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考虑周期性驱动的谐振势阱，通过数值模拟研究了超冷原子气体中的孤子性质。结果有趣的发现：当孤子位于势阱中心时，在特定的频率驱动下，孤子的幅度振荡产生共振现象，其振荡幅度随着谐振势阱囚禁频率的增大而增大，共振频率随着孤子初始幅度的增大而增大；当孤子位于势阱边缘时，孤子运动的共振、反共振和准周期振荡也能被观察到。此外，通过调节驱动频率可实现孤子运动的共振与反共振之间的转换。相关结果可为超冷原子气体的精确调控提供帮助。
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铁基非晶合金具有高的饱和磁感应强度及低的矫顽力和损耗, 是高频变压器和扼流圈铁芯等器件的理想材料. 然而, 该类合金晶化温度低并容易氧化, 其在高温环境中的应用受到限制. 铜和铌的添加可抑制晶核长大、提高热稳定性, 但对合金的高温抗氧化性能及结构演化的影响尚不明确. 本文利用静态空气氧化实验研究了Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶合金高温氧化后微纳尺度结构的演变及其对合金性能的影响. 微纳结构演化揭示硅和铌在650 ℃氧化过程中快速扩散至氧化区域并形成致密氧化层, 进而阻碍氧元素向合金内部扩散; 合金内部则形成以铁元素为主的α-Fe(Si)相, 其晶粒尺寸随着氧化时间而缓慢长大. 热动力学行为表明氧化过程中硅和铌的偏析能提高合金体系热力学稳定性, 抑制晶化过程中形成多种金属间化合物. 磁滞回线结果表明, 经650 ℃氧化后, 合金的饱和磁感应强度保持不变; 同时, 氧化时间为5 min时, 矫顽力约为0.3 Oe, 氧化时间延长至0.5 h后, 矫顽力逐渐增大至61 Oe.
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本文研究了人工规范场调控下超导量子比特-SSH(Su-Schrieffer-Heeger)拓扑光子晶格耦合体系中的单光子散射. 通过解析计算单光子散射系数, 揭示了人工规范场对SSH拓扑晶格上下能带中的单光子散射具有完全不同的调控作用, 包括上能带全透射和下能带全反射. 其次, 本文进一步证明人工规范场调控下单光子散射相对于晶格动量和上下能带具有高度的对称性. 反过来, 发现人工规范场调控下单光子反射系数可以不依赖晶格耦合强度, 只依赖晶格的拓扑特性, 可用于探测光子晶格的拓扑不变量. 最后, 本文将人工规范场调控下的单光子散射推广至超导量子比特-拓扑光子晶格不同耦合构型中. 这些结果为拓扑光子晶格中光子输运的调控提供了新的视角和方法.
, 最后更新时间: , 收稿日期: 2025-01-05
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NASICON型Li1+xAlxTi2–x(PO4)3(LATP)作为锂离子电池极具潜力的固态电解质而备受瞩目. 本文采用第一性原理计算与分子动力学模拟相结合的方法对3种Al掺杂浓度(2AlTi, 4AlTi, 6AlTi)的LATP表面进行研究, 深入探究Al含量对LATP表面的稳定性、电子导电性及Li+输运特性的影响. 研究结果表明, Li-原子终端的(012)面为最稳定晶面, 且LATP(012)表面随Al含量的增大而更为稳定. 电子结构分析表明, LiTi2(PO4)3(LTP)表面保持与体相一致的半导体性质, 而LATP表面则呈现出金属性, 这是LATP表面锂枝晶生长的一个原因; Li+输运性质的研究果表明, 对于LTP/LATP表面, 高势垒(大于2.00 eV)使得Li+不能从次表层迁移到最表层; 在最表层中, Li+的最低迁移势垒为0.87 eV, 明显高于其体相的最小值 (0.34 eV). 缓慢的Li+迁移速度是LATP表面锂枝晶生长的另一个重要原因. 幸运地是, 通过提高Al掺杂浓度, 可降低Li+的迁移势垒, 进而提高Li+在LATP表面的扩散性能. 分子动力学模拟进一步揭示Li+在LATP表面的扩散行为主要受到Al含量、Li+占位以及环境温度这些因素的共同影响. 因此, LATP表面的金属性和较高的Li+迁移势垒是其表面锂枝晶生长的两个重要原因. 通过调控Al含量、Li+占位以及环境温度能够不同程度地缓解LATP表面的锂枝晶生长.
