Vol. 62, No. 13 (2013)
2013年07月05日
总论
2013, 62 (13): 130201.
doi: 10.7498/aps.62.130201
摘要 +
本文综合考虑网络结构及节点间的互动等关键因素, 提出了一种节点影响力分布式计算机理. 首先根据节点交互行为在时域上的自相似特性, 运用带折扣因子的贝叶斯模型计算节点间的直接影响力; 然后运用半环模型来分析节点间接影响力的聚合; 最后根据社交网络的小世界性质及传播门限, 综上计算出节点的综合影响力. 仿真结果表明, 本文给出的模型能有效抑制虚假粉丝导致的节点影响力波动, 消除了虚假粉丝的出现对节点影响力计算带来的干扰, 从中选择影响力高的若干节点作为传播源节点, 可以将信息传播到更多数目的节点, 促进了信息在社交网络中的传播.
2013, 62 (13): 130202.
doi: 10.7498/aps.62.130202
摘要 +
自适应复杂网络是以节点状态与拓扑结构之间存在反馈回路为特征的网络. 针对自适应网络病毒传播模型, 利用非线性微分动力学系统研究病毒传播行为; 通过分析非线性系统对应雅可比矩阵的特征方程, 研究其平衡点的局部稳定性和分岔行为, 并推导出各种分岔点的计算公式. 研究表明, 当病毒传播阈值小于病毒存在阈值, 即R0R0c时, 网络中病毒逐渐消除, 系统的无病毒平衡点是局部渐近稳定的; R0cR01时, 网络出现滞后分岔, 产生双稳态现象, 系统存在稳定的无病毒平衡点、较大稳定的地方病平衡点和较小不稳定的地方病平衡点; R01时, 网络中病毒持续存在, 系统唯一的地方病平衡点是局部渐近稳定的. 研究发现, 系统先后出现了鞍结分岔、跨临界分岔、霍普夫分岔等分岔行为. 最后通过数值仿真验证所得结论的正确性.
2013, 62 (13): 130203.
doi: 10.7498/aps.62.130203
摘要 +
本文实现了一种新颖的等效环路有限差分算法, 这种算法借鉴传输线算法的思想, 在Yee氏网格中引入等效集总元件, 包括常规介质中的等效串联电感、并联电容和左手材料中的等效并联电感、串联电容等. 良好的物理思想使其可以提供适用色散介质计算的收敛性条件, 更加适合仿真计算频率选择表面和超材料等色散介质. 为了提高其计算效率, 研究了核内加速技术, 这种技术理论上可达到最高4倍的加速, 实际应用中得到2倍左右的加速效果. 使用该算法进行了超材料吸波体结构的设计, 通过单双环电阻加载实现宽带电磁波吸收功能. 隐身天线罩对于实现天线的带外隐身有着重要作用, 利用该算法设计了工作频率为1 GHz, 隐身频带在3 GHz到9 GHz的天线罩. 并与两个加工样品的测量结果进行了比较, 对比的结果验证了算法的正确性. 同时核内加速技术的有效性也通过仿真时间比较得到了验证.
2013, 62 (13): 130204.
doi: 10.7498/aps.62.130204
摘要 +
利用离散元法仿真了运动物体在颗粒物质中的三维动力学过程, 仿真采用周期边界条件, 并考虑了重力、接触力、阻尼力、摩擦力的影响. 将仿真结果和相关的三维实验结果进行了对比, 两者符合较好. 仿真结果表明穿透深度与运动物体的冲击速度、运动物体质量、颗粒介质床的密度均有关系. 运动物体质量越大, 速度越快, 则穿透越深, 而且穿透深度和质量呈线性关系. 仿真过程较为真实地再现了小颗粒的飞溅现象.
2013, 62 (13): 130205.
doi: 10.7498/aps.62.130205
摘要 +
基于一般的浅水波方程, 根据大尺度正压大气的特点, 得到无量纲的控制大尺度大气的动力学非线性方程组. 利用多尺度法, 由无量纲的动力学方程组导出了扰动位势的非线性控制方程. 采用椭圆方程构造该扰动位势控制方程的解, 获得了扰动位势和速度的多周期波与冲击波(爆炸波) 并存的解析解. 扰动位势的解表明经向和纬向具有不同周期和波长的周期波, 且都受纬向孤波的调制; 速度的解表明大尺度大气流动存在气旋和反气旋周期性分布的现象.
2013, 62 (13): 130301.
doi: 10.7498/aps.62.130301
摘要 +
几何量子失协 (geometrical quantum discord, GQD)是目前度量量子体系中量子关联的一种行之有效的方法, 本文利用几何量子失协考察了有阻尼存在的Jaynes-Cumming (J-C)模型中两原子的量子关联动力学. 给出了几何量子失协在原子和光场发生共振和非共振耦合两种情况下的动力学演化行为, 尤其揭示了阻尼耗散对几何量子失协的影响.
2013, 62 (13): 130302.
doi: 10.7498/aps.62.130302
摘要 +
推导了光束在半导体光折变介质的光子晶格中演化的二能级形式, 给出了光束在其中传播时二能级方程的经典正则形式. 解析计算出了经典正则方程的不动点并对其稳定性作了分析, 计算出了拓扑结构变化的临界值. 根据二能级方程的经典正则形式做出了空间相图, 进一步分析了半导体光折变介质中光束传输的自囚禁现象, 发现有两种形式的自囚禁: 1)能级中的布居数差和相对相位都在平衡点附近振动; 2)能级中的布居数差在平衡点附近振动, 而相对相位单调变化. 分别从高频、低频、中频三个方面研究了外加周期调制对自囚禁的影响, 发现在高频调制中发生自囚禁现象的相变参数能够被周期场非常有效的调制, 使得光束在半导体光折变介质中传输时, 在非线性效应影响较小时也能够发生自囚禁.
2013, 62 (13): 130303.
doi: 10.7498/aps.62.130303
摘要 +
本文提出了一种对每一个单光子信号进行相位和偏振两种 编码调制的联合调制量子密钥分配(QKD)系统. 结合复合QKD系统的双速协议, 本文给出了在理想情形下可以通过一个信号光子生成两比特密钥的QKD协议, 明显提高了QKD协议的内禀光子利用率. 在稳定性方面, 本文发展了联合调制的Michelson型QKD系统, 从而在原理上解决了联合调制QKD系统的稳定性问题.
2013, 62 (13): 130304.
doi: 10.7498/aps.62.130304
摘要 +
本文提出了量子信令交换机的模型, 该交换机由经典信息控制模块、交换控制模块和量子交换模块三部分组成. 经典控制模块负责将纠缠初态信息传送给纠缠测量及交换单元并更新路由信息. 交换控制模块实现通路选择, 为纠缠对的分发提供通路. 量子交换模块制备纠缠对, 进行Bell态的测量, 完成纠缠交换. 量子信令交换机可以实现多用户间的信令传输及局域网通信. 通过对交换机的性能分析与仿真, 结果表明该交换机结构简单、安全保密、便于扩展、时延小, 对于构建量子通信网有很好的支撑作用.
2013, 62 (13): 130305.
doi: 10.7498/aps.62.130305
摘要 +
通过对双量子比特系统分别独自与Ising链耦合情形下的关联问题的研究, 推导出了量子失协和量子关联几何度量的演化规律. 在弱耦合相互作用情况下Ising链的临界点附近, 量子关联存在突变. 此外本文发现在某段时间内的演化过程中几何量子关联度保持不变.
2013, 62 (13): 130306.
doi: 10.7498/aps.62.130306
摘要 +
本文找到了一种研究优质差错基和量子纠错码的新方法,即群代数方法, 它为差错基和量子码提供了一种代数表示. 利用这种代数表示, 建立了一系列关于最一般量子纠错码的线性规划限.
2013, 62 (13): 130307.
doi: 10.7498/aps.62.130307
摘要 +
采用含时哈特里-福克-博戈留波夫近似研究雪茄形铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移. 通过考虑元激发的实际弛豫及其各弛豫间的正交关系改进原有方法, 并由此给出计算朗道阻尼和频移的新公式. 此外, 令凝聚体边界处动能密度为零代替令基态能量极小以改进原消除三模耦合矩阵元的方法. 通过这些改进, 同时计算阻尼和频移, 并讨论它们的温度依赖, 所得理论结果都与实验符合.
