通过变异系数等指标发现K+适度阻塞促进放电, Na+阻塞抑制放电, Ca2+阻塞总体上促进放电的特性. 另外, 在低于阈值信号刺激时, 两种噪声模型均产生随机共振, Conductance模型表现出更强的编码能力. 本研究揭示了离子通道阻塞与噪声在神经信号传递中的复杂机制, 为研究神经信息编码提供新的视角和工具.
多室神经元的精细结构能够同时捕捉时空特性, 具有丰富的响应和内在机理. 本研究基于Pinsky-Rinzel两室神经元模型, 提出多室神经元通道阻塞与噪声对神经元响应状态影响的分析方法. 首先, 钙离子(Ca2+)浓度影响神经递质释放的概率, 对多室神经元的节律性放电具有关键作用, 因此特别引入Ca2+通道阻塞, 构建带离子通道阻塞的多室神经元模型. 其次推导跃迁矩阵等核心参数构建Pinsky-Rinzel神经元Conductance噪声模型, 并与Subunit噪声模型对比. 最终, 通过单参数Hopf分岔解释各个离子通道阻塞下的动力学过程; 双参数分岔显示钾离子(K+)的Hopf节点随输入电流呈近似线性递增关系, 而钠离子(Na+)则近似为线性下降和指数上升两阶段; 通过变异系数等指标发现K+适度阻塞促进放电, Na+阻塞抑制放电, Ca2+阻塞总体上促进放电的特性. 另外, 在低于阈值信号刺激时, 两种噪声模型均产生随机共振, Conductance模型表现出更强的编码能力. 本研究揭示了离子通道阻塞与噪声在神经信号传递中的复杂机制, 为研究神经信息编码提供新的视角和工具.
2024, 73(19): 190701.
doi: 10.7498/aps.73.20241104
摘要:
目前, 基于工业铂电阻的高精度数字温度计已成为当下热门研究方向, 但受材料和制作工艺的影响, 其测量精度相对一般, 且随使用年限的增加, 出现阻值漂移导致测温偏差在所难免. 温度修正算法是提高数字温度计测量精度的有效方法, 传统的补偿函数修正算法修正效果良好, 但无法解决阻值漂移等问题; 分段线性修正算法原理简单、易于实现, 但需多点测温, 且在面对温度修正曲线非线性变化时, 限制了修正准确度和普适性. 因此, 本文提出了一种基于伪逆法的温度修正曲线重建算法. 该方法利用原始标定数据和多个特征温度点建立重建矩阵. 在实际使用中, 通过待重建的特征温度点便能重建完整的温度修正曲线, 并将重建的温度修正曲线自动纳入样本库中, 从而提高样本的多样性和算法的修正精度. 实验结果表明, 该算法在面对温度修正曲线非线性变化和漂移时, 具有更好的修正效果, 且仅需采集4个特征温度点便能较好地重建完整的温度修正曲线. 因此, 该算法可以为提高数字温度计测量精度提供有效的支撑.
目前, 基于工业铂电阻的高精度数字温度计已成为当下热门研究方向, 但受材料和制作工艺的影响, 其测量精度相对一般, 且随使用年限的增加, 出现阻值漂移导致测温偏差在所难免. 温度修正算法是提高数字温度计测量精度的有效方法, 传统的补偿函数修正算法修正效果良好, 但无法解决阻值漂移等问题; 分段线性修正算法原理简单、易于实现, 但需多点测温, 且在面对温度修正曲线非线性变化时, 限制了修正准确度和普适性. 因此, 本文提出了一种基于伪逆法的温度修正曲线重建算法. 该方法利用原始标定数据和多个特征温度点建立重建矩阵. 在实际使用中, 通过待重建的特征温度点便能重建完整的温度修正曲线, 并将重建的温度修正曲线自动纳入样本库中, 从而提高样本的多样性和算法的修正精度. 实验结果表明, 该算法在面对温度修正曲线非线性变化和漂移时, 具有更好的修正效果, 且仅需采集4个特征温度点便能较好地重建完整的温度修正曲线. 因此, 该算法可以为提高数字温度计测量精度提供有效的支撑.
