Vol. 59, No. 8 (2010)
2010年04月20日
总论
2010, 59 (8): 5175-5181.
doi: 10.7498/aps.59.5175
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基于BA无标度网络,构建了舆论和网络结构相互影响的自适应舆论演化模型.舆论的演化不仅受制于网络拓扑结构,而且也导致拓扑结构的变化.研究表明,演化达到稳态后,网络结构不再是初始的无标度网络而呈现泊松分布,而且随着时间的推移,系统中的舆论演化表现出很强的趋同效应,原来初始状态的几十个舆论,在长时间的演化后,大部分舆论灭亡,只有少数的舆论存留,且发展壮大.这种趋向与社会上的舆论、意见、信仰的演化大体上是符合的.
2010, 59 (8): 5182-5189.
doi: 10.7498/aps.59.5182
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将滑动Kriging插值法与无网格局部Petrov-Galerkin法相结合,采用Heaviside分段函数作为局部弱形式的权函数,提出改进的无网格局部Petrov-Galerkin法,进一步将这种无网格法应用于位势问题,并推导相应的离散方程.因为滑动Kriging插值法构造的形函数满足Kronecker函数性质,所以本文建立的改进的无网格局部Petrov-Galerkin法可以像有限元法一样直接施加边界条件;由于采用Heaviside分段函数作为局部弱形式的权函数,因此在计算刚度矩阵时只涉及边界积分,而没有区域积分.此外,还对本方法中一些重要参数的选取进行了研究.数值算例表明,本文建立的改进的无网格局部Petrov-Galerkin法具有数值实现简单、计算量小以及方便施加边界条件等优点.
2010, 59 (8): 5190-5193.
doi: 10.7498/aps.59.5190
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采用了一个简单而有效的技巧,研究了一类扰动mKdV耦合系统.首先利用变分迭代方法求解一个相应的复值函数微分方程2-极孤子的近似解.然后得到了原扰动mKdV耦合系统2-极孤子的近似解.
2010, 59 (8): 5194-5201.
doi: 10.7498/aps.59.5194
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给出包含第一种椭圆方程的三角函数型辅助方程及其解的叠加公式.在一般函数变换下,借助符号计算系统Mathematica,构造了(n+1)维双sine-Gordon方程新的Jacobi椭圆函数精确解.这些解包括了行波变换下的Jacobi椭圆函数精确解、精确孤立波解和三角函数解.
2010, 59 (8): 5202-5208.
doi: 10.7498/aps.59.5202
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随着开口膜泡在实验上的发现,对开口泡形状的数值及解析研究逐渐成为该领域的一个热点.讨论了如何由欧阳双凹盘形闭合解构造开口泡的解析解的问题.首先将开口泡要满足的三个不独立的边界条件简化为两个独立的边界条件,给出高斯测地曲率kg=－2,边界条件2可满足,然后由边界条件1得到确定膜泡边界的几何方程.进而讨论了由欧阳双凹盘解可构造的开口泡的各种可能形状,得到了三类管型拓扑解,它们是外凸管形解、类环管形解、类悬链面管形解.
2010, 59 (8): 5209-5212.
doi: 10.7498/aps.59.5209
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研究了完整力学系统Tzénoff方程Mei对称性直接导致的另一种守恒量,给出了这种守恒量的函数表达式和导致这种守恒量的确定方程.利用该方法比以往更易找到守恒量.最后举例说明了新结果的应用.
2010, 59 (8): 5213-5218.
doi: 10.7498/aps.59.5213
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提出一种保完整约束力学系统Lie点对称性的差分格式.其具体做法是:首先求出完整约束力学系统的Lie点对称群,并将其延拓到离散的差分格点上;其次利用其特征方程找出独立的离散不变量;再应用独立的离散不变量来构造不变量的差分格式,且此差分格式在连续极限下应给出原系统的微分方程;最后给出一个例子,作为本文结果的说明.
2010, 59 (8): 5219-5222.
doi: 10.7498/aps.59.5219
摘要 +
研究一类广义Birkhoff系统的广义正则变换. 建立这类广义Birkhoff系统的运动微分方程, 得到了该系统的广义正则变换以及保持广义正则变换的条件. 最后, 举例说明结果的应用.
2010, 59 (8): 5223-5228.
doi: 10.7498/aps.59.5223
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建立一类耦合非线性相对转动系统的动力学方程,研究系统在主共振和1∶1内共振情况下的Hopf分岔行为,设计非线性反馈控制器,控制系统Hopf分岔的发生、极限环的稳定性和幅值,数值模拟证明了该方法的有效性.
2010, 59 (8): 5229-5234.
doi: 10.7498/aps.59.5229
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利用齐次平衡方法,将(2+1)维 Konopelchenko-Dubrovsky方程转化为两个变量分离的线性偏微分方程,然后采用三种不同的函数假设,得到相应的常系数微分方程,通过求解特征方程,方便地构造出Konopelchenko-Dubrovsky方程新的多孤子解.
2010, 59 (8): 5235-5240.
doi: 10.7498/aps.59.5235
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在经典电动力学的框架下,研究了磁各向异性介质中的电磁辐射问题,得到了磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率表达式.进一步地,通过把各向同性介质中的μrii代入所得辐射功率表达式,得到了与文献相符合的结果,验证了所得结果的正确性.研究结果表明磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率大小与磁各向异性介质的μrii大小有关,对判断磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射效果有较大的帮助.
2010, 59 (8): 5241-5245.
doi: 10.7498/aps.59.5241
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运用Gurvitz提出的求解薛定谔方程的方法并结合数值计算,分析了两个自旋相反的电子在耦合双量子点中的振荡和纠缠情况,以及如何利用量子点接触读出纠缠信息.结果显示两电子通过库伦相互作用形成量子纠缠态.强库伦作用下,它们黏在一起运动,类似于单电子在量子比特中的振荡.这种情况下,把量子点接触探测器靠近耦合双量子点,可以通过探测器的电流变化率读取电子的纠缠信息.
2010, 59 (8): 5246-5250.
doi: 10.7498/aps.59.5246
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采用李代数方法研究了线性三原子分子非线性伸缩振动的动力学纠缠,给出了描述纠缠行为的线性熵和冯诺伊曼熵的解析表达式,并分别讨论了初态为Fock态和相干态下的HCN和DCN分子伸缩振动纠缠的动力学性质.
2010, 59 (8): 5251-5255.
doi: 10.7498/aps.59.5251
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基于偏振光被囚禁原子光腔反射后所获得的法拉第旋转构造了光子Bell态分析器和GHZ态分析器,并能实现非破坏地识别所有的光子Bell态和GHZ态.该方案不需要腔场的强耦合条件,在低品质光腔中也能实现,从而大大降低了实验难度.
2010, 59 (8): 5256-5260.
doi: 10.7498/aps.59.5256
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大亚湾中微子实验的目标是测量中微子混合矩阵中的最小混合角θ13.如果考虑中微子的非标准相互作用(NSIs),中微子的振荡概率公式要做相应的改写,其效应将和θ13纠缠在一起,从而降低了实验对θ13的敏感度(sensitivity).讨论了在NSIs存在的情况下大亚湾实验对θ13的敏感度,发现这个实验不可能同时测量出NSIs和θ13的值.由于当θ13=0时反应堆产生的反中微子将没有振荡现象(NSIs的效应也将消失),如果大亚湾实验测量到了中微子振荡效应,那将表明θ13≠0;但是,由于非零的θ13的效应和NSIs的效应有可能抵消而导致中微子没有振荡.如果大亚湾实验没有测量到中微子振荡,不能排除非零的θ13.
2010, 59 (8): 5261-5265.
doi: 10.7498/aps.59.5261
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采用后牛顿近似计算方法讨论了哈勃参数H(t)对Robertson-McVittie时空中电磁波传播的后牛顿影响.对于光线的偏转实验,同时考虑了光源和接收点的有限距离(d1,d2)对偏转角度的影响,计算给出了哈勃参数H0对偏转角度的最大修正.对于雷达回波的延迟效应,给出了哈勃参数对时间延迟公式的最大修正.该工作利用经典引力实验考虑宇宙膨胀对电磁波传播的后牛顿影响,可为当前的高精度空间引力实验提供理论参考.
2010, 59 (8): 5266-5270.
doi: 10.7498/aps.59.5266
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运用超越半经典近似理论研究了Kerr-de Sitter黑洞事件视界处的任意自旋粒子的隧穿辐射,并得到了修正的Hawking温度和粒子隧穿率.利用修正的Hawking温度和迹反常理论,进一步得到了此黑洞的修正熵,结果表明,超越半经典近似理论可适用于各种自旋粒子的隧穿辐射.
2010, 59 (8): 5271-5275.
doi: 10.7498/aps.59.5271
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求出了γ维空间中理想玻色气体的态密度,采用Thomas-Fermi近似,导出了γ维广义幂律势阱中粒子数密度的空间分布.在此基础上,求出了原子激射器的空间有效增益范围(即γ维势阱中玻色-爱因斯坦凝聚的空间有效范围),并对其产生影响的相关因素进行了讨论.
2010, 59 (8): 5276-5280.
doi: 10.7498/aps.59.5276
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基于非对称双稳系统的理论研究了偏单稳系统的平均首次穿越时间问题,并基于势函数分析了参数对平均首次穿越时间的影响.得出结论:1)当偏稳系数为零时,随着加性噪声强度和参数a的增加,两个方向的平均首次穿越时间相等且均单调减小,2)随着偏稳系数b的增加,势阱的对称性被破坏,粒子由xs1跃迁到xs2的时间线性地减小,而粒子由xs2跃迁到xs1的时间线性地增加.3)随着乘性噪声强度和加性噪声强度比率R的增加,两个方向平均首次穿越时间均单调增加.
2010, 59 (8): 5281-5287.
doi: 10.7498/aps.59.5281
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为了提高现有混沌保密通信系统的加解密速度和安全性,提出了一种新的即时同步流密码数字保密通信方案,在该方案中利用改进元胞自动机进行加密,并采用扩展密钥技术和置乱技术.数值模拟结果表明:该方案能产生随机性很好的流密码,并且具有较高的加解密速度和非常高的抗破译能力.
