Vol. 60, No. 3 (2011)
2011年02月05日
总论
2011, 60 (3): 030201.
doi: 10.7498/aps.60.030201
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研究相对运动动力学系统Nielsen方程的Lie对称性和Lie对称性直接导致的Hojman守恒量.在群的无限小变换下,给出相对运动动力学系统Nielsen方程Lie对称性的定义和判据;得到相对运动动力学系统Nielsen方程Lie对称性的确定方程以及Lie对称性直接导致的Hojman守恒量的表达式.举例说明结果的应用.
2011, 60 (3): 030202.
doi: 10.7498/aps.60.030202
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考察了同时具有通信时延和输入时延的多自主个体的耦合一致性问题.利用频域分析方法,分别得到了一阶和二阶耦合自主个体渐近达到一致的充分条件,该条件与输入时延、通信时延以及控制参数有关.仿真结果证明了结论的正确性.
2011, 60 (3): 030203.
doi: 10.7498/aps.60.030203
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研究了一类非线性尘埃等离子体孤波解. 首先构造一个变分迭代, 其次决定系统的初始近似, 最后通过变分迭代方法得到了对应模型的各次近似解.
2011, 60 (3): 030204.
doi: 10.7498/aps.60.030204
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研究了一类厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的时滞振子耦合系统. 利用时滞理论, 摄动等方法求出了ENSO模型解的渐近式,并讨论了相应问题的渐近性态.
2011, 60 (3): 030205.
doi: 10.7498/aps.60.030205
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运用重合度理论探讨了一类非线性问题的周期解的存在性.然后将其应用于一个厄尔尼诺-南方涛动时滞海气振子耦合模型周期解问题的研究,获得到了该模型存在周期解的新结果.
2011, 60 (3): 030206.
doi: 10.7498/aps.60.030206
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非线性系统的二维流形通常具有复杂几何结构和丰富动力学信息,因此在流形计算与可视化时存在大量的不可避免的数值计算.因此,如何高效地完成这些计算就成了关键问题.鉴于当今计算机的异构发展趋势(包含多核CPU和通用GPU),本文在兼顾精度和通用性的基础上,提出了适用于新一代计算平台的快速流形计算方法.本算法将计算任务分为轨道延伸和三角形生成两部分,前者运算量大而单一适合GPU完成,后者运算量小而复杂适合CPU执行.通过对Lorenz系统原点稳定流形的计算,表明本算法能充分发挥异构平台的综合性能,可大幅度提高计算速
2011, 60 (3): 030207.
doi: 10.7498/aps.60.030207
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本文利用同伦分析方法得到了Sinh-Gordon方程的近似解.在所得到的解中包含一个辅助参数,可以有效地控制级数解的收敛范围和收敛速度.
2011, 60 (3): 030301.
doi: 10.7498/aps.60.030301
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本文采用三维时域有限差分法(FDTD)和Maxwell应力张量法建立了单光镊在焦点附近俘获球形微粒的光阱力模型,采用基于球矢量波函数(VSWF)的五阶高斯光源作为仿真光源,得到了准确的光场传播.讨论了光源的波长、束腰、偏振态和微球的半径、折射率对光阱力的影响,分析了在单光镊俘获微球时,邻近微球对光阱力的影响.特别研究了光源的偏振态对微球所受光阱力的作用效果,仿真结果表明圆偏振光比线偏振光对微球的俘获力更大;被光镊稳定俘获的微球,会受到邻近微球干扰,失去平衡状态,改变光源的偏振态可以改变微球的受力状态.
2011, 60 (3): 030302.
doi: 10.7498/aps.60.030302
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在三模Fock空间中,本文构建了一种新的三模连续变量纠缠态,它构成了一个新的量子力学表象.该态可以利用非对称光束分离器和起偏器实现.态的纠缠性通过获得其相应的施密特分解得以说明.作为该表象的一个重要应用,利用它实现了单粒子态的量子隐态传输,给出了相应的传输方案.
2011, 60 (3): 030303.
doi: 10.7498/aps.60.030303
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研究了Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用对混合自旋(1/2,3/2)XY链以及自旋为1的XY链热纠缠的影响.通过计算两粒子之间的纠缠,发现它不仅能够增强纠缠,而且能使两粒子之间的纠缠度达到一稳定值;当温度较高时,要使热纠缠达到稳定值需要更强的这种相互作用.在相同的条件下,自旋s=1的两粒子之间的纠缠要小于混合自旋两粒子之间的纠缠.粒子之间的交换耦合相互作用有助于加强粒子之间的热纠缠,因此可以与DM相互作用一起调节纠缠度.当交换耦合相互作用比
2011, 60 (3): 030304.
doi: 10.7498/aps.60.030304
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单光子的衰减特性及其易受干扰的缺点限制了纯单光子量子系统的传输码率及距离.弱相干光脉冲(WCP)光源和准单光子源(HSPS)则具有更高的实用价值.本文将这两种光源和诱发态方案相结合并采用Lütkenhaus和Gottesman-Lo- Lütkenhaus-Preskill (GLLP)两种数据后处理方法进行性能分析.仿真结果表明:HSPS在传输距离上要优于WCP,对应相同传输距离时系统量子误码率(QBER)要小些,但相对密钥生成率低.
2011, 60 (3): 030305.
doi: 10.7498/aps.60.030305
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保密两方比较问题用于两方在不泄漏自己保密数值的前提下判断两数值的大小,但现有的解决方案无法对抗强大的量子攻击.设计了一个半诚实模型下的基于量子隐式模n+1加法保密两方量子比较协议,并且详细地分析了该协议的安全性.
2011, 60 (3): 030306.
doi: 10.7498/aps.60.030306
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本文针对X-Z型Pauli量子信道构建了一个量子稀疏图码的反馈式和积译码算法.相比较之前的基本和积算法,该反馈式译码策略利用了错误图样的比较, 稳定子中相关元素的值,特别的还根据信道的特征充分考虑了各变量所占错误的比重,并由此来调整信息节点的概率分布.该反馈式策略起到了经典译码中的软判决技术的作用,不但克服了对称简并问题带来的不利影响,更重要的是还给译码器提供了更多的有效信息,从而大大提高了译码器的纠错译码能力.另外,反馈式译码和积译码算法是基于GF(4)的,大大拓展了和积译码器关于量子译码
2011, 60 (3): 030307.
doi: 10.7498/aps.60.030307
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根据Thomas-Fermi近似,在基于最小动量态上玻色-爱因斯坦凝聚的前提下,研究了囚禁弱相互作用玻色气体势场的最优化问题.导出了指数吸引势阱中有效势场和粒子数极限判据,粒子数给定时,可由此判据求出所需势场强度;势场强度给定时,可由此判据求出粒子数极限.根据吸引相互作用系统的稳定性以及求出的排斥相互作用的最大粒子数极限,结合有效势场判据,分别给出了囚禁吸引和排斥相互作用玻色气体时,势场强度的最佳取值范围.
2011, 60 (3): 030308.
doi: 10.7498/aps.60.030308
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针对交流激励下电阻-电容分路的约瑟夫森结,采用增量谐波平衡法推导了系统中周期解的解析表达式,并运用Floquet理论分析了周期解的稳定性.发现系统处于稳定周期状态的同时,还存在着丰富的不稳定周期解.通过计算Floquet乘数,得到了系统稳定周期解失稳时的临界参数值,并确定了系统发生的分岔类型,从理论上证明了系统随激励电流幅值的增加由倍周期分岔通向混沌.解析分析与数值计算结果具有很好的一致性.
2011, 60 (3): 030501.
doi: 10.7498/aps.60.030501
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通过考虑某些不应态也可以被激发,在离散可激发介质Greenberg-Hasting模型中引入早期后去极化行为,研究了早期后去极化对螺旋波的影响.数值结果表明:在适当选择参数下,早期后去极化对螺旋波有很大影响,这些影响包括使螺旋波漫游、漂移和破碎,导致螺旋波波纹被扭曲和波臂粗细交替变化,以及导致螺旋波的周期在两个值之间交替变化,产生从稳定螺旋波到呼吸螺旋波和反螺旋波的相变等.当不应态的激发阈值很高时,早期后去极化对螺旋波没有影响.对发生上述现象作了简要的讨论.
2011, 60 (3): 030502.
doi: 10.7498/aps.60.030502
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提出利用Logistic混沌映射调制Unified混沌系统的参数,构建Logistic-Unified(LU)混杂混沌系统的思想.在Logistic混沌映射产生的随机数值的调制下,Unified混沌系统的参数随机变化,控制LU混杂混沌系统在广义Lorenz系统、Lü系统和广义Chen系统间随机切换,产生极其复杂的混沌信号.用数字信号处理(DSP)芯片对LU混杂混沌系统进行硬件实现,硬件实验与数值仿真结果一致,证明了理论分析的正确性.