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在全球能源格局深度调整与环境问题严峻挑战的双重背景下，固体氧化物燃料电池（SOFC）凭借其诸多卓越特性，成为高效清洁能量转换技术的研究焦点。SOFC的电化学性能受到气流流型、流速及工作电压等多种因素影响，准确分析电池的电化学指标随各因素的变化情况，是提出电池高效反应设计方案的基础。因此，本研究建立了SOFC的三维多场耦合模型，研究了各因素间耦合作用对电池电化学性能的影响规律。研究结果表明，随着工作电压的降低，电池的电化学反应速率显著提高，气体摩尔分数梯度增大，电解质电流密度分布不均性增强。对于低电压工况，交叉流流型展现出更好的电化学性能优势，其功率密度曲线在不同电流密度区间均占据领先地位。随着流道气体流速的提升，电池的输出功率密度曲线呈上升趋势，后续因阴极反应渐趋饱和，流速提升对功率密度增长的推动作用逐渐弱化。本研究揭示了流型、流速与电压的耦合作用对SOFC电化学性能的影响，为SOFC的商业化应用提供指导。
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对原子核形状共存和壳效应的研究有助于人们深入理解原子核内部结构。物理学家们在Zn，Ge，Se，Kr的同位素研究中，发现了显著的形状共存现象与刚性三轴性特征。为了深入探究形状共存现象及其对原子核基态性质的影响，我们采用相对论Hartree-Bogoliubov理论中密度依赖的介子交换模型，对N = 32-42的偶偶核Zn，Ge，Se，Kr同位素的基态性质进行了系统研究，获得的势能面清晰地展现了这些同位素存在形状共存和三轴性特征。计算获得了原子核的基态能量、形变参数、双中子分离能、中子半径、质子半径和电荷半径，结果都支持N = 40为新幻数,部分结果也支持N = 32、34为新幻数。尤其，三轴形变在其中扮演着重要角色。进一步，我们探讨了壳效应与形状共存现象之间可能存在的关联及其对原子核基态性质的影响，并分析了这些变化的物理机制。
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基于Hanbury Brown-Twiss（HBT）的二阶自相关技术在非相干源照明和近场探测的条件下可以获得目标的傅里叶频谱信息，然而获取高质量的频谱图像所需的测量次数较多、且成像分辨率受到探测器的像素规模的限制。为了解决上述问题，本文结合多点并行关联重建算法和叠层成像的思想，提出了一种基于自相关和频谱叠层的超分辨成像方法。通过多点并行关联重建算法获取目标的不同频率信息，在此基础上，利用傅里叶变换的移频特性和叠层成像的思想实现频谱信息的扩展，进而采用相位恢复算法重建目标的实空间图像。理论分析和实验结果表明，该方法在相同探测器像素规模的条件下可以实现2倍的超分辨率成像，同时可以降低高质量频谱图像重建所需的测量次数。该方法对于超分辨显微成像和高分辨运动目标成像具有重要的借鉴意义。
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激光光源的噪声直接影响精密测量系统的精度和灵敏度，特别是在引力波探测和生物成像等高精度应用中。尽管经典反馈控制技术能有效抑制强度噪声，但其降噪水平受到经典噪声极限的限制。本研究提出一种结合量子压缩光与经典反馈控制技术的新方法，旨在进一步降低系统中的强度噪声，突破经典反馈控制技术的抑噪瓶颈。通过引入正交振幅压缩态光场，在理论上建立了压缩光辅助的反馈控制系统，理论分析了反馈增益和压缩度对噪声抑制的影响，并与经典方案进行对比。理论分析结果表明，压缩光的引入显著提高了噪声抑制水平，接近散粒噪声极限，从而大幅提升系统的灵敏度。该方法为在不增加激光功率的情况下实现更低噪声水平提供了新的量子控制手段，对精密测量技术的发展具有重要意义。
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1K低温系统是进一步实现mK温区及更低温度的基础，目前广泛应用于量子计算、凝聚态物理研究、低温科学仪器等领域。目前国内的1K低温系统大多使用GM制冷机进行预冷，系统在实现更低振动控制、更低电噪声干扰、更低预冷温度和更高液化效率等方面存在一定难题，而基于脉管制冷机预冷的1K系统在解决这些问题方面具有先天优势。本文发展了一台全国产化的4K GM脉管制冷机，获得了2.14 K的最低制冷温度，并可同时提供1.5 W@4.2 K和45 W@45 K的制冷量。将其作为预冷制冷机，设计并搭建了1K低温系统，最终获得了1.1 K的最低制冷温度，并可在1.6 K提供100 mW的制冷量。本研究为后续开展更大冷量稀释制冷技术奠定了重要基础。
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采用原子态分辨(Atomic-state-dependent, ASD)屏蔽模型，研究了热稠密等离子体中Fe25+离子光电离截面的低能特征。等离子体屏蔽会减弱核和束缚电子之间的相互作用，导致束缚电子逐渐进入连续态。对于光电离过程，屏蔽效应改变束缚和连续电子的波函数，进一步改变重叠积分和跃迁矩阵元，最终引起截面出现低能特征。相比于传统的德拜模型，ASD模型进一步考虑了电子简并效应和非弹性碰撞过程的影响，能够更加准确的描述温热稠密等离子体的屏蔽效应。基于ASD模型，研究发现，低能阈值区，截面服从Wigner阈值定律；能量逐渐增大时截面出现低能增强、势形共振、Cooper极小、Combet-Farnoux极小等低能特征，导致对应能区的截面显著增加或减小，继而改变光电子谱的性质。本工作研究了热稠密等离子体中离子的光电离过程，可以为天体和实验室中热稠密等离子体的研究提供理论和数据支持。
