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热反射技术是测量块体和薄膜材料热物性的重要工具, 但参数间复杂的相互关系为数据解析带来挑战. 本文以频域热反射法(FDTR)为例, 利用奇异值分解(SVD)对热反射信号进行了深入分析, 系统地揭示了不同变量之间的关联, 并提出了热反射实验中的关键组合参数. 这种方法不仅厘清了变量间的关系, 还明确了实验中可提取的最大参数数量. 作为应用实例, 本文对铝/蓝宝石样品进行了测量和信号分析, 发现相较于常规仅拟合衬底热导率和界面热导两个参数的做法, 最佳拟合FDTR信号能够同时确定金属膜热导率、衬底热导率、衬底比热容和界面热导四个参数. 拟合结果与文献参考值和其他方法测量结果进行了对比, 验证了该方法的有效性. 本研究深化了对热反射现象的理解, 为热表征技术和材料研究的进一步发展提供了有力支持.
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量子谐振子模型在量子光学和量子信息中具有十分重要作用, 一直以来是相关领域研究的热点问题之一. 在单模谐振子和双模纠缠态表象的基础上, 构造了一种新的双模耦合谐振子模型. 与以往报道的双模耦合谐振子不同, 本文提出的模型不仅具有新耦合系数的坐标和动量两个耦合项, 而且其能量本征值和波函数不需要消除耦合项便可直接求解, 这简化了有关的量子计算. 此外, 进一步分析了双模真空态在此谐振子作用下, 输出量子态的非经典特性, 如正交压缩性质、相空间Q函数、粒子数空间分布和量子纠缠等. 研究表明, 此双模耦合谐振子对输入真空态具有很强的耗散作用. 输出光场不仅呈现超泊松分布和强关联的特性, 而且光子较高的量子纠缠度. 因此, 本文提出的双模耦合谐振子是成为实现连续变量量子纠缠态的典型方案之一.
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稀释制冷机作为一种可以获取10 mK以下极低温度的制冷技术, 广泛应用于量子计算、凝聚态物理等领域, 已经成为极低温区的主流技术. 目前国际上干式稀释制冷机的研究和应用已经较为成熟, 但是对其他类型的稀释制冷机研究较少, 研究工作还不够全面系统. 本综述围绕稀释制冷技术的研究现状, 系统介绍了其根本机理和制冷原理, 梳理了稀释制冷机的多种实现形式, 讨论了各种形式的优缺点和研究进展. 基于地面应用的典型稀释制冷机, 结合实际情况, 系统总结并分析了影响其制冷性能的内在、外在影响因素, 为稀释制冷技术研究提供技术参考.
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磁场作为霍尔推力器的关键设计参数之一，其通过直接影响电子输运、中性原子电离、等离子体分布等微观行为，间接影响推力器的宏观性能。目前，针对霍尔推力器磁场影响的研究更多的是关注放电通道内磁场大小以及分布的影响，而对羽流区磁场的影响研究相对较少。基于此，本文利用二维粒子-流体混合模型研究了霍尔推力器羽流区的轴向磁场分布对推力器性能的影响。研究结果表明，在放电通道内轴向磁场分布不变的情况下，改变羽流区的轴向磁场梯度对推力有显著的影响。放电通道中的电势降随着羽流区轴向磁场梯度的减小而减小，羽流区电场以及放电通道中的离子数密度峰值则随着羽流区轴向磁场梯度的减小而增加。增加羽流区的磁感应强度，有助于推力器性能的提升。更明确的说，羽流区的磁场梯度存在一个临界值，当羽流区轴向磁场梯度大于临界值时，推力随羽流区轴向磁场梯度的减小而增加。当羽流区轴向磁场梯度小于临界值时，推力随羽流区轴向磁场梯度的减小而轻微的减小。通过对不同羽流区磁场分布下的等离子体电势、电场、离子数密度，以及电离率分布的比较表明，羽流区磁场通过影响电子迁移率改变电场的分布，而电场分布的改变则会对推力产生影响。本文的研究结果将对霍尔推力器性能优化，以及磁场设计提供理论支撑。
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弹性碰撞截面是研究粒子间相互作用的关键参数之一，有助于揭示气体绝缘的微观机理。本文基于R矩阵理论计算了24种气体分子在0~15 eV下的弹性碰撞截面，提取了最低共振态能量、峰值等截面特征参数。对比了SF6、CF2Cl2、i-C3F7CN碰撞截面的计算值与试验值，首次给出了i-C3F7CN在0~1 eV的低能碰撞截面；分析了F取代和碳链长度对截面参数的影响，最终研究了截面特征与绝缘强度间的关联性。结果表明，计算得到的各分子最低shape共振态能量与现有研究数据一致，均方误差为0.181；F取代时，共振态能量逐渐增大、峰值逐渐减小；碳链延长则与之相反。分子最低共振态能量、截面峰值与气体绝缘强度有较强关联，分子的最低共振态能量越低，对应的截面峰值越大，其绝缘强度越高。通过分析分子中低能弹性碰撞截面特征，可定性评估气体绝缘强度。
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穿过磁性原子环的磁通能够诱导拓扑超导, 这种方法既不需要自旋轨道耦合也不需要螺旋磁序, 为实现低维拓扑超导提供新的思路. 本文介绍了在二维s波超导表面环状沉积铁磁序磁性原子链模型, 阐述了在此模型中磁通诱导拓扑超导的原理. 同时考虑实际实验, 磁性原子链打破了二维衬底表面的空间反演对称性, 带来了Rashba自旋轨道耦合, 进而导致原子链螺旋磁序的出现. 研究了Rashba自旋轨道耦合和螺旋磁序对拓扑超导态的影响. 结果发现, 自旋轨道耦合对原有拓扑态具有破坏性的影响, 而螺旋磁序只是推动了相变点在参数空间的转移, 不破坏原有拓扑态.