2013, 62 (13): 130308.
doi: 10.7498/aps.62.130308
摘要 +
研究了一维光晶格中费米气体从BCS区过渡到unitarity区研究相图及周期调制现象. 通过调节散射长度与耠合系数对相图的影响, 发现在unitarity 区, 从约瑟夫振荡到振荡自俘获及振荡自俘获到自俘获, 存在耦合系数的临界值, 同时得到了临界耦合系数与散射长度的关系.
2013, 62 (13): 130502.
doi: 10.7498/aps.62.130502
摘要 +
本文基于系统传递函数矩阵的严格正实性, 针对一类具有可变系数的混沌 (或超混沌) 系统的自同步与异结构同步问题提出了解决方法. 通过在响应系统中加入同步控制器, 并将待同步系统导出的误差系统中的非线性部分作为误差系统输入, 将误差状态变量作为误差系统输出, 使误差系统的传递函数矩阵成为严格正实的, 这样可使误差系统的原点是渐近稳定的, 即两系统达到稳定的混沌 (或超混沌) 同步. 所设计的同步控制器参数选取范围明确, 均为线性的, 且对于待同步系统的系数变化具有一定的鲁棒性. 文中给出了同步控制器的具体设计过程和同步结果, 并结合数值仿真验证了该方法的可行性与有效性.
2013, 62 (13): 130503.
doi: 10.7498/aps.62.130503
摘要 +
由于Buck变换器具有非线性特性, 在一定参数条件下, 它会处于混沌状态, 此时Buck变换器不能正常工作. 为了抑制Buck变换器的混沌现象, 本文首先建立了Buck变换器的精确状态方程模型, 然后通过分析可控范围图、开关逻辑图、相图、电感电流波形、输出电压波形, 研究了基于改善Buck变换器的电感电流与输出电压之间关联性的混沌控制策略. 研究结果表明: 该控制策略能够将处于混沌状态的Buck变换器稳定在周期1, 2, 4, 8轨道, 且该控制策略不需要预先确定期望的目标轨道, 不依赖于Buck变换器的电路参数, 只取决于一个外部参数即耦合强度, 所以该控制策略同样适用于其他 拓扑结构的功率变换器.
2013, 62 (13): 130504.
doi: 10.7498/aps.62.130504
摘要 +
基于分数阶混沌系统稳定性理论, 设计高效的非线性控制器, 实现初始值不同的两个分数阶Chua's系统错位投影同步. 根据分数阶复频域近似方法, 提出分数阶系统的等效电路, 实现分数阶Chua's系统错位投影同步的无感模块化电路. 最后,利用改进的混沌掩盖通信原理, 将以上同步方案应用于混沌保密通信中, 在发送端使用分数阶混沌序列对有用信号加密传送, 从接收端可以无失真地恢复出有用信号. 数值仿真与电路仿真证实了提出方案的可行性.
2013, 62 (13): 130505.
doi: 10.7498/aps.62.130505
摘要 +
以双向环形耦合Duffing振子系统为对象, 研究脉冲信号激励下耦合振子间动力学行为变化特征时, 发现其与单向环形耦合Duffing振子系统类似, 在一定的参数条件下, 脉冲信号能引起其中一个振子与其他振子运动轨迹间出现短暂失同步的现象即瞬态同步突变现象. 基于这种现象, 提出了一种微弱脉冲信号检测的新方法, 用于检测强噪声背景中的局部放电脉冲信号. 实验测试表明, 利用本文方法对不同放电电极的局部放电脉冲信号进行检测时, 在低信噪比条件下可取得良好的检测效果, 进而扩展了现有的Duffing振子对非周期信号的检测范围及应用领域.
2013, 62 (13): 130506.
doi: 10.7498/aps.62.130506
摘要 +
为在HSPICE中建立一种计算简单且精度较高的碳纳米管场效应管 (carbon nanotube field effect transistor, CNTFET) 模型, 在CNTFET半经典建模方法的基础上, 分析了自洽电势与载流子密度之间的关系, 提出用线性近似进行拟合, 并推导了自洽电势的显式表达式, 从而避免了积分方程的迭代求解过程. 然后在HSPICE中建立了相应的CNTFET模型, 通过仿真比较, 结果表明该模型具有较高的精度, 用其构建的逻辑门电路能够实现相应逻辑功能, 且运算时间大为减少.
2013, 62 (13): 130507.
doi: 10.7498/aps.62.130507
摘要 +
针对一类周期参数扰动的T混沌系统, 通过变换将系统转化为具有广义Hamilton结构的周期参数扰动的慢变系统, 运用Melnikov方法对系统的同宿轨道进行了分析计算, 并给出了系统的同宿轨道参数分支条件. 同时, 通过数值实验, 对周期参数扰动控制策略及同宿轨道进行了仿真, 验证了文中理论分析的正确性.
2013, 62 (13): 130701.
doi: 10.7498/aps.62.130701
摘要 +
研究了双折射磁光光纤萨格纳克 (Sagnac) 干涉仪透射谱的磁场和温度敏感性. 实验表明, 干涉仪透射谱会随着温度的增加向短波长移动 (温度系数为-0.435 nm/℃), 其波长依赖性则随着磁场的增加而降低. 据此, 通过调节干涉仪内偏振控制器状态实现了温度不敏感的磁场测量, 磁场系数为189 mW/T2, 实验结果与理论分析一致.
2013, 62 (13): 130702.
doi: 10.7498/aps.62.130702
摘要 +
利用二氧化钒薄膜绝缘相–金属相的相变特性, 提出了一种基于超材料的温控太赫兹调制器, 研究了相变超材料在太赫兹波段的传输特性和温控可调谐特性. 当入射太赫兹波为水平偏振或垂直偏振状态时, 器件的透过率谱线在1 THz附近呈现出两个独立的、中心频率分别为1.3 THz和1.7 THz、 带宽分别为0.2 THz和0.35 THz的 透射宽带. 当温度从40℃至80℃变化时, 两宽带的透过率发生明显的降低, 在二氧化钒的相变温度(68℃)时尤其灵敏, 对入射光的二种偏振状态, 调制深度均达到60%以上, 实现了良好的调制效果.
2013, 62 (13): 130703.
doi: 10.7498/aps.62.130703
摘要 +
采用加权函数修正的差分光学吸收光谱技术(weighting function modified differential optical absorption spectroscopy, WFM-DOAS)测量环境大气中的CO2垂直柱浓度. 以直射太阳光测量光谱为例, 演示了WFM-DOAS算法的实现过程. 将环境大气分为50层, 借助辐射传输模拟软件SCIATRAN对各个测量光谱进行了模拟计算, 获得了最小二乘法拟合所需的目标气体CO2及干扰气体H2O、CH4 的柱权重函数和太阳归一化光谱常量. 采用WFM-DOAS方法对一整天的直射太阳光测量光谱进行了反演, 得到的反演误差均小于3%. 最后比较了两种不同DOAS算法对同一条测量光谱的反演结果, 验证了WFM-DOAS算法在红外被动气体遥感的优越性.
2013, 62 (13): 130704.
doi: 10.7498/aps.62.130704
摘要 +
利用射频磁控溅射技术在LaNiO3/SiO2/Si(100)基底上制备了厚 度约为250 nm的0.65PMN-0.35PT(PMN-PT)薄膜. 研究高压氧氛围退火方式对PMN-PT薄膜晶体结构、形貌以及电学性能的影响. 经过XRD测试发现,在高压氧气氛围中, 温度为400℃下退火后的PMN-PT薄膜具有纯的钙钛矿相结构, 具有完全的(100)择优取向, 且衍射峰尖锐, 表明经过高压退火后的薄膜结晶极为充分. SEM表面形貌测试结果显示, 经高压退火处理的PMN-PT薄膜表面呈现出棒状或泡状的形貌. 铁电性能测试表明: 氧气氛围压强4 MPa, 退火时间4h的PMN-PT薄膜样品具有较好的铁电性能, 其剩余极化强度Pr达到10.544 C/cm2, 且电滞回线形状较好, 但漏电流较大, 这可能是由于其微结构所导致.同时介电测试发现: PMN-PT薄膜样品具有极好的介电性能, 其在1 kHz下测试的介电常数r达到913, 介电损耗tg 较小, 仅为0.065.