2011, 60 (3): 030503.
doi: 10.7498/aps.60.030503
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通过对蔡氏电路的研究,提出了一种新的混沌系统,并对该系统的基本动力学特性进行了深入研究,得到该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数,给出了相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射以及功率谱等.利用OrCAD-PSpice软件设计了该新混沌系统的振荡电路并进行了仿真实验.研究结果表明,该系统与蔡氏电路产生的混沌吸引子并不拓扑等价,且该系统的参数变化范围较大,最大Lyapunov指数接近1,数值仿真和电路系统实验仿真具有很好的一致性,证实了该系统的存在性和物理上可实现性.
2011, 60 (3): 030504.
doi: 10.7498/aps.60.030504
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以超混沌Chen系统和超混沌Lorenz系统为例,研究了慢时变参数超混沌系统的反同步问题.首先利用主动控制的思想,消去超混沌系统中的非线性部分,然后基于Lyapunov稳定性理论,合理地选取参数自适应控制律,很好的解决了时变参数的参数摄动问题,从而实现了两个超混沌系统的反同步.在此基础之上,又进一步研究了分数阶超混沌系统,使用滑模控制方法对其进行控制,理论上分析了该方法的可行性.数值模拟实验进一步验证了所提出方法的有效性.
2011, 60 (3): 030505.
doi: 10.7498/aps.60.030505
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在系统参数未知的情形下,观测器方法和自适应方法相结合,实现了一类受扰混沌系统的同步.借助于Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理,给出了观测器的设计方法.此方法约束条件较少,适应于大部分常见的混沌系统.最后,通过对典型混沌系统的同步数值仿真,证实了方法的有效性和正确性.
2011, 60 (3): 030506.
doi: 10.7498/aps.60.030506
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提出了一种实现加权网络时空混沌投影同步的方法.通过构造合适的Lyapunov函数,确定了加权网络中连接节点之间耦合函数的结构以及网络节点状态方程中分离配置的线性项的系数矩阵的取值范围.以Bragg声光双稳系统作为局域函数,单向耦合映像格子作为空间扩展系统构成激光时空混沌模型.通过仿真模拟检验了采用激光时空混沌模型作为网络节点的加权网络的投影同步效果.结果显示,对于任意的节点之间耦合强度的权重值,加权网络的投影同步均可以实现.
2011, 60 (3): 030507.
doi: 10.7498/aps.60.030507
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多元醇在一定温度下发生固—固相变,大量文献都报道了它们的固—固相变焓、相变温度以及相图,并认为相变焓与氢键有关.本文以IR 光谱测试结果以及量热实验结果为基础,定量探讨了NPG(neopentylglycol),PG(pentaglycerino),PE(pentaerythritol)的固—固相变焓与氢键的关系,进一步解释了相变的机理:NPG,PG,PE分子在发生固—固相变前,—OH形成分子间氢键,分子具有层状结构.相变后,NPG,PG,PE分子沿着层面移动,移动过程中部分氢键断裂,分子发生相变时所吸收
2011, 60 (3): 030701.
doi: 10.7498/aps.60.030701
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针对一类受扰不确定离散非线性混沌系统,提出了基于免疫动态微粒群优化策略的ADRC与CMAC神经网络并行控制方法(ADRC-CMAC).ADRC控制器抑制系统扰动,保证系统的稳定性;CMAC神经网络控制器实现前馈控制保证系统的控制精度和响应速度.利用动态免疫微粒群算法对ADRC-CMAC并行控制器参数进行全局优化.实验结果表明该控制方法具有较快系统的响应速度,较好的抗干扰能力,控制精度高.
2011, 60 (3): 030702.
doi: 10.7498/aps.60.030702
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设计了一种基于半导体热电子效应的0.14 THz高功率脉冲探测器.首先根据探测器的结构特点,分析了探测器的工作原理,并推导了探测器的相对灵敏度表达式.接着采用三维电磁场时域有限差分法,模拟计算了探测器的电压驻波比和线性区的相对灵敏度.在优化的结构参数下,探测器在0.14 THz波段的电压驻波比不大于1.3,相对灵敏度约为0.6 kW-1,且在0.13—0.16 THz频带内波动不超过10%.然后讨论了焦耳热效应对探测器的影响,考察了太赫兹脉冲宽度与输出电压变化率的关系.最后对探测器的
基本粒子物理学与场
2011, 60 (3): 031101.
doi: 10.7498/aps.60.031101
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本文以反铁磁海森伯模型为对象,设想了一个相互作用在t=0时刻开启的非平衡体系.在低温近似下,本文利用重整化群流方程方法讨论了该体系可观测量随时间的演化趋势.本文根据此类体系的特点,给出了获得算符时间演化形式的路径,并成功将其应用于本文所讨论的模型中.其中,本文着重介绍了如何在非平衡自旋体系中应用流方程方法,并利用该方法得到了随时间演化的基态磁化强度,同时论证了该方法处理此类系统的有效性.同时,在与平衡体系基态磁化强度的对比中,发现非平衡可观测量随时间震荡而无法收敛,这一点有别于相互作用突然开
核物理学
2011, 60 (3): 032801.
doi: 10.7498/aps.60.032801
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放射性气体的安全性问题是涉及反应堆运行中必需研究的重要问题.因此在钚气溶胶环境中,对钚材料裂变产生的放射性气体裂变产物,需要研究其在钚气溶胶环境中的迁移过程.对放射性惰性气体Kr87,Kr88的实验测量数据进行了具体分析.依据它们具有钚材料直接裂变和作为固体裂变产物子体两种来源这一物理特性,在不同的制样时间对Kr87/Kr88比值变化规律进行分析.确立了这两种来源的在钚气溶胶环境中的物理图像和迁移过程的物理模型,并与实验数据进行比较以验证模型的正确性.
2011, 60 (3): 032802.
doi: 10.7498/aps.60.032802
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本文采用分子动力学方法模拟在常温常压下(1 atm,298 K)和在压水堆环境下(155 atm,626 K),水分子数为256,联氨(N2H4)分子数为0,25,50,75等不同数目时,水和联氨粒子系统的动力性质和微观结构.同时探讨了联氨分子的引入对水中溶解氧的影响.从模拟结果可知,在常温常压下,当联氨的分子数为0,25,50,75时,粒子系统的均方位移会随联氨分子数的增加而增加;联氨分子数为0与为25,50,75比较时会少一个数量级;压水堆环境下,联氨分子数
2011, 60 (3): 032901.
doi: 10.7498/aps.60.032901
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本文利用252Cf快裂变室和多参数数据采集系统,逐事例的同时记录了自发裂变中子和瞬发伽马的飞行时间(TOF),脉冲形状甄别(PSD)和反冲能量(RE,裂变中子是通过测量反冲质子;瞬发伽马是通过测量康普顿反冲电子)三维信息.详细介绍了通过离线数据分析完全扣除三维信息中的伽马事例贡献,以获得Φ50.8 mm×50.8 mm的BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数的方法.在不通过探测器响应函数进行数据转换的条件下,利用中子的能量直接确定了中子的有效测量阈值.得到的中子
原子和分子物理学
2011, 60 (3): 033101.
doi: 10.7498/aps.60.033101
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采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Au n Sc3(n=1—7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明,与纯金团簇相比,AunSc3 较早出现了立体结构,三角双锥结构的Au2Sc3是AunSc3(n>2)团簇生长的基元;Sc原子的掺杂提高了增强了Au
2011, 60 (3): 033201.
doi: 10.7498/aps.60.033201
摘要 +
基于半经典理论,分析了中性钠原子在激光驻波场中的受力特征,以此为基础分别对不同纵向运动速度和横向运动速度条件下中性钠原子的运动轨迹进行了仿真运算,得到了不同速度条件下中性钠原子的运动轨迹特征,基于累计算法进一步对不同速度条件下中性钠原子的沉积特性进行了仿真,当钠原子的纵向运动速度符合最可及速度(740 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为2.78 nm,条纹对比度为38.5 ∶1,当纵向运动速度偏离最可及速度(350 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为29.1 nm,其对比度下降为15 ∶1.而当中性钠原子
2011, 60 (3): 033202.
doi: 10.7498/aps.60.033202
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采用多周期800 nm激光组合它的27次谐波脉冲生成超短、宽频的孤立阿秒脉冲.研究表明,脉宽为1 fs的27次谐波脉冲可以有效地控制电子动力学过程.将其加入到单色激光场的特定时域,可以控制电离概率在半个光学周期内迅速提升,使得谐波的转化效率相对于单色场情形增强4个数量级,并实现单一的短量子路径选择,出现频宽为108 eV的超连续辐射谱,叠加该连续谱140次到210次谐波获得了脉宽为39as的强、短孤立脉冲.与文献[7]中采用5 fs/800 nm激光附加紫外阿秒脉冲的方法相比,该方案生成的连续谱频带增宽一
2011, 60 (3): 033203.
doi: 10.7498/aps.60.033203
摘要 +
利用强场近似理论,研究了在长波红外激光场(波长800—2000 nm)驱动下氢原子产生的高次谐波,分析了在截止位置附近高次谐波的转换效率随激光波长的变化规律.发现在截止位置附近原子发射高次谐波的转换效率比平台区域的转换效率低,但获得的阿秒脉冲的宽度会随波长的增大而缩短.
