Vol. 54, No. 12 (2005)
2005年06月20日
总论
2005, 54 (12): 5511-5516.
doi: 10.7498/aps.54.5511
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研究了Lagrange-Maxwell机电动力系统的Hamilton正则方程及动量依赖对称性的定义、判据、结构方程和守恒量的形式.研究表明，结构方程中的函数ψ只需是对称群的不变量.得到求解机电动力系统守恒量的新方法，并给出了应用实例.
2005, 54 (12): 5517-5520.
doi: 10.7498/aps.54.5517
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将Kleinert提出的不可积映射推广为一阶线性映射.通过这种方法，将Riemann-Cartan空间嵌入到欧氏空间.在此基础上，将通常在欧氏空间中描述约束系统的d'Alembert-Lagrange原理推广到Riemann-Cartan空间的“无约束”表示.
2005, 54 (12): 5521-5524.
doi: 10.7498/aps.54.5521
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研究准坐标下完整力学系统在时间不变的无限小变换下的统一对称性. 列出系统的运动微分方程, 给出系统的统一对称性的定义和判据, 由系统的统一对称性导出Noether守恒量、Hojman守恒量和一类新型守恒量. 举例说明结果的应用.
2005, 54 (12): 5525-5529.
doi: 10.7498/aps.54.5525
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通过选取另一类种子解，给出了(2+1)维非线性KdV方程的一类变量分离新解.适当地选择变量分离新解中的任意函数和条件函数，揭示了一类新型孤子结构，如周期性孤波结构、环状孤子结构、曲线型孤子结构等.可以发现(2+1)维非线性KdV方程存在的这类新型孤子结构，是无法通过以往文献中给出的通用变量分离表达式得到的，而且这类新型孤子结构对于实际自然现象的解释有积极的意义.
2005, 54 (12): 5530-5533.
doi: 10.7498/aps.54.5530
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建立了二端面转轴相对转动系统的非线性动力学方程.对于等力矩的动力学方程进行了定性分析，得到了方程的稳定性等性质.用平均方法求得方程在一定条件下的近似解.
2005, 54 (12): 5534-5539.
doi: 10.7498/aps.54.5534
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将一维不定常流自模拟函数推广到一般形式，结合量纲理论和流体力学基本运动方程，导出总能量为常数情况下的理想气体一维不定常流自模拟运动基本微分方程组.该理论模型表明，由流体速率u和自模拟面速率r·〖DD)]组成一个无量纲特性参数L，用L作自变量时理想气体一维不定常流自模拟运动的规律具有常微分方程的最简数学形式.该模型克服了点爆炸Taylor自模拟温度函数原点附近趋于无穷大的问题，具有重要意义.
2005, 54 (12): 5540-5543.
doi: 10.7498/aps.54.5540
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利用具有Weierstrass椭圆函数解的方程，首先获得了投影Riccati方程的两组新解.由于投影Riccati方程可用于多种具孤子解的非线性演化方程的求解，因而得到了一个可以构造这些方程的Weierstrass椭圆函数解的新方法.
2005, 54 (12): 5544-5548.
doi: 10.7498/aps.54.5544
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提出了一种基于纠缠交换的多方多级量子密钥分配协议.构造了一种两方三级系统的完备正交归一化基，利用该正交归一化基和纠缠交换可以实现两方量子密钥分配.同时，三级可以推广到多级以及两方推广到多方，即可以实现基于纠缠交换的多方多级量子密钥分配.这样，利用纠缠交换和多级密钥分配可以极大地提高检测窃听的效率、密钥生成率以及信息容量.
2005, 54 (12): 5549-5553.
doi: 10.7498/aps.54.5549
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提出了一种新的利用33 Hilbert空间的不可扩展乘积基和严格纠缠基的量子密钥分配方案.对窃听者的窃听成功概率进行了分析.该方案具有许多诸如容量大以及效率高等独特的特点.
2005, 54 (12): 5554-5558.
doi: 10.7498/aps.54.5554
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研究了处于热库中的多颗粒在两个和多个瓮中的运动.通过求解含噪声项的一维朗之万方程,获得颗粒的位置和速度,并分析了其运动状态.研究发现，在高温下系统处于对称态的时间较长,反之系统将会出现多个定态.所有运动颗粒的速率分布都满足Gauss分布,非对称态的有效温度T2与弹性恢复系数r有良好的指数关系.
2005, 54 (12): 5559-5565.
doi: 10.7498/aps.54.5559
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应用拟Hamilton系统的随机平均法和随机稳定化策略，研究了高斯白噪声激励下耦合Duffing-van der Pol系统的随机稳定性及其在半无限长时间内的稳定性控制问题.结果表明，适当地控制参数可有效实现随机稳定化.
2005, 54 (12): 5566-5573.
doi: 10.7498/aps.54.5566
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在对多个满足Kelber条件的滤波器组成的复合系统进行初步分析的基础上，提出了一个基于复合非线性数字滤波器的带密钥的Hash算法.算法首先构建能产生高维混沌序列的复合滤波器系统，然后在明文作用的复合序列控制下随机选择滤波器子系统，并以复合系统的初态作为密钥，以粗粒化的量化迭代轨迹作为明文的Hash值.讨论了复合系统实现Hash函数的不可逆性、防伪造性、初值敏感性等特点.研究结果表明：基于复合非线性数字滤波器的Hash算法简单快速，比基于单一混沌映射的Hash算法有着更高的安全性，同时滤波器结构中没有复杂的浮点运算，比一般复合混沌系统更易于软硬件实现.
2005, 54 (12): 5574-5580.
doi: 10.7498/aps.54.5574
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计算机截断误差通常被认为会导致混沌系统退化.根据这种认识，提供了一个完全由计算机截断误差诱导的简单系统走向复杂化或混沌的反例.该系统定义为椭圆反射腔映射系统的过焦系统，理论解为一个极限序列，对应计算机解则是一个随机数字振荡系统.分析表明，计算机解是在截断误差诱导下由理论解变异而来的.理论解中系统存在“回转机制”，截断误差诱导系统在非双曲性不动点局域产生“逃逸机制”，从而发现一种阵发混沌的新机制.
