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非平衡稠密等离子体中电子离子能量弛豫对理解惯性约束聚变、实验室等离子体和天体物理中的非平衡演化以及宏观热力学和输运性质至关重要. 受密度及温度等环境效应的影响, 等离子体中多种物理效应之间的竞合作用共同主导电子离子能量弛豫过程. 本文从量子Lenard-Balescu动理学方程出发, 建立了考虑电子和离子集体激发及其耦合效应的能量弛豫模型, 并在此基础上采用电子离子解耦、静态极限和长波近似构建了不同的简化模型, 系统研究了静态屏蔽、动态屏蔽、电子和离子等离激元激发及其耦合等效应对电子离子能量弛豫的影响机制. 通过不同模型之间的对比, 发现电子离子集体激发之间的耦合效应以及中等波长和短波区间的屏蔽效应对温热稠密等离子体中电子离子能量弛豫有着显著的影响. 这一结论表明, 准确描述等离子体中的动态响应和屏蔽效应将制约着相关物理体系中非平衡演化建模的精确性和有效性.
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高精细度光学谐振腔辅助的量子非破坏(quantum nondemolition, QND)测量可产生原子自旋/动量压缩态, 是提升原子干涉灵敏度以突破标准量子极限的重要手段. 传统Fabry-Perot腔内驻波场结构导致的光与原子相互作用不均匀性, 使得原子自旋压缩度在演化过程中逐渐衰退. 本文研究一种面向原子干涉仪均匀QND测量的光学环形腔, 分析环形腔内行波场结构对光与原子相互作用均匀性的影响, 设计并研制了高精细度($ {\cal{F}} = 2.4(1)\times 10^{4} $)高真空兼容型光学环形腔, 并测试了环形腔特性. 在此基础上, 制备88Sr冷原子系综并与环形腔模式耦合, 通过环形腔差分测量方式提取原子经过腔模过程中对环形腔造成的色散相移, 实现对原子数目的非破坏测量. 实验结果表明在探测光功率为20 μW条件下, 测得环形腔色散相移为40 mrad, 耦合进腔内原子数目约为$ 1\times 10^{5} $. 调节原子与腔模位置匹配及探测光失谐量等参数, 验证了环形腔色散相移与QND测量理论的一致性. 本文研制的光学环形腔为原子干涉仪中自旋/动量压缩态的产生提供重要解决途径, 有望进一步提升原子干涉灵敏度, 并广泛应用于腔增强型量子精密测量中.
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利用Skyrme HF+BCS理论以及自洽的QRPA方法研究了镍同位素链原子核的第一个2+态以及矮四极态的性质随中子数增加的演化情况. 研究中分别采用了SGII, SLy5以及SkM*三种能量密度泛函以及密度依赖的零程对相互作用. 计算得到的镍同位素链原子核第一个2+态的激发能以及电磁跃迁强度能较好地再现实验值. 发现$^{70—76}{\rm{Ni}}$的同位旋标量矮四极态共振能量 (跃迁强度) 随着中子数增加而降低 (增加). 这是由于中子$1{{\mathrm{g}}}_{9/2}$态的占有概率的增加, 由该中子态产生的准粒子激发组态占比增加, 组态激发由质子主导渐变为由中子主导产生. 并发现镍同位素链原子核矮四极态对壳结构的改变比较敏感, 可以为丰中子核的壳演化提供信息.
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激光锡(Sn)等离子体光源是当前先进极紫外(EUV)光刻机中最为核心的分系统, 其辐射出的13.5 nm附近2%带宽内的EUV光的功率值和稳定性是决定整个光刻机是否成功的关键指标之一. 本文针对激光Sn等离子体光源这一复杂系统, 开展了详细的关于等离子体状态参数分布以及EUV辐射光谱的数值模拟研究. 首先基于细致能级模型, 在局域热动平衡近似条件下计算得到了Sn等离子体在12—16 nm波段的辐射不透明度数据. 随后利用激光等离子体辐射流体力学程序RHDLPP, 分别模拟了纳秒激光脉冲作用于Sn平面固体靶和液滴靶所产生的等离子体的温度和电子密度等状态参数的分布. 结合辐射不透明度数据和等离子体状态数据, 利用光谱模拟后处理子程序SpeIma3D完成了平面靶等离子体的空间分辨EUV光谱以及液滴靶等离子体在60°观测角下的角分辨EUV光谱的模拟. 最后, 得到了液滴靶等离子体在13.5 nm, 2%带宽内的带内辐射强度随观测角度的变化规律. 本文获得的所有等离子体状态参数分布和EUV光谱模拟结果与现有的实验结果具有很好的一致性, 证明了RHDLPP程序在激光Sn等离子体EUV光源方面的模拟能力, 相关结果可以为EUV光刻以及国产化EUV光源的研制提供一定的支持.
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本文探讨了有限温度下, 飞秒激光脉冲诱导的分子准直现象中内在相干性度量与其准直信号之间的定量关系. 针对超快非共振激光脉冲诱导分子准直问题, 推导了转动体系$l_1 $范数相干性度量($C_{l_1}(\rho)$即密度矩阵ρ中所有非对角元素绝对值之和)与准直幅度(准直度最大值与最小值之差)之比与电场强度之间存在的定量关系, 并通过对CO分子的数值模拟进行了验证. 在此基础上, 进一步给出了这一比值与脉冲强度面积之间的映射关系. 本文的研究结果为实验中探测转动体系的相干性度量提供了新的思路, 并为利用分子转动态进行相干性度量研究奠定了理论基础, 有利于促进超快强场物理与量子信息度量之间的交叉融合.