2011, 60 (3): 033301.
doi: 10.7498/aps.60.033301
摘要 +
本文用拉曼峰强求得时间分辨键极化率的方法,分析了哒嗪分子在银电极上的表面增强拉曼谱图.哒嗪分子在不同电位下的键极化率和其弛豫特征时间,显示该分子的吸附点为两个氮原子,以及该分子体系的电荷转移机制机理,包括共轭的效应.对于具有良好拉曼谱图的体系,这个方法具有普适性.
2011, 60 (3): 033401.
doi: 10.7498/aps.60.033401
摘要 +
根据量子力学和分子运动学理论,采用稀有气体的ab initio势能,分别计算了氦-4、氖、氩、氪和氙纯质在低密度时的热物理性质,包括第二维里系数,热扩散系数和热扩散因子,计算的温度范围为50—5000 K.预测结果具有较高的精度,与采用经验势能的计算结果相比,本文结果更接近实验数据和REFPROP 8.0的标准值,为相关的科学研究和工程应用提供了所需的基础数据.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
2011, 60 (3): 034101.
doi: 10.7498/aps.60.034101
摘要 +
提出了一种新型二维左手材料结构单元,该结构由介质板及其两侧放置的两个反向对称的Z形金属条组成.在电磁波垂直于介质板和平行于介质板入射两种情况下,这种结构单元于X波段均表现出左手通带特性.通过模拟仿真,提取等效电磁参数,建立等效磁谐振电路模型,分析验证了该结构的左手特性.并将双Z形结构与相似的工字形结构相比较,发现在电磁波垂直入射时两种结构均出现相似的左手通带,而在电磁波平行入射时,只有双Z形结构实现了双负特性.结果表明这种双Z形左手单元结构具有更优越的电磁波入射适应特性,即实现了双入射型左手结构单元.
2011, 60 (3): 034102.
doi: 10.7498/aps.60.034102
摘要 +
基于Desanto的谱表示法,采用数值和近似算法相结合的混合算法对一维粗糙面的重构问题进行了研究.对于正问题,采用数值算法——矩量法(MOM)得到一维粗糙面的相关散射数据,对于逆问题,考虑不同粗糙度的粗糙面,分别采用两种近似算法——微扰近似(SPA)、基尔霍夫近似(KA)与矩量法的混合算法,对粗糙面轮廓进行了重构;数值结果以高斯粗糙面为例,给出了混合算法对不同粗糙度粗糙面的重构算例,并进行了数据比较和分析.
2011, 60 (3): 034201.
doi: 10.7498/aps.60.034201
摘要 +
基于反应磁控溅射Al2O3薄膜的紫外可见近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了Al2O3薄膜在2001100 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现反应磁控溅射Al2O3薄膜具有高折射率(1.556 1.76,测试波长为550 nm)、低吸收和直接能量带隙(3.914.20 eV)等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定反应磁控溅射Al2O3薄膜光学常数方面的可靠性.
2011, 60 (3): 034202.
doi: 10.7498/aps.60.034202
摘要 +
本文提出了以位相抽取为基础的三维信息加密算法.构造由纯振幅和纯位相物体组成的简单三维信息作为加密对象.先用标量衍射理论计算其复振幅并抽取相位分布,再结合双随机位相编码完成加密.解密算法为上述算法的逆过程.计算机模拟结果证实了该算法的有效性、鲁棒性和安全性,并揭示了位相抽取算法用于加密更大信息量三维信息的潜力.
2011, 60 (3): 034203.
doi: 10.7498/aps.60.034203
摘要 +
针对在一幅载体图像中隐藏三维目标序列图像的问题,本文利用主分量分析法获取三维目标的本征图像,将本征图像的小波域系数嵌入到载体图像的小波域系数中,利用分解系数和提取得到的本征图像重构出三维目标的系列图像.本文所提出的方法不是直接存储目标图像,而是存储能够反映三维目标特征的一组本征图像.研究结果表明,该方法有效地将三维目标的特征隐藏在了载体图像中,隐藏信息量大.
2011, 60 (3): 034204.
doi: 10.7498/aps.60.034204
摘要 +
彩色数字全息研究中,用球面波为重建波及角谱衍射公式进行波前重建是一种有效的方法.然而,重建图像上通常伴有强烈的零级衍射干扰.本文通过理论分析,对波前重建过程作了重要改进.用改进后的方法进行彩色数字全息的实验研究表明,重建彩色图像的质量获得显著改善.
2011, 60 (3): 034205.
doi: 10.7498/aps.60.034205
摘要 +
本文从理论上讨论了运用动态的腔环境实现对处于激发态的两能级原子自发辐射过程的调控.研究发现,周期性地改变与原子相互作用的腔环境导致电磁模式之间相互作用,产生电磁模式密度重新分配,并使得原子与腔环境之间的能量交换的频率以及能量耗散的速度发生改变;当腔环境的变化频率和原子、环境之间交换能量的过程保持相对一致时可以实现稳定的相干性演化,衰减效应受到显著的抑制,进而可以通过环境变化操纵相干态的演化.
2011, 60 (3): 034206.
doi: 10.7498/aps.60.034206
摘要 +
基于微纳机械技术设计得到了可调谐垂直腔面发射激光器结构,将具有Al0.8Ga0.2As牺牲层结构的DBR反射镜制备成微纳光机电系统,并与多量子阱有源区光纵向耦合结构相结合.其中,微纳光机电DBR结构不再是简单的分布布拉格反射镜,而是对光波具有高调制作用的可动微纳机械反射镜系统,并在静电力作用下可以动态调谐VCSEL谐振腔的激射波长.实验结果显示,当激光器调谐电压从0 V增加到7 V时,对应激射波长将从968.8 nm蓝移到950 nm,整个调谐范围达到了18.8
2011, 60 (3): 034207.
doi: 10.7498/aps.60.034207
摘要 +
活体人眼共焦扫描成像系统的分辨率受到人眼像差、数值孔径和探测针孔尺度的限制,本文设计了一套超分辨活体人眼视网膜共焦扫描系统,采用自适应光学技术探测并校正人眼像差,结合光学超分辨技术提高系统分辨率,补偿有限尺度针孔对分辨率的影响,并获得活体人眼的实时、高分辨图像.
2011, 60 (3): 034208.
doi: 10.7498/aps.60.034208
摘要 +
本文提出了选用混合介质优化介质和控制其SBS特性的方案.分析了全氟碳化合物系列液体介质具有良好互溶性的缘故,数值模拟了HT-230/FC-72混合介质的增益系数、声子寿命和布里渊频移随混合比的变化曲线.在Countinuum Nd:YAG种子注入激光系统中测定了HT-230/FC-72混合介质的吸收系数和光学击穿阈值随混合比的变化,并实验研究了混合介质的能量反射率和Stokes光脉冲波形随混合比的变化.通过选用混合介质不仅优化介质,而且在一定范围之内可控制其SBS特性.
2011, 60 (3): 034209.
doi: 10.7498/aps.60.034209
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采用纳米球蚀刻法制备了Au纳米颗粒阵列.并通过扫描电子显微镜观测了其表面形貌,表明三角形的Au纳米颗粒呈阵列状分布.采用Z扫描方法(800 nm, 50 fs)测量了Au纳米颗粒阵列的三阶非线性光学特性.在较小的激发功率下,结果呈现出双光子吸收效应,随着激发功率不断增加,出现了双光子吸收饱和的过程;非线性折射则呈现出自散焦效应.这种高效率的非线性响应机理使得该种Au纳米颗粒阵列在高速全光开关中有潜在的应用价值.
2011, 60 (3): 034210.
doi: 10.7498/aps.60.034210
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针对差频产生太赫兹(THz)辐射转换效率低的缺点,提出了级联差频的新机理以提高转换效率,并以ZnTe晶体为例,对级联差频产生THz辐射的原理和过程进行了理论研究.通过对级联差频耦合波方程组的求解,得出了ZnTe晶体中级联差频的最佳抽运条件和ZnTe晶体的最佳长度,并且分析了晶体吸收、波矢失配及抽运强度对级联差频的影响.计算结果表明,通过级联差频可以大大提高THz波的转换效率,其光子转换效率甚至可以超过Manley-Rowe关系的限制.