前沿领域综述
2013, 62 (13): 130501.
doi: 10.7498/aps.62.130501
摘要 +
有限时间热力学所得结果具有普适性, 其研究结果已成为热物理学的一个重要基础. 许多学者利用有限时间热力学方法对单级和多级正、反向两热源热力循 环最优性能和最优构型进行了大量研究, 获得了一些比经典热力学对于工程设计和优化更具有实际指导意义的新结论. 综述了利用有限时间热力学理论对不同传热规律下单级和多级正、 反向两热源热力循环最优性能和最优构型研究的最新进展, 包括不同传热规律下内可逆和不可逆卡诺热机、制冷机和热泵循环的最优性能研究进展, 两热源热机、制冷和热泵循环最优构型及多级复杂热力系统最优构型研究进展.
核物理学
2013, 62 (13): 132101.
doi: 10.7498/aps.62.132101
摘要 +
基于联合实施微观相互作用玻色子模型的最大F旋方案 (sdIBM-Fmax)与γ射线能量-自旋曲线 (γ-ray energy over spin curves, E-GOS)方案, 成功描述了182Os核yrast带相继的SU(3)–U(5)–SU(3)结构相变, 由于缺少直观解释而显得抽象. 本文借助微观sdIBM-Fmax的微观参数与Bohr哈密顿量的势能曲面方程之间存在的泛函关系, 几何地给出了对这种相继相变途径的另外一种可能理解; 并阐述了在完全变形核的高角动量态中, 由于量子效应在高激发态与低激发态之间生成高简并的临界区, 提供了γ振动能量会变得低于转动能量的一个可能途径, 从而实现了SU(3)–U(5)的相变.
2013, 62 (13): 132501.
doi: 10.7498/aps.62.132501
摘要 +
在(p,)-(,p)平衡近似下,本文建立了简化的快质子俘获(rp)过程模型, 讨论了天体物理条件输入量 (即质子辐照时间、质子数密度及温度) 对rp过程的影响. 结合中国科学院近代物理研究所等时性质谱仪 (IMS) 上的最新实验数据, 本文进而分析了新测的缺中子原子核质量对rp过程的影响; 发现利用新测的41Ti质量, A=41处的丰度相较之前的计算结果增大了两个数量级, 而计算的相对丰度误差减小了近两个量级.
原子和分子物理学
2013, 62 (13): 133201.
doi: 10.7498/aps.62.133201
摘要 +
本文报道了一种基于激光抽运射频共振的铯原子磁力仪. 通过圆偏振光将铯原子抽运到暗态, 实现偏极化. 外磁场存在时, 原子磁矩将以拉莫尔频率绕外磁场进动. 在共振射频磁场的作用下, 原子被去极化而重新吸收光子. 通过探测出射光光谱可以测得拉莫尔频率进而得到外磁场的信息. 本文通过运用自制的894 nm 外腔半导体激光器, 建立了激光稳频装置和低噪声磁场测量环境, 实现了一种基于铯原子激光抽运射频共振的磁力仪. 通过磁力仪参数优化以及闭环测量, 磁力仪测量的外磁场达到了19 fT/Hz1/2的极限灵敏度和1.8 pT/Hz1/2的本征灵敏度, 空间分辨率小于2 cm.
2013, 62 (13): 133401.
doi: 10.7498/aps.62.133401
摘要 +
用多体势结合分子动力学计算了L12型NiAl3, L12型Ni3Al, L10型NiAl和B2 型NiAl的晶格常数, 结合能以及合金形成热; 分析了结构性点缺陷在上述四种合金中的存在形式; 在此基础上研究了合金化元素Mo, Ta, W在NixAl1-x(x=0.25,0.5,0.75)中的择优占位行为. 计算结果表明: 对于四种结构的Ni-Al合金, 偏离理想化学配比时,主要的结构缺陷形式是反位置; 根据占位能最小化, 第三组元元素Mo, Ta, W在上述四种Ni-Al中都显著优先占据Al格位.
2013, 62 (13): 133601.
doi: 10.7498/aps.62.133601
摘要 +
本文首先详细重演了锥形喷嘴的等效孔径deq, 并根据deq的定义给出了它与气体团簇喷流的径向宽度之间的依赖关系. 然后以高背压氩气团簇喷流为例, 通过成像喷流的Rayleigh 散射光的空间分布研究了不同背压下喷流的径向宽度, 并与Hagena 团簇尺度定律中直线流模型假设的喷流径向宽度进行了比较. 结果表明, Hagena 直线流模型假设的喷流径向宽度小于实际的径向宽度, 且实际宽度与气体背压有关. 进一步的研究表明, 直线流模型对喷流宽度的估计偏差导致对锥形喷嘴等效孔径的估计偏差, 这为Hagena 尺度定律估计团簇平均尺寸的偏差给出了一种可能的解释.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
2013, 62 (13): 134101.
doi: 10.7498/aps.62.134101
摘要 +
用精细积分法对含各向异性介质的波导不连续性问题进行了数值模拟与分析. 从矢量波动方程相对应的单变量变分形式出发, 推导出了含有各向异性介质波导横截面离散系数矩阵的表达式, 引入对偶变量, 在Hamilton体系下, 利用精细积分法求出出口刚度矩阵, 进行有限元拼装, 求解了含各向异性介质的波导不连续性问题. 算例表明了该方法的准确性和高效性. 利用本文方法还讨论了介电系数和导磁系数张量的各个分量对波导传输特性的影响.
2013, 62 (13): 134102.
doi: 10.7498/aps.62.134102
摘要 +
提出了多频与宽频超材料吸收器结构模型, 该吸收器是由刻蚀在介质基板两面的金属图案组成, 其正面是由不同大小的金属铜圆片和金属铜圆环结构组合而成, 反面完全覆盖金属铜. 由于不同几何大小的圆片或圆环结构的谐振频率不同, 且是相互独立的. 因此通过将两种不同几何大小的圆片与圆环结构组合, 使其在不同频率谐振, 便可得到双频吸收器; 而将三种不同几何大小的圆片和圆环结构组合便可得到三频吸收器; 同理可得到四频吸收器. 同时, 通过研究吸收器的电场分布, 验证了不同几何大小的圆片或圆环结构在不同频率谐振. 若通过优化组合圆片和圆环结构, 使其谐振频率紧密相连则可得到宽频吸收器.
2013, 62 (13): 134103.
doi: 10.7498/aps.62.134103
摘要 +
基于汉克尔波理论和衍射积分理论详细分析了轴棱锥对无衍射光束的线聚焦特性, 提出了一种产生周期性局域空心光束的新方法, 即无衍射贝塞尔光束经过轴棱锥聚焦后产生具有塔尔博特效应的局域空心光束. 数值模拟了无衍射贝塞尔光束照射轴棱锥后, 沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程. 设计实验系统, 由He-Ne激光经过一套光学系统后透过轴棱锥, 产生近似无衍射贝塞尔光束, 再由第二个轴棱锥对产生的无衍射贝塞尔光束进行线聚焦, 在第二个轴棱锥后面由显微镜观测到周期性局域空心光束, 并用CCD照相机拍摄了两个周期内的光斑图, 实验结果和理论分析相符合. 研究结果可用于多层面微粒的操控, 对周期性局域空心光束在光学微操控领域的应用具有重要的指导意义.
2013, 62 (13): 134201.
doi: 10.7498/aps.62.134201
摘要 +
完成了偏振无关双旋光晶体双反射结构的实验研究. 根据其偏振补偿特点对双旋光晶体双反射结构进行简化, 提出了一种偏振无关的单旋光晶体双反射结构. 实验表明, 两种反射结构的偏振保持度均能达到99.97%以上. 作为对比, 分别测试了单个反射镜反射90°和两个反射镜反射90°时的输出光偏振态. 该条件下, 无保偏处理的反射镜的偏振保持度分别只有92.1%和76.2%.
