亮点文章
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在离子光钟实验系统中, 离子的运动效应是衡量一套光钟性能的主要指标之一, 是目前限制各类不同离子光钟具有更低不确定度的关键影响因素. 在第一套液氮低温钙离子光钟的基础上(2022 Phys. Rev. Appl. 17 034041 ), 我们研制了新一套液氮钙离子光钟的物理系统, 并对其离子囚禁装置进行了较大改进, 主要包括以下两方面: 通过引入射频电压的主动稳定装置, 将液氮低温钙离子光钟的径向宏运动频率的长期漂移抑制到了小于$1\;\mathrm{kHz}$水平; 通过改进离子阱鞍点位置剩余电压的补偿方案, 进一步将液氮低温钙离子光钟中附加微运动造成的频移抑制至小于$1.0\times10^{-19}$. 这些改进有助于提升离子的冷却效率与提高离子温度的评估精度. 通过对宏运动红蓝边带的测量, 精确评估了Doppler冷却后离子的振动平均声子数, 对应的离子温度为0.78 mK, 接近Doppler冷却极限. 此外, 稳定的宏运动频率为下一步在液氮低温钙离子光钟上实施三维边带冷却创造了良好条件, 也为推动液氮低温钙离子光钟的系统不确定度进一步降低至$10^{-19}$量级打下了基础.
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近年来, 镍氧化物超导电性备受关注, 全球多个科研团队在常压和高压条件下, 发现了多种镍氧化物材料的超导电性. 来自中国和美国的研究团队通过独立、相异的研究路径, 发现了常压下双层Ruddlesden-Popper结构镍氧化物薄膜的高温超导电性, 为深入研究高温超导机理提供了全新的平台. 中国团队基于自主发展的“强氧化原子逐层外延”技术, 制备出具有原子级平滑表面的纯相双层结构镍氧化物超导薄膜. 通过原位强氧化处理技术, 可在原子级平整的薄膜表面开展ARPES等表面敏感测量, 揭示超导相的电子结构特征, 为超导微观机理的深入研究提供关键实验基础. 通过协同开展晶格结构设计、稀土/碱土元素替代以及界面应力工程调控, 有望进一步提升该体系的超导转变温度.
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基于空间啁啾的单发泵浦-探测技术是探究物质在强激光泵浦下达到温稠密态过程中电子非平衡动力学的重要手段, 其时间分辨率已达到百飞秒量级. 本文详细阐述了温稠密物质交流电导率的空间啁啾单发测量原理及高时间分辨实验装置, 并对影响系统时间分辨率的关键因素进行深入剖析. 分析表明, 基于超短泵浦-探测脉冲, 该系统可实现13.8 fs的时间分辨率. 然而, 在实际实验中, 延时零点的精确标定、成像系统的景深限制以及低通滤波效应等因素, 均会对系统的时间分辨能力产生显著影响. 本研究不仅为提升温稠密物质交流电导率单发测量的时间精度提供了理论依据和实践指导, 而且为探索强场条件下材料的超快动力学过程奠定了坚实的技术基础.
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强场层析成像通过强场驱动的电子再散射实现取向分子的结构成像, 其优势在于无需预先计算不同原子的散射截面. 强场层析成像已成功应用于同核双原子分子结构的提取, 但对于更为普遍的异核分子体系, 其电子散射截面更为复杂, 该成像方案的适用性仍需进一步研究. 本文以异核双原子分子为例, 基于强场层析成像方案开展分子结构成像研究. 通过求解含时薛定谔方程, 获得光电子产量随分子轴取向角的变化, 并发展了一种异核分子散射截面随取向角变化的拟合方法. 通过拟合, 成功提取了分子核间距信息, 拟合结果与预设的分子核间距相一致. 研究结果表明, 强场层析成像方案同样适用于异核分子结构信息的提取, 为复杂分子体系的结构研究提供了新的可能性.
