优先出版
为提高时效性，文章一经录用即全文上网，内容未经编辑或有瑕疵，请以最终出版的版本为准。
摘要 +
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Co的扩散对氢封端金刚石（ 100）表面沉积的影响。通过构建不同层含Co的氢封端金刚石（ 100）表面模型，模拟了金刚石沉积过程中的脱氢反应和碳氢基团吸附反应。计算结果显示：当基底中含Co时，脱氢反应的能垒显著提高，反应难度相应增加，且提高的幅度和表面H原子与Co原子在基底表面的投影之间的距离DCo-H在一定范围内呈正相关； Co越接近表面，脱氢反应的能垒也会越高，但这种影响显著小于DCo-H对能垒的影响； CH3在活性位点处的吸附能相比不含Co时提高，CH2和CH的吸附能随着Co所在层数的不同而各不相同，这种影响使得金刚石生长过程中的主要碳氢基团CH3更难吸附，从而降低金刚石沉积的质量。
摘要 +
在后摩尔时代，随着器件物理尺寸的缩放极限和冯·诺依曼架构的局限性逐渐显现，传统硅基集成电路领域面临严峻挑战.然而，二维层状材料凭借无悬挂键、高载流子迁移率、高光生载流子浓度等独特的物理特性，有望突破这些瓶颈.目前，许多二维材料已经实现了规模化生长与应用，在高性能单一功能器件、多功能融合器件、逻辑电路和集成芯片制造与应用当中展现出巨大的潜力.本文综述了二维材料的基本特性、构成的基础功能器件、功能电路模块以及三维集成等方面的研究进展，重点探讨了二维材料在规模化集成方案方面的挑战和解决路径，并为未来的发展方向提出了展望.
摘要 +
高性能湿度传感器由于在半导体制造、智慧农业、仓储、健康监测等领域具有重要应用而受到广泛关注，要求传感器具有宽监测范围、高响应值、小湿滞、快响应恢复和优异的长期稳定性。本文通过原位聚合法构筑得到了一种质子传导增强的CMC-Na/MOF-801/PPY湿敏材料和阻抗型湿度传感器。由于存在连续的氢键网络，湿敏材料的质子电导率和阻抗对湿度存在紧密依赖性，相对湿度（ Relative humidity（%）,简记为% RH）为85%时湿度传感器的响应值达到1.24×105，并同时表现出小湿滞（ 1.9% RH）和快的响应恢复特性（ 2.8 s和1.2 s）。作为概念验证，本研究评估了传感器在无接触式传感中的应用潜力。研究表明，增强的质子传导机制是传感器表现出高响应值、小湿滞和快响应恢复等湿敏特性的主要原因，这对获得高性能湿度传感器具有重要参考意义。
摘要 +
基于平面光学器件的超表面全息图因其在实现光学器件和系统微型化方面的潜力而受到广泛关注. 然而, 传统同轴全息术中固有的零级衍射和双像效应会显著降低成像质量, 限制其在实际应用中的推广. 相比之下, 离轴超表面全息成像具有显著优势. 在离轴超表面全息的设计过程中, 不同周期的单元结构会导致全息图在成像过程中产生图像位置偏移的现象. 为此, 本文研究了单元结构周期对离轴全息成像位置的影响. 采用高透过率的二氧化硅作为基底材料, 以二氧化钛作为相位调控单元, 设计工作波长为635 nm. 数值模拟结果表明, 随着单元结构周期的增加, 全息像的中心位置逐渐靠近成像面的中心区域. 在该设计方案中, 当周期设定为 324 nm时, 全息像能够成像于预设位置. 此外, 分别对不同离轴角度和单元结构高度构建的超表面全息图进行数值模拟分析发现, 成像位置均位于设计位置处, 说明成像位置主要受周期影响. 因此, 可以通过精确调控周期参数, 实现全息图像在预定位置的重建, 从而为高精度全息成像系统设计提供理论依据.
摘要 +
金纳米棒作为生物医学探针因其可调谐等离激元特性备受关注, 但其亚细胞尺度精准成像受限于衍射极限与现有超分辨技术的高光损伤、外源标记依赖性等瓶颈. 本文提出相干调制振幅投影成像技术, 通过飞秒脉冲对的空间相干调制与振幅-相位协同耦合机制, 低功率激发就可实现金纳米棒取向分布超分辨探测, 同时无需荧光分子标记. 该方法将亚衍射极限信息编码至频域, 利用傅里叶分析同步解析金纳米棒的空间定位、三维取向及局部微环境响应, 规避了荧光分子标记干扰并显著抑制光热效应影响. 实验证实相干调制振幅投影成像通过调控脉冲间延时与相位可精确操控金纳米棒光致发光相干态, 为研究纳米-生物界面动态过程提供了多维度分析工具.
