Vol. 60, No. 9 (2011)
2011年05月05日
总论
2011, 60 (9): 090201.
doi: 10.7498/aps.60.090201
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本文为了获得非线性发展方程的无穷序列新精确解,进一步研究获得了第二种椭圆方程的几类新型解和Bäcklund变换.在此基础上,借助符号计算系统Mathematica,用带强迫项变系数组合KdV方程、(2+1)维和(3+1)维变系数Zakharov-Kuznetsov 方程为应用实例,构造了无穷序列新精确解.这里包括无穷序列Jacobi 椭圆函数光滑孤立子解、无穷序列Jacobi椭圆函数紧孤立子解、无穷序列三角函数紧孤立子解和无穷序列尖峰孤立子解.
2011, 60 (9): 090202.
doi: 10.7498/aps.60.090202
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针对椭圆类非线性偏微分方程边值问题,以差分法和动态设计变量优化算法为基础,以离散网格点未知函数值为设计变量,以离散网格点的差分方程组构建为复杂程式化形式的目标函数.提出一种求解离散网格点处未知函数值的优化算法.编制了求解未知离散点函数值的通用程序.求解了具体算例.通过与解析解对比,表明了本文提出求解算法的有效性和精确性,将为更复杂工程问题分析提供良好的解决方法.
2011, 60 (9): 090203.
doi: 10.7498/aps.60.090203
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研究了一类扰动Vakhnemko方程.给出了改进的渐近方法.首先, 对原模型系统对应的典型方程得到对应的行波解.其次, 引入一个泛函, 建立迭代关系式,将求解非线性问题转化为求解一系列的迭代序列.然后, 逐次地求出对应的解的近似式, 最后,得到了原扰动Vakhnemko模型行波解的任意次精度的近似展开式,并讨论了它的精度.
2011, 60 (9): 090204.
doi: 10.7498/aps.60.090204
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本文对生物体软组织的生物力学模型进行了分析推导和简化,得到了磁共振相位图与生物组织弹性之间的力学关系,根据该关系研究了局域频率估算算法,应用Matlab对算法进行了编程实现,体模弹性图的实现验证了算法有效性,为后续开展临床肝纤维化分级研究奠定基础.
2011, 60 (9): 090205.
doi: 10.7498/aps.60.090205
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基于龙格库塔理论,提出了一种计算回旋管谐振腔本征模式的新方法.不同于传统计算方法,新算法只需要通过对含有本征模式谐振频率和Q值,两个变量的目标函数进行最小值优化,就能够确定出回旋管谐振腔本征模式的所有特性.通过实例的具体计算,可以证明新算法的计算效率,相对于传统计算方法有了本质上的提高.
2011, 60 (9): 090206.
doi: 10.7498/aps.60.090206
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为提高传统光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法模拟瞬态热传导问题的精度和稳定性,本文提出了一种一阶对称光滑粒子动力学(first order symmetric SPH, FO-SSPH)方法.该方法将具有二阶热传导方程分解成两个一阶偏微分方程,然后基于梯度离散和Taylor级数展开思想,对一阶核梯度形式进行修正,并将得到的局部矩阵对称化.数值结果表明:与传统SPH方法相比,FO-SSPH方法精度高、数值稳定性好; 该方法能较准确地直接施加混合边值
2011, 60 (9): 090301.
doi: 10.7498/aps.60.090301
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本文利用自洽非线性理论对回旋速调管放大器中的电子注-波互作用进行了时域瞬态分析,建立了多腔回旋速调管非线性理论,给出了相应的电子运动方程和复数形式的互作用瞬态场方程.探讨了调制腔、中间腔、和输出腔中注-波互作用的模型和研究方法,考虑了电子速度零散对注-波互作用的影响.最后利用FORTRAN语言给出并分析了一支Kα波段四腔回旋速调管注-波互作用的数值计算结果,经与实验值和PIC模拟结果相比较,三者较为符合.
2011, 60 (9): 090302.
doi: 10.7498/aps.60.090302
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本文研究将两个二能级原子分别注入耦合腔A和B中,并且原子与腔场发生共振相互作用的情况.采用Negativity熵度量两子系统间的纠缠,利用数值计算方法研究了两个原子之间、腔内原子与腔场之间和两个腔场之间的纠缠性质.讨论了腔场间的耦合强度对纠缠特性的影响.研究结果表明:随腔场间耦合的增强,两原子间的纠缠增强,而原子与腔场间和两腔场间的纠缠减弱.
2011, 60 (9): 090303.
doi: 10.7498/aps.60.090303
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本文运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了压缩真空库中利用原子纠缠态作为量子通道实现原子态量子隐形传态的保真度,讨论了被传送的原子初态形式以及压缩库的压缩参数r对保真度的影响.研究表明:当只有输入态受噪声影响,则被传送的初始态中基态概率越大的态,保真度越高;而当量子通道受影响时,则基态和激发态概率相等的原子叠加态传送的保真度最大.
2011, 60 (9): 090304.
doi: 10.7498/aps.60.090304
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研究相空间中对称的纠缠相干态, 通过引入正交基矢, 利用concurrence方法计算了纠缠度, 研究了它们的单、双模压缩以及反聚束效应. 数值计算表明, 相空间中对称的纠缠相干态与非经典效应之间存在着密切的联系.
2011, 60 (9): 090305.
doi: 10.7498/aps.60.090305
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本文运用IWOP技术推导出Wigner算符的相干态显式,计算出一类特殊单模压缩态 |z〉f,g=exp[－(|z|2)/2 +(fz+gz*)a+－fga+2]|0〉的Wigner函数解析式,通过数值计算可以看到,参数f和g的任一个取值固定时,另一个参数的旋转取值会使得特殊
2011, 60 (9): 090306.
doi: 10.7498/aps.60.090306
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利用一级轻气炮加载技术和最近发展的一种透光性测量技术,在线观测到液态苯在多次冲击压缩过程中透光性随时间变化特征.分析表明,导致透光性下降的原因是局部发生液—固相变而引起的光散射效应,且散射特征反映了相变过程的时间弛豫和空间积累特性.结果澄清了苯在冲击条件下液—固相变是否发生的争论,对冲击相变动力学研究提供了重要实验依据.
2011, 60 (9): 090307.
doi: 10.7498/aps.60.090307
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本文分析了实际量子密钥分发过程中,量子态可能受到的各种影响因素;建立了相应的信道模型;推得了非理想信道BB84协议判别窃听的安全门限公式.通过计算与仿真,证明该公式用于估计BB84协议的安全通信门限更加准确,判断量子密钥分发过程中是否存在窃听更为有效,同时具有提高通信安全性和密钥分发效率的优点.
2011, 60 (9): 090401.
doi: 10.7498/aps.60.090401
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本文研究了在含整体单极子的黑洞场中质量亏损效应,计算了被吸附的(落向质量中心的)中性粒子的质量亏损,进而计算了被吸附的质量球壳以及极限情况下质量球的质量亏损.这些物质的质量亏损最终将转化为能量辐射.
2011, 60 (9): 090402.
doi: 10.7498/aps.60.090402
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当Hamilton函数分解为可积和不可积两部分时,前者能用分析方法给出解析解,而后者可借助一阶半隐Euler法或二阶隐中点法等数值求解,将这种解析和数值解法组合能构造二阶混合辛积分器.理论分析表明Euler嵌入法的稳定区要小于中点嵌入法的.再分别以圆形限制性三体问题和相对论自旋致密双星后牛顿Hamilton构型为例,详细比较了两嵌入法的性能特点.二者的数值精度、稳定性及计算效率与Hamilton的分解方式和轨道类型有关.就圆形限制性三体问题而言,当Hamilton采用势能和含坐标与动量混合项在内的动能分解
2011, 60 (9): 090403.
doi: 10.7498/aps.60.090403
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本文用一种新的乌龟坐标变换和改进的Damour-Ruffini方法研究了动态Kerr黑洞的Hawking辐射,得到了随时间和纬度角而变化的局域温度和具有准黑体谱形式的Hawking辐射谱.其结果与采用通常的乌龟坐标变换所得结果有所不同,而通常的乌龟坐标变换在量纲上存在一定的问题,本文的结果也许更为合理.
2011, 60 (9): 090501.
doi: 10.7498/aps.60.090501
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考虑数字控制采样计算延迟,建立了单相全桥DC-AC电压型逆变电路在负载电压外环电感电流内环加给定电压前馈控制方法下的离散迭代模型.通过分析相应的Jacobian矩阵特征值轨迹,确定该数字控制逆变器失稳时分岔点类型为Hopf分岔.对离散迭代模型进行数学变换,得出了控制器边界的解析表达式以及系统发生分岔时振荡频率的解析表达式,从而揭示了系统发生振荡现象的内在物理机理.最后,通过Simulink仿真以及电路实验证明了理论分析的正确性和有效性.
2011, 60 (9): 090502.
doi: 10.7498/aps.60.090502
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在三维线性系统中引入两个分段线性函数,构造了一个代数方程较为简单的网格涡卷混沌系统.通过对引入的锯齿波函数和改进型锯齿波函数的零点配置,完成了该系统指数2平衡点的数量和分布设计,实现了系统所生成混沌吸引子的涡卷数量和涡卷分布的控制.利用运算放大器、乘法器等模拟元器件设计了相应的锯齿波函数电路、改进型锯齿波函数电路以及三维线性系统电路,实现了本文所提出的网格涡卷混沌系统.实验结果与理论分析和数值仿真结果一致,验证了混沌吸引子的涡卷数量和涡卷分布设计的可行性.