2010, 59 (8): 5288-5292.
doi: 10.7498/aps.59.5288
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最近,对时变延迟网络的脉冲稳定性的研究大量出现,但通过自适应-脉冲控制方法获得的时变延迟网络同步准则却很少.本文中,运用自适应-脉冲控制方法,设计自适应反馈控制器、自适应律和线性脉冲控制器,研究时变耦合部分线性系统驱动-响应复杂网络的投影同步.获得时变耦合网络的自适应-脉冲投影同步准则.并且不需要网络的耦合构造矩阵是不可约的.另外,运用数值模拟证实方案的有效性和可行性.
2010, 59 (8): 5293-5298.
doi: 10.7498/aps.59.5293
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研究了一类仅含一个非线性项混沌系统的线性控制与反控制,根据Routh-Hurwitz稳定性条件,先对这类混沌系统进行控制,使其达到稳定的状态,然后改变控制系数,使其再次产生混沌,得到一个新的混沌系统,并对这个新的混沌系统的基本动力学行为进行了分析,数值仿真也验证了新系统的混沌性态.
2010, 59 (8): 5299-5306.
doi: 10.7498/aps.59.5299
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应用延迟反馈控制法(time-delayed feedback control,TDFC),有效地控制了晶闸管中出现的混沌行为,由此提出一种基于Floquet定理的延迟反馈控制法的优化设计方法.为进一步抑制延迟反馈控制出现的尖峰电流现象,根据相空间压缩原理对反馈信号进行相空间压缩,从而很好地抑制尖峰电流.
2010, 59 (8): 5307-5312.
doi: 10.7498/aps.59.5307
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将阈值控制方法应用于混沌神经元团簇,构成阈值耦合混沌神经元映射,研究其时空特性.仿真实验表明,控制阈值决定了阈值耦合混沌神经元映射输出的时间周期特性,而张弛时间影响了输出的空间特性,阈值耦合混沌神经元映射输出表现出很好的聚类性.当张弛时间足够大时,阈值耦合混沌神经元映射输出实现时空完全同步.
2010, 59 (8): 5313-5318.
doi: 10.7498/aps.59.5313
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在二维可激发介质中引入环形异质可激发介质,研究了可激发介质中自维持靶波的形成,数值模拟结果表明:当介质的激发性和环的尺寸适当选取时,初始的扰动可在可激发介质中产生自维持靶波,对产生自维持靶波的物理机理作了讨论.
2010, 59 (8): 5319-5324.
doi: 10.7498/aps.59.5319
摘要 +
利用神经元Chay模型,对实验中观察到的三种放电节律模式序列进行数值模拟,并应用余维1极限环分岔分析研究了其产生机理.首先考虑的是周期性放电模式的变化过程;其次,具有不同表象的一种超临界和一种亚临界倍周期簇放电序列产生并导致混沌现象的出现,然后以不同的方式转迁到逆超临界倍周期峰放电序列;最后研究无混沌的加周期簇放电序列,得出加周期分岔仅是一种与倍周期分岔密切相关的分岔现象.
2010, 59 (8): 5325-5331.
doi: 10.7498/aps.59.5325
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在经典NaSch模型的基础上,考虑行驶弯道的曲率半径、弧长以及路面的摩擦系数等对车辆运行的影响,提出一种改进的适应特殊路况的单车道元胞自动机模型.按此模型,通过计算机数值模拟,研究了具有不同曲率半径、不同弧长和不同摩擦系数的弯道对交通流的影响.模拟结果显示,改进后的模型能准确反映特殊路况对行驶车辆的影响,同时再现了与实际交通相一致的时停时走交通波等复杂的非线性现象,根据所反映出的实际交通现象,分析得出了增大弯道曲率半径和弯道处的摩擦系数,并尽量地减小弯道弧长,可以减少弯道处交通事故的发生,避免交通拥堵的发生,提高道路通行能力.
2010, 59 (8): 5332-5337.
doi: 10.7498/aps.59.5332
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钙钛矿型BiMnO3是同时具有铁磁性和铁电性的多铁性材料,在传感器,信息存储等方面具有潜在的应用前景.但是它的制备条件非常苛刻,需要高温、高压、密封等,这极大地限制了它的应用与发展.本文采用共沉淀法,以MnCl2·4H2O,Bi2O3,NaOH,HNO3和聚乙二醇为材料,在100℃的水溶液中成功地制备出了BiMnO3材料,此方法大大降低了制备的温度和压强,从而节约了能源,降低了成本.同时利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),振动样品磁强计(VSM)等对其结构、相貌及磁性等进行了检测,并讨论了制备条件及煅烧温度对BiMnO3物性的影响.
2010, 59 (8): 5338-5344.
doi: 10.7498/aps.59.5338
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分析了用于消除门控单光子探测器电尖峰噪声的同轴电缆反射方案的特性.重点分析了该方案中,雪崩光电二极管的偏置电压和输出信号的变化特性.根据理论分析的结果,给出了不同的单光子信号与两个门控脉冲的时序关系的确定依据,以及该方案对电尖峰噪声的消除效果,同时给出了探测系统的最小探测周期.并对理论分析的结果进行了实验验证,实验中测得尖峰噪声的抑制比为25.1dB,实验结果与理论分析相符.这些分析结果将有助于红外单光子探测器的设计和性能的优化.
2010, 59 (8): 5345-5350.
doi: 10.7498/aps.59.5345
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为了研究汽车尾气颗粒物的结构和氮的种态,使用扫描透射X射线显微成像(STXM)技术研究了桑塔纳3000和高尔汽车尾气颗粒物. STXM表明单颗粒物的粒径为500 nm,颗粒物质量分布不均匀,有中间空洞. 比较汽车尾气颗粒物和(NH4)2SO4和NaNO3中N的1s X射线近边吸收精细结构谱(NEXAFS),铵盐在406 eV有显著的σ*吸收峰,有肩部结构; 汽车尾气颗粒物和NaNO3中N的近边吸收谱在412 eV和418.5 eV有明显的σ吸收峰; (NH4)2SO4中N的近边吸收谱在413.5 eV和421.8 eV更宽的σ吸收峰. 硝酸盐是汽车尾气颗粒物中的N化学种态的主要存在形式. 在395—418 eV能量范围内对桑塔纳3000汽车尾气颗粒物进行堆栈扫描,经过主成分分析和聚类分析,发现其表层主要为硝酸盐,内部有少量铵盐.
基本粒子物理学与场
2010, 59 (8): 5351-5357.
doi: 10.7498/aps.59.5351
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对图象重建的分子动力学方法进行了改进,使用能更快收敛的蛙跳格式,并添加规整化项以保持图像细节;同时还对图像重建的共轭梯度方法进行了分析,揭示了它与分子动力学方法的联系和区别;比较了两种方法的重建结果,分析了两种方法对于有噪声图像重建时的优缺点.
核物理学
2010, 59 (8): 5358-5363.
doi: 10.7498/aps.59.5358
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通过研究大气颗粒物中222Rn子体活度比与颗粒物平均寿命之间的关系,建立了基于活度比估算大气颗粒物滞留时间(residence time of atmospheric aerosol,RTAA)的方法,并在相对理想条件下进行了实验验证.当氡室浓度稳定为1.816 kBq/m3时,由214Bi/214Pb活度比计算出的RTAA为112.17 min,与氡室的平均换气时间(104.17 min)相当,表明大气颗粒物中同一衰变链上的放射性核素活度比(如214Bi/214Pb, 210Bi/210Pb或210Po/210Pb)可以用于估算RTAA.
2010, 59 (8): 5364-5368.
doi: 10.7498/aps.59.5364
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用统计擦碎模型计算了140 A MeV 40,48Ca+9Be和58,64Ni+9Be弹核碎裂反应产物的截面.通过对碎片截面计算结果和实验测量结果的比较发现,采用自由空间的核子-核子反应截面计算时,对非中心反应产物的截面拟合很好,而对中心反应产物的截面有较大高估,而采用饱和密度相关的核子-核子反应截面计算时,对非周边反应产物的截面拟合较好,而对周边反应产物的截面有一定程度的低估.在统计擦碎模型中,对核子-核子反应截面进行细致的介质密度关联,可能会改进计算值与实验值的符合程度.
2010, 59 (8): 5369-5373.
doi: 10.7498/aps.59.5369
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高能质子入射到金属接收体表面诱发的二次电子直接影响束流强度的测量精度,如何消除二次电子影响是实现束流高精度测量的关键.根据高能带电粒子在金属表面诱发二次电子发射理论,对高能质子束流强度测量的二次电子补偿原理进行了研究,设计了二次电子补偿结构.采用三块金属极板构成的实验装置在高能质子源上开展实验研究,实验测得在中间极板上输出的电流与入射质子束流强度的比值小于0.7%,中间极板上二次电子得到补偿,验证了二次电子补偿原理的正确性.研究表明,采用设计的二次电子补偿结构对高能质子束流强度进行测量时二次电子贡献小于1%.
2010, 59 (8): 5374-5381.
doi: 10.7498/aps.59.5374
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在太赫兹波段,存在几种新的高频效应会限制混频二极管的高频特性.应用热电子发射理论和隧道理论,研究了外延层肖特基二极管的高频特性,并以截止频率为品质因数对二极管进行优化设计.研究表明,当二极管工作频率大于等离子频率时,二极管相当于一个电容,失去了混频性能;提高基底掺杂浓度可以减小基底等离子共振效应;外延层等离子频率非常重要并且在研究外延层等离子共振效应时必须考虑传输时间效应;减小阳极直径、减小外延层厚度、提高外延层掺杂浓度可以提高二极管的工作频率.这对太赫兹波段室温混频器件的研制具有重要的参考价值.