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本文研究了长度方向磁化、厚度方向极化的3层磁电复合材料的非线性特性. 首先, 基于Z-L模型, 根据磁化强度的数值解特征, 拟合了磁化强度函数, 进一步推导了超磁致伸缩材料的动态参数, 如动态压磁系数、动态弹性柔顺系数和动态磁导率, 并分析了偏置磁场和预应力对相应参数的影响; 其次, 基于非线性磁致伸缩本构方程, 建立了磁电层合材料的对称磁-弹-电等效电路模型, 并推导了磁电系数表达式, 分析了其随偏置磁场和预应力的变化曲线, 与已报道的结果具有很好的一致性; 最后, 为了与理论结果进行比较, 采用COMSOL软件设置相同的参数, 绘制相应的磁电系数频率曲线, 二者结果符合较好, 并提取了最大峰值模态振动形状, 可以方便地观察到磁电层合材料长度方向的振动情况. 结果表明, 这种对称磁-弹-电等效电路理论模型及使用COMSOL软件数值模拟方法是可取的, 为进一步进行磁电层合材料的非线性分析奠定了基础, 使设计高精度磁电微型器件成为可能.
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在MeV能段脉冲中子测量中, 塑料闪烁体是应用最为广泛的一种材料, 其中子能谱响应是脉冲中子能谱测量所需的关键数据. 基于中国散裂中子源白光中子束线, 使用飞行时间法测量了0.5—10 mm共5种不同厚度塑料闪烁体ST401对0.5—100 MeV能段的中子能谱响应曲线, 分析了束内伽马、伽马闪产生的闪烁体慢成分和中子源脉宽对中子能谱响应的影响. 受有限体积闪烁体边界效应影响, 不同厚度中子能谱响应曲线形状接近对数曲线, 质子逃逸是闪烁体能谱响应曲线偏离线性的主要原因, 闪烁体越厚, 偏离线性的中子能量越高.
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激光诱导烧结，又称为激光增强接触优化（LECO），可以显著降低TOPCon太阳电池金属电极与硅之间的接触电阻，从而提高电池效率。本文首先研究了反向偏压、激光强度等LECO工艺参数对TOPCon电池性能的影响，并对其影响机理进行了详细的讨论与分析。其次，研究了二次高温烧结与二次LECO工艺对电池性能的影响。当二次烧结温度从280 0C增加到680 0C时，电池效率从26.35%急剧下降至1.3%。但是，对经过二次高温烧结的电池片再进行二次LECO处理，电池效率可以恢复到二次高温烧结前的水平。第三，采用改良后的纯银浆料制备的TOPCon电池，在没有经过LECO处理之前，由于银电极与硅没有形成有效的金属半导体接触，电池平均效率只有0.02%。经过LECO处理后，使用纯银浆料的电池效率提升至26.35%，比使用传统银铝浆料的参考电池提高了0.41%。第四，提出了LECO工艺诱导银-硅接触形成的物理模型，对二次高温烧结及二次LECO处理如何影响电池性能给出了合理的解释，这对于进一步理解和优化LECO工艺在TOPCon太阳电池中的应用具有重要意义。
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为进一步研究光子晶体对电磁波传输的影响，等离子体光子晶体阵列结构波导模型被提出，以期能够实现对电磁波的传输调控。该模型结构能够在W波段实现多频点高效传输，在缺陷空位中心处加入等离子体柱后能够对电磁波进行限幅。通过改变渐变结构参数、等离子体参数等因素可调控电磁波的传输效果。研究结果表明，电磁波在无等离子体干扰的情况下，能实现85.2 GHz、92.1 GHz、98.5 GHz、102.4 GHz和106 GHz等多个频点的高效传输，其传输系数均大于-0.42 dB。渐变结构的构造在谐振频率下能够使缺陷空位周围形成不同的强电场，致使气体击穿产生高浓度微波等离子体，实现对电磁波的反射功率、传输功率和吸收功率的有效调控。此外，改变等离子体柱的尺寸大小，可以进一步调节电磁波在不同频点下的传输特性。该研究能够为高频电磁波的传输与微波器件的设计提供支撑依据。
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随着X射线光源品质的提升，X射线波段的量子调控成为了新兴的前沿领域，基于薄膜平面腔的X射线腔量子光学是其中一个重要分支。X射线腔量子光学研究始于原子核跃迁体系，近期兴起了调控原子内壳层跃迁的研究工作。原子内壳层跃迁存在丰富的候选体系和退激通道，极大地拓宽了X射线腔量子光学的研究范围。此外，内壳层激发及其退激通道对应着多种X射线谱学表征技术，促进X射线腔量子光学和谱学技术的融合，有望促成X射线谱学新技术的出现。本文概述了基于原子内壳层跃迁的X射线腔量子光学，介绍了基本的实验体系和实验方法、经典和量子理论模型与以及已经实现的一些量子光学现象。最后，本文将简介内壳层X射线腔量子光学仍需要解决的一些问题，同时展望未来的发展方向。