2005, 54 (12): 5581-5584.
doi: 10.7498/aps.54.5581
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利用扰动方法研究了一类广义Landau-Ginzburg-Higgs方程.引入一个同伦映射，将原方程的解表示为渐近展开式，然后用相应的线性方程的解来近似地表示.讨论了方程的解与得到的近似解的关系.
2005, 54 (12): 5585-5590.
doi: 10.7498/aps.54.5585
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基于稳定性理论，采用间歇反馈控制研究了四维连续超混沌Rssler和LC振子系统.通过选择恰当的控制周期Ts、自治周期Ta以及反馈系数k来设计控制器.数值计算表明：所设计的控制器使系统经过大约8到35个时间单位达到了稳定点，两个系统之间经过大约15到50个时间单位实现了全局同步.通过求解系统Jacobi矩阵的特征值来确定Ts与Ta的关系，获得间歇控制下控制器稳定的条件.数值计算结果与理论分析一致.
2005, 54 (12): 5591-5596.
doi: 10.7498/aps.54.5591
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基于离散线性系统的稳定性理论，提出了Rssler混沌系统的一种追踪控制方案，实现了Rssler系统对任意给定参考信号的追踪，并且在理论上证明这种控制方案是按指数收敛的.数值仿真表明，该控制方案不仅可以对给定参考信号进行追踪，而且响应系统可以与驱动系统(同结构、异结构均可)同步.
2005, 54 (12): 5597-5601.
doi: 10.7498/aps.54.5597
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针对Nagel-Schreckenberg模型(NaSch模型)中存在的高速车辆可能发生追尾事故的不安全性，考虑了前车速度为零的情况，提出一种新的强调驾驶安全性的一维元胞自动机交通流模型：安全驾驶模型，并对该模型进行了数值模拟.由于安全概率的引入，使得系统在临界密度附近出现低速的同步相，而不是完全的堵塞相，减小了追尾事故发生的可能性，提高了高密度时道路的通行能力.模拟结果显示出了亚稳态、非平衡相变以及滞后效应等实际交通所具有的特性.
2005, 54 (12): 5602-5608.
doi: 10.7498/aps.54.5602
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研究了有限的多自由度耦合哈密顿系统能量耗散过程的动力学问题. 通过数值模拟，实现有关自由度的能量耗散过程，采用功率谱方法研究有关系统运动中的坐标q(t)或动量p(t)的演化过程. 结果发现：在有关系统的能量耗散过程中，有关自由度运动的频率成分向高频和低频方向都有明显展宽，随着无关系统自由度增多，展宽明显增加；低频成分比较稳定，高频成分随着时间的演变逐渐减少.
2005, 54 (12): 5609-5613.
doi: 10.7498/aps.54.5609
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在650nm波长半导体激光器的基础上制造出了高输出功率的微小孔径激光器.驱动电流为25mA时， 输出功率达到0.4mW，最大功率可达１mW以上.叙述了微小孔径激光器的特殊的制造工艺，并分析了器件可能的失效机理.
原子和分子物理学
2005, 54 (12): 5614-5617.
doi: 10.7498/aps.54.5614
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采用密度泛函理论的B3LYP方法和二次组态相互作用(QCISD(T))方法优化计算了OH分子基态(X2Π)的平衡结构、振动频率和离解能.根据原子分子反应静力学原理，导出了OH分子基态(X2Π)的合理离解极限，采用最小二乘法拟合Murrell-Sorbie函数得到了相应的势能函数和与该基态相对应的光谱常数(Be，αe，ωe和ωeχe)，计算结果与实验数据符合得相当好.
2005, 54 (12): 5618-5621.
doi: 10.7498/aps.54.5618
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采用从头计算方法从理论上解释了实验中双原子分子Ｓ2(B3Σ-u→X3Σ-g) 吸收谱中谱带(18，0)开始出现的弥散现象.计算了包含自旋-轨道耦合(SOC)的B3Σ-u和排斥的15Πu，23Σ+u态的电子势能曲线.对于(18，0)谱带开始弥散，给出了与其他文献不同的物理解释.计算结果表明B3Σ-u与15Πu,23Σ+u态的SOC作用导致预解离对谱带的弥散起着决定作用，并与实验结果作了比较，符合很好.
2005, 54 (12): 5622-5628.
doi: 10.7498/aps.54.5622
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物质波在原子波导中的传播特性是原子光学的重要研究课题之一.在原子光学集成化的设计中，将会遇到物质波从一段波导向另一段不同波导内的传输问题.由于不同波导的物理参数在衔接处的跳变，原子波的传输特性将在波导衔接处产生改变.研究了原子波在两段波导管衔接处的模式激发以及与此相关的物理现象.根据薛定谔方程，利用波导本征模式展开理论，分析了物质波的反射和激发与波导管特征参数以及物质波入射动量之间的关系，并给出了抑制处于基态模的物质波向高阶模式激发的条件.
唯象论的经典领域
2005, 54 (12): 5629-5636.
doi: 10.7498/aps.54.5629
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理论计算和分析了微波圆柱同轴谐振腔高阶横磁(TM)模式的系列关联参数.研究发现：与圆柱腔相比, 同轴谐振腔的TMn10模式有较大的模式间隔，即工作模式能够远离非工作模式的干扰，这有利于保持器件稳定的频率和功率；在保持腔长不变、腔横截面外半径取特定值时，腔内电场峰值位置的轴向特性阻抗随内径的变化存在极大值；在高频段可以采用任意大横截面的腔体结构和任意阶的模式.计算结果与仿真结果相一致.
2005, 54 (12): 5637-5641.
doi: 10.7498/aps.54.5637
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研究了激光二极管抽运的Er３＋，Yb３＋共掺磷酸盐玻璃激光器中共协上转换(cooperative upconversion)和累积能量转移(cumulative energy transfer)对激光输出的影响.通过对速率方程的数值模拟，定量计算并分析了共协上转换和累积能量转移对激光输出的影响，发现共协上转换对阈值抽运功率的影响可达到22%之多，实验结果和理论曲线相当符合.这有助于对Er３＋，Yb３＋共掺磷酸盐玻璃激光器进行优化.