2011, 60 (9): 090503.
doi: 10.7498/aps.60.090503
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本文通过实验验证了一种基于宽带混沌信号测量电介质传输线的断点和阻抗失配的方法.该方法利用光反馈半导体激光器产生的混沌信号作为探测信号,通过相关法对传输线进行断点定位、阻抗失配测量以及在线检测.实验结果表明,断点的定位偏差小于1%,阻抗的测量值在额定范围内,对于频率为2 MHz的矩形脉冲信号的干扰容限为48 dB.
2011, 60 (9): 090504.
doi: 10.7498/aps.60.090504
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提出了一种基于混沌并行遗传算法的多目标无线传感器网络跨层资源分配方法,该方法运用混沌序列和并行遗传算法来动态调整传感器网络节点的探测目标及通信时隙等参数,对资源分配方式进行跨层整体优化.在多目标无线传感器网络环境下,将本文方法与传统的随机分配方法、动态规划方法、T-MAC协议及S-MAC协议等资源分配算法进行了仿真比较.仿真结果表明,本文提出的混沌并行遗传算法具有通信时延小,目标检测成功率高等优点,在降低了无线传感器网络功率消耗的同时提高了对目标检测的实时性.
2011, 60 (9): 090505.
doi: 10.7498/aps.60.090505
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研究了参量未知的离散型时空混沌系统构成全局耦合网络的参量辨识与同步问题.首先将Milosavljevic所设计的控制律加以推广.利用推广后的控制律进行了网络节点时空混沌系统中未知参量的有效辨识,并完成了该网络的完全同步.进一步以物理中具有时空混沌行为的一维对流方程的离散形式作为实例进行了仿真分析.
2011, 60 (9): 090506.
doi: 10.7498/aps.60.090506
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本文利用传输矩阵法数值模拟了电子在加入周期性正负偏压的双势垒("摇摆"棘齿)异质结中的传输特性,获得了两电子库间的净电流以及所伴随的净热流的表达式.进一步分析了净电流、净热流和制冷系数等性能参数的特征,获得的结果对介观热电子器件的研制有一定的理论指导意义.
2011, 60 (9): 090507.
doi: 10.7498/aps.60.090507
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研究了有界噪声与谐和激励作用下的Duffing-Rayleigh振子的动力学行为.首先运用随机Melnikov过程方法得到系统出现混沌的条件,结果表明随着非线性阻尼参数的增加系统会从混沌运动到周期运动,随着Wiener过程强度参数的增加,系统由混沌进入周期的临界幅值会先递增后不变.最后,用两类数值方法即最大Lyapunov指数与Poincare截面验证了上述结果.
2011, 60 (9): 090508.
doi: 10.7498/aps.60.090508
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本文研究了分段线性混沌电路的一种电路综合方法.首先根据电路系统的特征值参数,确定非线性元件参数和线性一端口电路的导纳.然后根据导纳函数确定与之对应的一端口电路形式.在电路综合过程中,本文采用两类基本导纳函数的并联形式实现一端口电路,可以始终使所用电感和电容为正值,所用负电阻共地,便于混沌电路的实现.最后给出了混沌系统电路综合的实例.
2011, 60 (9): 090701.
doi: 10.7498/aps.60.090701
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在基于哈特曼-夏克波前传感器(SH-WFS)的自适应光学系统中,通常采用质心算法探测点源信标的子孔径光斑偏移量.然而质心算法探测精度受到诸如减阈值等因素的影响,在低信噪比(SNR )时不能准确估计光斑质心位置,而相关哈特曼算法不需要减阈值,具有更好的鲁棒性.本文在介绍相关SH-WFS基本原理的基础上,通过建立基于点源信标探测的相关SH-WFS算法的随机噪声模型,推导了光斑偏移测量误差表达式,系统分析了光子噪声、CCD读出噪声、背景光子噪声等因素对相关SH-WFS测量误差的影响.并进行了数值仿真及实验,仿真
2011, 60 (9): 090702.
doi: 10.7498/aps.60.090702
摘要 +
在上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U1)上, 基于EPICS软件平台, 集成运动控制, 光强探测, 荧光探测等功能, 实现了"飞行"模式 (on-the-fly) X射线扫描微束荧光成像方法. 用"飞行"扫描X射线荧光成像法获得了标准镍网, 以及微量元素Cu, Zn,K, Fe在样品老鼠脾内的分布图像, 结果显示该方法不但在速度上有了极大的提高, 而且获得的元素分布图像具有高质量.
2011, 60 (9): 090703.
doi: 10.7498/aps.60.090703
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本文提出了一个新的复数多电平离散Hopfield神经网络,构造了新的适用于复数多电平离散神经网的激活函数和能量函数,分别讨论了异步与同步更新模式下神经网的稳定性.该能量函数不仅能描述文献能量函数不适用的复数多值Hopfield神经网的动力学特性,而且能保证待盲检测信号位于能量函数的最小值点.为验证CMDHNN的有效性,利用本文特有的性能函数下所构造的联结权阵盲检测MQAM信号.仿真试验表明:本算法仅需较短接收数据就可有效盲检测MQAM星座信号,仿真也证明了CMDHNN能量函数全局最小值的稳定性推论.
前沿领域综述
2011, 60 (9): 090704.
doi: 10.7498/aps.60.090704
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最近几年,紧凑型、便携式、低廉、可调谐的太赫兹波源由于具有广泛的应用前景因而成为太赫兹领域的研究焦点.波长为600—2000 nm范围的近红外光源由于具有体积紧凑、价格低廉、频率可调谐和工作稳定的特点,所以频繁被选为太赫兹波产生的抽运源.本文着重从双波长可调谐抽运源、内腔光参量振荡器太赫兹发生器两个方面进行了较系统的阐述.分析表明,近红外相对中红外双波长抽运光源由于具有更紧凑的结构而成为研究热点;差频和非线性级联过程由于具有调谐范围宽的特点而成为产生太赫兹辐射的重要手段.
2011, 60 (9): 097507.
doi: 10.7498/aps.60.097507
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近年来,研究发现反钙钛矿化合物Mn3AX(A=Cu,Zn,Sn,Ni,Al,Ga等;X=N/C)具有超导,巨磁阻,近零电阻温度系数,负膨胀,磁致伸缩,压磁效应,以及磁卡效应等丰富的物理性能,因此此类化合物受到人们越来越多的关注.反钙钛矿Mn3AX化合物的结构和物性的研究,将对我们深入认识材料的"本-构"关系具有重要的意义.本文重点综述了部分反钙钛矿Mn3AX化合物奇特的物理性质,尤其是
基本粒子物理学与场
2011, 60 (9): 091101.
doi: 10.7498/aps.60.091101
摘要 +
本文提出在Kα波段圆柱过模结构绕射辐射器件(RDG)中引入一种带有锥度结构的同轴内开槽布拉格反射器.采用复功率守恒技术(CCPT)对该反射器的频率响应特性进行分析.研究了相位匹配段长度,波纹槽深及锥度对反射器频率响应特性的影响,分析了波纹初始相位对反射器选模特性的影响,发现该反射器具有良好的模式选择特性.本文的研究工作为同轴Bragg反射器结构的研究提供了重要的理论分析手段.
2011, 60 (9): 091201.
doi: 10.7498/aps.60.091201
摘要 +
本文研究了利用恶化信号作为抽运的光纤光参量放大效应(FOPA)进行全光判决的全光3R(再放大、再整形、再定时) 再生实验方案,理论上分析了在不同的抽运功率条件下时(分别对应"0"和"1"码)参量放大抑制噪声的不同机理,表明选用合理的实验参数可以同时对"0","1"码噪声进行抑制.实验中利用高Q值的法布里-珀罗(F-P)滤波器提取了均方根(RMS)抖动仅为180 fs的40 GHz时钟;完成了对40 bit/s的单波长恶化信号的全光判决实验,将恶化信号的信噪比从4.52改善为11.43.实验验证了理论分析的
2011, 60 (9): 091301.
doi: 10.7498/aps.60.091301
摘要 +
为了打破二维模拟回旋脉塞的一些局限性,研究了电子回旋受激辐射的基本原理,使用唯象的描述方法,以统计物理学为基础,在电子回旋中心坐标系中完成了三维Yee网格模型中对电子注平衡态物理模型的数值建模,并结合PIC方法和FDTD算法进行电子回旋脉塞的数值模拟.为了减少计算时间,在模拟中加入了MPI并行算法,加速比能提高到2.7以上.最后以一个94 GHz的回旋振荡管为例,对它的整体结构进行了模拟,并通过对频谱,功率,工作模式等方面验证了模拟的正确性.
原子和分子物理学
2011, 60 (9): 093101.
doi: 10.7498/aps.60.093101
摘要 +
基于密度泛函理论的第一性原理,采用全势线性缀加平面波方法(FPLAPW)和广义梯度近似(GGA)来处理相关能,计算了Cr掺杂SnO2超晶格的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数、反射率和折射率.研究表明由于Cr的掺入,超晶格SnO2在费米能级附近形成了新的电子占据态,出现了不连续的杂质能带,这是由Cr-3d态和O-2p,Sn-5s态电子所形成.介电谱在0—5.5 eV之间时出现了三个新的介电峰,在高能区介电谱主峰位置发生蓝移,峰值强度减小.吸收谱、反射谱和折
2011, 60 (9): 093102.
doi: 10.7498/aps.60.093102
摘要 +
采用密度泛函B3LYP方法在6-311+ +G* *基组上优化了不同外电场作用下丙烯酸甲酯分子的基态几何结构、电偶极矩和分子的总能量,并且分析了分子的HOMO-3到LUMO+3轨道的能量变化,然后利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3LYP)在相同基组下探讨了无电场时丙烯酸甲酯分子前9个激发态的激发能、波长和振子强度和外电场对丙烯酸甲酯分子激发态的影响规律.结果表明,分子的几何构型与外电场大小有着较强的依赖关系.随着外电场的增大,分子总能量先增大后减小,电偶极矩μ先减小后增大,激发能随电场
2011, 60 (9): 093103.
doi: 10.7498/aps.60.093103
摘要 +
在改进的含温有界原子模型基础上,在中心场近似下用分波法来处理部分自由电子密度分布函数.通过平均近似处理,给出劈裂的能带.在原子结构的自洽计算中采用能带重叠作为自由电子的动态判据.大量计算了Au的电子压强、能量、热容以及各种热力学系数.