原子和分子物理学
2010, 59 (8): 5382-5386.
doi: 10.7498/aps.59.5382
摘要 +
利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导 Cu 等离子体中激发态 5s' 4D7/2 的形成及其辐射跃迁的瞬态特性.结果表明:在激发态 5s' 4D7/2 原子的制备过程中,电子离子复合、粒子间碰撞机理在不同时刻分别起主导作用.激光峰值到达金属表面后 500ns 期间,粒子 间的剧烈碰撞作用使得激发态 5s' 4D7/2 主要通过向低能态 4p' 4Fo9/2跃迁来转移能量.500ns 以后,激发态 5s' 4D7/2 通过以相同的概率辐射 CuI465.11nm 和 CuI529.25nm 特征谱线向低能态 4p' 4Fo9/2 和4p' 4 Do7/2转移能量.
2010, 59 (8): 5387-5391.
doi: 10.7498/aps.59.5387
摘要 +
采用高温固相法制备了SrAl2B2O7:Dy3+发光材料.在350 nm紫外光激发下,测得SrAl2B2O7:Dy3+材料的发射光谱为一个多峰宽谱,主峰分别为480,573和678 nm;分别和Dy3+的4F9/2→6H15/2,4F9/2→6H13/2,4F9/2→6H11/2的跃迁发射相对应;监测573 nm的发射峰,得到材料的激发光谱为一个多峰宽谱,主峰分别为295,325,350,365,400 nm.研究了Dy3+掺杂浓度对SrAl2B2O7:Dy3+材料发射光谱的影响,随着Dy3+掺杂浓度的增大,SrAl2B2O7:Dy3+材料的Iy/Ib逐渐增大,根据Judd-Ofelt理论解释了其原因.随着Dy3+掺杂浓度的增大,Dy3+的4F9/2→6H13/2跃迁产生的573 nm发射峰强度先增大,在4%时达到最大值,之后减小,其自身的浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用.不同的电荷补偿剂Li+,Na+,K+的引入均使发光强度得到提高,尤其以Li+最佳,发光强度提高了大约33%.
2010, 59 (8): 5392-5396.
doi: 10.7498/aps.59.5392
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利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米量级条纹沉积技术是一种新型的研制纳米结构长度传递标准的方法,采用了一种新颖的方法,通过预准直孔的设定,将原子束在空间分成三部分,利用中间部分的原子束和近共振激光驻波场相互作用,在激光驻波场辐射压力作用下使原子按照特定周期沉积在基板上,从而实现纳米条纹的制作.利用两侧部分的原子束与探测激光束相互作用,通过其感生荧光来监测中间部分原子束沉积过程中的准直效果,从而为原子的沉积过程提供实时的原子束特性监测.最后对纳米沉积条纹在经由三狭缝预准直结构作用前后的效果进行了三维仿真,结果表明,未采用该三狭缝预准直结构时,纳米沉积条纹的半高宽为32 nm,对比度为8∶1,而采用该三狭缝预准直结构之后,纳米沉积条纹的半高宽为6.2 nm,对比度为28∶1,大大提高了纳米沉积条纹的质量.
2010, 59 (8): 5397-5405.
doi: 10.7498/aps.59.5397
摘要 +
介绍了在傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术基础上发展起来的一种监测污染源有害气体排放率的新方法——红外掩日通量(solar occultation flux, SOF)法.在理论上建立了太阳辐射两层传输模型,根据比尔定律阐述了计算污染物透过率的方法.详细介绍了如何从HITRAN,NIST和QAsoft三种红外数据库中提取气体标准吸收截面.介绍了基于Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法反演污染气体柱浓度的算法和污染源气体排放率计算算法.介绍了整套装置的组成部分和太阳跟踪装置的结构.对合肥某一化肥厂的氨气排放进行了测量,从实验结果可以看出,测量的柱浓度分布准确地反应了污染物排放和扩散情况,证明了污染源排放气体浓度时空分布反演算法的正确性.
2010, 59 (8): 5406-5411.
doi: 10.7498/aps.59.5406
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采用钛宝石飞秒激光器输出的一部分光抽运光子晶体光纤以产生超连续光谱,作为抽运光和斯托克斯光,另一部分飞秒激光作为探测光,并结合时间延迟方法,建立超连续光谱激发时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)实验系统,测试了具有较宽拉曼光谱的二甲基亚砜样品.实验结果表明,所建立的实验系统能有效抑制非共振背景噪声,并且通过一次测量,即可获得二甲基亚砜在690—3200 cm-1范围内的CARS光谱信息,获得的二甲基亚砜CARS光谱范围达到2500 cm-1.同时给出了所采用的光子晶体光纤光谱展宽的实验结果.
2010, 59 (8): 5412-5417.
doi: 10.7498/aps.59.5412
摘要 +
考虑分子的振动能级,在简正反应坐标下研究了通过"金属/分子/金属"所组成系统的非弹性电流.研究发现非弹性电流传输过程中分子不同带电态的能量的相对位形对Franck-Condon阻滞有较强的影响,进而在理论上分析了分子的稳定态与Franck-Condon阻滞的关系,以及分子内部的振动能量分布、分子与金属电极的相对位置与系统的电流-电压曲线的关系.
2010, 59 (8): 5418-5423.
doi: 10.7498/aps.59.5418
摘要 +
超冷原子光缔合光谱对于研究长程分子势能结构、分子常数和分子相关动力学过程具有重要意义.光缔合光谱的信噪比作为衡量探测技术的重要指标之一,直接影响光谱的分辨能力和探测灵敏度.利用调制荧光光谱技术获得了超冷长程铯分子超精细振转光谱.通过研究解调参数,即积分时间和灵敏度,发现解调参数对光谱信号的信噪比有重要影响,且依赖关系呈非线性.结合相关实验系统,实现了对光谱信噪比的最优化控制,为进一步研究超冷铯分子长程态振转能级结构奠定了重要的实验基础.
2010, 59 (8): 5424-5428.
doi: 10.7498/aps.59.5424
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利用Fuchs势模型和密耦方法对He-Li2碰撞体系低能散射截面进行理论计算,研究了He-Li2碰撞体系的散射总截面随能量的变化、微分截面随角度的变化、分波截面随总角动量的变化以及与入射能量之间的关系,并总结了量子效应随入射能量的变化规律.
2010, 59 (8): 5429-5438.
doi: 10.7498/aps.59.5429
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采用密度泛函理论(DFT)中的B3PW91方法在LANL2DZ基组水平上对WnNim (n+m≤7; m=1, 2)团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,得出了它们的基态构型,并对其NBO、振动频率、光谱和极化率进行了理论研究.研究结果表明:W,Ni原子内部杂化现象较强,而在W-Ni原子之间杂化较弱;在W和Ni相互作用形成合金团簇的过程中,发生原子间的电荷转移,使得合金团簇中大多数Ni原子带正电荷W原子带负电荷;从光学上分析显示,W6Ni团簇的IR和Raman谱中的振动峰最多,W5Ni2的IR和Raman谱中的振动峰最强,W2Ni的IR谱中只有一个较强峰值;WnNim (n+m≤7; m=1, 2)团簇中原子间的成键相互作用随W成分的增加而增强.
唯象论的经典领域
2010, 59 (8): 5439-5443.
doi: 10.7498/aps.59.5439
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在一维场论注-波互作用理论的基础上,引入磁场对角向速度的影响,建立了二维非线性返波注-波互作用理论,模拟返波振荡.对不同空间电荷参量下起振长度的变化进行了小信号分析比较,结果与等效线路模型比较接近;对某8—18 GHz行波管进行了实测比较,结果也比较一致.同时还研究了影响返波振荡起振长度的因素,提出了该管的抑制返波振荡方案.
2010, 59 (8): 5444-5449.
doi: 10.7498/aps.59.5444
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通过实验及仿真研究了基于C环的新型八边形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.以金属铜八边形谐振环(SRRs)为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环(CSRRs)结果对比发现八边形谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率;复合结构仿真结果显示,八边形谐振环金属线复合结构实现负折射具有可行性.设计、制作并实验和仿真研究了两种尺寸的八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果显示,分别在9.8—15 GHz和9.5—15 GHz出现良好负折射效应,表明小尺寸材料负折射频段较宽但整体能量透过率较小.通过与尺寸相近的传统C环样品实验对比发现八边形样品损耗较大,但其负折射区域能量分布比例较大,具有一定的优越性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义,在国防、通信等领域也具有广阔的应用前景.
2010, 59 (8): 5450-5458.
doi: 10.7498/aps.59.5450
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基于实际轨迹方程和电子运动方程对两电极静电同心球系统求解由光阴极逸出的运动电子的空间和时间轨迹,推导成像位置和电子飞行时间的精确和近似表达式,并由空间和时间轨迹的解析解出发讨论系统的空间-时间特性.对空间像差和时间像差给出统一的定义,即横向像差可视为近轴横向像差和几何横向像差的合成,时间像差可视为近轴时间像差和几何时间像差的合成,并导出了所有相应的像差表示式.
2010, 59 (8): 5459-5466.
doi: 10.7498/aps.59.5459
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将从近轴解出发研究两电极静电同心球系统的空-时轨迹及其像差.由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发,先求解两电极静电同心球系统中自光阴极逸出的运动电子的近轴空间-时间轨迹,然后讨论此系统的静动态电子光学及其空间-时间像差,揭示近轴光学系统成像的一般规律.文中定义和推导了各级近轴空间像差和近轴时间像差,得到了与关于近轴空间-时间像差同样的结论,表明完全可以直接由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发来研究理想成像及其空间-时间像差.
2010, 59 (8): 5467-5473.
doi: 10.7498/aps.59.5467
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分析了各向异性介质光栅体内光波场的空间分布,并将RTRA递推算法推向了各向异性介质内光波场的传输.数值计算表明,光波场光强的空间分布随透射深度的变化而变化,各向异性介质光栅体内光波场的空间分布相对各向同性介质要均匀,光栅材料的性质参数和光束的入射参数对光波场光强的空间分布有较大的影响等.