2024, 73(19): 190702.
doi: 10.7498/aps.73.20241019
摘要:
GeTe属于硫系相变材料中的一种, 利用热致相变特性可以动态实现低电阻率的晶态与高电阻率的非晶态之间可逆切换, 是忆阻器和非易失射频开关领域的重要功能材料. 本文以面向射频开关应用为出发点, 重点对磁控溅射制备的GeTe薄膜进行电性能优化研究. 通过综合分析衬底材料、溅射条件以及退火条件等因素对晶态GeTe薄膜电阻率的影响, 探索出低电阻率GeTe薄膜的有效制备条件. 结果表明, 制备的GeTe薄膜最低晶态电阻率达到3.6×10–6 Ω·m, 电阻比大于106. 此外, 基于规则的方形薄膜切片, 构建了一款零静态功耗并联型毫米波开关, 在1—40 GHz频带内, 插损小于2.4 dB, 隔离度大于19 dB, 展示了GeTe薄膜在宽带高性能分立式非易失射频开关领域的应用潜力.
GeTe属于硫系相变材料中的一种, 利用热致相变特性可以动态实现低电阻率的晶态与高电阻率的非晶态之间可逆切换, 是忆阻器和非易失射频开关领域的重要功能材料. 本文以面向射频开关应用为出发点, 重点对磁控溅射制备的GeTe薄膜进行电性能优化研究. 通过综合分析衬底材料、溅射条件以及退火条件等因素对晶态GeTe薄膜电阻率的影响, 探索出低电阻率GeTe薄膜的有效制备条件. 结果表明, 制备的GeTe薄膜最低晶态电阻率达到3.6×10–6 Ω·m, 电阻比大于106. 此外, 基于规则的方形薄膜切片, 构建了一款零静态功耗并联型毫米波开关, 在1—40 GHz频带内, 插损小于2.4 dB, 隔离度大于19 dB, 展示了GeTe薄膜在宽带高性能分立式非易失射频开关领域的应用潜力.
2024, 73(19): 193201.
doi: 10.7498/aps.73.20240944
摘要:
共晶是一种分子层次调控材料物化性质的高效方法, 然而目前共晶复杂体系结构与宏观性质间关系一直难以得到深入理解. 本文依据太赫兹光谱可激发晶体内弱作用的优势, 以CL-20/MTNP共晶为对象开展了太赫兹振动光谱研究. 首先, 测量CL-20、MTNP和共晶CL-20/MTNP的太赫兹吸收光谱. 其次, 分析了基于密度泛函理论的振动计算方法, 获得了3种物质太赫兹频段振动特性, 对吸收光谱进行振动匹配. 最后, 采用振动分解方法将晶体分子的整体振动分解为分子间和分子内振动. 在此基础上, 分析了共晶前后振动变化规律. 结果表明: 共晶后新形成的弱相互作用由CL-20分子主导, 同时MTNP分子主要通过3个硝基与CL-20分子交互作用. 本文的研究结论为共晶热性质提供了微观解析.
共晶是一种分子层次调控材料物化性质的高效方法, 然而目前共晶复杂体系结构与宏观性质间关系一直难以得到深入理解. 本文依据太赫兹光谱可激发晶体内弱作用的优势, 以CL-20/MTNP共晶为对象开展了太赫兹振动光谱研究. 首先, 测量CL-20、MTNP和共晶CL-20/MTNP的太赫兹吸收光谱. 其次, 分析了基于密度泛函理论的振动计算方法, 获得了3种物质太赫兹频段振动特性, 对吸收光谱进行振动匹配. 最后, 采用振动分解方法将晶体分子的整体振动分解为分子间和分子内振动. 在此基础上, 分析了共晶前后振动变化规律. 结果表明: 共晶后新形成的弱相互作用由CL-20分子主导, 同时MTNP分子主要通过3个硝基与CL-20分子交互作用. 本文的研究结论为共晶热性质提供了微观解析.
2024, 73(19): 193601.
doi: 10.7498/aps.73.20240962
摘要:
稀土掺杂硼团簇因其特殊的光学, 电学和磁学性质受到广泛关注. 本文采用人工蜂群算法结合密度泛函理论, 在PBE0/RE/SDD//B/6-311+G*水平下研究了稀土掺杂阴离子硼团簇\begin{document}$ {\text{REB}}_n^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{REB}}_n^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{LaB}}_{8}^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{ScB}}_{8}^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{LaB}}_{6}^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{ScB}}_{6}^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{REB}}_n^ - $\end{document} \begin{document}$ {\text{ScB}}_{8}^ - $\end{document}
稀土掺杂硼团簇因其特殊的光学, 电学和磁学性质受到广泛关注. 本文采用人工蜂群算法结合密度泛函理论, 在PBE0/RE/SDD//B/6-311+G*水平下研究了稀土掺杂阴离子硼团簇
2024, 73(19): 194301.