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针对联合作战战役行动中平台聚类编组问题, 本文提出了一种基于量子K-means的量子增强求解方法. 该方法首先分别对经典K-means算法中的聚类类别数目设定和聚类中心点选择两部分进行了优化处理; 其次, 该方法针对聚类数据样本与各聚类中心点之间的欧氏距离构建对应的量子线路; 然后, 该方法针对聚类数据集的误差平方和构建对应的量子线路. 实验结果表明, 所提方法不但有效解决了此类行动规模下的平台聚类编组问题, 与经典K-means算法相比, 算法的时间复杂度和空间复杂度都有较大幅度降低.
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空间等离子体环境中的带电粒子附着和运动会在小行星表面形成可观测的电位，这一表面充电现象阻碍了小行星的安全着陆和探索。传统方法计算速度较低，且聚焦于静态小行星，缺少对实际情况中旋转小行星的充电机制研究。为此，本文提出了基于神经网络和有限元法的多尺度模型，实现了对旋转小行星的三维动态模拟。对小行星和周围环境的模拟和分析结果表明，小行星表面的最大和最小电位均会随着自转周期增长而减小，夜侧最小电位由周期为一小时的-4.96V降低为周期为七天的-5.97V，当周期长于七天时，这种下降趋势变缓，七天到半年的周期增长仅能造成0.001V的电位变化。太阳风暴经过期间，电子和离子的密度及温度升高，自转周期导致的电位差异可达上百伏。表面材料的组成也会影响小行星表面电位受周期影响的差异程度。由斜长石或斜方辉石构成时，不同自转周期小行星之间的表面电位差异较为明显，而钛铁矿构成的小行星则更依赖于所处姿态。研究自转小行星的表面充电现象，对探究小行星与太阳风相互作用的性质至关重要。
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采用无量纲格子玻尔兹曼(non-dimensionla lattice Boltzmann method, NDLBM)对方腔内纳米流体的自然对流进行数值模拟, 讨论克努森数($10^{-6} \leqslant Kn_{{\rm{f}},{\rm{s}}} \leqslant 10^4$)、瑞利数($10^3 \leqslant Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}} \leqslant 10^6$)、颗粒体积分数($10^{-2} \leqslant $$ \phi_{\rm{s}} \leqslant 10^{-1}$)等参数对纳米流体流动和传热的影响. 结果表明: 在不同$Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$下, 颗粒粒径对传热效率的影响是不同的.在低$Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$的热传导区间, 颗粒粒径对传热影响较小; 在高$Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$的热对流区间, 较大的颗粒粒径显著提升了流动强度和传热效率. 若保持$Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$和$\phi_{\rm{s}}$不变, 随着颗粒粒径的减小, 纳米流体的传热方式由热传导转变为热对流. 此外, 针对高$Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$的热对流区间, 在兼顾了导热和流动性的情况下, 最大传热效率所对应的颗粒体积分数为$\phi_{\rm{s}} = 8 {\text{%}}$. 最后, 通过分析平均努塞尔数$\overline {Nu}_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$和纳米流体相较于基液增加传热率$Re_{{\rm{n}},{\rm{f}}}$随不同无量纲参数变化的三维等值面图, 发现$\overline {Nu}_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$和$Re_{{\rm{n}},{\rm{f}}}$的极值均出现在颗粒粒径为$Kn_{{\rm{f}},{\rm{s}}} = 10^{-1}$. 基于数值结果, 构建$\overline {Nu}_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$与$Kn_{{\rm{f}},{\rm{s}}}$、$Ra_{{\rm{f}},{\rm{L}}}$、$\phi_{\rm{s}}$之间的函数关系式, 揭示了这些无量纲参数对传热性能的影响.
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