2005, 54 (12): 5642-5647.
doi: 10.7498/aps.54.5642
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利用角谱法和复解析信号法推导出了等束宽超短高斯脉冲光束在远场的解析传输公式及其傅里叶谱.研究了若干个甚至一个光周期数的等束宽超短高斯脉冲光束的远场特性，并与等衍射长度超短高斯脉冲光束作了比较.研究表明，等束宽超短高斯脉冲光束在远场存在脉冲展宽、光谱变窄、离轴光谱红移、轴上光谱蓝移等特性.
2005, 54 (12): 5648-5653.
doi: 10.7498/aps.54.5648
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通过热沉积系数研究在激光提取条件下掺杂原子分数为1.0%的Nd:YAG陶瓷激光器中热沉积问题.热沉积系数定义为热沉积功率与激光器输出功率之比.在理论分析基础上，通过测量激光器斜率效率来间接测定热沉积系数，实验测定的热沉积系数值为0.63.建立激光提取条件下Nd:YAG陶瓷发热模型，讨论了影响热沉积系数的主要因素.结果表明：热沉积系数对Nd:YAG陶瓷的辐射量子效率、交叠效率以及激光提取效率的变化非常敏感.为有效减少介质内热沉积，在激光器优化设计中交叠效率和激光提取效率是需要着重考虑的参数.所得结果可为进一步研究陶瓷激光器中热效应提供参考.
2005, 54 (12): 5654-5658.
doi: 10.7498/aps.54.5654
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把雪崩电离模型引入受激布里渊散射模型中，数值模拟了无光学击穿和有光学击穿时受激布里渊散射能量反射率随输入光功率密度的变化规律.实验上选取净化和未净化的CCl4作为散射介质，在Nd:YAG调Q激光系统中进行了验证，理论与实验符合得很好.结果表明：当无光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，然后缓慢增大趋于饱和；而当有光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，达到最高值之后开始下降，最终趋于零.无光学击穿时的能量反射率及其稳定度明显高于有光学击穿时的情况.
2005, 54 (12): 5659-5662.
doi: 10.7498/aps.54.5659
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利用聚焦离子束刻蚀的方法在SOI(silicon on insulator)基片上制备了W3型二维光子晶体直波导.观察并测量了近红外激光通过光子晶体波导的散射图形和透过谱.实验结果说明，激光在有引入引出脊形波导的光子晶体直波导中具有很好的传输特性.
2005, 54 (12): 5663-5670.
doi: 10.7498/aps.54.5663
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数值分析方法研究了对称轴两侧光场具有相位跃变的暗条纹在具有光致异构非线性的聚合物中的演化情况及一些有关性质.结果表明，两侧光场相位跃变不为π时，入射暗条纹会向两边分开而形成Y型分裂；相位跃变从0到π增大，分裂程度变小.发现相位超前一边分出来的灰条纹与原传播方向之间的夹角对于不同相位跃变值基本保持不变，而相位滞后一边分出来的灰条纹与原传播方向之间的夹角则随相位跃变的增大而减小；相同相位跃变、不同光强的光束分开角度基本保持不变.数值模拟发现这种Y型分裂在材料中产生的折射率改变具有波导作用，可以使入射高斯光束产生Y型分裂.
2005, 54 (12): 5671-5676.
doi: 10.7498/aps.54.5671
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使用非线性动力学中的一维和二维耦合格子模型研究两个声光双稳系统的时空混沌同步.将驱动系统的输出以适当的比例耦合到响应系统并进行均衡, 能实现两系统的时空混沌同步.利用计算最大条件Lyapunov指数, 给出达到同步所需的最小耦合强度与系统参数的关系. 数值实验表明,在小噪声影响时仍然可以实现两系统的同步, 此法具有一定的抗干扰能力.
2005, 54 (12): 5677-5682.
doi: 10.7498/aps.54.5677
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设计优化了用于截断二维正方格子介质柱光子晶体波导的分布布拉格反射波导的结构.二维时域有限差分数值模拟结果显示，在上述两种波导联接处的反射系数可以在大部分光子晶体波导导波的频谱范围内降到1％以下.将这种分布布拉格反射波导和通常的吸收边界条件相结合可以构成用于光子晶体波导的吸收边界条件，其反射率可以降低到-40dB以下，吸收层的厚度可取为晶格长度的1.3倍.
2005, 54 (12): 5683-5687.
doi: 10.7498/aps.54.5683
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利用平板波导法研究了不同入射角度下周期排列开口谐振环负磁导率材料、周期排列金属杆负介电常数材料以及左手材料微波反射特性，并利用劈尖法研究了左手材料的负折射特性.实验结果表明：负磁导率材料反射率曲线形成反射峰，其对应的反射峰频率与材料的谐振频率一致；负介电常数材料反射率接近0dB；左手材料出现单个反射较小的反射峰，其峰值反射率随入射角度的增大而变大，即反射能力增强，且反射峰与透射峰有相对频移.劈尖法测量还表明，左手材料在9800MHz频率附近出现负折射现象，其折射率n为-0.796.
2005, 54 (12): 5688-5691.
doi: 10.7498/aps.54.5688
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应用傅里叶频谱分析法，给出了光栅在啁啾超短脉冲光波照射下菲涅耳衍射方程并分析了其Talbot效应. 数值计算表明，在Talbot距离处的衍射光强不仅与照射的超短脉冲光波的宽度有关，而且与脉冲光波的啁啾有关. 根据光栅在Talbot距离处衍射光强的变化，给出了一种检验超短脉冲光波是否含有啁啾的简单方法.