2013, 62 (13): 134202.
doi: 10.7498/aps.62.134202
摘要 +
运用电磁光束的角谱法和稳相法, 推导出双曲余弦高斯(ChG) 涡旋光束的TE波和TM波在自由空间远场传输和能流密度的解析表达式, 用以研究了ChG涡旋光束在远场中的位相奇点和能流密度分布特性. 结果表明, 改变ChG 涡旋光束中的离心参数或束腰宽度, 位相奇点的密度、位置会发生变化. 涡旋离轴量的变化会导致能流密度分布的不对称性. 当离心参数增大时, 原点周围黑核会向原点中心移动.
2013, 62 (13): 134203.
doi: 10.7498/aps.62.134203
摘要 +
本文提出了一种基于纹影成像装置的新型相位检测方法, 并使用该方法对飞秒激光烧蚀铝靶产生的喷射物的超快相位演化过程进行了实验研究. 与传统的纹影法不同, 本文的相位检测方法使用相干光作为成像照明光, 利用未透过样品的背景光作为参考光, 借助透过样品后在纹影装置刀口处衍射的照明光与背景照明光的干涉, 检测样品的相位; 其最显著的优点是能够清晰反映被测样品mπ或2mπ (m为整数) 的相位改变. 利用该方法, 结合抽运-探测技术, 研究了激光流量为5.4 J/cm2的50 fs脉冲激光烧蚀铝靶产生的喷射物的超快相位演化. 实验发现, 烧蚀过程中形成的喷射物可分为三个相位不同的区域, 分别对应等离子体态的喷射物、后续的垂直靶面喷射的物质和冲击波. 其中, 等离子体态的喷射物在0–9.0 ns的时间延迟内, 由于膨胀和电子复合作用, 相位变化超过π; 而后续的垂直靶面的喷射物在此时间内的相位变化没有超过π.
编辑推荐
2013, 62 (13): 134204.
doi: 10.7498/aps.62.134204
摘要 +
虹膜外边缘受眼睑遮挡较为严重时, 会给虹膜中心的准确提取造成很大的困难. 为此, 提出利用放置在相机轴外的红外光源产生的暗瞳图像估计瞳孔中心, 该方法避免了提取虹膜外边缘遇到的遮挡问题. 首先利用角膜反射光斑在相机像面中的位置估计角膜所在球体中心的三维空间坐标, 作为眼球的平动信息; 然后考察瞳孔中心与角膜球体中心在相机成像面投影位置的相对偏移, 作为眼球的转动信息; 最后利用人工神经网络完成视线特征向量与注视点坐标间的映射. 在人眼区域定位的问题上, 利用两部大视场相机, 采用自适应增强算法和主动表观模型算法实现眼部区域的准确定位, 该步骤可以将提取反射光斑和瞳孔中心需要考虑的图像区域限定在较小的范围内. 实验结果表明, 本文视线估计方法在水平方向上的平均误差为0.62, 在竖直方向上的平均误差为1.05, 是解决视线点估计的有效方法.
2013, 62 (13): 134205.
doi: 10.7498/aps.62.134205
摘要 +
在小波变换量子力学机制的启发下, 通过采用Fock空间里双模坐标本征态改写经典Ridgelet变换, 定义了量子光学态的Ridgelet变换. 然后利用IWOP技术给出不对称积分算符的显式, 并推导出了两个有用的双模算符正规乘积公式. 在此基础上, 通过选取双模“墨西哥帽”母小波函数, 分析了相干态、特殊压缩相干态、中介纠缠态表象的Ridgelet变换.
2013, 62 (13): 134206.
doi: 10.7498/aps.62.134206
摘要 +
用全量子理论导出隧穿量子点分子-辐射场相互作用系统状态满足的微分方程组, 在相干态辐射场和量子点分子处于隧穿激发态及基态的初始条件下, 应用Pegg-Barnett相位理论计算和分析了辐射场的相位概率分布及相位涨落, 研究了声子-量子点分子作用对辐射场相位的影响, 并与Husimi相位分布做了比较. 结果表明, 温度显著影响光场相位概率分布的时间演化规律, 声子既可以抑制也可以增强辐射场相位扩散和涨落, 取决于量子点分子的初态. Husimi相位分布和Pegg-Barnett相位分布符合度相当高.
2013, 62 (13): 134207.
doi: 10.7498/aps.62.134207
摘要 +
基于时间功率谱反演生成的Kolmogorov湍流时间序列, 模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差-3 dB带宽、 有时间延迟情况下的闭环校正残余误差, 得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差-3 dB带宽的数值拟合结果, 修正了系统有效带宽的表达式, 使其能更精确地估计校正残余方差.
2013, 62 (13): 134208.
doi: 10.7498/aps.62.134208
摘要 +
设计了一种缺陷模迁移光子晶体微腔全光开关. 两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充掺有少量偶氮聚合物的苯乙炔类液晶. 通过调节控制光的偏振态, 使偶氮聚合物发生顺-反异构化反应, 带动液晶分子重新取向, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光的通过与截止. 运用时域有限差分法和平面波展开法分析 了二维光控液晶光子晶体微腔全光开关的光学特性. 数值计算结果表明: 对于1.55 μ通信波段通过外界偏振光控制所填充的向列相液晶 的折射率可以实现对光波的导通与截止. 分析结果显示, 此开关具有阈值低, 消光比较大, 体积小等优点.
2013, 62 (13): 134209.
doi: 10.7498/aps.62.134209
摘要 +
本文给出了一种用于轴对称的两级光学聚光器的非成像二次反射镜(non-imaging secondary, NIS), 的工作原理. 在一般的情况下, NIS是由并不限于常用的二次曲线或复合抛物线的高次曲线围绕一次反射镜的中心轴旋转而形成. 本文讨论了确定这样一种曲线的待定系数的求解方法. 在举例的计算中, 除了运用常用的二次曲线, 还特别运用了光学中至今从未用过的三次方曲线, 用以说明NIS可以由一般的高次曲线给出. 作为一个特例, 我们也讨论了新的光学元件在太阳能聚光方面的应用, 在这些应用中, 本文着重讨论了NIS在太阳光的盘面效应的影响下的聚光效果.
2013, 62 (13): 134301.
doi: 10.7498/aps.62.134301
摘要 +
基于超声浸水透射技术, 实验研究了有限尺寸二维正方晶格钢/水声子晶体多点缺陷模态性质. 利用COMSOL Multiphysics软件建立该声子晶体有限元计算方法, 求解了9×9超胞多点缺陷声子晶体能带结构, 把缺陷局域模态频率与数值仿真和实验结果进行对比, 结果表明: 实验数据和理论值能够很好符合. 进一步分析发现, 点缺陷数量影响声波局域效应、本征模态和传播特性, 为设计有限尺寸声波器件提供理论依据.
2013, 62 (13): 134302.
doi: 10.7498/aps.62.134302
摘要 +
本文提出了一种新型局域共振复合单元声子晶体结构, 并结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究. 共振带隙产生的频率位置由所对应的局域共振模态的固有频率决定, 并且带隙宽度与局域共振模态的品质因子及其与基体之间的耦合作用强度有关. 采用局域共振复合单元结构可以实现声子晶体的多重共振, 在低频范围能打开多条共振带隙, 但受到共振单元排列方式的的影响. 由于纵向和横向局域共振模态的简并, 复合单元结构能在200 Hz以下的低频范围打开超过60%宽度的共振带隙, 最低带隙频率低至18 Hz. 这为声子晶体结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法.
2013, 62 (13): 134303.
doi: 10.7498/aps.62.134303
摘要 +
从球状泡群气泡动力学方程出发, 考虑泡群间次级声辐射的影响, 得到了声场中两泡群共同存在时气泡振动的动力学方程, 并以此为基础探讨声波驱动下双泡群振动系统的共振响应特征. 由于泡群间气泡间的相互作用, 系统存在低频共振和高频共振现象, 两不同共振频率的数值与泡群内气泡的本征频率相关. 泡群内气泡的本征频率又受到初始半径、泡群大小和泡群内气泡数量的影响. 气泡自由振动和驱动声波的耦合激起泡群内气泡的受迫振动, 气泡初始半径、气泡数密度和驱动声波频率等都会影响泡群内气泡的振动幅值和初相位.