doi: 10.7498/aps.73.20240887
摘要:
针对压电圆环换能器的径向弯曲振动问题, 从薄壳理论出发进行相关数理推导, 讨论了压电效应的影响及电学短路与开路下的弯曲振动方程. 进行相关解析求解, 给出了两种条件下的多阶谐振频率预测公式, 并利用有限元法分析了两式的适用范围. 使用模态理论, 定义模态权值函数, 研究了电学激励条件对多阶弯曲振动模态的具体影响, 得到了单模态激励、局部等幅激励和单端激励等作用于多个目标模态的有效方法. 经有限元仿真(FEM)、实验与理论对比验证, 三者吻合较好, 相关结论可以为压电圆环弯曲振动模态识别、模态激励的精细化调控提供理论基础.
针对压电圆环换能器的径向弯曲振动问题, 从薄壳理论出发进行相关数理推导, 讨论了压电效应的影响及电学短路与开路下的弯曲振动方程. 进行相关解析求解, 给出了两种条件下的多阶谐振频率预测公式, 并利用有限元法分析了两式的适用范围. 使用模态理论, 定义模态权值函数, 研究了电学激励条件对多阶弯曲振动模态的具体影响, 得到了单模态激励、局部等幅激励和单端激励等作用于多个目标模态的有效方法. 经有限元仿真(FEM)、实验与理论对比验证, 三者吻合较好, 相关结论可以为压电圆环弯曲振动模态识别、模态激励的精细化调控提供理论基础.
2024, 73(19): 196101.
doi: 10.7498/aps.73.20240674
摘要:
超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势, 被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域. AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能, 为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量, 但是这些方法工艺复杂且成本高昂. 因此, 本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料. 首先, 对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理, 随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板, 并在其上生长多量子阱结构, 最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管. 研究结果表明, 在注入N离子剂量为1×1013 cm–2的衬底上外延获得的AlN基板, 其表面粗糙度最小且位错密度最低. 由此可见, 适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程; 这可能是因为N离子的注入, 抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构, 有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度. 此外, 基于该基板制备的多量子阱结构, 其残余应力最小, 光致发光强度提高到无注入样品的152% . 此外, 紫外发光二极管的光电性能大幅提高, 当注入电流为100 mA时, 光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%.
超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势, 被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域. AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能, 为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量, 但是这些方法工艺复杂且成本高昂. 因此, 本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料. 首先, 对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理, 随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板, 并在其上生长多量子阱结构, 最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管. 研究结果表明, 在注入N离子剂量为1×1013 cm–2的衬底上外延获得的AlN基板, 其表面粗糙度最小且位错密度最低. 由此可见, 适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程; 这可能是因为N离子的注入, 抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构, 有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度. 此外, 基于该基板制备的多量子阱结构, 其残余应力最小, 光致发光强度提高到无注入样品的152% . 此外, 紫外发光二极管的光电性能大幅提高, 当注入电流为100 mA时, 光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%.
2024, 73(19): 196801.
doi: 10.7498/aps.73.20240611
摘要:
使用射频磁控溅射技术制备了钼(Mo)膜, 再利用硒化退火方式生成二硒化钼(MoSe2)薄膜. 对MoSe2薄膜的表面形貌、晶体结构和光学带隙进行了表征和分析. 结果显示, MoSe2薄膜的晶体结构与硒化温度(Ts)密切相关, 随着硒化温度的升高, 薄膜的平均晶粒尺寸先略减小后增大, 且(002)晶面取向优先生长. MoSe2薄膜对短波长光(600 nm左右)具有较低的吸收率. 随着硒化温度升高, MoSe2的直接带隙波发生蓝移, 光学带隙随之减小. 研究表明, 通过改变硒化温度可以有效调控MoSe2结构和光学带隙, 为MoSe2薄膜在光学器件应用方面提供更多可能.