2005, 54 (12): 5692-5698.
doi: 10.7498/aps.54.5692
摘要 +
实验研究了竖直振动颗粒床中颗粒对容器底部的压力随振动强度的变化情况.发现压力随振动加速度的增加经历倍周期分岔，典型的分岔序列为：2P，4P，混沌，3P，6P，混沌，4P，8P，混沌.观察表明，伴随倍周期分岔现象，在颗粒床底部出现颗粒的聚集态.聚集态内颗粒密堆积在一起并作整体的上下运动.采用完全非弹性蹦球模型分析了颗粒对容器底的冲击力，并给出了倍周期分岔现象的一种解释.
2005, 54 (12): 5699-5706.
doi: 10.7498/aps.54.5699
摘要 +
以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了三层密度成层状态下的界面内波，求得了三层成层状态下各层速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes解.结果表明：一阶解为正弦波解，与传统线性理论的结果相一致；二阶解描述了界面波的二阶非线性修正及两界面波之间的非线性相互作用；一阶解及二阶解都依赖于各层流体的厚度及密度.Umeyama导出的理论结果为本文的特殊情形.
凝聚物质：结构、热学和力学性质
2005, 54 (12): 5707-5712.
doi: 10.7498/aps.54.5707
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利用扩展x射线吸收精细结构和x射线衍射研究了机械合金化制备的体心立方(bcc)的亚稳态Fe80Cu20合金固溶体的结构随退火温度的变化特点.结果表明，在300—873 K温度范围内，随着退火温度的升高，bcc结构物相的晶格常数近于线性降低，这主要是由于Cu原子从bcc结构Fe80Cu20合金固溶体中逐渐偏析出来，生成面心立方(fcc)结构的Cu物相所致.经603K退火后，Cu原子的平均键长RCu—Cu增加了0.003 nm左右，大约有50%的Cu原子从bcc结构的Fe80Cu20合金固溶体中偏析出来.在773 K退火后，bcc结构Fe８０Cu20合金固溶体近于完全相分离，生成了bcc结构的α-Fe与fcc结构的Cu物相.
2005, 54 (12): 5713-5716.
doi: 10.7498/aps.54.5713
摘要 +
利用熔融KOH和Co3O4在较低温度(480℃)下反应制备出K0.36CoO2，然后用高锰酸钾溶液和饱和的过硫酸钾溶液进行氧化处理.氧化的同时伴随有水分子嵌入.K0.36CoO2用高锰酸钾和过硫酸钾溶液处理后分别得到K0.12CoO2·0.8H2O和K0.16CoO2·0.6H2O.这两种化合物都属于六角晶系，表现出金属行为，脱水后主相变为正交结构并且呈现出半导体特性.K0.16CoO2·0.6H2O在56K附近可能存在自旋玻璃转变行为或其他涨落.随着钾含量的减少和水含量的增多，样品的自旋玻璃行为受到抑制或发生磁性相分离.样品K0.12CoO2·0.8H2O在零场冷却和有场冷却曲线上的分叉现象基本上消失.还讨论了产生KxCoO2与NaxCoO2体系结构和物性差别的原因.
2005, 54 (12): 5717-5722.
doi: 10.7498/aps.54.5717
摘要 +
利用原子力显微镜对8-羟基喹啉硼化锂(LiBq4)/铟锡氧化物和8-羟基喹啉硼化锂/酞菁铜(CuPc)/铟锡氧化物表面分别进行了扫描，显示了LiBq4在不同衬底上的形貌差异，并进一步利用样品表面的x射线光电子能谱图验证了这一差异.实验表明，CuPc层的加入改善了LiBq4的成膜质量，并将这种改善归因于分子构型与电子亲和势的不同.
2005, 54 (12): 5723-5729.
doi: 10.7498/aps.54.5723
摘要 +
采用分子动力学方法对液态金属Na在四种不同冷速下的快速凝固过程进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数g(r)曲线、Honeycutt-Andersen键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明：冷却速率对微结构的转变有决定性影响，当冷速为1.0×1014和1.0×1013K/s时，系统形成以1551和1541键型或以缺陷多面体基本原子团(13 1 10 2)和二十面体基本原子团(12 0 12 0)为主体的非晶态结构；当冷速为1.0×1012和1.0×1011K/s时，系统则形成以1441和1661键型或以体心立方基本原子团(14 6 0 8)为主体的晶态结构.同时发现：不同冷速对液态金属Na在液态和过冷态时微观结构的影响甚小；但不同冷速对其固态(非晶态利晶态)时的微观结构有显著的影响，且要在液-固转变点(分别在玻璃转变温度Tg和晶化起始温度Tc)附近或以后才能充分展现出来.根据这一特点，有可能建立另一种确定液态金属Tg和Tc的新方法.原子团类型指数法比键型指数法更有利于研究液态、非晶态等无序体系和一些晶化体系的具体结构特征.
2005, 54 (12): 5730-5737.
doi: 10.7498/aps.54.5730
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根据用原子力显微镜对Fe基纳米晶Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金薄带的介观结构和巨磁阻抗效应的实验研究结果，提出了纳米晶软磁合金巨磁阻抗效应受其介观结构影响的理论模型.该模型成功地解释了低频对纳米晶软磁合金巨磁阻抗效应的影响，反映了现有“三明治”理论的主要特征，并弥补了它的不足；同时指出了纳米晶粒电导率σ、磁导率μ对合金巨磁阻抗效应有影响.
2005, 54 (12): 5738-5742.
doi: 10.7498/aps.54.5738
摘要 +
采用XeCl脉冲准分子激光器，在10Pa的Ar气环境下，烧蚀高阻单晶Si靶，分别在距靶3cm的玻璃和单晶Si衬底上制备了纳米Si薄膜. 相应的Raman谱和x射线衍射谱均证实了薄膜中纳米Si晶粒的形成. 扫描电子显微镜图像显示，所形成的薄膜呈均匀的纳米Si晶粒镶嵌结构. 相应的光致发光峰位出现在599nm，峰值半高宽为56nm，与相同参数下以He气为缓冲气体的结果相比，具有较窄的光致发光谱，并显示出谱峰蓝移现象.