2010, 59 (8): 5474-5478.
doi: 10.7498/aps.59.5474
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由于受到受激布里渊散射(SBS)等非线性效应的限制,单频激光放大器的功率在百瓦量级,以非单频激光多波长激光作为种子源能够有效地抑制SBS并提高放大器功率.与单频激光相干合成相比,非单频率、多波长激光的相干合成有望将输出激光功率成量级地提高.基于随机并行梯度下降(stochastic parallel gradient descent, SPGD)算法,实现了四波长激光的相干合成.在系统闭环时,四路多波长激光合成后的主瓣能量能够提高3倍,达到理想值的75%.验证了多波长、非单频激光相干合成的可行性,为高功率相干合成的发展提供了新的途径.
2010, 59 (8): 5479-5486.
doi: 10.7498/aps.59.5479
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简要论述了自行设计、研制的新型偏振干涉成像光谱仪的基本原理;对该新型偏振干涉成像光谱仪的噪声进行了全面分析;给出了与系统通量相关的总噪声理论表达式;提出了结合成像光谱仪系统、CCD图像传感器与光谱图像提取噪声的分析方法;辅以信噪比的评价,得知成像光谱仪系统通量虽然对噪声具有巨大贡献,但不会影响系统信噪比;为成像光谱仪信噪比的准确计算与降噪方法的有效采用提供了新的理论指导.
2010, 59 (8): 5487-5495.
doi: 10.7498/aps.59.5487
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鉴于常用二维直方图区域直分法存在错分,最近提出的斜分法不具普遍性,提出了适用面更广的基于二维直方图θ划分和最大Shannon熵的图像阈值分割算法.首先给出了二维直方图θ划分方法,采用四条平行斜线及一条其法线与灰度级轴成θ角的直线划分二维直方图区域,按灰度级和邻域平均灰度级的加权和进行阈值分割,斜分法可视为该方法中θ=45°的特例;然后导出了二维直方图θ-划分最大Shannon熵阈值选取公式及其快速递推算法;最后给出了θ取不同值时的分割结果及运行时间,θ取较小值时,边界形状准确性较高,θ取较大值时,抗噪性较强,应用时可根据实际图像特点及需求合理选取θ的值.与常规二维直方图直分最大Shannon熵法相比,本文提出的方法所得分割结果更为准确,抵抗噪声更为稳健,且所需运行时间及存储空间也大为减小.
2010, 59 (8): 5496-5507.
doi: 10.7498/aps.59.5496
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利用X射线的空间相干特性,可实现低Z介质内部结构的高衬度成像.人参主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组成,原则上可以利用相衬成像来实现其特征结构的无损成像.由于具有更高的相干通量,利用第三代同步辐射光源成像可获得更高的时间和空间分辨,可用于研究更高分辨的人参特征显微结构.本文利用新建成的上海光源,较为系统地研究了野山参的显微特征结构.作为比较,给出了相应的园参特征结构,并与野山参进行了比对、分析.发现了一种未曾报道过的结构,这很可能是一个新的人参特征结构.研究结果表明,X射线相衬显微有望成为野山参鉴定的一种新的手段.
2010, 59 (8): 5508-5513.
doi: 10.7498/aps.59.5508
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利用相干态正交化展开方法,在非旋波近似下研究了原子的布居反转随时间的演化情况.数值计算的结果表明了,场频以及耦合强度不随时间变化时,布居反转的周期随着平均光子数的增加而增大,虚光子效应引起的快速振荡随耦合强度的增大而逐渐增大.当光场随时间做正弦调制时,光场的振幅α和角频率β对布居反转的演化都会产生很大影响.光场随时间做方波形式变化,会导致原子布居反转出现新的塌缩回复现象.无论是正弦调制还是方波调制,都会对由虚光子效应产生的小锯齿状的振荡产生影响.
2010, 59 (8): 5514-5522.
doi: 10.7498/aps.59.5514
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测量了光脉冲在不同传输距离和不同外界环境影响下基于差分相位编码和双不等臂M-Z相位编码系统的时间抖动,并根据时间抖动的分布情况建立了相位编码量子密钥分发系统中误码率和时间抖动关系的物理模型,给出了单光子脉冲一般波形函数和误码率之间的关系式,根据这个关系式可以得出确定波形单光子脉冲在确定时间抖动分布情况下系统误码率的结果.
2010, 59 (8): 5523-5527.
doi: 10.7498/aps.59.5523
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报道了一种基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统(Brillouin optical time domain analyzer,BOTDA).利用双向拉曼抽运对信号光进行拉曼放大以补偿光纤损耗及布里渊抽运波的消耗,从而使光纤后端的测量分辨率得到改善,测量分辨率在整段传感光纤趋于一致,同时避免了调制不稳定性引起的频谱扩展,克服了传统BOTDA存在的信号强度指数下降的弊端,使传感精度得到进一步提高.实验实现了50 km传感距离, 温度分辨率达0.6 ℃,空间分辨率为50 m.实验测量并分析了基于双向拉曼放大的BOTDA信噪比和光功率分布特性.
2010, 59 (8): 5528-5532.
doi: 10.7498/aps.59.5528
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通对周期性极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)的微区拉曼和荧光研究,发现小极化子荧光在反转畴与非反转畴呈现不同强度,同时在畴分界壁观察到拉曼禁止谱线.提出一种能够呈现极化光畴图像的非损伤方法,并进一步探讨反向极化过程的机理.
2010, 59 (8): 5533-5540.
doi: 10.7498/aps.59.5533
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基于导带电子密度和材料的有效介电函数的表达式,推导了KTP晶体对532 nm光波的吸收系数. 对比研究了不同峰值功率密度和重复频率下KTP晶体的导带电子密度和532 nm吸收系数的演化规律,以及倍频转换效率的演化规律. 结果表明,随着导带电子密度的增加,KTP晶体532 nm吸收系数随之增加,其倍频转换效率随之减小;当基频光入射功率密度一定时,不同重复频率脉冲作用引起的导带电子密度存在积累效应,导致KTP晶体532 nm透过率及倍频转换效率均随着作用时间的增加呈指数形式变化,随着脉冲重复频率的增加其积累效果更加明显,但随着作用时间的增加,导带电子密度、吸收系数均趋于同一稳定值.
2010, 59 (8): 5541-5546.
doi: 10.7498/aps.59.5541
摘要 +
提出了一种基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信系统,数值研究了该系统的同步特性及通信性能. 结果表明,当两个激光器参数一致时,系统能获得无延时的高质量混沌同步,实现实时双向通信;当激光器内部参数失配时,系统的同步性能及通信质量会受到一定的影响,但该系统对参数失配的容忍性较好,在一定的参数失配范围内,系统仍能实现较好的双向混沌通信.
2010, 59 (8): 5547-5552.
doi: 10.7498/aps.59.5547
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基于光波在直波导和复合结构光子晶体中的传播特性,结合平面波展开法和时域有限差分法,提出并讨论了一种新型的超紧凑的光子晶体偏振光分束器. 它是由输入波导,分束结构和输出波导三部分组成. 对这种结构的三角晶格光子晶体光分束器的数值计算与模拟结果表明,该结构可以实现TE模和TM模的高效大角度分离,并且在通信波段设计尺寸小,这些特性使其在未来的集成光回路中有着重要的应用前景.
2010, 59 (8): 5553-5558.
doi: 10.7498/aps.59.5553
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利用电介质材料周期性排列构成二维六角结构光子晶体,用平面波展开法研究了二维光子晶体材料各个能级的等频率曲线图,发现此结构光子晶体在多个频段上存在负折射特性,用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD) 数值计算模拟也得到了相同的结果.
2010, 59 (8): 5559-5563.
doi: 10.7498/aps.59.5559
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设计出一种新型的渐变空气孔径THz波超平坦色散光子晶体光纤.应用时域有限差分方法(finite-difference time-domain,FDTD)计算光纤色散,所得结果表明渐变空气孔径光子晶体光纤比孔直径不变光子晶体光纤控制色散的能力更强;且当第三层与第四层空气孔直径相同时,孔直径渐变的光子晶体光纤的色散更趋于平坦,而当空气孔直径取d1=0.85d4, d2=0.95d4,d3=d4(d1,d2,d3,d4分别为包层从内到外空气孔的直径)时,此种光子晶体光纤可以在波长60—65 μm(4.61—5 THz)范围内将波导色散值控制在-0.1±0.3 ps/(km·nm)范围内,得到趋于超平坦色散的、具有很好的束缚THz波的能力和良好的损耗特性的新型THz波光子晶体光纤.
2010, 59 (8): 5564-5571.
doi: 10.7498/aps.59.5564
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提出一种基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法在波叠加法的基础上,利用全息面声压信号求得布置在全息面附近的虚源面上的简单源源强,再根据求得的简单源源强实现对全息面声压的插值,进而利用插值后的全息面声压数据进行重建. 该方法可以提高近场声全息重建图像的空间分辨率,减少测量工作量,简化测量过程. 通过仿真对影响插值结果的参数进行了分析,给出了合理的选取范围;通过仿真和实验研究验证了该方法的有效性.
2010, 59 (8): 5572-5580.
doi: 10.7498/aps.59.5572
摘要 +
通过重新整理气相控制方程,实现了基于非结构化网格的离散颗粒与连续流体的非线性耦合求解方法.应用该求解方法模拟计算了二维气固脉冲流化床(pulsed fluidized bed, PFB)单个鼓泡过程,数值计算结果与实验结果相符合.通过剖析两种典型床宽PFB的气固两相微观结构,观察到颗粒起动瞬间力链断裂"解锁"现象和系统压降脉冲现象,发现床内气体的流动是一个由双主涡到多涡共存再到双次涡的发展过程,颗粒的运动呈现三种形态,即抬升,沿鼓泡边界下滑和角落内"滞缓"运动.
2010, 59 (8): 5581-5587.
doi: 10.7498/aps.59.5581
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将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论.