使用射频磁控溅射技术制备了钼(Mo)膜, 再利用硒化退火方式生成二硒化钼(MoSe2)薄膜. 对MoSe2薄膜的表面形貌、晶体结构和光学带隙进行了表征和分析. 结果显示, MoSe2薄膜的晶体结构与硒化温度(Ts)密切相关, 随着硒化温度的升高, 薄膜的平均晶粒尺寸先略减小后增大, 且(002)晶面取向优先生长. MoSe2薄膜对短波长光(600 nm左右)具有较低的吸收率. 随着硒化温度升高, MoSe2的直接带隙波发生蓝移, 光学带隙随之减小. 研究表明, 通过改变硒化温度可以有效调控MoSe2结构和光学带隙, 为MoSe2薄膜在光学器件应用方面提供更多可能.
2024, 73(19): 197101.
doi: 10.7498/aps.73.20240976
摘要:
本文研究了受复数准周期势调制的一维耦合链中系统的局域化特性. 通过研究发现随着无序强度增大的过程中, 系统会经历一个从完全扩展相到中间相, 再转变成完全局域相的局域转变. 通过数值求解不同的序参量证明了转变过程中完全扩展相, 具有迁移率边的中间相和完全局域相的存在. 并且通过解析推导, 可以精确求解出扩展相到中间相和中间相到局域相的局域化转变点. 此外, 还研究了系统能谱实-复转变与局域化转变之间的关系, 发现系统能谱可以经历两次实复转变. 即从完全扩展相到中间相的转变中, 会发生第一次实复转变, 部分能谱从实数谱转变为复数谱, 但是部分能谱依然保持为实数谱.当系统从中间相转变为完全局域相时, 系统能谱会完全转变为复数谱. 该研究结果为一维耦合链系统中局域化转变和实复转变的研究提供了一些新的理解和参考.
本文研究了受复数准周期势调制的一维耦合链中系统的局域化特性. 通过研究发现随着无序强度增大的过程中, 系统会经历一个从完全扩展相到中间相, 再转变成完全局域相的局域转变. 通过数值求解不同的序参量证明了转变过程中完全扩展相, 具有迁移率边的中间相和完全局域相的存在. 并且通过解析推导, 可以精确求解出扩展相到中间相和中间相到局域相的局域化转变点. 此外, 还研究了系统能谱实-复转变与局域化转变之间的关系, 发现系统能谱可以经历两次实复转变. 即从完全扩展相到中间相的转变中, 会发生第一次实复转变, 部分能谱从实数谱转变为复数谱, 但是部分能谱依然保持为实数谱.当系统从中间相转变为完全局域相时, 系统能谱会完全转变为复数谱. 该研究结果为一维耦合链系统中局域化转变和实复转变的研究提供了一些新的理解和参考.
2024, 73(19): 197102.
doi: 10.7498/aps.73.20240584
摘要:
稀土镍酸盐(ReNiO3, Re为镧系稀土元素)由特征温度场、氢化、临界电场及应力场等多物理参量引发的多重电子相变及物性突变引起了凝聚态物理和材料科学领域的广泛关注, 在突变式敏感电阻元器件、人工智能、能量转换及弱电场传感等领域展现出可观的应用前景. 然而, ReNiO3材料本征的热力学亚稳性仍制约其在关联电子器件中的实际应用. 本文利用激光分子束外延法制备出原子级平整的亚稳态ReNiO3 (Re = Nd, Sm及Nd1–xSmx)薄膜材料, 阐明高氧压原位退火在稳定其Ni3+扭曲钙钛矿结构中的关键作用, 结合同步辐 射和X射线光电子能谱等先进表征手段厘清ReNiO3薄膜材料的化学环境及电子结构, 并揭示出其各向异性的电子相变功能特性. 本文为制备原子级平整的亚稳态钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料提供了方向, 并引入全新的功能调控自由度——晶体学各向异性, 为进一步探索稀土镍酸盐材料体系中的新型电子相和功能特性奠定基础.
稀土镍酸盐(ReNiO3, Re为镧系稀土元素)由特征温度场、氢化、临界电场及应力场等多物理参量引发的多重电子相变及物性突变引起了凝聚态物理和材料科学领域的广泛关注, 在突变式敏感电阻元器件、人工智能、能量转换及弱电场传感等领域展现出可观的应用前景. 然而, ReNiO3材料本征的热力学亚稳性仍制约其在关联电子器件中的实际应用. 本文利用激光分子束外延法制备出原子级平整的亚稳态ReNiO3 (Re = Nd, Sm及Nd1–xSmx)薄膜材料, 阐明高氧压原位退火在稳定其Ni3+扭曲钙钛矿结构中的关键作用, 结合同步辐 射和X射线光电子能谱等先进表征手段厘清ReNiO3薄膜材料的化学环境及电子结构, 并揭示出其各向异性的电子相变功能特性. 本文为制备原子级平整的亚稳态钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料提供了方向, 并引入全新的功能调控自由度——晶体学各向异性, 为进一步探索稀土镍酸盐材料体系中的新型电子相和功能特性奠定基础.