2005, 54 (12): 5743-5749.
doi: 10.7498/aps.54.5743
摘要 +
利用微弧氧化(MAO)技术，在LYl2铝合金上沉积了显微硬度达42.14GPa的超硬陶瓷膜.采用x射线衍射仪和显微硬度计研究了阳极电流密度ja和阴极、阳极电流密度比jc/ja对MAO膜相构成和力学特性的影响.此外，利用扫描电子显微镜和恒电位仪分别对膜的微结构和抗点腐蚀特性进行了分析.结果表明，高ja制备的膜主要含α-Al2O3相，低ja制备的膜主要含γ-Al2O3相.显微硬度测试表明，这类膜有较高的硬度，但以ja=15A/dm2和jc/ja=0.7制备的陶瓷膜硬度最高.抗点腐蚀测试表明，jc/ja对陶瓷膜的微结构有很强的影响.
2005, 54 (12): 5750-5754.
doi: 10.7498/aps.54.5750
摘要 +
分别用Steinberg-Cochran-Guinan (SCG)模型、修正的SCG模型和有限应变理论对材料的剪切模量做了数值计算，并与一维平面应变加载下铝的实验结果进行了比较.结果表明，修正的SCG模型与实验结果较为符合.在10—80GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增加而逐渐增大，这是由于压力的影响占主要地位，发生了加工硬化.在80—125GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增大快速减小，这是因为温度的影响比较严重，发生了高温软化现象.剪切模量最终在冲击压力为125GPa处趋于零，这是由于在该压力点冲击熔化发生，剪切强度消失.
2005, 54 (12): 5755-5762.
doi: 10.7498/aps.54.5755
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从考虑巨势Ω在平衡点附近随密度的微小涨落δρα(r)的变化出发，由系统的关联函数可以研究描述高分子链二元系统的相不稳定性.在超网链(HNC)近似下研究了二元高斯核模型的相不稳定性，得到了它的相不稳定线，同时确定此相变是由浓度涨落为主的相不稳定性引起的退混合相变.将HNC近似下的结果与随机相近似下的结果进行了比较.
2005, 54 (12): 5763-5768.
doi: 10.7498/aps.54.5763
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系统地研究了晶粒尺寸对CoSb3化合物热电性能的影响规律，结果表明晶粒尺寸对CoSb3化合物的晶格热导率κp、电导率σ、能隙宽度Eg和Seebeck系数α有显著影响.当晶粒尺寸由微米尺度减小到纳米尺度时，晶格热导率κp显著降低，Seebeck系数α有较大幅度的增加，能隙宽度Eg变宽，电导率σ有一定程度的下降.平均晶粒尺寸为200nm的CoSb3化合物在温度为700K时，ZT值达到0.43，比平均晶粒尺寸为5000nm的试样增加了4倍.
2005, 54 (12): 5769-5773.
doi: 10.7498/aps.54.5769
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采用真空热蒸发方法在玻璃基板上蒸镀不同厚度的Ag/TCNQ(7，7,8,8-tetracyanoquinodimethane)双层膜.通过固体化学反应扩散，最终形成Ag-TCNQ络合物.利用透射光谱表征，研究了双层膜中的传质规律.按电子隧穿条件满足与否分别建立了隧穿模型和非隧穿模型对体系传质过程进行了理论分析，理论分析与实验结果相符.
2005, 54 (12): 5774-5777.
doi: 10.7498/aps.54.5774
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由薄膜表面光热形变简化理论和表面热透镜衍射理论导出表面热透镜信号表达式，从理论上证明了表面热透镜信号和薄膜吸收率的线性关系. 应用表面热透镜技术研制了薄膜吸收测量仪，测量结果表明其吸收率测量灵敏度和精度均达10-6量级.
2005, 54 (12): 5778-5783.
doi: 10.7498/aps.54.5778
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基于经典静电场理论，描述了Langmuir-Blodgett (LB)膜中棒状分子聚集行为的偶极作用模型，给出了LB膜结构与光谱性质的关系. 讨论了X型或Z型膜中分子间距、层间距、分子取向、膜层数等结构参数对分子聚集行为的影响. 理论结果与实验值符合较好.
2005, 54 (12): 5784-5790.
doi: 10.7498/aps.54.5784
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采用平面波赝势方法，利用基于从头计算的软件包，对乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附的问题进行了计算. 在低覆盖度时，孤立的乙烯分子的吸附能比密集时高，乙烯分子的C-C 轴大致沿衬底的Ni原子链方向(即沿［110］晶向)，C-C轴与衬底Ni(110)表面有12°的倾斜角，乙烯分子的C—C键的键长为 0.147nm. 乙烯分子中接近顶位的C原子与衬底中距离最近的Ni原子为0.199nm. 在高覆盖度时，乙烯分子在Ni(110)表面上形成c(2×4)再构，每个表面二维元胞中有两个乙烯分子，每个乙烯分子的吸附位置与低覆盖度时相似，而C—C键长比低覆盖度时要短. 乙炔基是乙烯在Ni(110)表面上分解的产物. 关于乙炔基的计算结果表明：乙炔基的两个C原子的间距为0.131nm，比乙烯分子中C原子的间距更短. 与乙烯分子相比，乙炔基的吸附位置更靠近顶位. H原子与吸附在顶位上的C原子相连接，C—H键也大致沿衬底的Ni原子链方向，与Ni表面呈45°的倾斜角.
2005, 54 (12): 5791-5796.
doi: 10.7498/aps.54.5791
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采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学方法研究了过渡族金属Cu，Ag，Au，Ni，Pd，Pt(111)表面的相互替位掺杂对表面稳定性的影响，计算了替位掺杂体系的表面能与表面空位形成能，探讨了影响表面稳定性的因素及其变化规律. 计算表明：替位杂质对表面能变化的影响主要是替位杂质的凝聚能和原子半径，而影响空位形成能变化的原因除凝聚能和原子半径外，合金溶解热具有重要的作用. 此外，通过替位杂质导致的体系表面能变化对合金体系的偏析行为进行了预测，理论预测与实验结果符合很好.