2011, 60 (3): 034211.
doi: 10.7498/aps.60.034211
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利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型,根据不共面对称斜入射(1+2)维空间光孤子相互作用的解析解讨论了短程作用的情况.由能量守恒和动量守恒发现,这样的孤子在传输过程中其质心轨迹随着光束之间存在相位差而发生偏转.给出了最佳相位差,即以该相位差入射可以使光束质心偏转达到最大,使得在强非局域介质中通过调节相位差对三维光孤子实现全光控制成为可能.不同的振幅比对质心偏转也有影响.数值模拟了(1+2)维光孤子传输过程中坡印廷矢量(能流密度),分析了光孤子在传输过程中的坡印廷矢量变化,揭开了三维空间光孤子围绕
2011, 60 (3): 034212.
doi: 10.7498/aps.60.034212
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对外加电场光折变有机聚合物串联回路中独立空间孤子对进行了理论研究,导出了在光折变有机聚合物串联回路中两光束传播的耦合方程,证明了串联回路中存在暗-暗、明-暗和明-明三种独立空间孤子对.在光束的空间展宽远小于有机聚合物宽度的极限条件下,暗-暗孤子对之间孤子入射光强的改变可相互影响到对方的包络和动态演化.对于明-暗孤子对,暗孤子通过光电流能影响明孤子,但明孤子不能影响暗孤子.明-明孤子对之间没有影响.
2011, 60 (3): 034213.
doi: 10.7498/aps.60.034213
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本文研究了掺入各向同性周期性介质层缺陷的一维复合周期胆甾型液晶光子晶体的禁带特性.发现同一般的胆甾型液晶不同,复合介质-液晶周期结构对左旋偏振入射光和右旋入射光都会出现共同禁带.当各向同性介质层占一个周期的厚度比例越小,左旋偏振光的禁带效应逐渐消失,而右旋偏振光的禁带则逐渐合并变大;且各向同性介质的折射率越大,则两种偏振光的禁带效应越明显,更容易出现共同禁带;通过调整厚度比,可以在可见光范围内出现对应红、绿、蓝色波长的禁带,从而可以用于液晶显示的反射式彩色滤光片.
2011, 60 (3): 034214.
doi: 10.7498/aps.60.034214
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研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响.研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填
2011, 60 (3): 034215.
doi: 10.7498/aps.60.034215
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新近提出的光学色散元件"之"字形光栅具有优越的衍射特征,在光谱测量和分析中具有重要的应用价值.本文基于卷积定理,采用一种新的数值计算方法对应用于X射线波段的"之"字形光栅的衍射模式进行了模拟计算,并将其衍射模式与传统光栅以及正弦光栅的衍射模式进行了比对研究,结果表明:"之"字形光栅可以将高级衍射抑制到低于一级衍射四个量级的水平,具有比传统光栅优越得多的衍射模式,与理论预期结果一致.在此基础上,又分析了实际应用过程中吸收体对X射线的吸收情况给"之"字形光栅衍射模式带来的影响,最终证实了"之"字形光栅具有较强
2011, 60 (3): 034216.
doi: 10.7498/aps.60.034216
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透射光栅广泛应用于软X射线能谱测量.为了获得用于惯性约束聚变研究的透射光栅的各级衍射效率及其他参数,在北京同步辐射源上200—1600 eV能量范围内对其进行了标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果.扩展了透射光栅衍射效率的计算方法,提出了7边准梯形截面衍射效率计算模型.分析拟合了实验数据,理论结果与实验结果很好符合.得到了7边准梯形的透射光栅栅线截面结构.
2011, 60 (3): 034217.
doi: 10.7498/aps.60.034217
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设计了一种中红外硫系玻璃双芯光子晶体光纤,利用多极法和模式耦合基本理论研究了这种光纤的耦合特性.数值模拟发现,空气孔间距Λ = 5.4 μm,空气孔半径为r = 1.35 μm,空气填充率d/Λ = 0.5的光纤,在归一化波长λ/Λ = 2.04 μm处双折射可以达到0.551×10-2,在归一化波长λ/Λ = 0.93 μm处x偏振方向的耦合长度为145.32 μm,y偏振方向的耦合长
2011, 60 (3): 034218.
doi: 10.7498/aps.60.034218
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使用新型的特殊整流罩窗口可以明显地提升飞行器的空气动力学性能,但由于这种共形窗口光学表面的复杂性,传统的非球面检测技术已经较难满足要求.本文提出了一种新型子孔径拼接检测技术,在建立新的检测原理基础上,还重点介绍了这种检测方法的设计.同时基于补偿法的原理,文中还针对一个口径70 mm的共形窗口,设计了相应的特殊补偿器,其最终剩余波像差(RMS)为0.0515λ(λ=632.8 nm),可以满足实际使用要求.
2011, 60 (3): 034301.
doi: 10.7498/aps.60.034301
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利用一维固-固结构圆柱声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在其中各个模式满足的关系式,利用它研究了弹性波各模式的特性.并利用转移矩阵研究了弹性波的传输特性随模式量子数和圆柱半径的变化规律.得出了一些一维固-固结构圆柱声子晶体的新特征,即弹性波的传输特性由模式量子数和圆柱半径决定.
2011, 60 (3): 034302.
doi: 10.7498/aps.60.034302
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本文设计了一种能够对机械波进行吸收的超材料梁,超材料梁由若干质量-弹簧微结构系统和一根各向同性梁构成.通过对两种不同结构的质量-弹簧系统的分析,从理论上解释了"负有效质量"和"负有效刚度".根据Hamilton原理,导出了超材料梁的代表性胞元的控制方程.通过数值模拟分析了两种不同结构的有限超材料梁对机械波的吸收性能,一种是弹性系数线性变化的质量-弹簧系统在有限梁内均匀分布,另一种是由固有频率线性变化的弹簧-阻尼器子系统构成四个相同吸收器子群在有限梁内均匀分布.模拟结果表明,进入梁中的机械波与质量-弹簧振子
2011, 60 (3): 034501.
doi: 10.7498/aps.60.034501
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采用辛几何算法对广义力具有广义势的特殊Chaplygin系统的动力学性质进行数值研究,并和传统的Runge-Kutta算法进行比较,得出辛几何算法在这类非完整力学系统的计算中具有优越性.
2011, 60 (3): 034502.
doi: 10.7498/aps.60.034502
摘要 +
本文采用离散元方法,研究了双轴压缩的颗粒体系在刚性边界约束下,局部剪切带的形成和发展过程,注重分析了细观的体积分数、配位数、颗粒旋转角度等参数以及力链结构形态的演变.并从颗粒体系jamming 相图中J点附近的边壁压强和配位数随体积分数的标度规律出发,分析了剪切带内外的体积分数和配位数的变化.结果表明:剪切带形成于颗粒体系的塑性变形开始阶段,此时体系发生剪胀,颗粒体积分数减小,颗粒体系抵抗旋转的能力降低,开始出现细小剪切带,随着轴向应变的继续,细小剪切带发生连接,最终导致贯穿性优势剪切带形成
2011, 60 (3): 034701.
doi: 10.7498/aps.60.034701
摘要 +
本文采用热线风速仪测量了出口雷诺数为Re (≡ Ujd/ν) = 20100的圆形射流的中心线轴向速度,其中Uj为动量平均出口速度,d为喷嘴出口直径,ν为运动黏性系数.在有效去除热线测量数据中的高频噪声后,作者对射流中心线上小尺度湍流统计量的变化规律进行了系统的分析.研究发现,射流在经过一定距离的发展后,其小尺度统计量逐渐进入自相似状态,湍动能平均耗散率ε随下游距离的增加以指数形
气体、等离子体和放电物理
2011, 60 (3): 035201.
doi: 10.7498/aps.60.035201
摘要 +
理论分析了影响相对论速调管放大器(RKA)输出微波相位的相关因素,同时采用粒子模拟程序分析了RKA输出微波相位随电压、束流、电子束尺寸、电子束前沿和延迟时间等电子束参数以及腔体和漂移管长度等几何参数的变化,另外还开展了RKA相位特性的初步实验研究. 研究结果表明,电压、束流和电子束尺寸的改变,会造成RKA相移的改变,引导磁场、电子束前沿和延迟时间以及注入微波功率在适当范围内改变不会造成明显的RKA相移改变. RKA的相位灵敏度为2.6°,相位抖动小于20°.
2011, 60 (3): 035202.
doi: 10.7498/aps.60.035202
摘要 +
本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响.
2011, 60 (3): 035203.
doi: 10.7498/aps.60.035203
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滑动弧等离子体的电弧温度场、电场和导电区域尺寸是确定电子温度、电子密度、化学反应速率以及能量效率的重要参数.对气流量为1.43 L/min和6.42 L/min时50 Hz交流滑动弧放电的电参数进行了测量;用瞬态的电弧模型描述滑动弧的能量传递,并用近似的介质电导率和热扩散系数对模型进行简化,解决了由于电弧结构变化所导致的移动边界问题;模拟求得等离子体的电弧结构、电场强度和动态温度场等参数的演化.其中,电弧电场的模拟值与实验值基本符合,计算得到电弧轴心温度可以达到5700—6700 K.研究结果表明,气流直
凝聚物质：结构、力学和热学性质
2011, 60 (3): 036101.
doi: 10.7498/aps.60.036101
摘要 +
通过全谱拟合法对碳纤维制备过程中不同阶段纤维的XRD谱图进行处理,得到不同阶段纤维的微观结构参数,研究了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备过程中晶态结构的演变.全谱拟合法基于晶体衍射的严格物理理论,拟合目标为整个衍射谱,并不是个别衍射峰,所得结果具有更高的可信度.研究结果表明:PAN原丝中的高分子链沿纤维轴高度取向,表观晶粒尺寸为6.5 nm左右;经过预氧化处理,纤维中的有序结构遭到破坏,表观晶粒尺寸锐减.纤维中逐渐形成梯形结构并沿纤维轴取向,从而形成新的有序结构;经过碳化处理后,环状梯形结构转变为碳的层状结
2011, 60 (3): 036102.
doi: 10.7498/aps.60.036102
摘要 +
通过原位自由基聚合方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及含镓(Ga)质量分数为11.3%和13.5%的PMMA/Ga纳米复合材料.在玻璃化转变温度及以上温区,利用能量耗散技术研究PMMA/Ga纳米复合物的动力学弛豫行为,发现随着Ga含量的增加,复合物的α弛豫峰移向高温但峰高降低.此外,还定量研究了Ga含量对PMMA/Ga复合物的α' 弛豫的影响,并作出了相应的解释.