2011, 60 (9): 093201.
doi: 10.7498/aps.60.093201
摘要 +
利用同步辐射和多级光电离吸收池,在14—20 eV (890—620 Å)范围内测量了CO绝对光吸收谱,得到了CO离子态的电离能. 根据CO绝对光吸收谱,结合理论计算,分别识别了收敛到CO+三个电子态(Χ2Σ+, Α2Π和B 2Σ+)的Rydberg系列. 不仅扩充了前人识别的Rydberg系列和振动序列,而且探索性地识别了收敛到CO+
2011, 60 (9): 093202.
doi: 10.7498/aps.60.093202
摘要 +
在北京原子能研究院串联加速器上,利用20—45 MeV的O5+轰击Ta靶,研究靶的L壳层X射线. 给出了Ta的L壳层各亚壳层Ll,Lα,Lβ和Lγ X射线发射截面的比值,并且与ECPSSR理论计算做了比较. 结果表明,在误差范围内比值σ(Ll)/σ(Lα)、σ(Lβ)/σ(Lα)和σ<
编辑推荐
2011, 60 (9): 093203.
doi: 10.7498/aps.60.093203
摘要 +
本文研究了非单色(有限带宽)激光场与同位素原子体系相互作用的激发光电离过程. 采用混沌场随机模型描述激光场,用密度矩阵理论和Fokker-Planck方程方法首次给出了非单色激光场与多能级原子相互作用的激发动力学方程. 针对三能级同位素原子体系,讨论了激光线宽和激光光强对同位素原子电离概率和激光同位素分离过程中分离选择性的影响.
编辑推荐
2011, 60 (9): 093204.
doi: 10.7498/aps.60.093204
摘要 +
本文采用三维半经典再散射模型研究了He原子在高光强(1.5×1015 W/cm2)、少周波激光脉冲作用下的非序列双电离问题,重点分析了沿激光电场极化方向的动量关联谱.发现两个电子沿相反方向发射的比例明显比中等光强区(7×1014 W/cm2)和低光强区(2.5×1014 W/cm2),以及同等光强的长脉冲情形都偏高, 同时V形结构也更加明显.通过轨道"回溯"分析, 进一步深入
2011, 60 (9): 093301.
doi: 10.7498/aps.60.093301
摘要 +
本文分别从实验和理论模拟两方面详细的讨论了金属双环和反双环两种亚波长阵列结构在太赫兹波段的双频率响应特性. 这两种双环结构都可以实现双频率调制,金属双环结构表现为两个明显的吸收峰,反双环结构则表现出明显的透过峰. 这两种结构不仅在物理结构上互补,在太赫兹波段的响应也表现为吸收和透过互补的特性. 其中高频响应来源于内环电子振荡,低频影响则来源于外环电子振荡,并且这种结构在太赫兹波段的响应与周期无关.
2011, 60 (9): 093401.
doi: 10.7498/aps.60.093401
摘要 +
本文利用反应显微成像技术(reaction microscope)研究了54 eV电子入射甲烷分子导致的电离解离过程,详细分析了电离解离产生的CH+2,CH+,C+离子碎片的动能分布情况.实验结果表明,该入射能量下产生CH+2,CH+,C+离子碎片主要贡献来自2a1内价轨道电子的直接电离过程产生的离子态(2a<
2011, 60 (9): 093601.
doi: 10.7498/aps.60.093601
摘要 +
用分子动力学结合嵌入原子势研究了含有531个原子的Co531, Cu531和Ni531团簇从不同初始温度以不同冷却速率凝固到200 K时的凝固行为. 结果表明初始温度和冷却速率对团簇的凝固点有很大影响. 初始温度越高, 冷却速率越小, 团簇的凝固点越高. 凝固条件的改变会对三种团簇的凝固结构产生不同的影响. Cu531和Ni531团簇尽管在不同条件下的凝固点不同, 但凝固结构都是二十面体. 而Co
2011, 60 (9): 093602.
doi: 10.7498/aps.60.093602
摘要 +
采用分子动力学方法,对短链烷烃在柔性和刚性具有相似拓扑结构的金属有机骨架材料(isoreticular metal-organic frameworks, IRMOFs)中的分子扩散进行了研究. 结果表明,分子在柔性骨架中的自扩散系数大于在刚性骨架中的自扩散系数,在柔性骨架中的活化能小于在刚性骨架中的活化能. 骨架的柔性对自扩散系数的影响随着温度的升高而增加,随着扩散分子数目以及扩散分子链长的增长而降低. 因此,在利用分子模拟方法研究烷烃在金属-有机骨架材料中的扩散行为时,尤其对于较高温度以及较短的烷烃分
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
2011, 60 (9): 094101.
doi: 10.7498/aps.60.094101
摘要 +
用转移矩阵方法研究了由单负材料组成的含有缺陷层的一维光子晶体的透射特性.研究结果表明:当缺陷层存在时,会在原有光子晶体的禁带中出现缺陷模.缺陷模的位置随杂质层磁导率μ的增加从禁带的高频端向低频端移动;但随杂质层介电常数ε的增加却从禁带的低频端向高频端移动.利用该特性可以实现对光传播的动态调控.
2011, 60 (9): 094102.
doi: 10.7498/aps.60.094102
摘要 +
本文利用提取直射波并结合自适应数字滤波等技术提出一种计算水平层状介质中电磁场并矢Green函数的快速算法. 首先将谱域Green函数中表征均匀介质作用的直射波提取出来并对其积分进行解析计算,这种处理降低了谱域Green函数的奇异性,可在很大程度上缩短其积分收敛区间. 然后在将谱域Green函数剩余部分对应积分转化为三个快速下降积分的基础上,引入一种自适应数字滤波算法对其进行快速求解. 最后通过具体算例验证了本文所述算法的有效性.
2011, 60 (9): 094103.
doi: 10.7498/aps.60.094103
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本文从电磁介质的变换理论出发,提出采用开口共振环(SRR)结构的球状变形器简化方案. 通过调节此微结构的几何参数,可获得有效磁导率分布,并实现TE入射波下的变形效果. 有限元模拟计算的结果表明,尽管此方案中的参数经历了简化与离散,且材料本身具有不可忽略的色散及损耗,但在工作频率下仍能实现较好的变形效果. 另一方面,通过选择合适的结构参数,令该结构的共振点远离结构参数的分布范围,可有效地拓宽此结构的工作频带,改善变形器的变形效果.
2011, 60 (9): 094201.
doi: 10.7498/aps.60.094201
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首次提出产生局域空心光束(Bottle beam)的另一类新型锥透镜模型.讨论了凹凸两种模型,分别是在传统轴棱锥的底部磨削和胶合圆台结构形成.研究结果表明平面波正入射新型凹锥透镜可产生单个Bottle beam,正入射新型凸锥透镜可形成具有周期性的Bottle beam.通过几何光学分析了产生Bottle beam的原理,计算了Bottle beam的相关参数.由衍射积分理论分析和模拟了新型锥透镜后的光强分布特性,所得分析结果与几何光学分析基本符合.
2011, 60 (9): 094202.
doi: 10.7498/aps.60.094202
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基于非傍轴矢量光束横截面上光强的严格定义〈Sz〉,采用桶中功率定义光束的束宽、远场发散角以及M2因子. 以非傍轴矢量高斯光束为例,对光束的传输特性进行了详细的理论分析和数值计算,并与非傍轴标量理论的结果进行了比较分析. 研究表明,光源半宽ω0/Λ时,传输特性的矢量描述与非傍轴标量描述有显著差别,随着ω0/Λ的增大,两者趋于一致,并逐步过渡到
2011, 60 (9): 094203.
doi: 10.7498/aps.60.094203
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实验研究及理论分析了光波场中边位错向螺旋位错的转化行为. 设计了围绕中心沿角向周期排列的多边位错相位结构,实验上通过计算全息图法研究了其对高斯光束的调制作用以及调制光束的传播特性. 结果表明,随着调制光束逐渐演化为类涡旋光束,多边位错结构可以转化为螺旋位错,且位错结构的总相位变化守恒. 结合光场的线动量密度图详细分析了该演化过程,并进一步讨论了多边位错结构中的相位突变值对螺旋位错转化的影响,给出了决定螺旋位错拓扑荷值的定量关系式.
2011, 60 (9): 094204.
doi: 10.7498/aps.60.094204
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针对拉盖尔高斯涡旋光束,推导了其传输后目标平面上光电场的解析表达式,理论研究表明,传输一段距离后, 对于拉盖尔高斯光束的光斑大小的描述,高斯光斑尺寸已经不再适用.如果采用光强最亮处的半径来表示目标平面上的光斑大小则比较方便. 除了传输中的衍射导致光束展宽以外, 横截面上光束的相位分布也发生了独特的变化. 等相位线由原来的射线转化为弧线,拓扑电荷数为正时,弧线朝顺时针方向弯曲,拓扑电荷数为负时,弧线朝逆时针方向弯曲.