2005, 54 (12): 5797-5803.
doi: 10.7498/aps.54.5797
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采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，利用分子动力学方法计算了同质外延生长中不同层数的三维Cu(111)表面岛上表面原子扩散激活能，分析了三维表面岛的层数对表面原子交换扩散和跳跃扩散势垒的影响. 研究结果表明，二维Enrilich-Schwoebel(ES)势垒小于三维ES势垒，且三维ES势垒不随表面岛层数的增加而显著变化. 对于侧向表面为(100)的表面岛，表面原子沿〈011〉方向上的扩散行为，随表面岛层数增加而逐渐变化；在表面岛层数达到3层时，扩散路径上的势垒变化趋于稳定，表面原子扩散以下坡扩散为主. 对于侧面取向为(111)的表面岛，当表面岛层数大于3层后，开始呈现上坡扩散的可能.
2005, 54 (12): 5804-5813.
doi: 10.7498/aps.54.5804
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利用分子动力学弛豫方法模拟了Au/Cu(001)异质外延生长初期Au异质外延岛的形貌演化，分析了Au外延岛演化过程中的局域应力及与基体结合能随表面岛尺寸的变化. 研究结果表明：当异质外延岛小于7×7时，外延岛原子分布呈现赝Cu点阵形貌；当外延岛达到8×8后，外延岛内开始出现失配位错，失配位错数量随外延岛尺寸的增加而增加. 局域压力分析指出，外延岛上原子之间的近邻环境不同导致了所受应力的差异，而外延岛的形变则是由外延岛原子的应力分布所决定. 研究还发现，失配位错的产生导致错位原子与基体原子之间的结合强度减弱，但相对增加了非错位原子与基体原子之间的结合强度.
2005, 54 (12): 5814-5819.
doi: 10.7498/aps.54.5814
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基于在任意坐标系内应力与应变的关系、晶体弹性理论和位错滑移理论，研究了生长方向分别为［111］和［211］晶向，HgCdTe外延薄膜临界厚度与CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的关系. 结果表明，HgCdTe外延薄膜临界厚度依赖于CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的变化. 对于厚度为10μm，生长方向为［111］晶向的液相外延HgCdTe薄膜，要确保HgCdTe/CdZnTe无界面失配位错的前提条件，是CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的波动必须分别在±0.225‰和±5‰范围内；而对于相同厚度，生长方向为［211］晶向的分子束外延HgCdTe薄膜，CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的波动范围分别为±0.2‰和±4‰.
2005, 54 (12): 5820-5823.
doi: 10.7498/aps.54.5820
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利用脉冲激光沉积技术在氢还原气氛下成功地在双轴织构的Ni基带上外延了高质量的CeO2薄膜. x射线衍射θ—２θ扫描和ω扫描结果表明，CeO2薄膜在Ni基带上呈c轴方向生长，存在很强的平面外织构；极图和φ扫描显示它具有良好的平面内织构. Ni基片上织构的CeO2薄膜为进一步在其上外延高质量的YBa2Cu3O7-x超导薄膜提供了很好的模板.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2005, 54 (12): 5824-5829.
doi: 10.7498/aps.54.5824
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利用缀加平面波加局域轨道(APW+LO)的第一性原理方法计算了β-SiC(001)-(2×1)表面的原子及电子结构. 原子结构的计算结果表明，与Si(001)-(2×1) 表面的非对称性Si二聚体模型不同，β-SiC(001)-(2×1)表面为对称性的Si二聚体模型，其二聚体的Si原子间键长也较大，为0.269nm. 电子结构的计算结果表明，在费米能级处有明显的态密度，因此β-SiC(001)-(2×1)表面呈金属性. 在带隙附近存在四个表面态带,其中的两个占有表面态带已由价带的同步辐射光电子能谱实验得到证实.
2005, 54 (12): 5830-5836.
doi: 10.7498/aps.54.5830
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利用分子动力学方法和Buckingham经验势模型对重要半导体材料GaN立方闪锌矿相的晶格常数、相变压力(从闪锌矿到岩盐结构)、热膨胀、等温体模量、定压热容等结构和热力学特性在300—3000K的温度范围和0—65GPa的压力范围内进行了研究.研究表明，闪锌矿相GaN常态下的结构和热力学参数的模拟结果与实验数据及其他理论结果相符.同时在所选作用势模型可靠性检验的基础上，对等温体模量、定压热容诸非谐性参量在高温高压下的热力学行为进行了预测.所得结果在材料科学等领域的研究中具有一定的应用背景和参考价值.
2005, 54 (12): 5837-5844.
doi: 10.7498/aps.54.5837
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利用多重散射团簇(MSC)方法计算了二己二硫醚［CH3(CH2)5S］2单分子和多分子硫原子近边x射线吸收精细结构(NEXAFS)谱，给出了二己二硫醚多层膜的局域结构模型. MSC研究显示多层膜中二己二硫醚分子作平行有序排列，彼此相距0.47nm，其横截面呈规则的正方形. 利用离散变分Xα方法计算了二己二硫醚单分子和多分子的电子结构，验证了MSC的计算结果；并阐明了NEXAFS谱中各峰的物理起源. 对多层膜中分子之间的相互作用进行了讨论，发现多层膜的局域结构有分子自组装的特性.
2005, 54 (12): 5845-5848.
doi: 10.7498/aps.54.5845
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基于电子顺磁共振(EPR)超精细常数As确定键长的新方法和半自洽场d轨道理论，对MgF2:Mn2+光谱和EPR超精细常数作出了统一解释.得到室温下MgF2:Mn2+晶体中杂质中心Mn—F的键长为0.2124±0.0010nm.