2011, 60 (3): 036103.
doi: 10.7498/aps.60.036103
摘要 +
利用金辅助金属有机化学气相沉淀法(MOCVD)在GaAs(111)B衬底上分别制备了InAs/GaAs和InAs/In x Ga1-xAs/GaAs(0≤x≤1)纳米线异质结构.实验结果显示,直接生长在GaAs纳米线上的InAs纳米线生长方向杂乱或者沿着GaAs纳米线侧壁向衬底方向生长,生长的含有In x Ga1-xAs组分渐变缓冲段的InAs/In x Ga1-x
2011, 60 (3): 036104.
doi: 10.7498/aps.60.036104
摘要 +
利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究边缘为Armchair型带状碳单层与石墨基底的相互作用,结果发现,其间的相互作用导致双方发生变形,带状碳单层的禁带宽度较其独立存在时有所减小,但石墨基底的作用并不改变其能带结构的基本特征.
2011, 60 (3): 036105.
doi: 10.7498/aps.60.036105
摘要 +
本文报道了高压烧结透明低阻ZnO陶瓷的过程,解决了常压下烧结ZnO高阻不透明的问题.在5 GPa,800℃下获得了最佳光电性能的低阻透明ZnO陶瓷,其透过率为49%左右,电阻率为0.57 Ω ·cm,禁带宽度为3.31 eV,载流子浓度为8.36×1017 cm-3,迁移率为23 cm2 ·V-1 ·s-1,良好的n型导电性来自于Zni和Vo
2011, 60 (3): 036106.
doi: 10.7498/aps.60.036106
摘要 +
本文从FPGA器件内部最基本的CMOS单元出发,分析了器件功能失效时反相器输出波形随累积剂量的变化关系,进而研究Altera SRAM型FPGA器件60Co γ射线辐照后的总剂量辐射损伤效应.实验结果表明:由于场氧漏电和结构漏电的影响,随着累积剂量的增加输出波形发生畸变,峰峰值变为原来的十分之一左右,但输出波形还有相对的高低电平;同时,输出高电平不能保持原有的状态,迅速地向低电平转换,并且转换速度随着累积剂量的增加而加快,输出低电平相对初始值有一定程度抬高;由于栅氧厚度变薄,输出波形
2011, 60 (3): 036107.
doi: 10.7498/aps.60.036107
摘要 +
利用直流磁控反应溅射技术在玻璃衬底上沉积了单相Ag2O薄膜,并采用真空热退火对单相Ag2O薄膜在不同热退火温度 (T A) 下进行了1 h热处理.利用X射线衍射谱、扫描电子显微镜和分光光度计研究了 T A对单相Ag2O薄膜微结构和光学性质的影响.研究结果表明, TA= 300 ℃ 时Ag2O薄膜中开始出现Ag纳米颗粒,且随着 T A的升高薄膜中Ag的含量
2011, 60 (3): 036301.
doi: 10.7498/aps.60.036301
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,计算了不同嵌锂态LixFePO4(x=0,0.75,1.0)的电子结构. 对于橄榄石型LixFePO4正极材料,虽然Fe3d电子在费米能级附近相互交错,但由于受晶体场作用的限制,并不能真正成为自由电子,Fe3d电子对体系的导电性没有很大贡献,而Fe—O键在低能成键区形成p-d杂化的局域态共价键对稳定合金骨架具有重要作用. 随着锂离子的脱
2011, 60 (3): 036401.
doi: 10.7498/aps.60.036401
摘要 +
基于Zn1-xMnxO纳米薄膜磁性研究的实验结果及相关理论,建立了一个包含多种交换作用的Ising多层膜模型,采用Monte Carlo模拟的Metropolis算法对于其铁磁序的成因进行了模拟研究.结果表明,Mn掺杂浓度(x)越低越有利于铁磁序的形成,但是x越低,系统的磁化强度越小,居里温度越低.载流子对铁磁序的形成所起的调节作用随着x的增大而增强,又随着磁各向异性常数(K)的增大而弱化.本
2011, 60 (3): 036402.
doi: 10.7498/aps.60.036402
摘要 +
在自由落体条件下实现了三元Co-Cu-Pb合金的液相分离与快速凝固. 实验发现,随液滴直径减小,Co51Cu47Pb2合金液滴发生由枝晶→两层壳核→枝晶组织的转变,Co47Cu44Pb9合金液滴的组织形态由壳核组织演化为均匀组织. 两种合金的快速凝固组织均由α(Co),(Cu)和(Pb)固溶体三相组成,α(Co)和(Cu)相主要以枝晶方式生长,(Pb)相分布在(Cu)枝晶间.
编辑推荐
2011, 60 (3): 036403.
doi: 10.7498/aps.60.036403
摘要 +
基于玻璃化转变的分子串模型的哈密顿量(Hamiltonian),提出了模拟分子串第一和第二弛豫模式的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方案.模拟得出的第一和第二弛豫模式的弛豫时间,与分子串模型中分子串弛豫方程所预言的结果完全一致,即理论预期和模拟结果相互印证.这不仅说明了分子串模型的分子串弛豫方程、至少是第一和第二弛豫模式的理论预言的正确性,同时也表明了本文所提出的模拟方法的有效性,并进一步明晰了分子串中分子的随机涨落和跃迁运动的图像,也为三态甚至是多态的分子串弛豫动力学研究,以及对进一步模拟分子串之
2011, 60 (3): 036501.
doi: 10.7498/aps.60.036501
摘要 +
采用辉光放电技术,利用三倍频射频电源制备了不同功率下的辉光放电聚合物(GDP)涂层.并对GDP涂层进行了傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和元素分析仪表征,讨论了功率变化对其内部结构的影响.利用热重法(TG)表征了GDP涂层在30—650 ℃范围内的热稳定性.结果表明:随着射频功率的提高,GDP涂层的沉积速率增大;SP3CH3和联结甲基的乙烯基强度明显减小,SP3CH2, SP2CH2
2011, 60 (3): 036601.
doi: 10.7498/aps.60.036601
摘要 +
为了有效分析考虑工艺波动的RC互连树统计功耗,本文首先给出了考虑工艺波动的互连寄生参数和输入驱动点导纳矩的构建方法,然后,推导得出了互连功耗均值与标准差的表达式.计算结果表明,与目前广泛应用的Monte Carlo分析方法相比,采用本文方法得到的RC互连功耗均值误差小于4.36 %,标准差误差则小于6.68 %.结果显示,本文方法在确保精度的前提下大大缩短了仿真时间.
2011, 60 (3): 036801.
doi: 10.7498/aps.60.036801
摘要 +
本文工作利用脉冲激光沉积术(PLD)和超高真空扫描隧道显微术(UHV-STM),研究了在Sr/Si(001)-(2×1)衬底表面上真空室温沉积几个单层SrTiO3薄膜的初始生长过程.经660 ℃退火处理后,Sr/Si衬底表面上形成了纳米岛状结构.经分析,这些纳米小岛为C49-TiSi2和 C54-TiSi2.实验结果表明,在没有氧气的情况下退火,Sr/Si界面无法有效阻止SrTiO3薄膜与Si衬底之间的相互作用.
2011, 60 (3): 036802.
doi: 10.7498/aps.60.036802
摘要 +
本文分两部分,第一部分研究了利用透射电镜衬度像变化判定材料中位错环类型的方法,即采用所谓inside-outside方法来判断位错环为空位型位错环或间隙型位错环. 第二部分讨论了加速器注氢纯铁在673—773 K时效后形成的位错环的类型.