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相对论扭曲波方法是研究微观粒子碰撞动力学过程的常用理论方法. 本文基于多组态Dirac-Hartree-Fock (MCDHF)方法以及相应的程序包GRASP 92/2K/2018和RATIP, 发展了一套电子与原子碰撞激发过程的全相对论扭曲波方法和程序. 计算了极化电子与原子碰撞激发过程的总截面、微分截面、态多极以及碰撞激发后辐射光子的积分和微分Stokes参数等. 讨论了电子关联效应、Breit相互作用和等离子体屏蔽效应对碰撞激发截面的影响. 该方法和程序的发展为详细研究复杂靶离子的碰撞激发过程和讨论电子关联效应以及Breit相互作用对碰撞激发过程的影响提供了条件.
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轫致辐射作为原子物理中重要的辐射过程, 在天体物理、等离子体物理、磁约束和惯性约束核聚变等领域具有重要研究意义. 本文基于相对论分波展开方法研究了中高能电子碰撞中性碳原子以及各价态碳离子的轫致辐射过程, 并探讨电子屏蔽效应对轫致辐射截面及角分布的影响. 利用Dirac-Hartree-Fock理论构建靶原子波函数, 在中心场近似下建立电子-靶原子相互作用势, 基于相对论分波展开方法通过数值求解Dirac方程得到电子连续态波函数, 对不同价态碳离子的轫致辐射单重、双重微分截面以及角分布函数进行详细计算, 分析电子屏蔽效应在不同入射电子能量和出射光子能量下的作用. 结果表明, 电子屏蔽效应会使轫致辐射单重和双重微分截面降低, 在较低能电子入射时以及软光子区域抑制效果显著, 而随着入射电子能量和出射光子能量的增加, 电子屏蔽效应不断减弱. 电子屏蔽效应对轫致辐射角分布的影响则较不明显.
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随着微观领域探索的不断深入, 以光刻和各类刻蚀工艺为代表的微纳加工技术已被广泛应用于微米及纳米尺度的结构与器件制造, 推动了集成电路、微纳光电器件、微机电系统等领域的不断革新. 这不仅带动了设备性能的提升, 还为微观物性调控机制的基础科学研究带来了新的机遇. 近年来, 作为一种新兴的微纳加工技术, 扫描热探针技术在二维材料加工、物性调控和纳米级灰度结构制造方面获得了实践应用, 并展现出独特优势. 本文将从扫描热探针技术的原理及特点出发, 分析其在二维材料微纳加工及物性调控领域的最新研究进展, 最后展望该技术的广阔应用前景.
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自旋系统的动力学性质是量子统计和凝聚态理论研究的热点. 本文利用递推方法, 通过计算自旋关联函数及谱密度, 研究了链接杂质对一维量子Ising模型动力学性质的调控效应. 研究表明, 链接杂质的出现打破了主体格点自旋耦合$ J $和外磁场$ B $之间原有的竞争关系, 系统的动力学最终取决于链接杂质和主体格点自旋耦合的平均效应$ \bar J $、链接杂质的不对称程度及外磁场$ B $的强度等多因素之间的协同作用. 对于对称型链接杂质($ {J_{j - 1}} = {J_j} $), 随着杂质耦合强度的增大, 在$ B \geqslant J $的情况下, 系统的动力学出现了由集体模行为到中心峰值行为的交跨; 在$ B \lt J $的情况下, 出现了由类集体模行为到双峰行为, 再到中心峰值行为的两次交跨. 对于非对称型链接杂质($ {J_{j - 1}} \ne {J_j} $), 其杂质位型较多, 可以提供更多的调控自由度, 尤其当其中某个杂质耦合强度如$ {J_{j - 1}} $(或$ {J_j} $)较小时, 通过调节另一个杂质耦合强度$ {J_j} $(或$ {J_{j - 1}} $)可以得到多种动力学行为之间的交跨; 在$ B \gt J $情况下, 非对称型链接杂质的调控机制更为复杂, 出现了与以往研究经验不符的交跨顺序, 且出现了双频谱这种新的动力学模式. 一般来讲, 当平均自旋耦合$ \bar J $较弱或非对称型链接杂质的不对称程度较低时, 系统倾向于呈现集体模行为; 当$ \bar J $较强时, 系统倾向于呈现中心峰值行为; 但当非对称型链接杂质的不对称程度较明显时, 谱密度倾向于呈双峰、多峰或双频谱特征. 研究表明, 链接杂质的调控结果更加丰富, 且具有独特的调控优势, 因此利用链接杂质来调控量子自旋系统的动力学不失为一种新的尝试.
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对正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和仲戊醇5种链长相近、结构又略有差异的线型伯醇和仲醇进行了介电谱测量, 发现异丙醇和正丁醇的介电谱存在异常变化的情况, 即介电谱中强度最大的弛豫峰约在145—175 K的范围内, 随着温度的升高出现了逐渐升高的趋势. 经过分析发现该异常变化来源于单羟基醇中的德拜(Debye)介电弛豫强度在上述温区内的异常变化. 结合单羟基醇德拜介电弛豫强度的理论模型进行分析, 认为该异常变化是温度导致的德拜介电弛豫强度减小与分子运动性增加所致使的氢键分子链结构变化而引起的弛豫强度改变的共同结果; 通过将这5种单羟基醇的弛豫时间进行对比, 发现产生上述异常变化所要求的条件比较苛刻. 另外, 研究结果还表明仲醇中德拜弛豫过程的强度参量、弛豫单元的固有振动频率和高温极限下的激活能也具有随着碳原子数的增加而增大的特征, 与伯醇中的规律是类似的. 这些结果不仅能为单羟基醇奇异性质的研究提供新的切入点, 而且也可以为分子链长对单羟基醇动力学影响的研究提供参考.
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