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γ全吸收型探测装置由40个BaF2探测单元组成，用于在线测量中子辐射俘获反应截面数据，填补国内实验数据的空白。实验本底的一个重要来源是BaF2晶体自身包含的α粒子。为扣除α粒子本底，数据获取系统采用全波形采集的方式，在线实验存储的数据量为118 MB/s，产生了较大的死时间。利用BaF2探测单元测量三种放射源（22Na、137Cs及60Co）的实验数据，确定了信号波形的积分长度为2000 ns时，能够达到最佳能量分辨率；使用快总成分比、脉冲宽度和时间衰减常数三种方法进行α粒子和γ射线的鉴别，计算得到快总成分比（快成分5 ns总成分200 ns）方法的品质因子为1.19~1.41，脉冲宽度（10%峰值）方法的品质因子为0.94~1.04，时间衰减常数方法的品质因子为0.93~1.07。通过品质因子的定量分析和能谱的比较，确定快总成分比鉴别方法效果最好，能够有效去除α粒子本底，为下一步升级数据获取系统，减少实验数据量，降低截面数据不确定度奠定基础。
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在超音速气动热能的加热下，当飞行器表面防/隔热材料的壁面温度超过其耐受极限时，表面区域将出现高温热化学烧蚀及机械剥蚀等退化损伤现象，产生的烧蚀扩散产物(烧蚀颗粒)引射到周围等离子体流场中悬浮在飞行器周围，形成伴有烧蚀扩散物的高超声速等离子体流场，烧蚀扩散物的存在可对原等离子体流场的物理特征及电磁特性产生重要影响。本文通过建立包覆钝头锥体的等离子体流场及机载天线的耦合电磁模型，采用射线追踪方法，定量分析了伴生烧蚀产物的尾迹区等离子体流场对喇叭天线辐射特性的影响。研究结果表明，包覆飞行器的等离子体流场可造成一定量的天线辐射能量损失，而流场中弥散的烧蚀颗粒将会使这一情况加重，且烧蚀产物的密度及几何尺寸都可对天线辐射能量的损失产生影响。该研究可为解决临近空间高超声速飞行器信息传输瓶颈背后的电磁波传播提供参考，为进一步深入研究高超声速飞行器的目标探测、识别、防/隔热材料及系统设计等技术提供理论参考。
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偏滤器脱靶是中国环流三号装置（HL-3）偏滤器热负载的主要控制手段。然而目前的脱靶工作缺少对刮削层-偏滤器区域内复杂多成分粒子问题的研究，如氢同位素（如氘）、外部注入杂质(如氖杂质)、内部固有杂质（如碳杂质）的碰撞、辐射等过程。本工作使用新开发的刮削层-偏滤器多成分粒子输运程序SD1D，研究了碳杂质和中性粒子对中国环流三号上抬升等离子体密度和偏滤器氖气注入两种脱靶方式的影响。研究发现，偏滤器产生的碳杂质对于抬升密度的脱靶方式具有促进作用，但是对注入氖气实现脱靶的过程影响较小。此外，本工作还发现中性粒子（氘原子与氘分子）在这两种脱靶过程中的重要性也有很大的不同：1）抬升等离子体密度可以促进偏滤器内再循环过程产生大量中性粒子，等离子体与中性粒子反应导致的能量与动量损失是实现脱靶的关键因素；2）向偏滤器内注入氖气直接降低了靶板上饱和电流，抑制了再循环过程，从而中性粒子的重要性也随之降低。
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本文通过扩展的改进多参数指数型(The extended improved multiparameter exponential-type potential, EIMPET)势能模型，结合实验光谱数据，研究了H2和HD分子的热力学性质。首先利用解析势能曲线计算得到分子的振转能级，其次结合量子统计系综理论计算了分子在100-6000 K温度下的配分函数、摩尔热容、摩尔熵、摩尔焓以及约化摩尔吉布斯自由能。计算结果与NIST数据库中的数据具有良好的一致性。本文的理论方法可用于预测某些气态物质的热力学性质。
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康普顿相机用于γ射线成像具有装置轻便、探测效率高和成像能区广的优点．然而，由于探测系统难以分辨康普顿散射事件和散射光子吸收事件，造成图像重建错误．使用GEANT4蒙特卡罗程序构建了基于三维位置灵敏碲锌镉探测器的康普顿相机模型，模拟探测远场137Cs点源特征γ射线并逐个事件地记录探测器中发生相互作用的位置和沉积的能量．使用反投影图像重建算法对有效康普顿散射事件的康普顿散射角进行重建并对放射源成像，研究了事件顺序重建对成像分辨的影响．结果表明，错误排序事件对成像分辨的影响主要在偏离源点位置30°以内的区域，源点位置附近产生的错误重建像点在26°附近形成环状分布．使用基于沉积能量大小的康普顿边缘测试和简单比较法对事件进行排序，正确排序事件的比例提升至82%，源点位置的像点分布密度提升了47%，成像分辨得到了提升．
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