2011, 60 (3): 036803.
doi: 10.7498/aps.60.036803
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利用直流磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积了TiO2薄膜,并对其进行了Co离子注入,最后在真空中500 ℃退火50 min,得到系列薄膜样品. 利用剥离-分散方法制备了薄膜的透射电镜样品,并用扫描电镜(SEM)、X射线能量散射谱(EDX)和高分辨透射电镜(HRTEM)对样品做了近似原位观察,研究了薄膜样品中不同Co离子注入深度的成分分布和显微结构. 结果表明,薄膜呈锐钛矿结构,Co元素主要分布在薄膜表层,Co离子的注入使TiO2薄膜的晶粒被部分破坏,并形成CoO,而5
2011, 60 (3): 036804.
doi: 10.7498/aps.60.036804
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利用脉冲激光沉积技术,通过改变沉积过程中的氧气压力,在蓝宝石(0001)基片上制备了一系列ZnMgO合金.通过X射线衍射、反射和透射光谱以及室温和变温荧光光谱,对薄膜的结构和光学性能进行了系统地表征,分析了工作气压对ZnMgO合金薄膜的结晶质量及光学特性的影响.研究结果表明:随着沉积环境中氧气压力的增大,ZnMgO薄膜的结晶质量下降,富氧环境下,与蓝宝石晶格平行的ZnO晶粒的出现是导致薄膜结晶质量下降的主要原因;相对于本征ZnO,不同氧气环境下沉积的ZnMgO薄膜的紫外荧光峰均出现了不同程度的蓝移.随着工
2011, 60 (3): 036805.
doi: 10.7498/aps.60.036805
摘要 +
用中频脉冲反应磁控溅射法,在溅射功率为78 W,93 W和124 W以及衬底温度分别为室温,500 ℃及677 ℃下制备了氧化铒涂层.采用原子力显微镜、纳米压痕、X射线衍射和掠入射X射线衍射法研究了涂层的形貌、力学性能及物相结构.测量了涂层的电学性能.结果显示,脉冲磁控溅射沉积氧化铒涂层具有较高的沉积速率.实验制备得到了单斜相结构的氧化铒涂层.提高溅射功率时,沉积速率从28 nm/min增大至68 nm/min,涂层的结晶质量显著下降.提高衬底温度至500 ℃和677 ℃时,单斜相衍射峰强度下降.分析认为
2011, 60 (3): 036806.
doi: 10.7498/aps.60.036806
摘要 +
利用弹性近似模型和散射矩阵方法,研究了低温下多通道量子结构中的弹性声学声子输运的性质. 计算结果表明,对于低频声学声子,只要通道的横向宽度相同,各通道中最低阶模的透射概率几乎不受其他结构参数的影响,且其数值都接近于0.25;而高频声学声子在各通道中的透射概率与结构参数密切相关,不同通道中的透射概率不同;当温度非常低时,各通道的热导都接近于量子化热导π2k2BT/(3h)的四分之一;随着温度的升高,各通道的热导增减
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2011, 60 (3): 037101.
doi: 10.7498/aps.60.037101
摘要 +
采用基于密度泛函理论结合投影缀加平面波方法的VASP软件包,在考虑所有掺杂原子构型的前提下,对Cd掺杂ZnO合金的晶格常数、禁带宽度、电子态密度和形成焓进行了计算,分析了Cd含量和掺杂原子构型对纤锌矿wz-Zn1-xCdxO合金的电子结构和结构稳定性的影响.计算结果表明:随着Cd含量的不断增加,纤锌矿ZnCdO合金的平均晶格常数a,c均线性增加,但c/a的比值不会发生显著的变化;纤锌矿ZnCd
2011, 60 (3): 037102.
doi: 10.7498/aps.60.037102
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采用第一性原理平面波赝势方法和广义梯度近似计算了ZnO与(Zn,Al)O的电子结构.结合分子轨道理论,从原子布居、键布居、能带结构和态密度角度分析了掺Al前后ZnO的成键情况及对电子间相互作用的影响.利用第一性原理计算结果理论推导计算了(Zn,Al)O的载流子浓度并进一步分析了ZnO电导率的变化情况.与实验结果比较可知,掺Al后ZnO载流子浓度增加,并且ZnO的电导率比未掺杂时有了显著的提高.
2011, 60 (3): 037103.
doi: 10.7498/aps.60.037103
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采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga2O3和Si掺杂β-Ga2O3的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性. 在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga2O3和Si掺杂β-Ga2O3薄膜, 测量了其吸收光谱和反射光
2011, 60 (3): 037104.
doi: 10.7498/aps.60.037104
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本文采用基于密度泛函理论的第一性原理全势能线性缀加平面波方法(FLAPW),分析了Bi2Te3-xSex体系中各原子自旋轨道耦合(SOI)的p1/2修正对体系性质的影响,并对Bi2Te3-xSex(x≤3)同晶化合物的电子特性进行系统的理论研究,首次计算出Bi2S
2011, 60 (3): 037201.
doi: 10.7498/aps.60.037201
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为了保证在低温加工及溶液制备的情况下,能够提升高度区域规则的聚(3-己基噻吩) (RR-P3HT)有机场效应晶体管(OFET)的器件性能,本文研究了室温下乙醇及乙腈非溶剂的掺杂,及其对高分子自组织机理与导致的RR-P3HT OFET电学性能的影响.实验发现,适量进行乙醇及乙腈非溶剂的掺杂,将促进RR-P3HT薄膜形成更多期望的微晶粒薄片结构,完善高分子自组织机理,导致RR-P3HT OFET电学性能的提升.实验表明,在RR-P3HT溶液中进行5 %乙腈添加后,其器件场效应迁移率的值由原来的4.04×10<
2011, 60 (3): 037202.
doi: 10.7498/aps.60.037202
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采用N, N'-diphenyl-N, N'-bis(1-naphthyl-pheny1)-1, 1'-biphenyl-4, 4'-diamine (NPB):4, 4'-N, N'-dicarbazole-biphenyl (CBP) 掺杂体系为复合空穴传输层,制备了结构为indium-tin oxide (ITO)/NPB:CBP/CBP:bis iridium (acetylacetonate) /2, 9-dimethyl-4, 7-diphenyl-p
2011, 60 (3): 037203.
doi: 10.7498/aps.60.037203
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本文以Be(PP)2为发光层、水溶性酞菁铜(WS-CuPc)为空穴注入层、NPB为空穴传输层,制备了结构为ITO/WS-CuPc/NPB/Be(PP)2/LiF/Al的蓝色有机发光二极管(OLEDs).研究了WS-CuPc不同旋涂转速对器件性能的影响.并在WS-CuPc最佳旋涂转速的基础上,进一步研究了WS-CuPc薄膜不同退火方式对器件性能的影响.实验中,对WS-CuPc层采用了一种新的退火方式,即对ITO玻璃衬底先加热后旋涂WS-CuPc层,并与传统退火方式
2011, 60 (3): 037301.
doi: 10.7498/aps.60.037301
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为了解半导体衬底与氧化物之间存在的相互作用,以及量子尺寸效应对不同再构体的影响,制备了1—2个原子层厚的TiSi2/Si(100)纳米岛,并使用扫描隧道显微镜(STM)表征手段详细地研究了TiSi2 /Si(100)纳米岛的电子和几何特性. 结果发现:这些纳米岛表面显示出明显的金属性;其空态STM图像具有典型的偏压依赖性:在高偏压下STM 图像由三聚物形成的单胞构成,并在低偏压下STM 图像显示为密堆积的图案,这些不同的图案反映出不同能量位的态密度有明显差异.
2011, 60 (3): 037302.
doi: 10.7498/aps.60.037302
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利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法,研究了基于同一分子在不同空间构型下形成的三个不同分子器件的电子输运特性及整流效果. 研究表明:旋转中间苯环(键桥——π桥),能明显改变整流效果,这是因为改变了分子轨道的离域性,这一发现说明通过改变键桥的空间取向能有效地调控分子整流器的整流性质,这对于设计新型分子整流器有重要意义.
2011, 60 (3): 037303.
doi: 10.7498/aps.60.037303
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基于声子相干态功效和计及声子压缩态非经典效应,研究了电子-磁振子和电子-声子相互作用对一维介观环持续电流的影响. 与自由环比较,由于电子-磁振子相互作用,持续电流的振幅呈现指数减小. 对于正常态电子,电子-声子相互作用导致持续电流以Debye-Waller(D-W)因子衰减.但是计入跳步电子-单声子相干态关联效应导致系统本征态能量大幅度下降,从而持续电流In有大幅度增加.另一方面计入双声子相干态行为,由于声子压缩态效应压缩电子-相干(态)声子弹性散射行为,导致电子绕环运
2011, 60 (3): 037304.
doi: 10.7498/aps.60.037304
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用渗银和银胶接触两种方法分别在多晶Nd0.7Sr0.3MnO3陶瓷样品上制作电极,用两线和四线模式对两种接触界面的直、交流特性进行测量.结果发现:渗银电极与陶瓷样品之间具有很好的欧姆接触特性,两线、四线模式下的电阻测量值相近,并且没有电脉冲诱导电阻转变(EPIR)效应;而用银胶接触作电极时,V-I曲线表现出关于原点对称的非线性特征,并出现稳定的室温EPIR效应.两种不同方法制备的电极在交流电场下的输运也有很大差异:渗银电极阻抗
2011, 60 (3): 037305.
doi: 10.7498/aps.60.037305
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在ITO玻璃基底上用射频磁控溅射技术生长氧化锌锡(ZnSnO)沟道有源层、用PECVD生长SiO2薄膜作为薄膜晶体管的栅绝缘层研制了薄膜晶体管(TFT), 器件的场效应迁移率最高达到μn=9.1 cm2/(V ·s),阈值电压-2 V,电流开关比为104.