2013, 62 (13): 134304.
doi: 10.7498/aps.62.134304
摘要 +
研究了含气泡液体中单个气泡在驱动声场一定情况下的振动过程. 让每次驱动声场作用的时间特别短, 使气泡半径发生微小变化后再将其变化反馈到气泡群对驱动声场的散射作用中去, 从而可以得到某单个气泡周围受气泡散射影响后的声场, 接着再让气泡在该声场作用下做短时振动, 如此反复. 通过这样的方法, 研究了液体中单个气泡的振动情况并对其半径变化进行了数值模拟, 结果发现, 在液体中含有大量气泡的情况下, 某单个气泡的振动过程明显区别于液体中只有一个气泡的情况. 由于大量气泡和驱动声场的相互作用, 使气泡半径的变化存在多种不同的振动情况, 在不同的气泡大小和含量的情况下, 半径变化过程分别表现为: 在平衡位置附近振荡的过程; 周期性的空化过程; 一次空化过程后保持某一大小振荡的过程; 增长后维持某一大小振荡的过程等. 所以, 对于含气泡液体中气泡振动的研究, 在驱动声场一定的情况下, 必须考虑气泡含量的因素.
2013, 62 (13): 134305.
doi: 10.7498/aps.62.134305
摘要 +
完成了调制气流声源阵列的相干合成实验. 提出了利用主动相位控制方法实现调制气流声源阵列相干合成的思路, 介绍了基于随机并行梯度下降算法的声源阵列相干合成的原理. 对利用该算法实现声源阵列的相干合成进行了数值模拟, 完成了双调制气流声源阵列在远场的相干合成实验, 并给出算法参数的合理设置方案. 实验结果显示, 基频成分的相干合成效果明显, 算法收敛时测点处的声压级相比单源发射增加了4 dB, 接近于各单源功率谱中基频成分相干合成、其他频率成分非相干合成的结果; 结果表明实验中算法能够有效控制各调制气流声源辐射声波的相位, 取得了明显的相干合成效果.
2013, 62 (13): 134306.
doi: 10.7498/aps.62.134306
摘要 +
基于一阶剪切变形理论, 建立了分析均匀流中周期加筋层合板声振特性的理论模型. 该模型应用对流波动方程及边界条件精确考虑了均匀流与层合板的耦合作用, 加强筋通过法向线力及扭矩与层合板相互作用, 利用傅里叶波数变换和稳相法, 得到了位移谱和辐射声压的解析表达式. 计算结果与已有公开数据符合良好, 验证了模型的有效性. 数值结果表明, 在高频段不能忽略剪切变形和加强筋扭转运动的影响; 增大均匀流速度可降低结构的辐射声压; 适当调整板厚和加强筋间距可有效避开结构的辐射声压波峰.
2013, 62 (13): 134401.
doi: 10.7498/aps.62.134401
摘要 +
基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 在微、纳米尺度下对圆盘导热问题进行构形优化, 得到尺寸效应影响下的无量纲当量热阻最小的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 在微、纳米尺度下, 尺寸效应影响下的圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的圆盘构造体最优构形有明显区别. 存在最佳无量纲高导热材料通道长度使无量纲当量热阻取得最小值; 随着扇形单元体数目的增大, 最小无量纲当量热阻先减小后增大, 存在最佳的扇形单元体数目使得无量纲当量热阻取得双重最小值, 这与常规尺度下圆盘构造体相应的性能特性明显不同. (火积)耗散率最小的圆盘构造体(火积)耗散率比最大温差最小的构造体(火积)耗散率降低了7.31%, 也即圆盘构造体的平均传热温差降低了7.31%. 微、纳米尺度下基于(火积)耗散率最小的圆盘构造体最优构形能够降低圆盘构造体的平均传热温差, 同时有助于提高其整体传热性能. 本文工作有助于进一步拓展(火积)耗散极值原理的应用范围.
2013, 62 (13): 134701.
doi: 10.7498/aps.62.134701
摘要 +
本文采用耗散粒子动力学方法, 研究了恒定外力驱动下液滴在有结构壁面上的运动过程. 通过研究液滴在通过壁面结构时前缘接触点和前进角的变化, 分析了液滴的运动特征. 研究结果表明, 在不同润湿性或不同外力驱动下, 存在使液滴运动最快的“最优”壁面结构, 并对其机理进行了讨论. 本文还探讨了壁面润湿性、热涨落以及外力对液滴运动状态的影响.
2013, 62 (13): 134702.
doi: 10.7498/aps.62.134702
摘要 +
利用落塔设施创造的短时间微重力条件, 研究了不同尺寸的正方形和三角形截面的毛细管中的流体在微重力条件下的流动行为, 并与圆形毛细管中的毛细流动进行了对比, 总结出了毛细管尺寸和截面形状对界面张力主导的毛细流动行为的影响规律. 结果显示, 对于同样形状的毛细管, 其尺寸对于毛细流动的影响规律基本相同; 而对于不同的截面形状, 方形管和三角形管都与截面积小得多的圆形管有一定的类似性. 相关结果对于深入理解不同条件下的界面张力主导的毛细流动特性, 以及在空间微重力条件下通过改变毛细管的形状来实现流速和流量的独 立控制等方面都具有明显的现实意义.
2013, 62 (13): 134703.
doi: 10.7498/aps.62.134703
摘要 +
基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 对冷却流道的“盘点”传热问题进行构形优化, 得到冷却流道的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 对于扇形单元体, 在其泵功率给定的条件下, 存在最佳展弦比使得扇形单元体无量纲当量热阻取得最小值; 对于一级树状圆盘, 在其总泵功率给定的条件下, 存在一级与单元级最佳流道宽度比和扇形单元体最佳无量纲半径使 得一级树状圆盘无量纲当量热阻取得最小值, 且一级与单元级最佳流道宽度比仅与单元体分支数有关. 当中心圆盘半径等于0时, 一级树状圆盘最终退化成辐射状圆盘, 此时一级树状圆盘半径为临界半径. 当一级树状圆盘半径大于临界半径时, 需对圆盘冷却流道采用树状布置, 反之则采用辐射状布置. 存在最佳单元体分支数使得无量纲当量热阻取得最小值, 这与高导热材料通道的“盘点”导热构形优化结果有明显区别. (火积)耗散率最小和最大温差最小的一级树状冷却流 道圆盘构造体最优构形是不同的. 与最大温差最小的冷却流道圆盘构造体相比, (火积)耗散率最小的冷却流道圆盘构造体当量热阻得到极大降低, 其整体传热性能得到明显提高. 因此, (火积)耗散极值原理与对流构形优化相结合, 有助于进一步揭示(火积)耗散极值原理在传热优化方面的优越性.
2013, 62 (13): 134704.
doi: 10.7498/aps.62.134704
摘要 +
聚集速率是评估胶体体系特性及稳定性的关键参数, 静态光散射和动态光散射则是测量聚集速率的两个重要方法. 然而, 用静态光散射和动态光散射测量聚集速率时, 需要知道有关单粒子和双粒子聚集体光散射特性的数据. 为此, 通常需要把动、静两种方法结合, 才能消去这个数据. 以前各种近似理论曾用来解决这个问题, 但因粒子尺寸和形状的限制, 结果并不理想. 而T矩阵方法可以不受粒子大小和形状的限制计算其光散射特性. 本工作用T矩阵方法直接计算静态光散射和动态光散射所必须的粒子散射特性, 并将该法得到的聚集速率与动静态光散射结合法得到的聚集速率进行了比较, 两者结果很接近. 本工作为简化静态光散射和动态光散射测量聚集速率, 扩展其应用范围开辟了新途径.
气体、等离子体和放电物理
2013, 62 (13): 135201.
doi: 10.7498/aps.62.135201
摘要 +
本文提出了一种新颖的基于半导体纳米线/空气间隙/金属薄膜 复合结构的表面等离子体纳米激光器, 并给出了理论研究和仿真分析. 这种结构通过金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合, 从而使场增强效应得到显著提高. 同时通过数值仿真研究, 得到该混合波导结构的模式特性和增益阈值随空气槽宽度、纳米线半径的变化规律, 表明它可以实现对输出光场的深亚波长约束, 同时保持低损耗传输和高场强限制能力. 通过最优化选择, 最终得到纳米等离子体激光器的最优结构尺寸.