2024, 73(19): 197402.
doi: 10.7498/aps.73.20240832
摘要:
本文采用两种熔渗生长工艺(011-IG和211-IG)制备纳米CeO2掺杂的Y-Ba-Cu-O (YBCO)超导块材, 同时使用一种坑式籽晶模式来阻止薄膜籽晶在热处理过程中的移动, 随后对样品的生长形貌、微观结构和超导性能进行研究. 结果表明, 在低掺杂量(质量分数为1%)下, YBCO晶体的正常生长不会受到影响, 用两种工艺均能成功制备生长完全的单畴YBCO超导块材, 且籽晶的位置没有发生任何移动, 证明了新籽晶模式的有效性. 扫描电子显微镜结果表明, 纳米CeO2掺杂可以有效细化超导块材内Y2BaCuO5(Y-211)微米级粒子的尺寸, 且该方法对两种工艺均有效. 低温磁性测试结果表明, 011-IG法制备的纳米CeO2掺杂的样品在低外场下呈现出比未掺杂样品明显优越的Jc性能, 说明细化的Y-211粒子可以有效地提高δl型钉扎. 此外, 相比211-IG法制备的样品, 011-IG法制备的样品在磁悬浮力、微观形貌和Jc性能等方面表现更优越, 因此011-IG法是一种更有潜力的制备工艺. 本文结果对进一步提高YBCO超导块材的性能和优化制备工艺有重要意义.
本文采用两种熔渗生长工艺(011-IG和211-IG)制备纳米CeO2掺杂的Y-Ba-Cu-O (YBCO)超导块材, 同时使用一种坑式籽晶模式来阻止薄膜籽晶在热处理过程中的移动, 随后对样品的生长形貌、微观结构和超导性能进行研究. 结果表明, 在低掺杂量(质量分数为1%)下, YBCO晶体的正常生长不会受到影响, 用两种工艺均能成功制备生长完全的单畴YBCO超导块材, 且籽晶的位置没有发生任何移动, 证明了新籽晶模式的有效性. 扫描电子显微镜结果表明, 纳米CeO2掺杂可以有效细化超导块材内Y2BaCuO5(Y-211)微米级粒子的尺寸, 且该方法对两种工艺均有效. 低温磁性测试结果表明, 011-IG法制备的纳米CeO2掺杂的样品在低外场下呈现出比未掺杂样品明显优越的Jc性能, 说明细化的Y-211粒子可以有效地提高δl型钉扎. 此外, 相比211-IG法制备的样品, 011-IG法制备的样品在磁悬浮力、微观形貌和Jc性能等方面表现更优越, 因此011-IG法是一种更有潜力的制备工艺. 本文结果对进一步提高YBCO超导块材的性能和优化制备工艺有重要意义.
2024, 73(19): 197501.
doi: 10.7498/aps.73.20240829
摘要:
同时具有铁磁性与铁弹性的二维材料为磁性控制提供了全新机制, 即通过切换材料的铁弹态控制磁化方向. 源自半填充3d轨道的大磁矩和自发结构极化, 使单分子层MoTeX (X = F, Cl, Br, I)成为潜在的磁弹性多铁材料. 本文基于第一性原理计算, 系统地研究了单分子层MoTeX (X = F, Cl, Br, I)的铁磁性、铁弹性以及磁弹耦合性质. 计算结果表明单分子层MoTeX为本征半导体, 同时具有铁磁性和铁弹性. 单分子层MoTeX的面内磁晶各向异性能显著, 较高的磁晶各向异性能表明其具有抵抗热扰动的能力, 能在有限温度下维持长程磁有序. 另外, 单分子层MoTeX的易磁化轴均沿着平面内方向. 单分子层MoTeX在铁弹性转变过程中表现出相同幅度但符号相反的平面内磁各向异性能, 意味着面内易磁化轴随铁弹态的转换旋转了90°. 另外, 其铁弹转换势垒(0.180—0.226 eV/atom)适中, 表明单分子层MoTeX在室温下的可逆铁弹性转换和平面内易磁化轴的可逆转换. 本文提出了一种二维本征多铁半导体材料, 为多功能自旋电子器件提供了新候选材料.