流体、等离子体和放电
2010, 59 (8): 5588-5595.
doi: 10.7498/aps.59.5588
摘要 +
通过等离子体中离子激发-退激发平衡关系,构造一种离子激发组态之间满足的非Boltzmann分布,利用这个分布作为权函数对原子过程速率系数进行平均,构造出一个扩展的碰撞辐射稳态模型.利用该模型计算从低Z到高Z元素等离子体平均离子电荷随电子温度的变化.进而研究非Boltzmann分布对平均电离度和激发组态相对密度的影响.结果表明,它对相对激发组态密度的影响非常显著.
2010, 59 (8): 5596-5601.
doi: 10.7498/aps.59.5596
摘要 +
在HT-7托卡马克上,只在等离子体放电击穿阶段充气,击穿后关闭充气阀门,让装置内真空室器壁的出气维持放电的进行,通过密度衰减实现了slide-away放电.实验分析了不同等离子体电流平台下的slide-away放电模式的密度阈值,以及相同充气量的条件下放电等离子体电流对实现slide-away放电的影响.研究了slide-away放电模式下密度提升对等离子体放电状态的影响.结果发现,slide-away放电模式下的密度提升使得Ha线辐射强度增强,等离子体中超热电子的约束性能变差,等离子体芯部的超热电子减少,高能逃逸电子厚靶轫致辐射增加.
2010, 59 (8): 5602-5605.
doi: 10.7498/aps.59.5602
摘要 +
为了研究强脉冲激光在镁合金中诱导冲击波的衰减,采用Nd:Glass脉冲激光(1054 nm,23 ns)对AZ31B变形镁合金试样表面进行冲击,并利用响应快、测量范围大的PVDF压电膜传感器以及示波器实时测量了强脉冲激光在镁合金靶中诱导激光冲击波的相对压力.根据冲击波每次在靶材背面反射时,所经过距离的不同得到激光冲击波在镁合金中的衰减规律.结果表明,在激光能量为5J的强脉冲激光作用下,镁合金中冲击波衰减的平均速度为5.83×103 m/s,与镁合金中应力波纵波的传播速度相符;强脉冲激光诱导冲击波在镁合金中是以指数规律衰减的.试验所得分析结果对激光冲击强化镁合金的应用具有重要意义.
2010, 59 (8): 5606-5612.
doi: 10.7498/aps.59.5606
摘要 +
讨论了无源超高频射频识别(UHF RFID)系统的信号传输过程及性能测试方法,以软件定义无线电方式实现了符合ISO/IEC18000-6C标准的无源标签的部分性能测试,研究了部分通信参数动态变化时标签应答功率的变化,并对不同标签的灵敏度进行了测试.所有实验在常规条件下完成,测试研究表明在基带编码采用较小的Tari值、PW为50％以及较高的调制系数时,阅读器能够接收到标签反射回来的最大功率,系统的识别距离最远.
2010, 59 (8): 5613-5619.
doi: 10.7498/aps.59.5613
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利用Na2SiO3-KOH溶液体系,以工业纯铝为基体材料对约束阴极微弧氧化的放电特性进行了研究.考察了恒压模式下电极距离对氧化电流、电位分布及起弧电压的影响,并对电极距离与微弧氧化电能利用率间的关系进行了分析. 结果表明:对于阴阳极等约束条件下,随阴阳极距离加大,工作电流逐渐减小. 而对于仅约束阴极情况,工作电流随着阴阳极间距增加而增大. 这是由于增加阴阳极间距时,虽然约束阴极正下方试样表面的电场强度降低,工作电流减小,但远离约束电极处,阳极表面电场强度却增加,工作电流增大. 起弧电压随电极间距离的增大而升高,但阳极表面电场强度几乎保持不变. 微弧氧化陶瓷层厚度由处理中心沿半径向外逐渐变薄,且中心处陶瓷膜厚度随电极距离的增大迅速减小,电能利用率随之降低.
凝聚物质：结构、热学和力学性质
2010, 59 (8): 5620-5625.
doi: 10.7498/aps.59.5620
摘要 +
通过助溶剂熔融法并在氩气气氛炉中成功生长出高质量大尺寸的CaTi2O4的单晶.X射线衍射实验及能量损失谱EDS证实,制备的CaTi2O4单晶晶胞参数a=9.781?,b=9.966?,c=3.148?,所有样品均为单相,且符合化学计量比,样品高纯.通过直流磁化率的测量,首次给出了晶体的Van-Vleck顺磁因子为6.85×10-5cm3/mol,Cure-Weiss温度为-0.44 K,呈弱反铁磁性.同时,通过单晶各向磁化率的测量,进一步确认了CaTi2O4晶体中一维有序Ti-Ti反铁磁dimer链的形成,并明确了其方向.
2010, 59 (8): 5626-5634.
doi: 10.7498/aps.59.5626
摘要 +
在二级轻气炮上用无氧铜飞片直接撞击重玻璃平板样品(密度为4.817 g/cm3,材料牌号:ZF6)开展了冲击压缩实验研究,压力范围为52.1—167.8 GPa,并采用多通道瞬态辐射高温计和光分析技术测量了其雨贡纽线、高压声速和冲击波温度等动态特性.实验结果显示,上述性质在三个不同压力区间出现不连续性变化,表明冲击压缩下该样品材料存在多形性高压相变,相变起始压力分别为23,78和120 GPa.实测声速先是随冲击压力的增高而增加,并在78 GPa附近出现急剧下降,之后又随压力增长,并在120 GPa之后下降到体波声速,表明材料进入高压熔化相.温度数据同样在78和120 GPa处出现明显的不连续变化,并在120 GPa之后变化趋于平缓与计算的Lindeman熔化线相符,进一步印证了上述相变行为.实测雨贡纽数据与LASL数据库中的重玻璃数据相符,结果显示除23 GPa附近有一明显的突变外,高压区数据几近线性变化,表明重玻璃的两个高压相变均为二级相变.本文报道的重玻璃材料高压物性数据和序列相变认识对于发展反向加载技术、提高材料声速测量精度和适用压力范围具有实用价值.
2010, 59 (8): 5635-5640.
doi: 10.7498/aps.59.5635
摘要 +
以微观界面摩擦为研究对象,分析了温度变化对材料摩擦性能的影响.基于Towle剪切强度-温度经验公式和晶格热动力学理论,推导出摩擦力与温度之间的理论计算公式.理论分析表明:当界面温度低于材料的德拜温度时,摩擦力随着温度的增加而降低.理论计算结果与原子力显微镜实验结果对比,发现二者趋势一致,表明本文提出的理论和方法可行.
2010, 59 (8): 5641-5645.
doi: 10.7498/aps.59.5641
摘要 +
通过一种空位模型详细的描述了In在Al(001)表面的扩散偏析过程,利用周期性密度泛函理论方法计算了这个偏析过程中每步构型的能量和In原子扩散的能量壁垒,并对可能的偏析机理进行分析.结果表明:In原子从Al(001)表面第二层扩散偏析至表面层时,系统的能量降低了0.64 eV,最大的扩散迁移壁垒为0.34 eV;而从表面更内层向表面第二层扩散时系统能量基本保持不变,扩散需要克服的能量壁垒为0.65 eV,说明In原子在Al(001)表面只能由体内向表面扩散偏析.In在Al(001)的清洁表面具有强烈的偏析趋势,在热力学上是容易进行的.
2010, 59 (8): 5646-5651.
doi: 10.7498/aps.59.5646
摘要 +
提出了一种RLC互连树零时钟偏差构建方法.给出了RLC互连温度非均匀分布及其延时的解析公式,并推导计算了最优的零时钟偏差点,所提模型同时考虑了互连温度非均匀分布、电感效应及不对称互连结构对零时钟偏差点的影响.针对65 nm工艺节点对所提模型进行了仿真验证,结果显示,相较于同类模型,最大误差不超过1%.
2010, 59 (8): 5652-5660.
doi: 10.7498/aps.59.5652
摘要 +
采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法,研究了SiC材料p型掺杂的晶体结构和电子结构性质,得到了优化后体系的结构参数,掺杂形成能,能带结构和电子态密度,计算得到掺杂B,Al,Ga在不同浓度下的禁带宽度.结果表明:随着掺杂B原子浓度的增大,禁带宽度随之减小;而随着掺杂Al,Ga原子浓度的增大,禁带宽度随之增大;在相同浓度下,掺杂Ga的禁带宽度大于掺杂Al,掺Al禁带宽度大于掺B.
2010, 59 (8): 5661-5666.
doi: 10.7498/aps.59.5661
摘要 +
通过第一性原理的完整形式,基于全势能线性化增广平面波方法确定的精确能带结构和波函数,推算了技术上极为重要的窄带隙半导体超晶格中载流子俄歇复合时间.少数载流子的俄歇寿命由两种相关的方法来确定:1)由Fermi-金规则直接估算,2)联系俄歇复合和其相反过程碰撞电离,建立细致平衡公式,在一个统一的结构中进行间接估算.在n掺杂HgTe/CdTe和InAs/InxGa1－xSb超晶格中,由直接和间接的方法确定的寿命与一些实验结果相当一致.这说明该计算模式可以作为一种精确的手段用于窄带隙超晶格材料的性能优化.
2010, 59 (8): 5667-5671.
doi: 10.7498/aps.59.5667
摘要 +
基于密度泛函理论研究并比较了两种储氢材料NaAlH4和KAlH4的晶格参数,弹性性质和电子结构.计算结果表明NaAlH4和KAlH4都是绝缘体,Al—H之间是共价键,M(M=Na,K)与AlH4之间是离子键.NaAlH4和KAlH4的弹性常数都比较小而且NaAlH4的弹性常数要大于KAlH4的弹性常数,对此给予了解释.
2010, 59 (8): 5672-5680.
doi: 10.7498/aps.59.5672
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采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对ConCu55－n(n=0—55)混合团簇的基态结构和能量进行了研究,发现这些混合团簇的基态结构是在Co55,Cu55单质团簇(Mackay二十面体)的基础之上发生的畸变;从n=0(Cu55)开始,Co原子从中心到表面,从棱到顶点依次、连续替换Cu原子;基态结构与键能较大键的数目及其平均键长有关;Co13Cu42具有最稳定的结构,13个Co原子全部位于团簇内部形成Mackay二十面体对整个团簇的稳定性有显著影响.