2013, 62 (13): 135202.
doi: 10.7498/aps.62.135202
摘要 +
本文提出采用了强激光与细锥形靶作用, 产生大量定向高能电子, 用于快点火激光聚变方案研究. 通过PIC 模拟, 研究了细锥靶和激光脉冲的各项参数, 对产生高能电子的影响. 模拟发现, 细锥靶开口10° 时能够产生较多的高能电子, 当开口角度逐渐增大时, 高能电子的能量和数目都有一定程度下降. 若为细锥靶加上预等离子体, 产生的高能电子的数目将大大提高, 而最高的电子能量将会下降. 中等能量的电子加速主要由于激光有质动力加速, 而高能量的电子加速主要由于电子感应加速. 随着激光脉宽的增加, 高能电子的数量直线上升.
2013, 62 (13): 135203.
doi: 10.7498/aps.62.135203
摘要 +
汤姆逊散射是诊断高温稠密等离子体状态参数的重要方法之一, 受到广泛的关注. 但是目前用于进行汤姆逊散射的探针光波长多局限于可见光或紫外光, 能够诊断的区域电子密度远低于驱动激光的临界密度. 相比较而言, 以软X射线激光作为探针, 有希望诊断更高密度区域的等离子体. 利用“神光Ⅱ”高功率激光装置产生的类氖锗软X射线激光作为探针, 开展了软X射线激光汤姆逊散射实验的尝试. 根据散射的条件, 分别进行了非相干散射和相干散射的实验, 但均未能获得明显的散射谱. 理论分析表明, 主要原因可能是实验中作为探针的类氖锗软 X射线激光的聚焦功率密度不够, 通过优化实验条件, 有希望在今后的研究中获得相干汤姆逊散射的结果.
2013, 62 (13): 135204.
doi: 10.7498/aps.62.135204
摘要 +
大气压介质阻挡放电不仅具有对称周期一的放电形式, 还会在一定参数下呈现不对称周期一(AP1)放电. 本文采用具有平行电极结构的介质阻挡放电装置, 分别在气隙宽度1 mm, 3 mm, 7 mm和10 mm下的大气压氦气中进行了一系列放电实验, 研究了气隙宽度和外施电压频率对周期一放电对称性的影响. 实验结果表明: 在较宽的气隙宽度和外施电压频率参数区间内可以观察到显著的AP1放电; 气隙宽度越大越容易产生AP1放电, 同一气隙宽度下外施电压频率较高时则相对更容易观察到AP1放电; 随着气隙宽度增加, 首次击穿即呈现AP1 放电的外施电压频率临界值逐渐减小. 本文的研究初步验证了之前关于气隙宽度对AP1放电影响的数值仿真结果, 由此可以推测AP1放电并不只是由系统参数的不对称引起的, 也很可能是一种在一定的气隙宽度和外施电压频率下系统固有的、内在的高频不稳定放电行为.
凝聚物质: 结构、力学和热学性质
2013, 62 (13): 136101.
doi: 10.7498/aps.62.136101
摘要 +
为明确深亚微米NMOS器件抗辐照能力以及研究其加固措施, 本文对0.18 μm窄沟NMOS晶体管进行了60Coγ总剂量辐射效应研究. 结果表明: 和宽沟器件不同, 阈值电压、跨导、漏源电导对总剂量辐照敏感, 此现象被称之为辐射感生窄沟道效应; 相比较栅氧化层, 器件隔离氧化层对总剂量辐照更敏感; 窄沟道NMOS器件阈值电压不仅和沟道耗尽区电荷有关, 寄生晶体管耗尽区电荷对其影响也不可忽略, 而辐照引起源漏之间寄生晶体管开启, 形成漏电通道, 正是导致漏电流、亚阈斜率等参数变化的原因.
2013, 62 (13): 136201.
doi: 10.7498/aps.62.136201
摘要 +
利用磁控溅射方法在Si(111)衬底上制备了具有(111)和(222)择优取向的TiN薄膜. 用纳米压痕和纳米划痕方法研究了该薄膜的变形和断裂行为. 用扫描电子显微镜、纳米压痕原位原子力显微镜及原位光学显微镜并结合加-卸载 曲线及划痕曲线获得了薄膜发生变形和断裂的微观信息. 在压痕试验中, TiN薄膜在压入深度为200 nm时表现为塑性变形及压痕周围的局部断裂, 随着压入深度的增大, 塑性变形和局部断裂变得越显著, 当最大压入深度达到临界值1000 nm时, 薄膜和衬底间发生了界面断裂. 在划痕实验中, 100 mN及200 mN的最大载荷均可以引起界面断裂. 最大为200 mN的载荷使得薄膜发生界面断裂的位置比用100 mN载荷时的位置提前, 但其临界断裂载荷和100 mN时及压痕实验时的临界界面断裂载荷基本相同.
2013, 62 (13): 136401.
doi: 10.7498/aps.62.136401
摘要 +
本文制备了一系列Al-Ni-RE (RE=La, Ce, Y) 非晶合金薄带, 利用差示量热扫描仪和X射线衍射仪考察了非晶合金的晶化行为和初生相, 并分析了其与合金成分和原子特性间的关系. 结果表明: 在拓扑不稳定参数λ以有效原子半径修正为λ'后, 每一Al-Ni-RE非晶合金体系可由其两个临界值划分为纳米晶、纳米玻璃和玻璃三类; Al-Ni-RE非晶合金的晶化开始温度和混合焓与λ'成良好的线性关系, 即λ'能很好的表征Al基非晶合金的热稳定性.
2013, 62 (13): 136801.
doi: 10.7498/aps.62.136801
摘要 +
本文考察了Fe-Fe50 wt.%Si扩散偶在1200℃ 无磁场以及稳恒磁场下扩散层生长规律. 利用真空浇注强制冷却技术制备Fe-Fe50 wt.%Si扩散偶, 将制备的扩散偶进行1200℃不同磁感应强度下的热处理. 对获得热处理后试样进行SEM与EDS线扫描分析, 结果表明, 无论无磁场还是稳恒磁场下Fe-Fe50 wt.%Si扩散偶均生成两个扩散层, 即FeSi相层和Fe-Si固溶体层, 并且发现0.8 T下的两个扩散层宽度均小于0 T磁场下试样. 按照抛物线规律, 计算了扩散偶中间扩散层的互扩散系数, 发现0.8 T磁场下FeSi相层和Fe-Si固溶体层的互扩散系数较无磁场下 分别降低了26.7%与34.1%. 通过对磁吉布斯自由能的计算, 发现0.8 T磁场对扩散激活能Q的影响不足以影响扩散过程. 但扩散过程中原子振动频率ν会受到磁场的影响, 进而影响扩散常数D0, 磁场对原子振动频率的影响可以用拉莫尔旋进理论进行解释.
凝聚物质: 电子结构、电学、磁学和光学性质
编辑推荐
2013, 62 (13): 137101.
doi: 10.7498/aps.62.137101
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法, 对纯LiZnAs, Mn掺杂的LiZnAs, Li过量和不足下Mn掺杂的LiZnAs体系进行几何结构优化, 计算并对比分析了体系的电子结构、半金属性、光学性质及形成能.结果表明新型稀磁半导体Li (Zn0.875Mn0.125) As, Li1.1 (Zn0.875Mn0.125) As和Li0.9 (Zn0.875Mn0.125) As均表现为100%自旋注入, 材料均具有半金属性, Li过量和不足下体系的半金属性明显增强. Li过量可以提高体系的居里温度, 改善材料的导电性, 使体系的形成能降低. 说明LiZnAs半导体可以实现自旋和电荷注入机理的分离, 磁性和电性可以分别通过Mn的掺入和Li的含量进行调控. 进一步对比分析光学性质发现, 低能区的介电函数虚部和复折射率函数明显受到Li的化学计量数的影响.