2011, 60 (9): 094205.
doi: 10.7498/aps.60.094205
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本文研究了光束通过多层介质分界面的光自旋霍尔效应. 以三层介质为例,建立了光束通过棱镜-空气-棱镜结构的传输模型,揭示了横移与空气介质的厚度、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系. 发现对某一特定的圆偏振光束,改变两棱镜之间的折射率梯度可以调控横移,反射场与传输场的横移方向取决于折射率梯度. 相对于两层介质来说,高斯光束通过三层介质能明显地增强光自旋霍尔效应. 研究多层介质中光自旋霍尔效应横移的影响因素可为调控和增强光自旋霍尔效应提供理论依据.
2011, 60 (9): 094206.
doi: 10.7498/aps.60.094206
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基于广义截断二阶矩法,推导出了截断部分相干厄米-高斯(H-G)光束的广义M2G因子的解析表达式. 截断完全相干H-G光束、截断高斯谢尔模型(GSM)光束以及截断高斯光束可以做为本文结果的特例给出. 研究表明:截断部分相干H-G光束的广义M2G因子与截断参数δ,模阶数m以及相干参数α有关. 当δ非常小时,M2
2011, 60 (9): 094207.
doi: 10.7498/aps.60.094207
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提出并数值证实利用反馈相位的随机调制可消除外腔半导体激光器反馈引起的时延结构. 研究发现:当反馈相位随机调制信号的速率处在0.1—1 Gbit/s范围,随机调制信号的切换幅值个数达到5时,在半导体激光器偏置电流(1.2—2.8Ith)和反馈速率(8—26 GHz)构成的参数空间中,反馈时延结构对应的外腔长信息可被有效地消除.
2011, 60 (9): 094208.
doi: 10.7498/aps.60.094208
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本文介绍了基于掺Er光纤飞秒激光器光学频率梳中光学部分的研制. 实验上采用重复频率为230 MHz的掺Er光纤飞秒激光器,通过放大、光谱展宽以及单臂f—2f系统,在优化及分析相关参数影响的基础上,获得了~30 dB信噪比f0的输出,为光纤光学频率梳的建立奠定了基础.
2011, 60 (9): 094209.
doi: 10.7498/aps.60.094209
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报道了LD端面抽运c切Nd:YVO4自拉曼倍频黄光激光器的研究. 采用10 mm长,二类临界相位匹配角 (θ=69°,ø=0°)切割的KTP晶体作为倍频晶体. 考虑到c切Nd:YVO4跃迁截面较小,所以通过对谐振腔及晶体膜系的严格设计,减少腔内插入损耗和衍射损耗. 最终在脉冲重复率为10 kHz,抽运功率为11.2 W下,获得了最高570 mW的倍频黄光激光输出,对应抽运光到倍频黄光的转化效率约为
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2011, 60 (9): 094210.
doi: 10.7498/aps.60.094210
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为考核神光Ⅱ升级项目三倍频输出能力,以及研究高功率激光驱动器高通量三次谐波转换过程中相关技术问题,在神光Ⅱ第九路上开展了一轮'Ⅰ+Ⅱ’三倍频实验,实验中三倍频最大输出达到2740 J,最大输出能通量达到3.6 J/cm2以上,最大转换效率为~63%;根据实验结果结合理论分析,初步研究了影响效率转换主要参量;在实验中观察到时间相位调制所引起的振幅调制,以及横向受激拉曼散射所引起的破坏. 实验结果有效验证了神光Ⅱ升级的倍频器的相关设计程序和参数,以及神光Ⅱ升级项目的三倍频输出能力.
2011, 60 (9): 094211.
doi: 10.7498/aps.60.094211
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分析了大气湍流对采用多抖动法实现的相干合成阵列光束中相位调制信号的影响. 文章首先根据广义惠更斯-菲涅耳原理,采用折射率结构函数对大气湍流进行描述,推导了多抖动法相干合成中阵列光束通过大气湍流后相位调制信号的一般表达式. 在此基础上进行数值模拟,分析了传输距离、湍流强度、光束阵列占空比和光斑尺寸等因素对相位调制信号的影响. 研究发现随着传输距离的增大,相位调制信号强度会先增大后减小,存在一个极大值点;随着湍流强度的增强,相位调制信号强度极大值点的出现距离不断缩短;当光束阵列占空比一定时,随着光斑尺寸的增大
2011, 60 (9): 094212.
doi: 10.7498/aps.60.094212
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在远场条件下采用夫朗和费衍射近似,经过波动光学的计算推导,得到透射光栅各级绝对衍射效率及相对衍射效率通用计算模型. 此模型可以用来计算任意栅线截面情况下透射光栅的衍射效率. 利用此模型,分别建立了矩形、梯形和5边准梯形截面的衍射效率计算模型,并对模型正确性进行了验证.
2011, 60 (9): 094213.
doi: 10.7498/aps.60.094213
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本文基于全矢量有限元法,设计了一种V形结构高双折射光子晶体光纤,数值分析结果表明:当光纤的包层孔间距Λ为1.0 μm,包层大空气孔D和小空气孔d分别为0.95 μm,0.7 μm时,在波长为1.55 μm处,该光纤的双折射度B达到1.225×10-2,比传统光纤高约两个数量级. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长,使钛宝石飞秒激光器工作波段(700—980 nm) 处于光纤的反常色散区,为新颖的光子晶体
2011, 60 (9): 094214.
doi: 10.7498/aps.60.094214
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提出了一种基于耦合介质纳米线的深亚波长局域波导,通过两根紧邻的高折射率介质纳米线的耦合,该波导可以将光场有效束缚在纳米线之间的低折射率纳米缝隙中. 计算模拟的结果表明,该波导的有效模场面积达到Λ20/200,比单根纳米线波导小一个数量级,这种深亚波长的模场束缚能力可以与表面等离激元混合波导相比拟. 计算模拟的结果还表明,纳米线可能带有的低折射率氧化膜、低折射率衬底的存在、以及纳米线间尺寸存在的一定差异对于该波导结构的实际应用都不会产生很大
2011, 60 (9): 094216.
doi: 10.7498/aps.60.094216.2
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采用法拉第-麦克尔逊干涉仪检测的方法实现了基于强度调制的弱相干光脉冲的差分相位编码系统.系统针对各个可能引起误码的关键环节提出并采用了相关物理方案来减小系统的误码,采用可以产生高精度任意频率的小数分频的锁相环时钟发生器为系统提供时钟信号,减小了由于通信双方时域不匹配而带来的误码;采用单光子计数水平下高精度实时测量行波相位调制器半波电压的新方法减小了由于不准确加载相位电压引起的误码;采用单光子计数水平下的法拉第-麦克尔逊干涉仪解决自动补偿单光子脉冲干涉的偏振匹配问题,提高了系统的干涉对比度,实验结果实现了5
2011, 60 (9): 094216.
doi: 10.7498/aps.60.094216.1
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基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2 mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码.
2011, 60 (9): 094217.
doi: 10.7498/aps.60.094217
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研究了液芯光纤内不同体积比的甲苯和间二甲苯二元混合溶液的受激拉曼散射.实验结果表明:在不同的体积比之下二元溶液的环呼吸振动模式1002 cm-1,甲基的CH伸缩振动模式2920 cm-1 以及芳香环CH对称伸缩振动模式3058 cm-1的拉曼带同时产生受激拉曼辐射,并且2920 cm-1 和 3058 cm-1 拉曼带的一阶受激拉曼散射阈值要低于1002 cm-1拉曼带的二阶
2011, 60 (9): 094218.
doi: 10.7498/aps.60.094218
摘要 +
本文研究了矩形和圆形截面铅玻璃介质中强非局域空间光孤子的传输特性.基于镜像法,光束在铅玻璃中的传输被分成独立的两个过程,即孤子的形成和孤子的整体偏转.孤子的形成不依赖于边界,它来源于入射源光束本身形成的折射率分布的作用,所以形成孤子的临界功率只与材料的性质和入射光束束宽有关.孤子的整体偏转在本质上来源于边界的作用,其偏转力在数值上等同于所有镜像光束与源光束之间的作用力.截面圆形和截面矩形的边界分别"镜像"出一个和无穷多个镜像光束,进而导致不同边界条件下孤子不同的偏转轨迹.文中解析求得的孤子的临界功率以及两
2011, 60 (9): 094301.
doi: 10.7498/aps.60.094301
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开展了界面条件下线型超声相控阵声场特性的研究.将带有楔块的超声相控阵问题合理简化为液固界面的情况进行讨论.根据射线声学理论,计算了单阵元在液固界面存在时的辐射声场,进而推导了聚焦法则,得到了超声线型阵在液固界面存在时的声场、位移场表达式.对安装在楔块上的相控阵换能器的辐射声场进行了仿真,并讨论了聚焦对换能器轴向和横向声场的影响,结果表明利用聚焦能提高分辨率和灵敏度,但聚焦区域之外声束性能更差,在实际检测中要合理利用聚焦.
2011, 60 (9): 094501.
doi: 10.7498/aps.60.094501
摘要 +
建立了一类含准周期参数激励和时滞反馈的相对转动非线性系统的动力学方程. 采用多尺度法求解1/2亚谐波主参数共振下的分岔响应方程,并分析了系统的稳定性. 在求解非受控系统的定常解的基础上,通过讨论系统的动力学特性,研究了准周期参数激励对系统响应的影响. 采用时滞反馈控制的方法对系统分岔和极限环(域)进行控制,数值模拟的结果表明通过改变时滞参数可以实现对系统分岔的控制,并能有效地控制极限环(域)的幅值和稳定性.