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2010, 59 (8): 5681-5686.
doi: 10.7498/aps.59.5681
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利用准分子脉冲激光晶化非晶硅薄膜是制备高密度尺寸可控的硅基纳米结构的有效方法之一.本文将脉冲激光对非晶硅超薄膜的影响处理为热传导问题,采用了基于Tersoff势函数的分子动力学方法模拟了在非晶氮化硅衬底上2.7 nm超薄非晶硅膜的脉冲激光晶化过程.研究了不同激光能量对非晶硅薄膜晶化形成纳米硅的影响,发现在合适的激光能量窗口下,可以获得高密度尺寸可控的纳米硅薄膜,进而模拟了在此能量作用下非晶硅膜中成核与生长的机理与微观过程,并对晶化所获得的纳米硅薄膜的微结构进行了分析.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2010, 59 (8): 5687-5691.
doi: 10.7498/aps.59.5687
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基于Brenner的REBO势函数,利用分子动力学方法模拟了含氢量不同的类金刚石薄膜的纳米压痕过程,依据得到的加载卸载曲线,计算了薄膜的刚度、硬度以及弹性模量.结果表明:类金刚石薄膜的硬度由氢含量和sp3键含量两个因素共同决定;当薄膜中氢含量小于39% 时,薄膜硬度主要取决于sp3键含量,sp3键越多,硬度越高;当薄膜中氢含量达到52%,薄膜硬度则显著下降,此时氢的作用占据主导地位.
2010, 59 (8): 5692-5699.
doi: 10.7498/aps.59.5692
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基于分形理论,采用蒙特卡罗方法对随机分布的烟尘团簇粒子结构进行了仿真模拟,利用离散偶极子近似(discrete dipole approximation, DDA)方法研究了随机分布的烟尘团簇粒子的辐射特性,分析讨论了分形维数、原始微粒粒径和数量以及复折射率对随机分布烟尘团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,在给定分形维数的情况下,烟尘团簇粒子的辐射特性取决于原始微粒粒径、数量及复折射率;原始微粒较小的团簇粒子,当分形维数较小时,吸收截面变化不明显,但当分形维数大于2时,吸收截面骤然增大,然而,对于具有比较大的原始微粒粒径、数量及复折射率的烟尘团簇粒子,吸收截面随着分形维数的增大而单调递减;随着分形维数的增大,团簇粒子的散射截面、消光截面及单次散射反照率均单调递增;从整体上来讲,团簇粒子的辐射特性与等效球形粒子的辐射特性存在着比较大的差别,并且这种差别随着分形维数的增大而减小.该工作对研究气溶胶粒子的辐射及气候效应具有重要的科学价值.
2010, 59 (8): 5700-5705.
doi: 10.7498/aps.59.5700
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实验用波长1064 nm,触发光能为1.0 mJ的激光脉冲触发电极间隙为4 mm的半绝缘GaAs光电导开关,当光电导开关的偏置电压达到3800 V时,开关进入非线性(lock-on)工作模式,在偏置电场和触发光能不变的条件下,开关输出稳定的非线性电脉冲,1500次触发后GaAs开关表面出现因丝状电流引起损伤的痕迹.分析认为:在一定触发光能和电场阈值条件下,开关芯片内存在两种瞬态热效应:热弛豫效应和光激发电荷畴-声子曳引效应.热弛豫时间很短,在皮秒甚至亚皮秒量级,热弛豫过程导致了热传导的弛豫行为;当光激发电荷畴以107 cm/s的速度从阴极向阳极渡越时,在这两种效应的作用下使得开关芯片瞬态温度变化发生了弛豫振荡现象.光激发电荷畴-声子曳引效应在位错运动方向上传播,声子流携带的热能集中在移动的平面内,使得移动区域温度升高,移动轨迹经多次叠加累积呈现出丝状的损伤痕迹.
2010, 59 (8): 5706-5709.
doi: 10.7498/aps.59.5706
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在Si衬底GaN基垂直结构LED的N极性n型面上,利用电子束蒸发的方法制作了Ti/Al电极,通过了I-V曲线研究了有无AlN缓冲层对这种芯片欧姆接触的影响.结果显示,去除AlN缓冲层后的N极性n型面与Ti/Al电极在500到600 ℃范围内退火才能形成欧姆接触.而保留AlN缓冲层的N极性n型面与Ti/Al电极未退火时就表现为较好的欧姆接触,比接触电阻率为2×10-5 Ω·cm2,即使退火温度升高至600 ℃,也始终保持着欧姆接触特性.因此,AlN缓冲层的存在是Si衬底GaN基垂直结构LED获得高热稳定性n型欧姆接触的关键.
2010, 59 (8): 5710-5714.
doi: 10.7498/aps.59.5710
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利用射频磁控溅射的方法在SrTiO3(001) 基片上制备了(La0.7Sr0.3MnO3)m(BiFeO3)n超晶格结构.对所制备的超晶格结构进行了50—150℃温度范围内的电流-电压测试分析.结果表明,随着BiFeO3薄膜的厚度减小,温度的升高,(La0.7Sr0.3MnO3)m(BiFeO3)n超晶格结构的电流变大.进一步根据介质导电模型对(La0.7Sr0.3MnO3)m(BiFeO3)n超晶格结构的导电特性做了分析.在温度较低或者电场较弱时,所制备的(La0.7Sr0.3MnO3)m(BiFeO3)n超晶格结构表现为欧姆导电,而在高温,高电场的情况下,其导电行为由空间电荷限制电流机理主导.
2010, 59 (8): 5715-5719.
doi: 10.7498/aps.59.5715
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提出了两种圆环型微波电谐振结构,这两种谐振结构分别与金属线进行适当的组合形成电磁耦合单元,对正入射的电磁波产生谐振响应并具有强烈的吸收作用.通过对两种耦合单元的电磁仿真和优化计算使其各自获得最佳的吸波性能.在微波段8—12 GHz利用自由空间法对这两种耦合结构的电磁特性(即反射系数S11和透射系数S21)进行实验测量,在10.7 GHz和10.07 GHz吸收率分别达到95%和98%以上.
2010, 59 (8): 5720-5723.
doi: 10.7498/aps.59.5720
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实现截止波长为11.8和14.5 μm双色同时响应的量子阱红外探测器,可以同时工作在8—12 μm大气窗口和甚长波波段.在77 K下测量到很强的光电流谱.器件结构采取了较为简洁的设计,通过适当增大量子阱结构中势阱的宽度和选择合适的掺杂浓度,在同一偏压下实现了对两个波长的同时响应.两个光响应峰分别为基态到第五激发态和基态到第一激发态的跃迁吸收.
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2010, 59 (8): 5724-5729.
doi: 10.7498/aps.59.5724
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在蓝宝石衬底上生长了以AlN/GaN超晶格准AlGaN合金作为势垒的HEMT结构材料,并与传统AlGaN合金势垒样品进行了对比.在高Al组分(≥40%)情况下,超晶格势垒样品的表面形貌明显改进,电学性能特别是2DEG面电子浓度也有所改进.对超晶格势垒生长参数进行了初步优化,使得HEMT结构薄层电阻进一步降低,最后获得了251 Ω/□的薄层电阻.
2010, 59 (8): 5730-5737.
doi: 10.7498/aps.59.5730
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考虑了势垒层、缓冲层体陷阱及表面电荷的浓度变化对电流坍塌和膝点电压的影响,发现表面电荷和势垒层体陷阱浓度的变化对沟道电子的浓度影响较小,表面电荷浓度变化下的膝点电压的偏移和坍塌强度的大小与势垒层势阱能量的变化有着主要的关系.缓冲层有着比势垒层更强的局域作用,势垒层和缓冲层的体陷阱浓度在一定范围变化时的膝点电压偏移主要是由沟道电子浓度的变化而引起的,但偏移量却比表面电荷浓度变化的情况下小很多.势阱能量的变化是造成膝点电压偏移的重要原因,坍塌强度主要取决于势阱能量和沟道的电子浓度.
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2010, 59 (8): 5738-5742.
doi: 10.7498/aps.59.5738
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利用金属有机化合物气相沉积设备生长了不同盖层结构的InAs/GaAs量子点,采用原子力显微镜和光致发光光谱仪对量子点的结构和光学性质进行了研究.量子点层之间的盖层由一个低温层和一个高温层组成.对不同材料结构的低温盖层的对比研究表明,In组分渐变的InGaAs低温盖层有利于改善量子点均匀性、减少结合岛数目、提高光致发光强度;当组分渐变InGaAs低温盖层厚度由6.8 nm增加到12 nm,发光波长从1256.0 nm红移到1314.4 nm.另外,还对不同材料结构的高温盖层进行了对比分析,发现高温盖层采用In组分渐变的InGaAs材料有利于光致发光谱强度的提高.
2010, 59 (8): 5743-5748.
doi: 10.7498/aps.59.5743
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基于能量平衡条件,结合低温硅(LT-Si)剪切模量小于SiGe的实验结果,从螺位错形成模型出发,给出了基于LT-Si技术的赝晶SiGe应变弛豫机理.该机理指出,赝晶SiGe薄膜厚度小于位错形成临界厚度,可通过LT-Si缓冲层中形成位错释放应变;等于与大于临界厚度,位错在LT-Si层中优先形成,和文献报道中已观察到的实验结果相符合.同时,实验制备了基于LT-Si技术的弛豫Si0.8Ge0.2虚拟衬底材料.结果显示,位错被限制在LT-Si缓冲层中,弛豫度达到了85.09%,且在Si0.8Ge0.2中未观察到穿透位错,实验结果证实了赝晶Si0.8Ge0.2是通过在LT-Si缓冲层形成位错来释放应变的弛豫机理.