摘要 +
时间和角度分辨的光电离实验能够跟踪原子分子的几何构型和电子态演化, 这需要在自由电子激光中测量电子离子全空间角分布. 本文报道在上海软X射线自由电子激光装置上的复合速度成像谱仪的首次实验结果. 在263.8 eV下, 用自由电子激光电离Kr和CCl4样品, 通过Andor和TPX3CAM两台相机分别获得电子动量图像与离子质谱. Kr的3p, 3d, 4p光电子及俄歇电子峰的强度与前人实验符合, 角分布参数β与前人计算符合. 同样, CCl4分子 Cl的2p光电子、2p俄歇电子及价壳层电子的角分布也与已有计算结果符合良好. 采用TPX3CAM相机测量了碎片离子的动量分布, 揭示了CCl4的光解离路径. 结果表明, 复合速度成像谱仪在实验中兼具全立体角收集与高分辨率优势, 为自由电子激光光诱导动力学研究提供了可靠的实验平台.
摘要 +
多光子显微镜(multiphoton microscopy, MPM)已成为生物医学领域的重要研究工具. 目前, MPM的驱动激光基于钛蓝宝石激光器, 可提供720—950 nm的波长可调谐飞秒脉冲. 为覆盖1000—1350 nm的第二生物透射窗口, 通常需要引入复杂的光学参量振荡器. 而为增加成像深度, 位于1600—1750 nm 的第三生物透射窗口的光源同样也得到了广泛的关注. 然而, 迄今为止还没有能够同时覆盖三个透射窗口的超快激光源, 这阻碍了MPM在生医领域的广泛应用. 本文发展了一种基于双波长光纤激光器的超快光源, 输出波长在800—1650 nm之间可调谐的四色飞秒脉冲, 覆盖了适合驱动MPM的全部波段. 利用该超倍频程的超快光源驱动MPM, 我们成功地实现了对多种生物医学样品的无标记多模态成像.
摘要 +
针对实际应用中由非均匀激波驱动的界面失稳问题, 开展了马赫反射波系与平面气体界面相互作用的机理研究, 重点探讨了马赫杆尺度效应对界面失稳演化和扰动增长的影响. 结果表明, 马赫反射波系冲击界面时, 通过复杂波系作用在界面上印刻速度扰动, 诱发界面失稳. 随后, 在波后流场非均匀性的影响下, 界面进一步演化形成凹腔和“射流状气泡”结构, 显著区别于经典Richtmyer-Meshkov不稳定性中的尖钉与气泡结构. 扰动振幅的定量分析表明, 界面失稳演化可分为初期线性增长和后期非线性发展两个阶段. 其中, 滑移线弯曲和卷曲射流驱动的界面变形, 是界面演化向非线性阶段转变的关键物理机制. 马赫杆尺度决定了滑移线卷曲和射流形成的特征时间. 在线性阶段, 扰动增长由马赫反射波系的激波强度和入射角度主导, 与马赫杆尺度无关; 而在非线性阶段, 界面扰动增长率随着马赫杆尺度的增大而增大. 基于数值模拟结果对理论模型进行了考察, 结果表明, 现有理论模型可有效地预测马赫反射波系印刻的界面速度扰动, 但无法考虑马赫杆尺度效应和波后非均匀流场的影响. 本研究揭示了界面失稳演化与马赫反射波系激波强度、入射角度及马赫杆尺度之间的内在关系, 对界面扰动增长理论模型的建立具有重要意义.
摘要 +
在射频容性耦合尘埃等离子体放电中, 下极板凹槽通过影响鞘层里的电势分布, 进而对尘埃颗粒的集体行为产生显著影响. 实验中通过在腔室内撒入微米级直径的尘埃颗粒, 观察到其在下电极凹槽势阱上方分层出现, 整体呈“碗状”云分布. 尘埃云的体积大小随射频功率和放电气压的变化而变化. 尘埃空洞在每层尘埃颗粒的中心出现, 其直径大小和变化受尘埃颗粒数量、射频功率和放电气压影响. 此外, 基于流体模型和尘埃粒子模型建立混合模型, 模拟发现尘埃颗粒的集体行为主要由其所受的轴向合力(考虑轴向电场力、离子拖拽力和重力)和径向合力(考虑径向电场力和离子拖拽力)决定. 实验发现, 通过在射频电极施加负直流偏压, 尘埃颗粒悬浮高度先增大后减小, 悬浮高度的变化能够较直观地反映等离子体放电从α-γ模式的转变.
摘要 +
在活性物质系统中, 外部驱动场(如电场、磁场或光场)常被用于调控粒子的运动行为与集体状态. 惯性效应在粒子动力学中扮演关键角色, 它使粒子对场的响应出现延迟, 从而诱发复杂的集体行为. 然而, 具有转动惯性的活性粒子在周期交流场作用下的动力学行为尚不明确. 本文通过数值模拟系统研究具有转动惯性的活性粒子在周期交流场作用下的集体行为. 结果表明, 改变外场频率可诱导系统出现一系列集体运动状态, 包括极性有序、向列有序以及交叉流动带等结构. 粒子的自推进速度与相互作用强度对系统状态转变的影响较弱. 本研究揭示了周期交流场在调控惯性活性粒子系统集体行为中的关键作用, 为进一步理解非平衡系统中驱动场与粒子动力学之间的耦合机制提供了新的见解.