2011, 60 (3): 037306.
doi: 10.7498/aps.60.037306
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本文研究了交流电流的大小(I ＝0.2—20 mA)和频率(f ＝ 1—1 MHz)对具有横向畴结构的铁基纳米晶丝的巨磁阻抗效应形貌的影响.实验结果表明,样品的巨磁阻抗效应呈双峰特征,随着频率的增大,双峰的位置H=±Hm向高场移动;但随着电流的增大,双峰的位置逐渐向中心(H ＝ 0)收缩,甚至变成单峰位形.理论上一般认为,双峰的位置与横向各向异性场Hk相对应,即H<
2011, 60 (3): 037401.
doi: 10.7498/aps.60.037401
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在顶部籽晶熔渗生长工艺(TSIG)的基础上,采用一种新的装配方式制备单畴Gd-Ba-Cu-O(GdBCO)超导块材,并对所得样品的形貌、微观结构以及超导性能进行了研究.结果表明,应用新的装配方式可以提高液相源块的支撑能力,有效避免样品在热处理过程中的倾斜或坍塌现象,从而提高了样品制备过程的稳定性和可重复性.此外,应用新的装配方式还有助于GdBCO样品的完整生长.
2011, 60 (3): 037402.
doi: 10.7498/aps.60.037402
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电子拉曼实验表明在空穴型掺杂的铜氧化物超导体中存在两能隙行为,即在欠掺杂区,随着掺杂浓度的降低,一个能隙逐渐增大而且在超导转变温度以上仍然存在,而另一个能隙逐渐减小且在DDW态依然存在.解释两能隙行为非常重要因为它与赝能隙的机理密切相关.本文计算了超导序和d-density-wave(DDW)序竞争机理下相图上不同区域的电子拉曼谱,发现欠掺杂区能隙表现出两能隙行为,与实验一致.特别地,本文发现B1g峰对应能量由超导和DDW序共同决定,且随着掺杂浓度的降低而增大,在D
2011, 60 (3): 037501.
doi: 10.7498/aps.60.037501
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基于完全对角化方法(complete diagonalization method, CDM), 研究了6 S(3d5)态离子在三角晶场(包括C3v,D3,D3d点群对称晶场)中零场分裂(zero-field splitting, ZFS)参量D和(a-F)的微观起源.研究中除了考虑研究者通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用外,同
2011, 60 (3): 037502.
doi: 10.7498/aps.60.037502
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本文以界面交换耦合常数Ji和软磁相厚度Ls为主要参变量,研究了易轴与膜面平行情况下的Nd2Fe14B/α-Fe磁性多层膜的磁矩随外场变化的取向及磁滞回线,并得到了成核场的解析公式.分析发现,Ji对磁矩取向、钉扎场和矫顽力机理有着较大的影响.当Ls较小时,钉扎场等于成核场,随着Ji的减小
2011, 60 (3): 037503.
doi: 10.7498/aps.60.037503
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采用多畴结构模型,考虑非晶带具有180°畴壁的磁畴及其两面的偏置磁场方向的不同,根据自由能最小原理,Maxwell方程组及带阻尼项的Landau-Lifshitz方程,建立了非晶态合金带在横向偏置磁场作用下的巨磁阻抗效应的理论计算公式. 提出并采用四状态平均磁导率代替单畴模型获得的磁导率,得到了更符合实际的处于偏置场作用的阻抗随外磁场变化的理论结果.
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2011, 60 (3): 037504.
doi: 10.7498/aps.60.037504
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本文采用第一性原理方法,研究了轴向为低指数晶向的面心立方(fcc)单晶镍纳米线的稳定性和磁性.计算表明,[110] 是fcc镍纳米线最容易出现的取向,[111] 取向次之,而 [001] 取向则很难出现,这一结果与实验事实符合.镍纳米线按照原子位置和磁性强弱的不同,可以分成简单的芯-壳结构,在纳米线芯部,原子的磁矩大小与块体基本一致.在纳米线表面,镍原子的磁矩比芯部原子有所增加.表面原子磁矩与轴向的取向相关,[110] 为轴向的纳米线表面原子磁矩最低,而[001] 为轴向的纳米线表面原子磁矩最高.
2011, 60 (3): 037505.
doi: 10.7498/aps.60.037505
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将〈110〉取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒放在与轴向成35°夹角的外磁场中退火处理,研究其在0—30 MPa预压应力σpre作用下的磁致伸缩效应.结果表明,σpre=0条件下的饱和磁致伸缩值λs由退火前的1023×10-6提高到1650×10-6;σpre
2011, 60 (3): 037701.
doi: 10.7498/aps.60.037701
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采用固相反应法制备了一系列CaCu3Ti4O12-xMgTiO3(x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)复相陶瓷,研究了MgTiO3掺杂对CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷相结构、显微组织、介电性能和I-V非线性特征的影响.研究发现:MgTiO3掺杂不仅使CC
2011, 60 (3): 037702.
doi: 10.7498/aps.60.037702
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室温下采用射频磁控溅射法,在硅衬底上制备了Y2O3-TiO2氧化物复合薄膜.利用XRD(X-ray diffraction)和AFM( atomic force microscopy)分析观察了退火前后样品的物相、形貌等变化,讨论了致密薄膜的生长机理.实验发现,溅射功率越大,薄膜的平整度和致密度越好.对热处理前后样品的结晶结构和表面形貌的分析结果显示,在本实验参数范围内,随着溅射功率的增大,更多的Y2O3
2011, 60 (3): 037801.
doi: 10.7498/aps.60.037801
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本文设计了一种具有准全向吸波特性的平板超材料吸波体,其准全向吸波特性是由超材料吸波单元的双面吸波、极化不敏感和宽入射角实现的.理论分析和仿真结果表明:该吸波体在6.18 GHz的确有一个双面吸波的吸收点,且吸收率对极化角和入射角均不敏感.提取的等效阻抗表明可以调节超材料的电磁响应使其在吸收频率处与自由空间阻抗匹配来抑制反射.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体对电磁波的吸收主要源于基板的介质损耗;采用两种不同介质基板的设计可使前吸波体与后吸波体的耦合度明显降低、抑制耦合所导致的传输.该吸波体可能在许多领域具有
2011, 60 (3): 037802.
doi: 10.7498/aps.60.037802
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本文对大别山双河、碧溪岭地区硬玉石英岩中的金红石进行了Fourier变换红外光谱(FTIR)分析, 结果显示所有金红石颗粒分别在3280 cm-1和3295 cm-1 出现强的吸收峰. 基于前人提出H在金红石结构中以孔道中心(CC)和八面体共边(BOE)方式存在的两种模型, 本文采用第一性原理计算方法研究了掺杂(Al, H)和(Fe, H)时金红石相TiO2的晶体结构和电子结构. 根据O—H键的振动频率和O—H…O键中O—O之间距离的经验关
2011, 60 (3): 037803.
doi: 10.7498/aps.60.037803
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使用3种光谱仪测量了磁几何阻挫材料羟基氯化钴Co2(OH)3Cl的中红外(4000—400 cm-1)吸收光谱,筛选出确信为Co2(OH)3Cl的本征吸收峰数据,结合已知的晶体结构参数,指认了官能团和指纹区相应谱峰的来源.在指认中着重探讨了羟基伸缩振动基频模vOH的具体实验数据,根据固体中氢键的特点,以Co3—O平均距离为基准,推算了本样品
2011, 60 (3): 037804.
doi: 10.7498/aps.60.037804
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提出了一种测量p-GaN载流子浓度的方法,其主要思想是利用p-n+结构GaN探测器长波和短波量子效率的差值随反向偏压的变化关系,找到p-GaN层刚好完全耗尽时的偏压,从而求出p-GaN层载流子浓度.模拟计算表明,该方法能够准确测量出p-GaN层的载流子浓度,而且受表面复合、欧姆接触影响很小.进一步研究了实际测量中如何选择p-GaN层厚度,计算结果表明,p-GaN层的优化厚度值随着p-GaN层的浓度增加而减小.