2005, 54 (12): 5849-5854.
doi: 10.7498/aps.54.5849
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用第一性原理基础上的超软赝势方法的总能计算，研究了3d过渡金属(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)在Pd(001)表面的单层p(1×1)和c(2×2)结构的表面磁性和总能. 所得结果表明：对于Sc, Ti, V和Cr只存在p(1×1)的铁磁性结构，而Mn只有c(2×2)的反铁磁结构存在. Fe, Co和Ni这三种元素上述两种结构都存在，但是总能上p(1×1)的铁磁结构要低些，因此是比较稳定的结构. 而Cu和Zn在该表面上的单层中不存在上述两种结构. 对于V的p(1×1)铁磁结构，计算得到的每个V原子磁矩为2.41μB，大于用全电子方法得到的0.51μB. 两种计算方法得到其他金属原子 (Cr，Mn，Fe，Co，Ni)的表面磁矩比较相近，都比孤立原子磁矩略小.
2005, 54 (12): 5855-5860.
doi: 10.7498/aps.54.5855
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采用有效质量近似方法研究了量子点的激发态光致发光峰的展宽问题. 对尺寸不均匀分布下量子点各能级发光峰与平均尺寸量子点发光峰的能量偏差进行了计算，定性地描述了尺寸分布对量子点基态和激发态发光峰展宽的影响. 研究表明，量子点的高度、直径以及体积等不均匀分布使量子点具有不同的垂直、平面方向的量子束缚. 这两种量子限制的相互作用决定了量子点激发态发光峰的宽度相对于基态发光峰的大小. 在各种不同性质的尺寸分布下，量子点激发态发光峰的展宽有可能大于、等于或小于基态发光峰的展宽.
2005, 54 (12): 5861-5866.
doi: 10.7498/aps.54.5861
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利用高分辨电子显微术和电子全息方法研究了Co基磁性隧道结退火热处理前后的微观结构及相应势垒层结构的变化. 研究结果表明，退火处理可以明显地改善势垒层和顶电极、底电极之间的界面质量，改进势垒层本身的结构. 这与该磁性隧道结经过280℃退火处理后，隧道磁电阻值大大增加是一致的.
2005, 54 (12): 5867-5871.
doi: 10.7498/aps.54.5867
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通过实验研究了闪速存储器存储单元中应力诱生漏电流(SILC)的产生机理. 研究结果表明，在低电场应力下，其可靠性问题主要是由载流子在氧化层里充放电引起，而在高电场下，陷阱和正电荷辅助的隧穿效应导致浮栅电荷变化是引起闪速存储器失效的主要原因. 分别计算了高场应力和低场应力两种情况下SILC中的稳态电流和瞬态电流的大小.
2005, 54 (12): 5872-5878.
doi: 10.7498/aps.54.5872
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将晶核析出的Avrami 方程应用于描述超大规模集成电路中金属Al薄膜互连电迁移过程中电阻的演变. 根据电子散射理论，晶界电阻主要起源于晶界处空位或者空洞对电子的散射. 为了描述这些离子的特征，引入了自由体积的概念，将晶界处电子散射这个复杂的过程简化用自由体积的有效散射截面来描述，从而建立了自由体积与电阻变化的定量关系，统一描述了电迁移过程中不同阶段的电阻变化. 数值模拟结果表明，在第一个空洞成核时刻电阻会发生急剧变化，这一结果已被实验所证实.
2005, 54 (12): 5879-5883.
doi: 10.7498/aps.54.5879
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采用交换相互作用的分子场理论模型对金属间化合物HoMn6Sn6的自旋重取向相变进行了研究. 从理论上计算了HoMn6Sn6的易磁化方向以及Ho和Mn离子磁矩与c轴夹角随温度的变化. 基于单离子模型计算了Ho离子的一阶和二阶磁晶各向异性常数K1R和K2R随温度的变化. 研究表明，为了很好描述该化合物的自旋重取向相变，必须考虑Ho离子的四阶晶场项及相应的二阶磁晶各向异性常数K2R，K2R与K1R和Mn离子磁晶各向异性常数K1t之间的相互竞争是导致HoMn6Sn6自旋重取向相变的重要因素.
2005, 54 (12): 5884-5889.
doi: 10.7498/aps.54.5884
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研究了Mn5Ge2.7M0.3(M=Ga，Al，Sn)化合物的磁性和磁熵变. x射线衍射实验表明，研究的化合物均呈六角Mn5Si3型结构. 三种原子对Ge原子的替代，使得平均Mn原子磁矩下降，但居里温度没有明显的变化. 由于磁矩的降低，导致磁熵变值的下降，在磁场变化为4.0×106A·m-1时，对应于M=Ga，Al和Sn的样品，最大磁熵变值ΔSmaxＭ分别为6.1，6.3和5.3J·kg-1K-1，但磁熵变峰值的半高宽ΔＴＦＷＨＭ有所增加. 另外，Mn5Ge2.7M0.3(M=Ga，Al，Sn)化合物在高于居里温度的Arrott曲线上出现了一个不连续点，即样品在一定温度下的顺磁磁化率在某一临界磁场下发生了突变，临界磁场与温度几乎呈正比关系.这可能是由于样品在加一定磁场时3d带的费米能级发生了变化，使得有效电子数的减少所致.
2005, 54 (12): 5890-5894.
doi: 10.7498/aps.54.5890
摘要 +
用熔体快淬法制备了纳米复合永磁样品Pr9Fe74Co12B5 与Pr9Fe74Co12B5Sn0.5，分析了样品的起始磁化、反磁化过程，测得样品的总磁化率、可逆磁化率以及样品的磁黏滞性.结果表明，两样品在室温下均表现为单一硬磁相磁化行为，在低温下表现为双相行为，且由于添加Sn后使晶粒均匀化从而导致样品低温下的双相行为更加明显.添加Sn后引起样品中软磁相含量和软磁相晶粒尺寸的增加，使磁化反转中可逆磁化部分增多，且使反磁化形核场降低.磁黏滞性研究表明，热激活体积与软磁相晶粒的大小有关.