2011, 60 (9): 094701.
doi: 10.7498/aps.60.094701
摘要 +
提出了扩展HPP模型,并与RE阵列结合,构建了一个对称加密系统. 该系统适用于任意维度和精度的数字对象,并具有空间性、并行性和高效性的特点. 实验结果表明,加密系统具有良好的随机性和敏感性.
2011, 60 (9): 094702.
doi: 10.7498/aps.60.094702
摘要 +
基于边界层转捩后阶段的高精度直接数值模拟结果,发现流向条纹结构的低速条纹的演化过程中存在不连续现象,以及随高速条纹的发展会出现称之为"高速斑"的新特性. 通过详细剖析边界层转捩过程中的复杂涡系结构以及上喷下扫流动现象,证实流向高低速条纹新特性与流场涡系结构的演化过程紧密相关.
气体、等离子体和放电物理
2011, 60 (9): 095201.
doi: 10.7498/aps.60.095201
摘要 +
对一种工作频率为0.14 THz的小轨道同轴回旋管放大器进行非线性模拟,结果表明:通过加载外部静电压的方法,可将回旋管放大器的饱和输出功率提高19%,而且电子束横向与纵向速率比以及横向速度离散对输出功率都没有明显影响,从而可以有效提高回旋管放大器性能.
2011, 60 (9): 095202.
doi: 10.7498/aps.60.095202
摘要 +
在激光尾波场电子加速机理中,为了有效地加速电子,需要抑制衍射散焦等造成的激光传输不稳定性问题. 激光脉冲的稳定传输不仅有利于能量耦合给等离子体波,而且对电子束的注入及稳定加速有着重要影响,具有一定横向密度分布的充气型放电毛细管可以有效引导激光脉冲的传输. 利用等离子体的Stark展宽效应对毛细管产生的等离子体进行密度测量,给出了等离子体密度与充气压强之间的关系. 利用磁流体程序CRMHA对毛细管的放电特性进行了模拟,研究了毛细管引导效应的形成机理.
2011, 60 (9): 095203.
doi: 10.7498/aps.60.095203
摘要 +
本文采用分子动力学模拟方法研究了F原子(能量在0.5—15 eV之间)与表面温度为300 K的SiC(100)表面的相互作用过程. 考察了不同能量下稳定含F反应层的形成过程和沉积、刻蚀过程的关系以及稳定含F反应层对刻蚀的影响. 揭示了低能F原子刻蚀SiC的微观动力学过程. 模拟结果表明伴随着入射F原子在表面的沉积量达到饱和,SiC表面将形成一个稳定的含F反应层. 在入射能量小于6 eV时,反应层主要成分为SiF3,最表层为Si-F层. 入射能量大于6 eV时,反应层主要成分为SiF.
凝聚物质：结构、力学和热学性质
2011, 60 (9): 096101.
doi: 10.7498/aps.60.096101
摘要 +
采用离子束溅射技术,通过改变Ge的沉积量,在n型Si(100)衬底上自组装生长了一系列Ge量子点样品. 利用AFM和Raman光谱对样品表面形貌和结构进行表征,系统地研究了Ge量子点形貌、密度、尺寸大小以及Ge的结晶性和量子点中组分等随Ge沉积量的演变规律. 结果表明:Ge层从二维薄层向三维岛过渡过程中,没有观察到传统的由金字塔形向圆顶形量子点过渡,而是直接呈圆顶形生长;且随着Ge沉积量的增加,量子点密度先增大后减小,Ge的结晶性增强同时Ge/Si互混加剧,量子点中Si的组分增加.
2011, 60 (9): 096102.
doi: 10.7498/aps.60.096102
摘要 +
利用532 nm脉冲激光对沉浸在去离子水及十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中的金属锌靶进行液相激光烧蚀,合成了ZnO纳米颗粒和Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子. 应用X射线衍射仪,透射电子显微镜,紫外可见光分光光度计和荧光光度计表征产物的微观结构和光学性能,并探讨其形成机理. 结果表明:在去离子水中分别烧蚀2 h和4 h生成的ZnO纳米粒子的平均粒径分别为43 nm和19 nm. 激光的长时间作用可以使纳米粒子粒径减小. 在0.005 mol/L的SDS水溶液中合成了Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子,这是由于S
2011, 60 (9): 096103.
doi: 10.7498/aps.60.096103
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位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型. 利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度. 该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段.
2011, 60 (9): 096104.
doi: 10.7498/aps.60.096104
摘要 +
为了对双极线性稳压器在电离辐射环境下损伤变化特征及其剂量率效应进行研究,选择一组器件进行60Co γ高低剂量率的辐照和退火试验. 结果表明线性稳压器的输出电压、最大负载电流、线性调整率、压降电压等多个关键参数都有不同程度的蜕变. 且各器件在高低剂量率下的辐照响应略有不同,表现出不同的剂量率效应. 文中通过多种形式的测试结果分析,系统地讨论了各参数变化的原因及其内部各模块对稳压器功能的影响. 结合电离损伤退火特性,探讨了各剂量率效应形成的原因. 这不但对工程应用考核提供了参考,而且为设
2011, 60 (9): 096105.
doi: 10.7498/aps.60.096105
摘要 +
本文采用分子动力学模拟结合Finnis-Sinclair多体势研究了面心立方铁纳米粒子在加温过程中的相变与并合行为. 模拟结果表明: 纳米粒子在熔化之前均发生了由面心立方至体心立方的马氏体相变; 大小相等的两纳米粒子在并合之前发生了相对转动; 而大小不等的两纳米粒子在并合过程中并未出现转动, 小纳米粒子倾向于吸附在大纳米粒子上, 并随着温度的升高而熔化, 最终形成更大的纳米粒子.
2011, 60 (9): 096201.
doi: 10.7498/aps.60.096201
摘要 +
本文研究了在相同退火热处理条件下,不同析出相含量的两种铝镁合金5456和5052在不同加载应变率下的P-LC效应. 结果表明析出相对两种材料的P-LC效应有明显影响,并且析出相含量的不同所产生的影响不同. 此外,析出相含量较少的5052合金的溶质原子的扩散方式是管扩散,而析出相含量较多的5456合金不再局限于管扩散的方式,而是更为复杂.
2011, 60 (9): 096202.
doi: 10.7498/aps.60.096202
摘要 +
应用改进的有限元方法,建立考虑层间范德华力作用的壳-弹簧非线性有限元模型,基于B-R运动准则,系统地研究了双壁碳纳米管的动力屈曲问题,得到了轴向冲击载荷作用下双壁碳纳米管的临界动力屈曲载荷和临界动力失效载荷. 研究结果表明,在动力屈曲过程中,双壁碳纳米管层间距的变化非常小,各管的变形相互协调;碳纳米管中应力波的传播导致碳纳米管出现非对称屈曲模态,可明显观测到四个环向波瓣,沿着碳纳米管的轴线方向,四个波瓣的波峰和波谷交替变化. 对碳纳米管动力屈曲问题的研究表明,冲击载荷的大小和持续时间对碳纳米管的动力屈曲有
2011, 60 (9): 096301.
doi: 10.7498/aps.60.096301
摘要 +
以闪锌矿相的ZnS 2×2×1超原胞为基础,通过将其中的Zn用Cr按1∶1配比进行了a和b两种不同位置的替换构造出了三元化合物ZnCrS2 理论模型,然后采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PWPP)方法分别计算了两种不同模型ZnCrS2的电子结构和磁学性质. 结果表明,两种模型的ZnCrS2的铁磁态都比反铁磁态更稳定,均是半金属铁磁体(半金属能隙分别为0.9631 eV和0.7556 eV), 其中a位替换不但具有较大的半金属
2011, 60 (9): 096801.
doi: 10.7498/aps.60.096801
摘要 +
利用等离子体辅助分子束外延设备(P-MBE)在m面的蓝宝石(m-Al2O3)衬底上制备了ZnO/Zn0.85Mg0.15O多量子阱.反射式高能电子衍射谱(RHEED)图样的原位观察表明,多量子阱结构是以二维模式生长的.从光致发光谱中可以看到ZnO/Zn0.85Mg0.15O多量子阱在室温仍具有明显的量子限域效应.在290 K时阱宽为3 nm的ZnO/Zn0.85
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2011, 60 (9): 097101.
doi: 10.7498/aps.60.097101
摘要 +
本文对GaN HEMT栅漏电容的频率色散特性进行分析,认为栅边缘电容的色散是导致栅漏电容频率色散特性不同于圆肖特基二极管电容的主要原因. 通过对不同栅偏置条件下缺陷附加电容与频率关系的拟合,发现小栅压下的缺陷附加电容仅满足单能级缺陷模型,而强反向栅压下的缺陷附加电容同时满足单能级和连续能级缺陷模型. 实验中栅边缘电容的频率色散现象在钝化工艺后出现,其反映的缺陷很可能是钝化工艺引入,且位于源漏间栅金属未覆盖区域的表面. 最后通过低频噪声技术进一步验证栅边缘电容提取缺陷参数的可行性. 低频噪声技术获得的单能级
2011, 60 (9): 097102.
doi: 10.7498/aps.60.097102
摘要 +
采用第一性原理计算了Ba0.5Sr0.5TiO3三种有序构型的晶格结构和对应的电子结构,晶格结构的详细分析结果表明BST{100}有序构型为四方相,Ti-O八面体中Ti原子和Ba-Sr平面上的O原子沿[100]方向分别偏心位移0.040 Å和0.065 Å,八面体畸变导致反平行自发极化出现,构型处于反铁电态. BST{110}构型也是四方相,并且(110)和(1
2011, 60 (9): 097103.
doi: 10.7498/aps.60.097103
摘要 +
用第一性原理研究了N掺杂zigzag型石墨烯纳米带(z-GNRs)的能带结构、透射谱和电流电压特性,研究结果表明N掺杂将使得z-GNRs的能带结构中出现能隙,材料从金属转变为半导体;随着杂质浓度的增大,相同偏压下电流明显减小,同时体系费米面附近的透射率逐渐减小;z-GNRs的长度、宽度以及N原子的替代掺杂位置均会对输运性质产生影响,在宽度较小的情况下,掺杂浓度和掺杂位置两种因素共同影响体系的输运性质.