2013, 62 (13): 137201.
doi: 10.7498/aps.62.137201
摘要 +
本文在室温下制备了无结结构的低压氧化铟锌薄膜晶体管, 并研究了氧分压对其稳定性的影响. 氧化铟锌无结薄膜晶体管具有迁移率高、结构新颖等优点, 然而氧化物沟道层易受氧、水分子等影响, 造成稳定性下降. 在室温下, 本文通过改变高纯氧流量制备氧化铟锌透明导电薄膜作为沟道层、源漏电极, 分析了氧压对于氧化物无结薄膜晶体管稳定性的影响. 为使晶体管在低电压(6、亚阈值斜率小于100 mV/decade以及场效 应迁移率大于20 cm2/V·s. 实验研究表明, 通氧制备的氧化铟锌薄膜的电阻率会上升, 导致晶体管的阈值电压向正向漂移, 最终使晶体管的工作模式由耗尽型转变为增强型.
2013, 62 (13): 137301.
doi: 10.7498/aps.62.137301
摘要 +
本文基于第一性原理密度泛函理论, 证实了锂原子可以均匀地吸附在二维结构的BC3片两侧, 同时被吸附的锂原子不会抱团. 通过计算表明, 被吸附的锂原子浓度达到33.3%时, Li+BC3体系具有最高的储氢比例12.57 wt.%. 然后, 通过热力学分析预测了在室温 (300 K) 下, 115–250 atm之间, Li+BC3体系可以达到上述储氢比例, 这不仅符合美国能源部的要求, 也满足了应用中的安全需要.
2013, 62 (13): 137401.
doi: 10.7498/aps.62.137401
摘要 +
本文通过在前驱液中添加过量钇盐和铈的有机盐,采用三氟乙酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD) 在铝酸镧单晶基体上制备了含有纳米氧化钇和纳米铈酸钡的YBCO薄膜. 与纯YBCO薄膜相比,掺杂Y2O3/BaCeO3的YBCO膜的临界转变温度几乎保持不变,为91 K左右. 而掺杂Y2O3/BaCeO3的YBCO膜的临界电流密度达到5.0 MA/cm2 (77 K, 0T), 是纯YBCO膜临界电流密度的1.5倍.薄膜中的Y2O3和BaCeO3可能在YBCO内部起到了 有效的钉扎磁通作用.
编辑推荐
2013, 62 (13): 137501.
doi: 10.7498/aps.62.137501
摘要 +
本文详细研究了在不同氧化层和铁磁层厚度情况下, 底层CoFeB/AlOx/Ta结构和 顶层AlOx/CoFeB/Ta结构中的垂直磁各向异性. 在底层CoFeB/AlOx/Ta结构中观察到了垂直磁化的磁滞回线, 证明了其垂直易磁化效应的存在; 而在顶层AlOx/CoFeB/Ta结构中却没有观察到类似的磁滞回线. 对这种对称结构中的非对称现象进行了分析. 研究还发现不同的氧化层和铁磁层厚度均会影响层间界面相互作用的强度, 从而导致结构的垂直磁化曲线矫顽力大小发生改变. 这项研究将对基于AlOx氧化层垂直磁隧道结的研制具有重要的意义.
2013, 62 (13): 137801.
doi: 10.7498/aps.62.137801
摘要 +
拉曼光谱作为一种无破坏性、快速且敏锐的测试技术已经成 为表征石墨烯样品和研究其缺陷的最重要的实验手段之一. 本论文用离子注入在单层和双层石墨烯中产生缺陷, 并利用拉曼光谱研究了存在缺陷时单层和双层石墨烯的一阶和二阶拉曼模, 单层石墨烯的D模为双峰结构, 而双层石墨烯的D模具有四峰结构. 同时, 利用四条激光线系统地研究了本征和缺陷单层和双层石墨烯的拉曼峰频率的激发光能量依赖关系, 并基于石墨材料的双共振拉曼散射机理指认了离子注入后样品各拉曼峰的物理根源.
2013, 62 (13): 137802.
doi: 10.7498/aps.62.137802
摘要 +
采用高温固相法制备了Ca4-xY5.95 (SiO4)6F2:0.05Ce3+, xMn2 +系列荧光粉,并对其发光性质以及Ce3+, Mn2 +在Ca4Y6 (SiO4)6F2 (CYSF)基质中的能量传递过程进行了研究.相结构研究表明: CYSF属于一种基于磷灰石结构的类质同象化合物.CYSF: 0.05Ce3+, xMn2+荧光粉在200–373 nm为宽带激发光谱,Ce3+和Mn2+在408 nm和602 nm的发射峰分别由Ce3+的5d→4f的跃迁和Mn2+的4T1 (4G)→ 6A1 (6S)的跃迁产生.光谱重叠现象以及荧光寿命测试结果证明了Ce3+对Mn2+具有敏化作用,能级结构分析进一步证实该体系中存在Ce3+→Mn2+的能量传递过程,可有效地将Ce3+的蓝光转换为红橙光.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2013, 62 (13): 138101.
doi: 10.7498/aps.62.138101
摘要 +
本文利用金属有机气相沉积法(MOCVD)生长单一立方相Mg0.57Zn0.43O (记作立方MZO)合金薄膜, 以及该合金薄膜在后期热处理过程中质量和热稳定性的关系. 通过X射线衍射等测试发现, 后期热处理对于立方MZO合金薄膜质量具有较大的影响. 其中在500850℃的条件下, 合金薄膜的结晶质量和表面形貌随温度的增加得到明显的改善, 吸收截止边逐渐蓝移,带隙展宽, 但仍保持单一立方结构. 当温度达到950℃时立方MZO合金薄膜出现混合相. 通过对立方MZO合金薄膜制备的MSM型单元器件进行光响应的测试表明, 在外加15 V的偏压下, 器件的响应峰值在260 nm附近,紫外/可见抑制比大约为4个数量级, 饱和响应度为3.8 mA/W, 暗电流值为5 pA左右.
2013, 62 (13): 138201.
doi: 10.7498/aps.62.138201
摘要 +
基于ReaxFF, 采用NVT系综和Berendsen方法对0–7 GPa时和2500 K时固相硝基甲烷的 分解过程进行分子动力学计算, 通过分析硝基甲烷发生分解反应生成的碎片数量随时间的变化, 对不同压强下硝基甲烷的分解机理进行研究. 计算结果表明在0–3 GPa时, 初始分解路径为C–N键断裂和硝基甲烷的异构化; 在4–7 GPa 时, 初始分解路径为分子间质子转移和C–N, N–O键的断裂; 在硝基甲烷的第二阶段反应中存在H2O, NO, NO2, HONO, 硝基甲烷分子自身的催化反应. 硝基甲烷在高温高压下发生热分解反应生成碳团簇, 且团簇中碳原子的数量和碳团簇的空间构型随着压强的变化而变化.
2013, 62 (13): 138401.
doi: 10.7498/aps.62.138401
摘要 +
本文研究了粒子群优化算法(PSO),在全三维粒子模拟(PIC)软件CHIPIC平台上, 设计了PSO优化模块, 成功研制了PIC/PSO代码.接着,研究了多频(包括单频)微波的输出功率特性, 并根据该特性设计了一类目标函数.采用该类型优化目标函数, 分别对单频与双频相对论返波管(RBWO)进行了模拟优化.模拟优化结果显示:随着优化过程的进行, 单频RBWO的频率特性向单频靠近,双频RBWO的频率特性则向等幅双频靠近,它们的输出功率都逐渐增大. 这表明通过控制该类型目标函数参数,该PIC/PSO代码可分别对单频与双频RBWO进行优化.
2013, 62 (13): 138402.
doi: 10.7498/aps.62.138402
摘要 +
机载全极化SAR海面风矢量反演研究对于近海岸复杂气象条件下风矢量探测具有重要意义. 本文从极化散射理论出发,通过分析全极化SAR探测数据与海面风矢量的关系, 设计了全极化SAR海面风矢量反演方案.依据机载SAR高机动性和全极化两个探测特点, 针对VV极化探测数据,提出了基于最大似然估计的海面风矢量反演方法,并设计了飞行实验方案; 针对VH极化探测数据,提出了通过带约束最优拟合的VH极化海面散射模型反演风速, 再利用CMOD5地球物理模型函数计算风向的海面风矢量反演方法. 利用机载全极化SAR探测的台风''海葵''边缘数据,开展了海面风矢量反演实验研究. 研究结果表明,两种风矢量反演方法均可不借助辅助信息,反演复杂气象条件下的海面风矢量. 前者反演风向、风速的均方根误差分别为18.0°, 1.8 m/s, 后者反演风向、风速的均方根误差分别为9.3°, 1.2 m/s,后者的反演精度优于前者. 这是因为VH极化归一化雷达截面与风向和雷达入射角无关,仅与风速密切相关, 更适合复杂气象条件下的海面风矢量反演.