2005, 54 (12): 5895-5900.
doi: 10.7498/aps.54.5895
摘要 +
研究烧结Nd-Fe-B磁体的低磁时效问题.实验显示样品在室温293和353K经920d磁时效后，磁通量的衰减率分别为1.4%和13%，经老化处理后，磁通量的衰减率分别为6‰和6.9%，说明未做老化处理的磁体时间稳定性较差. 假设微观杂质运动临界能E1、极微小杂质运动临界能E2和移动原子对键取向转动临界能E3对时间稳定性的影响最为显著，依据半经典的Boltzmann统计分布，导出的烧结Nd-Fe-B磁体的低磁时效所满足的规律.理论结果与实验相符.
2005, 54 (12): 5901-5906.
doi: 10.7498/aps.54.5901
摘要 +
利用射频反应共溅射方法制备了Y掺杂Al2O3电介质薄膜，用掠入射x射线衍射检测了薄膜的结构，用高分辨率扫描电子显微镜(HRSEM)、原子力显微镜(AFM)观察了薄膜断面和表面形貌，用高频C-V和变频C-V及J-V测量了样品的电学特性. 结果表明，Y的掺入使电介质薄膜的介电常数k有了很大提高(8.14—11.8)，并体现出了较好的介电特性. 分析认为：与氧具有较大电负性差的Y离子的加入，增大了薄膜中的金属—氧键(M—O)的强度；同时，Y的加入使Al2O3的结构和原子配位发生了改变，从而提高了离子极化对薄膜介电常数的贡献. 退火前后的XRD谱均显示薄膜为非晶态；HRSEM断面和AFM形貌像显示所制备的薄膜非常平整，能够满足器件要求.
2005, 54 (12): 5907-5913.
doi: 10.7498/aps.54.5907
摘要 +
构建了一个ZnO沉积在α-Al2O3(0001)表面生长初期的模型，采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400，600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力，因此温度对ZnO/α-Al2O3(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中，O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数，O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在，400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长，具有Zn六角平面对称特征，且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长，且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al2O3基片表面处，Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷.
2005, 54 (12): 5914-5919.
doi: 10.7498/aps.54.5914
摘要 +
用金属蒸汽真空弧源，以40kV加速电压对纯锆样品分别进行了1016—1017/cm2的钇、镧离子注入，注入温度约为130℃.然后对注入样品进行表面分析.x射线光电子能谱分析表明，注入的钇以Y2O3形式存在，镧以La2O3形式存在.俄歇电子能谱表明，纯锆基体表面的氧化膜厚度随着离子注入剂量的增加而增加，当离子注入剂量达到1017/cm2时，氧化膜的厚度达到了最大值.卢瑟福背散射显示镧层的厚度约为30nm，同时直接观察到当离子注入剂量为(La+Y)1017/cm2时，纯锆样品表面发生了严重的溅射.
2005, 54 (12): 5920-5925.
doi: 10.7498/aps.54.5920
摘要 +
引入厚度偏差Δd, 修正了薄膜透射率表达式.基于Ag/AAO纳米有序阵列复合结构实验透射光谱(500—2700nm)的两条极值包络线, 定义了一个优化函数, 结合最优化数值算法尝试确定具有较强吸收的Ag/AAO纳米有序阵列复合结构的等效光学参量. 由此计算了该结构的等效折射率n、等效消光系数k、平均等效厚度d以及厚度偏差Δd. 该方法对Ag/AAO纳米复合结构平均等效厚度的相对计算误差仅为0.3%, 与实测厚度基本一致, 且Ag/AAO纳米复合结构的模拟透射谱与实验透射光谱在500—2700nm波段范围内相符. 这表明该计算方法可有效确定Ag/AAO纳米复合结构的等效光学参量, 并与实验结果是自洽的.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2005, 54 (12): 5926-5930.
doi: 10.7498/aps.54.5926
摘要 +
采用高温热解法，分别以氯化铵(NH4Cl)和乙二胺(C2H8N2)为氮源在洁净的硅片上沉积生长CNx纳米管薄膜.利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CNx纳米管进行形貌观察和表征.结果显示不同氮源制备出的CNx纳米管薄膜的洁净度、有序度以及纳米管的结构明显不同.热解乙二胺(C2H8N2)/二茂铁(C10H10Fe)制备出的结晶度较低的“竹节状” 结构CNx纳米管平行基底表面有序生长，而且低场致电子发射性能优越,开启电场1.0V/μm，外加电场达到2.89V/μm时发射电流密度为860μA/cm2.
2005, 54 (12): 5931-5936.
doi: 10.7498/aps.54.5931
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采用高温热解法在860℃分别制备出了碳、碳氮和硼碳氮纳米管，提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜，并测试了它们的场发射性能.结果表明：碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管薄膜的开启电场分别为2.22，1.1和4.4V/μm，当电场增加到5.7V/μm时，它们的电流密度分别达到1400，3000μA/cm2和小于50μA/cm2.碳和碳氮纳米管薄膜的场增强因子分别为10062和11521.可见，碳氮纳米管的场发射性能优于碳纳米管，而硼碳氮纳米管的场发射性能比前两者要差.解释了这三种纳米管场发射性能差别的原因.
2005, 54 (12): 5937-5942.
doi: 10.7498/aps.54.5937
摘要 +
用Poisson-Boltzmann方程，计算了在具有单价离子的电解质溶液中均匀地带同号电荷的两无限大平行平板间的有效相互作用，以及用Derjaguin近似研究了边界对带电胶体球的影响.不考虑微离子相互作用时，两带电平板只有排斥作用，而且边界条件(面电荷密度)的改变对它们之间的有效相互作用影响不大.带电平板与带电胶体球之间的相互作用也有类似规律.
2005, 54 (12): 5943-5948.
doi: 10.7498/aps.54.5943
摘要 +
采用阳极氧化水解法对染料敏化纳米TiO2薄膜太阳电池的光阳极进行不同方式的电沉积优化处理.借助x射线衍射仪对处理后的样品进行分析，通过超高分辨率场发射扫描电子显微镜对导电玻璃以及电沉积处理前后纳米多孔薄膜表面进行了粒径和形貌的扫描.染料敏化太阳电池实验测试结果表明，电沉积处理和修饰后可以明显提高光生电子的收集率，增大短路电流密度，提高电池效率.