同时具有铁磁性与铁弹性的二维材料为磁性控制提供了全新机制, 即通过切换材料的铁弹态控制磁化方向. 源自半填充3d轨道的大磁矩和自发结构极化, 使单分子层MoTeX (X = F, Cl, Br, I)成为潜在的磁弹性多铁材料. 本文基于第一性原理计算, 系统地研究了单分子层MoTeX (X = F, Cl, Br, I)的铁磁性、铁弹性以及磁弹耦合性质. 计算结果表明单分子层MoTeX为本征半导体, 同时具有铁磁性和铁弹性. 单分子层MoTeX的面内磁晶各向异性能显著, 较高的磁晶各向异性能表明其具有抵抗热扰动的能力, 能在有限温度下维持长程磁有序. 另外, 单分子层MoTeX的易磁化轴均沿着平面内方向. 单分子层MoTeX在铁弹性转变过程中表现出相同幅度但符号相反的平面内磁各向异性能, 意味着面内易磁化轴随铁弹态的转换旋转了90°. 另外, 其铁弹转换势垒(0.180—0.226 eV/atom)适中, 表明单分子层MoTeX在室温下的可逆铁弹性转换和平面内易磁化轴的可逆转换. 本文提出了一种二维本征多铁半导体材料, 为多功能自旋电子器件提供了新候选材料.
2024, 73(19): 197801.
doi: 10.7498/aps.73.20241066
摘要:
多模复合成像技术结合了不同传感器的优势, 具有图像质量高、信息获取能力强、目标检测和识别能力高、对复杂环境的强适应能力、系统的稳定性和鲁棒性高等优点. 其中, 太赫兹和红外复合成像技术结合了太赫兹波段和红外波段的特点, 具有宽频谱覆盖、高分辨率、穿透性强的优点, 有广阔的应用前景. 作为共口径复合成像系统的关键器件之一的太赫兹和红外波段的高效分光器目前仍然缺少, 性能亟待提升. 本文提出了一种结构简单、性能高效的双层金属加介质基底结构二向色超表面. 作为分光器件使用, 当入射角度为45°时, 其在中心频率1.1 THz附近实现大于97%的透射系数, 在中波红外3—5 μm和长波红外8—14 μm波长范围均实现大于98%的反射系数. 该设计对层间结构错位、结构倒圆角、小倍率缩放等结构失配和加工误差都具有很好的鲁棒性, 并且具有偏振不敏感特性. 而当入射角度在0°—60°内变化时, 器件依然保持优异的分光特性. 基于巴比涅定理和等效电路模型, 对该超表面的电磁响应特性进行理论分析, 分析结果与模拟仿真结果相吻合. 该研究结果证明了超表面作为分光器件应用于太赫兹与红外波段的多波长复合成像系统中的可行性, 并为未来新型复合成像探测技术的研究提供了支撑.
多模复合成像技术结合了不同传感器的优势, 具有图像质量高、信息获取能力强、目标检测和识别能力高、对复杂环境的强适应能力、系统的稳定性和鲁棒性高等优点. 其中, 太赫兹和红外复合成像技术结合了太赫兹波段和红外波段的特点, 具有宽频谱覆盖、高分辨率、穿透性强的优点, 有广阔的应用前景. 作为共口径复合成像系统的关键器件之一的太赫兹和红外波段的高效分光器目前仍然缺少, 性能亟待提升. 本文提出了一种结构简单、性能高效的双层金属加介质基底结构二向色超表面. 作为分光器件使用, 当入射角度为45°时, 其在中心频率1.1 THz附近实现大于97%的透射系数, 在中波红外3—5 μm和长波红外8—14 μm波长范围均实现大于98%的反射系数. 该设计对层间结构错位、结构倒圆角、小倍率缩放等结构失配和加工误差都具有很好的鲁棒性, 并且具有偏振不敏感特性. 而当入射角度在0°—60°内变化时, 器件依然保持优异的分光特性. 基于巴比涅定理和等效电路模型, 对该超表面的电磁响应特性进行理论分析, 分析结果与模拟仿真结果相吻合. 该研究结果证明了超表面作为分光器件应用于太赫兹与红外波段的多波长复合成像系统中的可行性, 并为未来新型复合成像探测技术的研究提供了支撑.