2011, 60 (9): 097104.
doi: 10.7498/aps.60.097104
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本文通过二次矩M2(t)和概率分布Wn(t)数值地研究了两种扩展Harper模型的波包动力学,得到了这两种模型中各个相、各条临界线以及三相点的波包扩散情况.对于第一种扩展Harper模型,发现两个金属相中波包是弹道扩散的,在绝缘体相中波包不扩散,而在三相点以及各条临界线上波包是反常扩散的.同时,发现金属相—金属相转变的临界线上的波包动力学行为与金属相—绝缘体相转变的临界线上的相同,但三相点的动力学行为与各临
2011, 60 (9): 097201.
doi: 10.7498/aps.60.097201
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基于紧束缚的Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,利用非绝热的动力学方法,研究了金属/聚合物结构中电势能零点的选取对电荷注入的影响.理论计算发现,电场越强,电势能零点的选取对电荷注入的影响就越大.
2011, 60 (9): 097202.
doi: 10.7498/aps.60.097202
摘要 +
传统散射理论在研究器件噪声特性时,并没有考虑非相干输运和库仑作用对散粒噪声的抑制,而在实际纳米器件中这两种效应不可忽略.本文基于散射区等效接触端模型推导了考虑上述两种效应的电流噪声散射理论统一模型,该模型适用于从相干输运到非相干输运的整个输运区,并同时考虑了泡利不相容原理和库仑作用对散粒噪声的抑制.本文也提出了一种基于统一模型的电流噪声数值模拟方法,该方法所得散射区特性与散射区等效接触端模型特性一致.
2011, 60 (9): 097203.
doi: 10.7498/aps.60.097203
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本文报道了一种用于堆叠结构有机电致发光器件的新的电荷生成层: LiF/Al/V2O5,采用这种电荷生成层的堆叠器件的两个发光单元互相独立,不受影响.说明在外加电场下,这种电荷生成层具有向邻近的发光单元注入电子空穴的能力.而堆叠了两个相同发光单元的器件的电流效率在相同的电流密度下约为普通单层结构的1.7倍.同时这种电荷生成层避免了溅射indium tin oxide(ITO)和金属、有机物共掺,只需要热蒸发,生长工艺简单.
2011, 60 (9): 097301.
doi: 10.7498/aps.60.097301
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利用密度泛函理论,计算了羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带(OH-ZGNRs)的相对稳定性和外加横向电场对其电子结构的影响.计算结果表明:OH-ZGNRs比氢饱和ZGNRs(H-ZGNRs)更为稳定,具有窄带隙自旋极化基态.此外,在外加横向电场作用下,OH-ZGNRs可实现半导体到半金属相转变.
2011, 60 (9): 097302.
doi: 10.7498/aps.60.097302
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本文基于量子机制建立了单轴应变硅nMOSFET栅隧穿电流模型,分析了隧穿电流与器件结构参数、偏置电压及应力的关系.仿真分析结果与单轴应变硅nMOSFET的实验结果符合较好,表明该模型可行.同时与具有相同条件的双轴应变硅nMOSFET的实验结果相比,隧穿电流更小,从而表明单轴应变硅器件更具有优势.该模型物理机理明确,不仅适用于单轴应变硅nMOSFET,只要将相关的参数置换,该模型也同样适用于单轴应变硅pMOSFETs.
2011, 60 (9): 097401.
doi: 10.7498/aps.60.097401
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采用第一性原理方法计算了KH2PO4(KDP)晶体中各种荷电态的硫取代磷替位缺陷(SP)的几何驰豫构型及电子结构.讨论了该缺陷形成后电荷密度的重新分布、相应的电子态密度、能带结构等性质.主要结果为:虽然中性态、±1以及+2荷电态的Sp替位缺陷并没有在带隙中形成占据态,但它们削弱了SO4基团与周围原子的结合力,从而形成相对孤立的SO4基团,相对于无缺陷晶体而言,这种局域松散的结
2011, 60 (9): 097405.
doi: 10.7498/aps.60.097405
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采用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了本征ZnO薄膜和In:(Zn+In)分别为5%,8%,10%的ZnO薄膜,对薄膜的晶相结构和光电性质进行了表征并在CIE-XYZ表色系统中计算了不同样品的色品坐标.结果表明:In掺入后ZnO薄膜的择优生长方向由(002)面变为(101)面且面间距变小,当In掺杂量为5%时,In原子完全替代Zn原子;薄膜的电阻率随In含量的增加出现先抑后扬的趋势;随着In的掺入光谱的紫外发射峰红移,并在670 nm左右出现一个新的峰值;In:(Zn+In)为5%样品具有白光发射特性.从第一
2011, 60 (9): 097501.
doi: 10.7498/aps.60.097501
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本文采用平面波展开法数值计算了由铁圆柱分别按正方排列、三角排列以及六角排列在氧化铕基底材料中构成的二维磁振子晶体带结构,讨论了散射体的不同排列方式对磁振子晶体带隙结构的影响.计算结果表明,三角排列散射体的磁振子晶体能够获得最大的自旋波带隙结构.
2011, 60 (9): 097502.
doi: 10.7498/aps.60.097502
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研究了退火温度对Fe15.38Co61.52Cu0.6Nb2.5Si11B9纳米晶软磁合金交流磁性的影响,并且分析了获得较好软磁性能的可能原因.合金的电阻率随着退火温度的增加逐渐降低.μ'f0值与饱和磁化强度Ms之间没有明显的正比关系,合金的旋磁比γ随退火温度的升高应呈不规则的
2011, 60 (9): 097503.
doi: 10.7498/aps.60.097503
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采用第一性原理,在局域自旋密度近似LSDA及LSDA+U近似,对Ni4NdB化合物进行结构优化,计算体系晶格常数,电子结构和磁性能.结果表明,Ni4NdB为带隙很小的金属导体,存在Nd-Ni铁磁耦合,体系总磁矩由Nd原子局域磁矩提供.体系原子成键较为复杂,Nd原子与近邻Ni原子成金属键,Nd原子与近邻B原子成较强离子键,Ni原子与近邻Ni原子间存在间接交换相互作用.在U作用下,体系磁矩与Nd原子磁矩变化一致,Ni原子磁矩在2.75 eV呈现磁有序-磁有序崩溃转变
2011, 60 (9): 097504.
doi: 10.7498/aps.60.097504
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采用基于密度泛函理论(DFT)和局域密度近似(LDA)的第一性原理分析了氮掺杂(1120) ZnO 薄膜的磁性质.首先,研究了一个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质,结果表明N 2p,O 2p和Zn 3d 发生自发自旋极化.其次,研究了二个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质,9个不同几何结构的计算结果表明N原子之间具有FM耦合稳定性,而且具体分析了N掺杂ZnO铁磁稳定性的产生原因.最后,讨论了氮
2011, 60 (9): 097505.
doi: 10.7498/aps.60.097505
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通过区熔定向凝固法,生长出[001]易磁化方向与晶体轴向之间存在不同取向差的Fe81Ga19合金单晶体和Fe81Ga19合金多晶体.极图测试结果显示,Fe81Ga19合金单晶体的[001]方向与轴向取向差分别为12°,5°和3°.采用电阻应变片法测定相应磁致伸缩应变,与外加磁场方向平行的轴向磁致伸缩应变分别为254×10-6,271×10-6<
2011, 60 (9): 097506.
doi: 10.7498/aps.60.097506
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构造了FeCuNbSiB/FeNi/PZT磁电复合结构并与FeNi/PZT复合结构进行了对比研究.分析了高磁导率材料FeCuNbSiB对FeNi磁场的影响机理,研究了FeCuNbSiB/FeNi/PZT三相复合结构的磁电效应.实验表明,在FeNi/PZT两相层合结构中黏接FeCuNbSiB层后:1)最优偏置磁场从200 Oe降低到55 Oe,最大谐振磁电电压系数从1.59 V/Oe增大到2.77 V/Oe;2)在低偏置磁场中,层合结构磁电电压转换系数提高了1.7—7.8倍;3)层合结构的磁电电压对静态磁场
2011, 60 (9): 097701.
doi: 10.7498/aps.60.097701
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采用射频磁控溅射法在Pt/TiOx/SiO2/Si基片上制备了以BaPbO3(BPO)为缓冲层的Pb(Zr0.52,Ti0.48)Nb0.04O3 (Nb掺杂PZT, PZTN)薄膜.通过调整BPO层厚度,为该PZTN薄膜引入了不同的张应力.当BPO层厚度分别为68 nm和135 nm时,PZTN薄膜呈现随机取向,采用2θ-s
2011, 60 (9): 097801.
doi: 10.7498/aps.60.097801
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采用密度泛函理论和平面波赝势方法对含天然杂质黄铁矿的电子结构和光学性质进行了计算,并讨论了二十种天然杂质:钴、镍、砷、硒、碲、铜、金、银、钼、锌、铊、锡、钌、钯、铂、汞、镉、铋、铅和锑,对黄铁矿催化活性的影响.结果表明在过渡金属杂质中,杂质能级主要由它们的d轨道产生,而在主族金属及非金属杂质中,杂质能级主要由它们的s或p轨道产生.含铜、钼、砷、金、银或镍的黄铁矿对氧的还原的电催化能力增强.除锌、钼、钌、砷、锑、硒和碲外,其余杂质能增强黄铁矿表面俘获电子的能力,使光生电子和空穴复合的概率减小.光学性质计算表
2011, 60 (9): 097802.