摘要 +
液相是化学和生物反应的关键环境, 由于溶剂化效应的存在, 液相分子的化学、生物反应动力学表现出显著区别于气相孤立分子的演化行为. 深入地研究液相分子的超快激发态动力学对于揭示复杂化学和生物过程的微观机制具有重要意义. 分子激发态的制备与演化通常发生在阿秒至皮秒的时间尺度, 光电子能谱不仅能够表征激发态分子的电子结构, 对分子构型的演化也很敏感, 被广泛用来研究激发态分子的超快动力学过程. 磁瓶式光电子谱仪、液体微束装置与高次谐波技术的结合, 可以在高真空条件下直接测量出射电子的能量分布及动力学演化信息, 是液相光电子能谱研究的核心手段. 本文系统地总结了该技术在液相超快动力学研究领域的最新进展, 详细地介绍了磁瓶式谱仪的基本工作原理、液体微束靶的制备方法; 讨论了其在生物分子激发态动力学演化、液相分子激发态非绝热过程、分子间库仑衰变和芳香族化合物水溶液的气-液界面性质等研究中的典型应用; 最后对技术瓶颈以及未来发展方向进行了探讨.
摘要 +
二维材料的发光特性与各向异性构成了微纳偏振发光器件实现与性能优化的物理基础. 然而, 并非所有天然二维材料体系同时具备强本征发光与强各向异性, 这在很大程度上限制了其在偏振可控发光器件中的应用潜力. 针对这一问题, 本研究基于范德瓦耳斯工程策略, 构建了由单层MoS2与低对称性NbIrTe4组成的异质结, 从而实现了高效发光特性与强各向异性响应的协同耦合. 角分辨偏振光致发光测试结果表明, NbIrTe4中固有的各向异性势场能够有效地改变单层MoS2的面内晶格对称性, 诱导其光致发光过程呈现明显的偏振依赖性, 并显著地提升激子的各向异性辐射强度. 本研究不仅揭示了范德瓦耳斯异质结中发光各向异性产生的微观物理机制, 还为新一代高性能偏振发光器件的结构设计与性能调控提供了可行的理论指导与实验依据.
摘要 +
固态电池凭借能量密度大, 安全系数高等优势, 近年来逐渐成为人们关注和研究的焦点. 锂枝晶是影响电池安全性和使用寿命的关键因素, 严重时会发生电池短路的情况. 相较于液态电池, 固态电池依赖于机械强度更高的固态电解质, 能有效地抑制锂枝晶的生长, 然而随着充放电循环次数的增加, 由于锂枝晶未完全溶解而产生的死锂逐渐累积, 电池的性能逐渐降低. 本文针对固态电池中的死锂问题, 采用相场法模拟了力-热-电化学三种物理场耦合下的锂枝晶溶解和死锂产生过程. 结论显示, 当在相场模型中耦合入传热模型或者力学场后, 枝晶溶解截止时间和死锂面积都会发生变化. 同时, 在此基础上升高温度或是施加低外压、高外压时, 死锂面积都会降低. 而对于改变电化学参数, 减小扩散系数、增大界面迁移率以及减小各向异性强度都能有效地减少死锂面积.
摘要 +
太阳风中的He离子与H2O分子碰撞的电荷转移截面是天体等离子体建模等领域所需的重要数据. 然而, 当前对应太阳风速度范围的中低能区He+离子与H2O分子碰撞的单电荷转移截面实验测量数据有限, 基于第一性原理的理论计算尚未开展. 本工作利用含时密度泛函非绝热耦合分子动力学模型, 计算了1.33—1800 keV宽能量范围内He+离子与H2O分子碰撞的单电荷转移截面. 模拟采用反转碰撞框架, 探究了电荷转移和电子离子耦合动力学, 发现H2O分子的单电荷转移截面有较强的分子取向依赖特性, 并且低能区和高能区不同分子取向对截面的贡献有显著区别. 截面计算结果与已有的实验以及经典理论模型数据较为符合, 表明本文所用理论方法和数值框架不仅适用于处理非裸核离子和分子碰撞的电荷转移过程, 还能定量分析分子取向对截面的影响. 这为后续复杂碰撞体系的相关截面计算奠定了基础. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00193 中访问获取.
摘要 +
基于已有的一维虚拟阴极理论模型, 本研究进一步建立了虚拟阴极的绝对误差理论, 并系统分析了热阴极温度、饱和电子发射电流、电子收集电流、杜什曼常数以及电子逸出功等参数对虚拟阴极测量的误差贡献. 研究结果表明, 影响虚拟阴极势阱深度测量的主要因素与虚拟阴极的强弱密切相关, 当热阴极产生的虚拟阴极较强时, 阴极加热温度的不确定性约有61%的概率成为势阱深度测量的主要误差源, 而当虚拟阴极较弱时, 电子电流测量的不确定约有39%的概率成为主要误差源. 此外, 在虚拟阴极的空间宽度测量方面, 对于常见的热阴极材料, 其测量结果的主要误差大概率(至少90%)是由热阴极温度和电子逸出功的不确定造成的, 只有当虚拟阴极非常微弱时, 电子电流的不确定是主要误差源.
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- ...
- 15
- 16