2024, 73(19): 198401.
doi: 10.7498/aps.73.20240827
摘要:
电子传输层是钙钛矿太阳能电池的重要功能层, 其表面及内部缺陷是限制钙钛矿太阳能电池性能提升的重要一环. 双电子传输层(双ETL)策略虽然可以改善电子在功能层之间提取与传输, 但是双ETL内部存在的独立界面以及不同ETL材料晶胞不匹配问题导致了额外的非辐射复合. 基于此, 本文提出了将二[2-((氧代)二苯基膦基)苯基]醚(DPEPO)引入到SnO2中设计混合电子传输层的策略, 该策略在钝化SnO2中本征缺陷的同时, 可以避免由于额外界面的存在而导致的缺陷态, 有效改善了电子的提取与传输. 并且进一步实现了对钙钛矿薄膜的结晶调控, 提升钙钛矿太阳能电池性能, 最终收获了基于宽带隙钙钛矿太阳能电池21.53%的功率转换率, 其中开路电压(VOC)达到了1.220 V, 短路电流(JSC)为23.19 mA/cm2, 填充因子(FF)高达76.11%. 研究表明混合电子传输层策略可以有效优化载流子传输动力学, 促进钙钛矿高质量结晶, 对制备高性能太阳能电池具有一定指导意义.
电子传输层是钙钛矿太阳能电池的重要功能层, 其表面及内部缺陷是限制钙钛矿太阳能电池性能提升的重要一环. 双电子传输层(双ETL)策略虽然可以改善电子在功能层之间提取与传输, 但是双ETL内部存在的独立界面以及不同ETL材料晶胞不匹配问题导致了额外的非辐射复合. 基于此, 本文提出了将二[2-((氧代)二苯基膦基)苯基]醚(DPEPO)引入到SnO2中设计混合电子传输层的策略, 该策略在钝化SnO2中本征缺陷的同时, 可以避免由于额外界面的存在而导致的缺陷态, 有效改善了电子的提取与传输. 并且进一步实现了对钙钛矿薄膜的结晶调控, 提升钙钛矿太阳能电池性能, 最终收获了基于宽带隙钙钛矿太阳能电池21.53%的功率转换率, 其中开路电压(VOC)达到了1.220 V, 短路电流(JSC)为23.19 mA/cm2, 填充因子(FF)高达76.11%. 研究表明混合电子传输层策略可以有效优化载流子传输动力学, 促进钙钛矿高质量结晶, 对制备高性能太阳能电池具有一定指导意义.
2024, 73(19): 199101.
doi: 10.7498/aps.73.20240815
摘要:
为研究地球自转速率变化的非线性特性, 结合自适应噪声完备经验模态分解、定量递归分析和Grassberger-Procaccia算法, 从周期、混沌和分形多角度对1962年1月1日至2023年12月31日反映地球自转速率变化的日长变化(length of day, ΔLOD)观测序列的非线性特性进行全面分析, 并着重对比分析扣除周期成分或混沌成分前后ΔLOD特性是否存在明显区别. 主要结论如下: 1) ΔLOD时间序列由趋势成分、周期成分和混沌成分构成, 具有明显的多时间尺度、混沌动力学特性和分形结构; 2)扣除混沌成分后的时间序列周期与原始ΔLOD时间序列的周期完全相同; 3)原始ΔLOD时间序列和其扣除趋势成分和周期成分后的时间序列的混沌特性无显著性差异, 但前者分形结构的复杂性相对更强.
为研究地球自转速率变化的非线性特性, 结合自适应噪声完备经验模态分解、定量递归分析和Grassberger-Procaccia算法, 从周期、混沌和分形多角度对1962年1月1日至2023年12月31日反映地球自转速率变化的日长变化(length of day, ΔLOD)观测序列的非线性特性进行全面分析, 并着重对比分析扣除周期成分或混沌成分前后ΔLOD特性是否存在明显区别. 主要结论如下: 1) ΔLOD时间序列由趋势成分、周期成分和混沌成分构成, 具有明显的多时间尺度、混沌动力学特性和分形结构; 2)扣除混沌成分后的时间序列周期与原始ΔLOD时间序列的周期完全相同; 3)原始ΔLOD时间序列和其扣除趋势成分和周期成分后的时间序列的混沌特性无显著性差异, 但前者分形结构的复杂性相对更强.