doi: 10.7498/aps.60.097802
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用提拉法技术生长出了Bi:α-BaB2O4单晶,并进行电子束辐照.测定了电子束辐照前后的吸收谱和荧光发射谱.在808 nm波长激光二极管的激发下,电子束辐照后的Bi:α-BaB2O4单晶中观测到了中心波长在1135 nm附近、半高宽为52 nm左右的近红外宽带发光现象.近红外宽带发光的发光中心是Bi+离子.电子束射线起到了将Bi3+和Bi2+还原至一价态
2011, 60 (9): 097901.
doi: 10.7498/aps.60.097901
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在高功率微波二极管的设计中,空间电荷限制电流因其与二极管的特性及虚阴极形成关系密切而显得十分重要,虽然Langmuir和Blodgett给出的数值解十分有用,但是在实际的应用中一个简单的函数表达式还是更为方便,同时也可以避免当Rc/Ra很大时带来的级数发散问题.第一性原理已经应用在平行板和共轴圆柱之间二维空间电荷限制电流的推导,它的可靠性也已经得到了大量的验证.本文利用第一性原理推导出了同心球二极管空间电荷限制电流的解析表达式,其中的
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2011, 60 (9): 098101.
doi: 10.7498/aps.60.098101
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借助二次模板法成功的合成了AlN纳米线宏观阵列,并进行了表征.主要研究CVD法制备有一定取向,直径均匀的AlN纳米线宏观阵列的过程.通过气相沉积法和利用PS球自组装模板制备了金属纳米颗粒模板;再以模板上的金属纳米颗粒作为催化剂,利用化学气相沉积在模板上合成AlN纳米线宏观阵列.借助SEM,TEM观察所得样品,AlN纳米线阵列面积约为0.3 mm×0.2 mm,直径和长度分布均匀,平均直径约为41 nm,平均长度为1.8 μm左右,分散密度和覆盖率大的六角结构AlN纳米线宏观阵列.得到了可控制备AlN纳米线
2011, 60 (9): 098102.
doi: 10.7498/aps.60.098102
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利用一种新型有机金属配合物二(2-(4-三氟甲基-2-羟基苯基)苯并噻唑锌(Zn(4-TfmBTZ)2),基于NPB/Zn(4-TfmBTZ)2界面电致激基复合物,制备了一系列异质结量子阱结构有机电致白光器件.结果表明,量子阱结构可以有效提高界面电致激基复合物的发光效率以及器件的显色指数和色度稳定性.得出器件ITO/NPB (60 nm)/Zn(4-TfmBTZ)2(3.0 nm)/NPB (4.0 nm)/Zn(4-TfmBTZ)
2011, 60 (9): 098103.
doi: 10.7498/aps.60.098103
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提出了一个描述多孔介质孔隙尺寸分布的三维分形网络模型,利用该模型对多孔介质中的非混溶两相流驱替进行了数值模拟,研究了孔隙尺寸分布分维Df和两相流黏滞比M对驱替前沿指进型的影响,结果表明指进型容量维数Dh随着孔隙尺寸分布分维Df以及黏滞比M的增大而减少,并通过曲线拟合得到了它们之间的定量关系.
2011, 60 (9): 098104.
doi: 10.7498/aps.60.098104
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为提高VO2薄膜的热致变色性能,采用纳米结构和复合结构二者相结合的方法,通过磁控溅射技术先在玻璃衬底上制备高(002)取向ZnO薄膜,再在ZnO层上室温沉积钒金属薄膜,最后经热氧化处理获得纳米结构VO2/ZnO复合薄膜.利用变温拉曼光谱观察分析了VO2/ZnO薄膜相变前后的晶格畸变和键态的演变过程,讨论了薄膜的结构与热致红外开关特性和相变温度的内在关系.结果显示,与相同条件获得的同厚度的单层VO2薄膜相比,纳米VO
2011, 60 (9): 098105.
doi: 10.7498/aps.60.098105
摘要 +
用分子自组装的方法在玻璃衬底上分别制备了TiO2纳米颗粒层和SiO2-TiO2复合纳米颗粒阵列结构. 其中,SiO2 纳米颗粒层用旋涂法制备,得到密排阵列结构,而TiO2纳米颗粒层则用浸渍提拉法制备. 文章分析了TiO2纳米颗粒层和SiO2-TiO2复合纳米颗粒阵列结构的理论粗糙度,并通过扫描电子显微镜研究了它们的微观结构,用接触角
2011, 60 (9): 098106.
doi: 10.7498/aps.60.098106
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实时观测了切向流动作用下SCN-0.2%Salol透明合金的定向胞晶生长过程,研究了切向流动作用对胞晶间距调整的作用机理. 实验发现,切向流动使得胞晶阵列发生顺流偏转,并且稳态平均间距随流速的增高而减小. 分析表明,这主要是由于流动作用导致胞端失稳波长减小而引起. 施加切向流动使得胞晶间距的调整过程中的分裂机理多样化. 顶端分裂由均匀分岔转变为多枝分岔和不对称分岔;同时,胞晶迎流侧容易产生分枝,且分枝生长方向在流动作用下转变为与胞晶主干方向相同. 胞晶的淘汰机理由静态条件下的弱势生长胞晶被相邻两侧胞晶淘汰
2011, 60 (9): 098107.
doi: 10.7498/aps.60.098107
摘要 +
提出了一种新型p型氮化镓粗化外延生长方法,这种生长方法的本质特征是利用低温生长的p型氮化镓作为粗化层的"晶籽"层,然后在这一层的基础上高温快速生长p型氮化镓,使粗化程度得到放大. 经实际制作尺寸为12 mil×10 mil的蓝光发光二极管器件并进行验证测试,与未进行p型氮化镓粗化的结果相比,通过这种方法粗化的发光二极管光通量可提升45%;结果同时表明,该方法有效解决了低温生长p型氮化镓带来的漏电流大,及预通镁源带来的前置电压高的问题.
2011, 60 (9): 098108.
doi: 10.7498/aps.60.098108
摘要 +
本文采用分子束外延(MBE)系统在Si(100)表面淀积Se薄膜. 通过控制衬底和固态Se束源炉的温度,实现了Se材料在Si(100)表面上的自限制超薄薄膜生长;在Se超薄层钝化的Si(100)表面上制备的Ti金属电极具有低的欧姆接触电阻特性,且热稳定性温度提升至400 ℃.
2011, 60 (9): 098109.
doi: 10.7498/aps.60.098109
摘要 +
利用激光拉曼散射技术,对剪切作用下受限于钢球与石英盘之间的纳米级液晶5 CB的分子排列取向进行研究. 结果表明,在特定的实验条件下,可以得到高信噪比的纳米级润滑膜的拉曼散射信号(20∶1). 同时发现,当激光偏振方向与剪切运动方向平行(垂直)时,所得拉曼信号强度达到最大(小)值,表明纳米级液晶5 CB分子在剪切诱导作用下,沿剪切运动方向趋于定向排列. 另外,当钢球与石英盘之间的剪切速度逐渐增大时,受限的纳米级液晶5 CB的拉曼信号强度也逐渐增大. 最后,利用根据相对光强干涉原理研制的纳米膜厚测量仪对纳米级
2011, 60 (9): 098110.
doi: 10.7498/aps.60.098110
摘要 +
本文针对GaAs/Ge太阳电池,利用位移损伤剂量法研究了其在轨服役条件下的性能退化行为.首先在地面模拟辐照环境中,试验获得了在不同能量的电子和质子辐照下的电池性能随辐照注量的退化行为.基于上述实验结果以及计算获得的带电粒子在电池中的非电离能量损失(NIEL)获得了不同能量电子辐照位移损伤的等效指数n为1.7,电子损伤剂量转化为质子损伤剂量等效系数为5.2,并进一步建立了电池性能随位移损伤剂量的退化方程.利用该方法对国产GaAs/Ge太阳电池在500,22000和36000 km轨道带电粒子辐
2011, 60 (9): 098111.
doi: 10.7498/aps.60.098111
摘要 +
用密度泛函B3LYP/3-21G(d)方法,并利用周期边界条件,研究了n=2—20不同管径的超长(n, n)型单壁碳纳米管的结构、能量、能带结构和能隙.结果表明,管径和能量(或生成焓)都随n有很好的变化规律,并可拟合成很好的解析函数.当n为2和3时,碳纳米管的能隙分别为1.836eV和0.228eV,呈半导体特征,且具有间接带隙;当n=4—20时,能隙介于0.027 eV和0.079 eV之间,呈较强的金属性,且具有直接带
2011, 60 (9): 098401.
doi: 10.7498/aps.60.098401
摘要 +
采用分子束外延技术生长了两个叠层结构的双色量子阱红外探测器结构,并经过光刻和湿法刻蚀制作成两端结构的量子阱红外探测器单元器件. 通过改变量子阱势垒高度,势阱宽度,掺杂浓度,重复周期数等器件参数,可以使总电压在两个叠层之间产生适当的分布,从而使器件表现出不同的电压响应特点. 光电流谱测量显示,器件1随着外加偏置电压可实现对于中波大气红外窗口(3—5 μm)和长波大气红外窗口(8—12 μm)红外响应的切换,器件2在不同的偏置电压下可以对这两个波段同时做出响应. 本文探讨了两端叠层结构量子阱红外探测器的工作原
2011, 60 (9): 098402.
doi: 10.7498/aps.60.098402
摘要 +
本文采用离子束溅射Bi/Te和Sb/Te二元复合靶,直接制备n型Bi2Te3热电薄膜和p型Sb2Te3热电薄膜.在退火时间同为1 h的条件下,对所制备的Bi2Te3薄膜和Sb2Te3薄膜进行不同温度的退火处理,并对其热电性能进行表征.结果表明,在退火温度为150 ℃时,制备的n型Bi2Te3
2011, 60 (9): 098501.
doi: 10.7498/aps.60.098501
摘要 +
本文运用高斯定律得出多晶SiGe栅应变Si nMOSFET的准二维阈值电压模型,并从电流密度方程出发建立了小尺寸应变Si nMOS器件的I-V特性模型.对所得模型进行计算分析,得出沟道Ge组分、多晶Si1-yGey栅Ge组分、栅氧化层厚度、应变Si层厚度、栅长以及掺杂浓度对阈值电压的影响.运用二维器件模拟器对器件表面势和I-V特性进行了仿真,所得结果与模型仿真结果一致,从而证明了模型的正确性.