2011, 60 (3): 037805.
doi: 10.7498/aps.60.037805
摘要 +
采用化学共沉淀法制备了适合于紫外、近紫外、蓝光发光二极管(LED)激发的红色荧光粉SrMoO4:Eu3+.研究了样品的晶体结构和发光性质.结果表明:化学共沉淀法合成的SrMoO4:Eu3+荧光粉为四方纯相,其激发光谱包括一个宽带峰和一系列尖峰,峰值位于280 nm(宽带峰中心),395 nm,465 nm,可以被紫外LED和蓝光LED有效激发.在395 nm的激发下,测得发射光谱的强发射峰位于613 nm,对应Eu
2011, 60 (3): 037806.
doi: 10.7498/aps.60.037806
摘要 +
采用共沉淀法制备了不同Eu3+掺杂浓度的Gd2W2O9和Gd2(WO4)3纳米发光材料.通过对纳米材料样品的X射线衍射谱(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)照片的观察和分析,对样品的结构和形貌进行了表征.测量了各样品的发射光谱、激发光谱,计算了各样品的部分J-O参数和Eu3+ 5D
2011, 60 (3): 037807.
doi: 10.7498/aps.60.037807
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使用脉冲激光沉积(PLD)依次沉积氧化铝和碳膜制备了a-C: Fe/AlOx/Si基异质结,研究了其光伏效应及其在太阳能电池上的应用.该太阳能电池在标准日光照射(AM1.5,100 mW/cm2)下,可获得0.33 V的开路电压和4.5 mA/cm2的电流密度,太阳能电池的转换效率为0.35%.通过C-V测量,证明了氧化铝层的引入降低了界面能级数目,增加了界面势垒高度.界面能级数目降低减少了光生载流子在界面复合的
2011, 60 (3): 037808.
doi: 10.7498/aps.60.037808
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本文利用阴极荧光(CL)和选择性刻蚀的方法对4H-SiC同质外延材料中基面位错的发光特性进行了研究. 结果表明螺型基面位错(BTSD)和混合型基面位错(BMD)分别具有绿光和蓝绿光特性,其发光峰分别在530 nm附近和480 nm附近. 从测试结果中还发现BMD 的发光位较BTSD有所蓝移,分析认为BTSD位错芯附近原子沿伯格斯
2011, 60 (3): 037809.
doi: 10.7498/aps.60.037809
摘要 +
利用分子束外延生长 InAs 单量子点样品,测量了温度为 5 K 时单量子点的荧光(PL)光谱.采用时间关联光子强度测量(HBT)验证了 PL 光谱具有单光子发射特性.单光子通过马赫曾德尔 (MZ) 干涉仪,验证了单光子自身具有干涉特性.测量了当 MZ 干涉仪两臂偏振方向的夹角改变时对应的单光子干涉及条纹可见度的变化.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2011, 60 (3): 038101.
doi: 10.7498/aps.60.038101
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在室温条件下利用溅射Ta2O5靶材的方法制备了Ta2O5薄膜,并采用将薄膜两侧的反射率光谱进行比较的简便方法分析评估薄膜的光吸收,发现溅射制备薄膜的额外光吸收源是溅射引起的缺氧形成的,选择适当的溅射功率和含氧比例的工作气体能有效地消除这些缺陷、不用任何加温处理就可制备得到表面平坦和高致密度的高品质Ta2O5薄膜.
2011, 60 (3): 038102.
doi: 10.7498/aps.60.038102
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含遮蔽抛射沉积模型是在抛射沉积(BD)模型的基础上考虑了粒子以一定的角度分布倾斜入射的情况.本文应用外推方法确定了大尺寸极限下含遮蔽抛射沉积模型的各标度指数,讨论了该模型的有限尺寸效应及其标度性质.从模拟结果可以看出含遮蔽BD模型的有限尺寸效应与BD模型有所不同,遮蔽这种非局域作用可以显著地改变BD模型的标度性质.
2011, 60 (3): 038201.
doi: 10.7498/aps.60.038201
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热氧化生长的SiO\-2 薄膜经常在高效单晶硅太阳电池中被用作扩散掩膜,化学镀掩膜,钝化层或者基本的减反射层.在这些高效太阳电池中,经常使用碱性溶液对单晶硅表面进行处理,得到随机分布的正金字塔结构的织绒表面,减少表面的光反射.表面氧化后的正金字塔太阳电池暗反向电流-电压呈现"软击穿"现象,并联电阻明显下降.研究结果表明引起这些现象的原因在于氧化正金字塔表面会导致在体内形成位错型缺陷,这些缺陷能够贯穿整个pn 结,导致太阳电池的并联电阻下降,同时载流子在位错型缺陷在能隙中引入的能级处发生复合,导致空间电荷区
2011, 60 (3): 038202.
doi: 10.7498/aps.60.038202
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本文采用固相法制备了纯相LiMn1-xFexPO4/C (x=0.2,0.4,0.6)正极材料,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征,用高精度电池测试系统进行充放电和循环伏安测试.结果表明不同Mn和Fe原子比的电极材料具有很大的性能差异,其中当x=0.4时,材料具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量.首次充电容量和放电容量分别达到141.5 mAh/g和125.7 mAh
2011, 60 (3): 038203.
doi: 10.7498/aps.60.038203
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用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃基底上制备出Nb/SnO2复合透明导电薄膜,利用XRD,SEM,紫外—可见分光光度计,四探针电阻仪等测试方法对Nb/SnO2复合薄膜的结构和物性进行了研究.结果表明: 当Nb含量小于0.99at%时,Nb/SnO2复合薄膜为较纯的四方金红石结构;复合薄膜中晶粒分布均匀,平均尺寸在5—7 nm.当Nb含量小于0.99at%时,Nb/SnO2复合薄膜的电阻率先减小后增大,当Nb含量为0.37at%时
2011, 60 (3): 038401.
doi: 10.7498/aps.60.038401
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以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene))为电子给体材料, PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C61)为电子受体材料, 制成了共混体系太阳电池.研究了不同厚度活性层对太阳电池性能的影响.结果表明, 活性层厚度为100 nm时,太阳电池具有最佳性能.活性层厚度的增加,增大了光生电荷的复合,减少了太阳电池的填充因子,从而减少了太阳电
2011, 60 (3): 038501.
doi: 10.7498/aps.60.038501
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利用磁控溅射、电子束光刻和反应离子刻蚀等微加工技术,开展了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的研究.通过对SNSPD的设计和制备工艺参数的优化,成功制备出了高质量的SNSPD.单光子检测实验表明,制备的SNSPD对660 nm波长的光信号,系统检测效率可达30%,对1550 nm波长光信号,最大系统检测效率为4.2%.在平均暗计数小于10 c/s的情况下,系统检测效率大于20%(660 nm)和3%(1550 nm).
2011, 60 (3): 038502.
doi: 10.7498/aps.60.038502
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采用飞行时间质谱法和石英晶体振荡动态测试法,分析纳米碳酸盐制备储存式氧化物阴极在分解、激活过程中及不同工作温度下的蒸发特性.结果表明:纳米碳酸盐氧化物阴极纯净无杂质,能够在常规工艺过程中充分分解和激活,比普通碳酸盐氧化物阴极的活性物质更多,蒸发率更小.
编辑推荐
2011, 60 (3): 038901.
doi: 10.7498/aps.60.038901
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在对真实网络的小世界和无标度特性进行了大量深入考量之后,最近的研究热点开始转移到更加细致的局部结构.实证数据显示,大量真实网络具有幂律的低阶集团度分布.这一普适的规律,无法由富者愈富以及熟人推荐的网络生长机理再现.本文提出一种由共同邻居驱动的网络演化模型,该模型能够重现实证研究所观察到的幂律集团度分布,暗示共同邻居驱动是复杂网络局部结构涌现形成的内在机理.
前沿领域综述
2011, 60 (3): 038503.
doi: 10.7498/aps.60.038503
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GaN材料由于其优良的性能,成为紫外探测和真空电子源领域极具发展潜力的材料之一;目前制备的反射式GaN光电阴极的量子效率已达到70%以上,透射式也达到了30%.本文对GaN光电阴极的结构设计、表面清洗和Cs/O激活三大方面进行了综述,分析了影响量子效率的关键因素,并对今后可能的发展方向进行了展望.
地球物理学、天文学和天体物理学
2011, 60 (3): 039401.
doi: 10.7498/aps.60.039401
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辐射带电子的加速与沉降机理是空间物理研究的重要课题.法国DEMETER电磁卫星观测到了美国NPM发射站VLF信号及与之相关的高能电子沉降事例.本研究工作将根据基于回旋共振相互作用的准线性扩散理论,通过对局域投掷角扩散系数的计算,来说明受VLF影响的高能电子的投掷角分布与电子的能量及所处位置的关系.理论计算较好地解释了DEMETER卫星在NPM实验期间所观测到的电子沉降事例.在此基础上进一步讨论了通过人工方式对辐射带高能电子施加影响的效率问题.
2011, 60 (3): 039701.
doi: 10.7498/aps.60.039701
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获取脉冲星辐射信号累积轮廓的传统方法是先识别信号周期,再按周期对信号进行折叠累加,这种方法依赖于周期识别的准确性,对累积轮廓质量也无评价标准.本文分析了脉冲星累积轮廓和周期的强相关性,提出了周期未知时直接进行轮廓累积的最小熵方法,并对其进行证明,在此基础上,讨论了该方法在周期识别中的作用.利用仿真数据和RXTE卫星的实测数据实验验证了该方法的有效性.