2010, 59 (8): 5749-5754.
doi: 10.7498/aps.59.5749
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实验采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了ZnS多晶薄膜,研究了沉积气压、退火温度和衬底温度对ZnS薄膜质量的影响.利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构,并计算了内应力值.通过紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱,计算了Urbach能量和禁带宽度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌.结果表明: 衬底温度为室温时沉积的ZnS薄膜具有较大的压应力,并且内应力值随着工作气压增大而增大,在300 ℃下进行退火处理后内应力松弛,衬底温度为350 ℃时制备的ZnS薄膜内应力小,透过率高,经300 ℃退火处理后结晶质量有所提高.
2010, 59 (8): 5755-5758.
doi: 10.7498/aps.59.5755
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研究了嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结阵列毫米波相干辐射的实验结果.相干辐射是通过约瑟夫森结阵列与基片(作为一个介质谐振器)和Fabry-Perot(FP)谐振器的共同作用实现的.由166个高温超导双晶约瑟夫森结串联阵列在77 K温度下产生的相干辐射,辐射峰的中心频率为75.84 GHz,功率大约为10 pW.
2010, 59 (8): 5759-5765.
doi: 10.7498/aps.59.5759
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通过对La0.3Ca0.7Mn1－xVxO3(x=0.05,0.10,0.134,0.20)体系的M-T曲线、ρ-T曲线、ESR谱的测量,研究了Mn位掺V对La0.3Ca0.7MnO3体系电荷序和自旋序的影响.结果表明,当0.05≤x≤0.134时, 体系存在电荷有序(CO)相,其自旋序随温度降低发生顺磁(PM)-电荷有序(CO)-反铁磁(AFM)变化.当x＝0.20时,CO相逐步融化,在40 K发生自旋玻璃转变,表现出再入型的自旋玻璃行为,低温下的基态存在着多种复杂的磁相互作用之间的竞争机理.
2010, 59 (8): 5766-5771.
doi: 10.7498/aps.59.5766
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在经典力学框架内和Seeger方程基础上,讨论了应变超晶格界面附近的位错动力学行为,指出了系统的非线性共振将导致位错的运动与堆积,并可能造成超晶格的分层或断裂.首先,引入阻尼项,在小振幅近似下,把描述一般位错运动的Seeger方程化为了超晶格系统的广义Duffing方程.利用多尺度法分析了系统的主共振、超共振和子共振,并找到了系统出现这三类共振的临界条件.结果表明,系统的临界条件与它的物理参数有关,只需适当调节这些参数就可以原则上避免共振的出现,保证了超晶格材料的完整性和性能的稳定性.
2010, 59 (8): 5772-5776.
doi: 10.7498/aps.59.5772
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利用sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Bi0.85Nd0.15FeO3薄膜.研究退火温度对其晶相形成的影响,发现在450 ℃退火时,Bi0.85Nd0.15FeO3晶相开始形成,但是结晶较差,而且存在杂相;在500—600 ℃退火可以获得单相Bi0.85Nd0.15FeO3薄膜,退火温度升高有利于其结晶.对600 ℃退火的Bi0.85Nd0.15FeO3薄膜的介电、铁电和电磁性能进行了测试.在测试频率为1 MHz时,其介电常数和介电损耗分别为145,0.032;饱和磁化强度大约为44.8 emu/cm3;剩余极化值(2Pr)大约是16.6 μC/cm2.
2010, 59 (8): 5777-5783.
doi: 10.7498/aps.59.5777
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表面织构是一种通过有效的光俘获增加短路电流从而提高太阳电池效率的主要途径之一.在加入间隙式超声和NaClO添加剂的碱性四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中对单晶硅表面进行织构化处理,研究超声与NaClO在织构过程中对金字塔成核和生长的影响,以及金字塔大小对高温工艺之后的单晶硅少子寿命的影响.研究表明,通过在织构溶液中加入间隙式超声控制气泡停留在硅片表面的时间和脱离硅片表面速度,增强了小尺寸金字塔的均匀分布.织构之后硅片在AM1.5G光谱下的加权平均反射率能够达到12.4%,在高温扩散和氧化之后少子寿命的大小与金字塔大小之间存在近似于指数衰减函数的关系.
2010, 59 (8): 5784-5790.
doi: 10.7498/aps.59.5784
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计算了简化的平行平板中的温度和热应力分布,根据光弹性理论得到了介质内部折射率的改变,采用矢量微分算法模拟光线在介质中传输的情况,预测了接收面上的光强分布和条纹形状,程序输出图形和作为对照的光弹性实验的结果符合良好,证明了上述分析方法和光传输计算的正确性,为进一步完善光学系统成像质量提供参考.
2010, 59 (8): 5791-5795.
doi: 10.7498/aps.59.5791
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研究了具有局域等离子共振特性的金纳米岛状结构阵列对高分子材料共混体系中激发复合体荧光发射特性的影响.实验结果表明,当粒子等离子共振发生在激发复合体荧光光谱区时,其荧光发射的强度得到了显著增强,且荧光寿命也得以延长.可以认为,粒子等离子共振诱发的局域场增加了激子的扩散距离,利于在相分离界面处激发复合体的形成.
2010, 59 (8): 5796-5802.
doi: 10.7498/aps.59.5796
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研究了混合形成体效应对掺铒碲酸盐玻璃热力学稳定性、1.53 μm发光特性和上转换发光强度的影响.通过拉曼光谱测试,分析了WO3,Nb2O5,GeO2等氧化物对Er3+离子配位场结构,以及对发光谱的非均匀展宽机理的作用.结果表明,通过掺杂适当声子能量的网络形成体氧化物,不但可获得热力学稳定性较好的玻璃,还可有效降低Er3+离子4I11/2能级的寿命,在抑制Er3+离子在可见光波段的上转换发光的同时不致劣化其在1.53 μm的发光特性.本文制得的碲酸盐玻璃具有较大的受激发射截面((9.64—10.96)×10-21cm2)和荧光半高宽(FWHM)(50—67 nm),热力学稳定性良好,是一种理想的掺Er3+宽带有源光纤用基质玻璃.
2010, 59 (8): 5803-5807.
doi: 10.7498/aps.59.5803
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采用熔融冷却法制备了系列Ho3+/Pr3+共掺的Ge25Ga10Se65玻璃样品,测试了样品的吸收光谱以及908 nm激光抽运下的中红外荧光光谱和Ho3+离子5I7能级寿命.计算了Ho3+:5I7→5I8发射截面和Pr3+:3H4→3F2吸收截面,讨论了Ho3+,Pr3+离子之间的能量转移效率及Pr3+离子浓度的影响.通过拟合Ho3+离子2.0 μm荧光衰减曲线判断能量转移机理.结果表明,Ho3+掺杂Ge25Ga10Se65玻璃中引入Pr3+离子可以有效提高Ho3+离子的2.9 μm荧光强度.
2010, 59 (8): 5808-5816.
doi: 10.7498/aps.59.5808
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用高温熔融法制备了相同质量百分比浓度4%Tm2O3掺杂浓度下(90-x)GeO2-xNb2O5-10Na2O(其中数字为摩尔百分比x=1,2,4,6,8)以及Tm2O3掺杂浓度分别为质量百分比1%,2%,3%,4%下86GeO2-4Nb2O5-10Na2O(其中数字为摩尔分数)系列玻璃.研究了Nb2O5组分对玻璃热稳定性,荧光强度和J-O参数的影响.应用Judd-Ofelt理论,计算了Tm3+离子在Nb2O5浓度不同时的J-O强度参数(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3+离子各激发态能级的自发跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Tm3+离子能级3F4→3H6(1.8 μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面.从获得的吸收截面、发射截面与离子掺杂浓度计算了1.8 μm荧光波段的增益截面曲线.在808 nm波长光的激发下,研究了Tm3+掺杂玻璃在1.47与1.8 μm附近的荧光特性.发现当Tm2O3掺杂浓度为质量百分比3%时,在1.8 μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂浓度的增大,其荧光强度反而降低;当Nb2O5摩尔分数含量大约在2%时,Tm3+在1.8 μm处的荧光强度最强.并讨论了Nb2O5组分变化对玻璃结构与光谱特性的影响情况.
2010, 59 (8): 5817-5822.
doi: 10.7498/aps.59.5817
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制备了结构为 ITO/CuPc/NPB/Alq3/LiF/Al 的有机发光二极管,并在300,260,220和180 K 四个温度测量了器件在恒压偏置下注入电流的磁场效应(磁电导效应).在注入电流从双极电流过渡到单极电流的过程中,随电流减小,器件的磁电导呈现先上升后下降的变化趋势.当温度降低,磁电导的值下降.但在任何测量条件下,器件的磁电导始终为正,没有出现如文献报道的磁电导从正到负的变化.实验结果表明,有机发光二极管中正负磁电导现象的产生,并非仅取决于注入电流是单极电流还是双极电流,它还与有机材料、器件结构等密切相关.利用受磁场调控的“电子-空穴对”机理与“双极化子”模型,分别解释了器件双极电流和单极电流的正磁电导效应.
2010, 59 (8): 5823-5827.
doi: 10.7498/aps.59.5823
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利用等离子体增强化学气相沉积法制备Si-rich SiNx/N-rich SiNy多层膜,分别使用热退火和激光辐照技术对多层膜进行退火,以构筑三维限制、尺寸可控、有序的硅纳米晶.实验结果表明,经退火后,纳米硅晶粒在Si-rich SiNx子层内形成,其尺寸可由Si-rich SiNx子层厚度调控.实验还发现,激光辐照技术相比于热退火能更有效地改善多层膜的微结构,提高多层膜的晶化率,以激光技术诱导晶化的Si-rich SiNx/N-rich SiNy多层膜作为有源层构建电致发光器件,在室温下观察到了增强的电致可见发光,并且发光效率较退火前提高了40%以上.