2011, 60 (9): 098502.
doi: 10.7498/aps.60.098502
摘要 +
阈值退化是器件特性退化最重要的表征.本文以研究SOI SONOS EEPROM器件的前栅和背栅阈值电压在辐照环境下的漂移为入手点,深入研究了在辐照情况下器件的退化;并从物理能带和载流子漂移的角度,分析了导致阈值电压漂移的物理机理,提出了提高器件性能的措施.
2011, 60 (9): 098503.
doi: 10.7498/aps.60.098503
摘要 +
本文研究了磁性量子元胞自动机反相器和择多逻辑门等基本逻辑电路在不同纳磁体厚度和间距下的转换特性.采用单畴近似LLG方程对纳磁体以及电路进行了建模和仿真,结果表明更厚的纳磁体需要更大的转换磁脉冲,大厚度纳磁体逻辑电路表现出较慢的转换;相同厚度和间距下,择多逻辑门比反相器的转换时间略长.此外,模拟结果还表明纳磁体间距对反相器的转换过程影响明显,而对择多逻辑门则影响较小.
2011, 60 (9): 098701.
doi: 10.7498/aps.60.098701
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本文采用最小神经元模型,从生理学角度设计wash-out滤波器,实现了不同放电起始动态机理之间的转换,并证明wash-out滤波器控制通过影响阈下电流的竞争结果改变了神经元的放电起始动态机理.
2011, 60 (9): 098702.
doi: 10.7498/aps.60.098702
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设计了一种低损耗、宽频段、高双折射太赫兹光子带隙光纤,呈三角晶格排列的亚波长空气孔包层实现了带隙的局域作用.利用全矢量有限元法对光纤的双折射及损耗特性进行了理论分析.结果表明,在大约0.3 THz的宽频范围内,类矩形纤芯太赫兹光子带隙光纤的损耗小于0.009 cm-1,相双折射在10-3数量级,群双折射可达10-2数量级.
2011, 60 (9): 098703.
doi: 10.7498/aps.60.098703
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针对具有复杂结构的生物大分子图像,本文改进了已有的半自动化方法,设计了一种新的算法去消除背景噪声,目的在于能够从生物大分子图像高效准确地提取量化信息.通过利用这种新的处理程序对生物大分子DNA原子力显微镜图像进行了研究,不仅可以对线性构像的DNA图像进行了处理,而且对于具有分支构像复杂DNA图像也能够处理.本文所提出的数字图像处理方法具有普适性,它也可以被应用到其他成像领域.
2011, 60 (9): 098801.
doi: 10.7498/aps.60.098801
摘要 +
本文基于丝网印刷和丝网印刷后光诱导电镀太阳电池,分析了太阳电池前表面金属电极引起的光学损失的各种情况.考虑到空气-玻璃界面和金属电极两侧边缘区域的反射,通过将金属电极截面近似为半椭圆形模拟了电极的光学损失,计算得到的有效宽度比约为金属电极几何宽度的40%.通过对不同类型样品反射谱的测量计算,同时在理论模拟和实验测量上得到了太阳电池前表面金属电极的光学损失,相应的理论与实验结果相符合.
2011, 60 (9): 098901.
doi: 10.7498/aps.60.098901
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本文首先实证研究了中国航空网(CAN)与外部经济环境,即国民生产总值(GDP)的相关性,进而揭示CAN的演化方式及其拓扑特征的起源.发现自1998年起网络节点的度与其GDP成线性关系,表明了网络拓扑与经济因素有密切的联系,且CAN的度演化服从类似于多重过程(multiplicative process)的模式,而该模式又强烈依赖于GDP的增长率.这种独特的模式暗示了CAN具有类似适应度模型的微观机理.通过对演化方程的研究发现:1)CAN在增长过程中,节点加入的时刻具有经济上的偏好性,即节点加入的时刻与该节
地球物理学、天文学和天体物理学
2011, 60 (9): 099201.
doi: 10.7498/aps.60.099201
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利用对流涡度矢量垂直分量,湿热力平流参数和波作用密度等动力因子对2009年7月8日发生在我国华北南部地区的强对流降水过程进行诊断分析,结果表明,这些动力因子能够综合描述降水系统水平风场垂直切变,涡度扰动以及位温平流和广义位温(及其扰动)的经向梯度等动力学和热力学特征,在降水区对流层中低层表现为强信号,在非降水区表现为弱信号.利用美国NCEP/NCAR 0.5度GFS的6 h,12 h,18 h和24 h预报资料计算分析2009年6月2日至10月1日动力因子对观测降水的指示预测作用,结果表明,动力因子对观测
2011, 60 (9): 099202.
doi: 10.7498/aps.60.099202
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本文详细介绍了滑动频谱方法,并通过模拟仿真和实测资料处理与后传播方法进行比较. 通过对模拟仿真信号反演发现:后传播方法和滑动频谱方法均能削弱大气多路径的影响,后传播方法在一定程度上优于滑动频谱方法;在模拟信号的相位中加入高斯噪声对后传播方法影响不大,但对滑动频谱方法影响较大,尤其在边界层以下. 分别用后传播方法和滑动频谱方法对2007年第71天至73天共约4500个COSMIC掩星数据进行处理. 将折射率反演结果与ECMWF分析场资料进行统计比较,结果显示:滑动频谱方法反演的掩星廓线深度大于后传播方法;后
2011, 60 (9): 099203.
doi: 10.7498/aps.60.099203
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气象数值预报中,由于分析过程引入初始非平衡,从而引起虚假快波振荡,重力波控制弱约束把资料分析过程和初始化过程结合在一起,通过数字滤波弱约束在极小化过程中实现对分析场的平衡约束,克服非平衡问题. 以2008年初的一次南方雨雪天气为研究个例,进行了数字滤波弱约束的同化试验和预报试验,结果表明,数字滤波弱约束4D-Var能充分控制快波振荡的出现和初始调整现象,使得到的分析场不仅能更好的逼近观测,而且能更好地与模式动力相协调. 预报检验的结果表明,在同化过程中施加数字滤波弱约束,能有效滤除由于地形或观测资料等因素
2011, 60 (9): 099204.
doi: 10.7498/aps.60.099204
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本文基于信息熵理论定义气象要素信息熵,并运用其分析全球温度场在不同时空尺度上偏离气候态(1971—2000)的不确定性. 研究结果表明:1)温度场气候态信息熵(CE)具有明显的纬向分布特征,总体表现为温度场CE由低纬度地区向中高纬度地区递增,且海陆差异显著,可以较好地区分各个气候带;其垂直变化,在低纬度地区表现为随高度的升高而增加,但在中高纬度地区则以300hPa为界呈准对称分布,在此高度之上其值随高度升高而增加,之下则相反,这一特征在高纬度地区更为明显.2)温度场月信息熵(ME)的季节性差异显著,总体表
2011, 60 (9): 099205.
doi: 10.7498/aps.60.099205
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利用中国1961—2008年752个站点逐日温度、气压、相对湿度和降水量资料,采用非线性相似度量方法对中国四季进行了划分,对比分析了中国的8个区域与全国整体的季节变化.此外,研究了中国极端温度频次的年际变化,并通过相关分析和敏感性试验探讨了中国近48年四季变化与极端温度事件的联系.结果表明:1)随着全球变暖中国大部分地区春、夏季起始时间提前,持续时间延长;秋季起始时间变化不大,但持续时间延长;冬季起始时间推后,持续时间显著缩短.2)随着夏季延长,除华东以外中国大部分地区极端高温频次增加;随着冬季缩短,中国
2011, 60 (9): 099401.
doi: 10.7498/aps.60.099401
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法拉第旋转是空间被动微波遥感重要的误差来源之一.本文研究了法拉第旋转变化的机理;分析了法拉第旋转对微波辐射计观测精度的影响;着重就1.4 GHz 正交极化通道亮温Tv以及10.7 GHz 相关极化通道亮温U的法拉第旋转校正展开讨论.通过仿真2006年海南某观测站点全年的星载微波辐射计观测数据并利用蒙特卡罗法模拟噪声的影响,分析比较了使用辅助数据(IRI 模型法)和极化模式(Yueh方法和Ribó方法)两种途径对法拉第旋转的校正效果,进而提出了一种应用IGS
2011, 60 (9): 099402.
doi: 10.7498/aps.60.099402
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本文在电离层中性气体点源扩散近似解的基础上,给出了多源释放动力学模型.分析了释放物质、释放高度、释放模式和释放量等因素对人工电离层洞形态调制的影响,并利用电离层短波三维数字射线追踪技术,对不同调制电离层洞的电波传播效应进行了数值模拟和分析.