2013, 62 (13): 138501.
doi: 10.7498/aps.62.138501
摘要 +
为了进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管 (a-Si:H TFT) 的场效应电子迁移率, 研究了批量生产条件下对欧姆接触层和栅极绝缘层进行多层 制备, 不同的工艺参数对a-Si:H TFT场效应电子迁移率的影响. 研究表明随着对欧姆接触层 (n+层) 分层数的增加, 以及低速生长的栅极绝缘层 (GL层) 和高速生长的栅极绝缘层 (GH 层) 厚度比值提高, a-Si:H TFT的场效应迁移率得到提升. 当n+层分层数达到 3层, GL层和GH层厚度比值为4:11 时, 器件的场效应电子迁移率达到0.66 cm2/V·s, 比传统工艺提高了约一倍, 显著改善了a-Si:H TFT 的电学特性, 并在量产线上得到了验证.
2013, 62 (13): 138701.
doi: 10.7498/aps.62.138701
摘要 +
本文提出了一种反射式脉冲红外热波技术中采用对数温度-对数时间二 阶微分极小峰值时间作为特征时间进行缺陷深度定量测量的方法. 首先, 介绍了反射式脉冲红外热波技术的基本原理, 在半无限厚平板解的基础上得到了对数温度-对数时间二阶微分极小峰值时间与缺陷深度平方的关系式. 其次, 利用不锈钢和铝材料制作平底洞试件并得到红外热图序列, 提取对数二阶微分极小峰值时间. 该特征时间与缺陷深度平方实验结果显示其具有很好线性关系, 该线性关系可用于实际缺陷深度定量测量, 并讨论了与应用广泛的对数二阶微分极大峰值法相比的优缺点.
2013, 62 (13): 138801.
doi: 10.7498/aps.62.138801
摘要 +
用密度泛函理论,研究了Al对合金Mg1-xTix及其氢化物稳定性和电子结构的影响. 通过计算不同掺杂浓度的Mg-Ti-Al合金的形成焓,发现当Al和Ti的浓度之比为1:1时, 合金结构最稳定,有利于氢的可逆吸收;而掺杂体系的氢化物稳定性降低, 可提高放氢性能.通过对态密度,电子密度和键长的分析, 表明Al改善Mg-Ti系统的放氢性能的原因是掺杂后减少了低能级区成键态的电子以及减弱了Mg-H, Ti-H原子间的相互作用.
地球物理学、天文学和天体物理学
2013, 62 (13): 139101.
doi: 10.7498/aps.62.139101
摘要 +
本文在考虑油藏内流体影响的基础上, 进一步讨论了裂缝诱导各向异性的极化角和方位角的影响, 对裂缝诱导TTI (tilted transverse isotropy)双孔隙介质模型进行了研究. 在裂缝诱导HTI (horizontal transverse isotropy)双孔隙介质理论的基础上, 用Bond变换推导了裂缝诱导TTI双孔隙介质的柔度系数矩阵和耗散系数矩阵, 从而建立了介质的一阶速度应力方程. 采用交错网格高阶有限差分法及PML边界条件, 对xoz平面内的2.5维矢量波动方程进行了数值模拟. 结果表明,裂缝的极化角和方位角的存在都会导致横波分裂, 而在双层裂缝诱导TTI双孔隙介质模型的分界面上,又会产生转换波的分裂和横波的再分裂现象, 这就增加了波场的复杂性, 从而为进一步研究实际地球介质的地震波场传播特征奠定了基础.
2013, 62 (13): 139201.
doi: 10.7498/aps.62.139201
摘要 +
面对海洋表面完整的两大波要素–-张力波和重力波, 构建出一个确定、丰富、基本的有限水深海洋表面波的“3-4-5波共振守恒理论”. 与以往经典、现代的多种结果相比, 充分保证了该理论的“精确性、对称性、完备性”, 为后继、普适的海洋波湍流统计理论提供了一个必备基础.
2013, 62 (13): 139202.
doi: 10.7498/aps.62.139202
摘要 +
本文将观测试验资料与陆面过程模式模拟资料相结合, 对目前4个流行的陆面过程模式的模拟资料进行了验证分析, 发现通用陆面模式(CLM)模式的模拟资料在黄土高原地区比较可靠. 在此基础上,利用近几十年CLM模式模拟资料和气象站观测资料, 分析了黄土高原地区的区域气候和地表能量交换特征的变化规律, 研究了该地区地表能量交换对降水和温度变化的响应特征, 讨论了该地区气候变化对地表能量交换特征的影响机理. 研究发现,近几十年来黄土高原区域气候表现为明显的暖干化趋势, 从而引起太阳总辐射、地表反射辐射和地表长波向上辐射的增加 及地表长波向下辐射的减小,并由此造成地表净辐射通量减少. 与之相对应,不仅地表潜热通量呈减小趋势,而且地表感热通量和土壤热通量也呈减小趋势, 但地表热量分量的分配比例基本不变.并且发现,地表感热通量的年变化主要由太阳辐射控制, 而潜热通量的年变化则受太阳辐射和降水共同影响;地表热量分量的年际变化均对降水变化响应很敏感, 而对温度变化响应不太敏感,气候干旱化对地表能量平衡的影响比气温变暖的影响更突出.
2013, 62 (13): 139203.
doi: 10.7498/aps.62.139203
摘要 +
基于帕尔默干旱指数 (Palmer drought severity index, PDSI) 中国数据库和中国160个站点的月降水资料, 运用趋势分析、对比分析和EOF等方法, 对1961–2010年间中国旱涝时空演化特征进行了分析. 结果表明: 春季的PDSI的年代际空间分布特征与PDSI 的年代际空间分布特征相似; 夏季和秋季的PDSI的地区差异比较明显, 尤其是秋季更为明显. 从时间演化上来看, 中国华北、东北、西南地区的变干趋势较明显, 另外变湿比较明显的区域为西北西部. 对1961–2010年夏季的PDSI进行经验正交函数 (EOF) 分析, 可以发现, 20世纪80年代以来, 中国夏季干旱和洪涝更加频繁, 且旱涝强度也增加, 尤其是华北、西南、东北地区的干旱和华东地区的洪涝.
2013, 62 (13): 139701.
doi: 10.7498/aps.62.139701
摘要 +
在分析脉冲时间相位模型(pulse timing model)的意义和研究已有观测方程结论的基础上, 对脉冲到达时间(TOA)所含各种效应进行了解析,推导建立了一阶后牛顿近似下光子到达时间转换方程, 与一些作者的结果进行比较讨论; 同时推导出航天器在三种类型轨道下质心坐标时与航天器原时转换公式. 通过程序实现了推导的观测方程对X射线脉冲星空间观测数据处理的功能, 并利用RXTE卫星观测数据进行验算,搜索出正确的脉冲星周期, 折叠出准确的脉冲轮廓,验证了本文观测方程的正确性, 并与Heasoft软件计算结果进行对比分析, 最后分析了脉冲星位置误差与行星历表误差对数据处理的影响.
2013, 62 (13): 139702.
doi: 10.7498/aps.62.139702
摘要 +
为了提高脉冲星辐射脉冲信号的检测速度和在低信噪比下的检测效果, 提出了一种基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测算法. 文中证明了高斯白噪声S变换域功率谱服从自由度为2的卡方分布, 基于此对累积信号S变换域功率谱进行阈值处理,累加阈值处理后的时频功率谱作为统计量进行检测. 此外阈值处理后的功率谱也可用来测量脉冲星信号的时间延迟. 仿真实验验证了本文算法的有效性,其检测性能优于同类的基于高斯分布模型的检测算法, 同时还可以在一定精度下给出脉冲星信号的时间延迟值.