2010, 59 (8): 5828-5832.
doi: 10.7498/aps.59.5828
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在局域密度近似理论(LDA)和广义梯度近似理论(GGA)的基础上,用中性原子叠加的方法(ATSUP),理论上对亚铜的卤化物(CuF除外,因为它不是闪锌矿结构)及某些硼化物进行计算,计算结果与实验符合得很好;其次,计算了其他具有闪锌矿结构的众多晶体的正电子体寿命,得到的结果与其他文献计算的结果符合得较好,文中以CuCl晶体为例,给出了正电子在其中的势能分布,概率密度分布与湮没率分布;最后,这些系统性的正电子体寿命结果被拟合成晶格常数的函数,拟合结果与其他一些文献的结果做了比较.
2010, 59 (8): 5833-5838.
doi: 10.7498/aps.59.5833
摘要 +
研究了水热法合成的ZnS: Cu,Tm超细X射线发光粉及其光致发光(PL)和X射线激发发光(X-ray excited luminescence,XEL)光谱特性.200 ℃水热处理12 h直接合成样品的纳米晶粒径约15 nm,尺寸分布窄,分散性好,具有纯立方相的类球形结构.氩气保护下900 ℃退火1 h后的样品存在一定的团聚,但团聚后尺寸为200—600 nm,为超细X射线发光粉,此时样品为纯六方相的类球形为主的结构.所有样品的PL和XEL光谱均为宽带谱.水热法直接合成样品的XEL强度最强时,样品的Cu/Zn,Tm/Cu比值分别为3×10-4和2.在此比值条件下,900 ℃退火1 h样品的XEL发光最强,此时其两个峰值分别位于453,525 nm.发光强度增强的同时粒径很小,对提高成像系统分辨率非常有意义.通过比较PL光谱与XEL光谱特性,讨论了PL和XEL光谱的发光机理和其不同的激发机理.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2010, 59 (8): 5839-5844.
doi: 10.7498/aps.59.5839
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利用水热法制备了垂直于衬底的定向生长的ZnO纳米棒,利用扫描电子显微镜及光致发光的方法对其形貌及光学特性进行了表征,利用场发射性能测试装置对ZnO纳米棒的场发射性能进行了测试.结果表明:利用水热法在较低的温度(95 ℃) 下生长了具有较好形貌和结构的ZnO纳米棒,并表现出了较好的场发射特性,当电流密度为1 μA/cm2时,开启电场是2.8 V/μm,当电场为6.4 V/μm时,电流密度可以达到0.67 mA/cm2,场增强因子为3360.稳定性测试表明,在5 h内,4.5 V/μm的电场下,其波动不超过25%.将制备的ZnO纳米棒应用到有机/无机电致发光中,其中ZnO纳米棒为电子传输层,m-MTDATA(4,4',4″-tris{N,(3-methylphenyl)-N-phenylamino}-triphenylamine) 为空穴传输层,得到了ZnO的342 nm的紫外电致发光,此发光较ZnO纳米棒光致发光的紫外发射有约40 nm的蓝移.
2010, 59 (8): 5845-5850.
doi: 10.7498/aps.59.5845
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通过有限元仿真实验,定量地研究了有限方位扫描对反投影光声断层成像分辨率的影响,并且给出了有限方位扫描角与分辨率之间关系的经验公式.本文的研究结果对光声成像扫描轨迹设计、成像效果评估等具有参考价值.
2010, 59 (8): 5851-5856.
doi: 10.7498/aps.59.5851
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在一次阳极氧化法制备多孔氧化铝(anodized aluminum oxide,AAO)的基础上,进行了二次、三次、四次氧化制备AAO,并对多次氧化制备多孔AAO的电流变化曲线和模板表面的形貌特点等进行了比较分析.二次、三次、四次氧化制备的AAO纳米孔孔径依次增大、孔间距减小,而模板表面的纳米孔有序性分布没有明显变化.控制一次氧化AAO模板的除膜时间,～10 min即可得到孔径规则、高度有序的AAO膜.最后,利用所制备的不同孔深和孔径的AAO为模板,通过热纳米压印复制技术制备了长度和直径等性质可控的PMMA纳米柱阵列.
2010, 59 (8): 5857-5862.
doi: 10.7498/aps.59.5857
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采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术,从染料敏化太阳电池(DSC)电子传输和复合角度对比了不同光强下导电玻璃表面阻挡层及TiO2薄膜优化使电池性能改善的内在原因.阻挡层的引入和TiO2薄膜的优化均通过电沉积法实现.结果表明,对多孔薄膜电极的不同改性均提高了电池的短路电流Jsc和效率η,但对电子传输和复合过程的作用机理有所不同:前者延长了电子寿命τ n,但电子传输时间τ d变化不明显;而后者则主要是延长τ n的同时也缩短了τ d.
2010, 59 (8): 5863-5869.
doi: 10.7498/aps.59.5863
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应用基于自旋极化和广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)的密度泛函理论计算,研究了锂离子电池正极材料LiMn2O4 (001)表面原子和电子结构.发现表面和亚表面附近的原子在垂直于(001)面的方向上具有非常大的弛豫,这对LiMn2O4材料在锂离子电池中应用时发现的表面Mn的溶解现象有很大关联.由于表面效应,在LiMn2O4 (001) 表面只有三价Mn3+离子存在,而这些三价锰离子非常活跃,在该材料电极/电解液界面很容易发生歧化反应,从而加速了Mn的溶解.其他计算结果也和实验观察相符合.
2010, 59 (8): 5870-5879.
doi: 10.7498/aps.59.5870
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数字水印的鲁棒性是水印技术实用化的一个重要指标.与通过StirMark测试和各种仿真测试不同,定义互信息作为代价函数,建立水印系统鲁棒性描述和度量的一般模型.以扩频水印和量化水印为范例,推导出评测鲁棒性的互信息度量计算模型,并仿真分析了高斯噪声和JPEG压缩条件下互信息函数对鲁棒性的评估结果.实验以统计误比特率的方法计算图像DCT域中低频系数为载体的扩频水印误码率和一段音频数据三级小波细节系数为载体的量化水印误码率.互信息函数和误码率之间的匹配关系验证了互信息度量模型的有效性,互信息函数可以作为代价函数预测误码率的变化趋势.
2010, 59 (8): 5880-5887.
doi: 10.7498/aps.59.5880
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神经系统在外部刺激下会呈现出丰富的放电模式,针刺作为对穴位的机械作用可以等效为对神经系统的一种外部刺激,在针刺刺激下神经系统会产生不规则的电信号.由于神经系统是高度复杂的非线性动力学系统,神经电信号具有很强的非线性,所以本文设计了提插补法、提插泻法、捻转补法、捻转泻法等四种针刺手法的动物实验,获取针刺大鼠足三里穴位的脊髓背根神经束动作电位序列.采用峰峰间期的思想,应用非线性时间序列的方法分析此动作电位序列,通过计算Lyapunov指数、关联维数以及Lempel-Ziv复杂度等参数,提取神经电信号的非线性特征,得到不同针刺手法的神经电信息的编码;并证明了针刺作用下脊髓背根的神经电信号具有明显的混沌特性.
地球物理学、天文学和天体物理学
2010, 59 (8): 5888-5895.
doi: 10.7498/aps.59.5888
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地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题.本文利用在陇中黄土高原观测的陆面过程资料,分析了气候地表能量不闭合度和短期地表能量不闭合度的分布特征,研究了地表能量不闭合度与垂直速度之间的关系,发现地表能量不闭合与垂直速度具有很好的相关性.并且,估算了近地层垂直感热平流通量,分析了考虑垂直感热平流后的地表能量平衡的特征,发现引入垂直感热平流输送对地表能量不闭合度有明显的改进.
2010, 59 (8): 5896-5903.
doi: 10.7498/aps.59.5896
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基于百分位,研究了Lorenz系统极端事件的前兆信号分布特征及可预测性;利用前兆信号及接收器算子特征曲线(receiver operator characteristic curve,ROC曲线)对中国旱涝极端事件可预测性进行研究,得到了极端事件的可预测效果与序列的自相关性、极端事件的极端程度之间的关系.研究表明,无论是Lorenz系统分量序列还是Palmer干旱指数序列(Palmer drought severity index, PDSI),存在极端事件的可预测性随极端程度增强而增加的现象.同时对各区域极端旱涝事件前兆信号及可预测性进行分析,为中国旱涝极端事件的预测提供一定科学依据.
2010, 59 (8): 5904-5913.
doi: 10.7498/aps.59.5904
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哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,H-S)波前传感器的探测误差是自适应光学系统中的一个主要误差源.本文分析了电子倍增电荷耦合器件(electron multiplying charge-coupled devices,EMCCD)的各种噪声源对H-S波前传感器质心探测误差的影响,推导了基于EMCCD的H-S波前传感器的质心探测误差的数学表达式,并进行了数值仿真和实验研究.结果表明,基于EMCCD的H-S波前传感器的质心探测误差与增益直接相关,在增益小于Pmax/(Q·Nmean)时质心探测误差随着增益的增大而减小,在增益大于Pmax/(Q·Nmean)时质心探测误差随着增益的增大而增大,其中Pmax是EMCCD的峰值电荷,Q是量子效率,Nmean是平均入射光强.
2010, 59 (8): 5914-5920.
doi: 10.7498/aps.59.5914
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采用蒙特卡罗方法模拟了高空核爆炸瞬发辐射中子、γ射线、X射线电离大气的过程,给出了几种爆炸场景下瞬发辐射产生的附加电离电子密度空间分布.针对大气密度随高度非均匀连续变化的特性,采用质量距离抽样方法取代常用的步长抽样方法,无需根据大气密度随高度的变化进行分层处理,提高了计算效率.结果表明:对于不同的爆高,瞬发辐射电离分布存在显著的差异;随着爆高的增加,瞬发辐射附加电离区范围增大,但电子密度的峰值减小.
2010, 59 (8): 5921-5924.
doi: 10.7498/aps.59.5921
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研究了质量中微子在 Kasner 时空特殊情况下的传播相位和振荡特征长度,得到了中微子的零短程线相位是短程线相位一半的关系.当参数a=0时,Kasner 时空中的传播相位和史瓦希时空中的相同.这一问题的研究在宇宙学中是有意义的[1-3].