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托卡马克高约束H模条件下偏滤器脱靶和热流控制是当前磁约束核聚变研究中的关键物理问题. 脱靶对H模边界输运物理尤其是对芯部约束兼容性的影响是研究偏滤器脱靶物理的关键问题. 本文获得了HL-2A装置H模等离子体偏滤器脱靶与芯部约束兼容的实验结果, 采用OMFIT集成模拟平台, 新发展了偏滤器靶板区的神经网络快速集成模拟方法, 率先采用该快速集成模拟方法开展HL-2A第39007炮高约束模式下, 边界偏滤器脱靶与芯部约束兼容性的集成模拟研究, 经验证集成模拟结果与实验结果相吻合. 通过进一步分析发现: HL-2A装置H模脱靶情况下, 在芯部$ 0.1 < \rho \leqslant {\mathrm{ }}0.5 $的区域内高极向波数($ {k}_{\theta }{\rho }_{{\mathrm{s}}} $>1)模式下的湍性输运以离子温度梯度(ITG)模主导, 在芯部$ 0.5 < \rho \leqslant {\mathrm{ }}0.7 $的区域内的湍性输运以电子湍流主导; 而边界则是在归一化极向波数$ {k}_{\theta }{\rho }_{{\mathrm{s}}} < 2 $的情况下由电子湍流主导, $ {k}_{\theta }{\rho }_{{\mathrm{s}}} > 2 $的情况下则以ITG为主, 并伴有少量的电子湍流. 本文研究结果为托卡马克装置芯边耦合物理研究提供了一定的集成模拟与实验验证基础.
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高能粒子在等离子体中的能量沉积及其导致的电子离子能量分配对理解惯性约束聚变的点火和燃烧过程至关重要. 基于量子动理学的T矩阵扩展模型, 本文研究了宽广温度密度区间的能量沉积和电子能量分配因子. 相较于基于小角度散射的阻止本领模型, T矩阵扩展模型能考虑由大角度库仑散射及其累积过程带来的横向偏转效应. 首先研究了横向偏转效应对电子能量分配因子的影响, 然后计算了宽温度密度区间的电子能量分配因子, 基于这些数据的分析发展了适用于惯性约束聚变模拟的电子能量分配因子拟合表达式. 研究发现, 考虑横向偏转效应会给电子能量分配因子带来约27.5%的差异. 这一结论表明, 准确描述高能粒子能量沉积过程中的大角度库仑散射及其累积效应带来的横向偏转会影响惯性约束聚变点火和燃烧模拟的精确性.
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分子强场近似(SFA)理论虽然在描述强激光场中分子的超快动力学方面取得了巨大的成功, 但是理论本身存在关键的矛盾. 一方面SFA基本思想要求初态为无场下的系统本征态, 另一方面物理过程的空间平移不变性要求系统初态应当为激光场缀饰态, 这两个相互矛盾的要求分别对应非缀饰态和缀饰态两种形式的分子SFA理论, 两种理论的有效性和适用条件存在广泛的争议. 本文对(椭)圆偏振激光场中N2和Ne2分子的电离过程进行了研究, 期望能给出上述争议的解答. 椭圆偏振光能有效抑制再散射过程及各种干涉效应的影响, 使得电离过程更加干净, 因此可以有效甄别缀饰态和非缀饰态的适用条件. 本文采用SFA方法及库仑修正强场近似(CCSFA)方法计算了缀饰态和非缀饰态下不同分子轨道对应的光电子动量分布, 并与已有的实验结果进行了对比. 结果发现, 对于Ne2这样核间距较大的分子, 必须采用缀饰态才能准确地描述其电离特征; 而对于N2这样核间距较小的分子, 缀饰态描述则不适用. 本文的结论为准确描述激光诱导分子超快过程及相应理论的进一步发展提供了参考.
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Feshbach共振是在特定外场下原子间发生共振相互作用的现象, 主要表现为在共振附近量化低能散射性质的广义散射长度随外场趋于发散. 近年来, 随着冷原子物理的发展, s波及高分波的Feshbach共振相继被发现, 为研究共振相互作用在多体物理中的效应提供了宝贵的途径. 本文基于多通道量子缺陷理论(MQDT), 预言在1039.24 和1055.64 G (1 G = 10–4 T)外磁场下, 7Li原子间存在两个d波Feshbach共振, 并确定了共振的各项参数, 如共振宽度等. 同时, 估计了磁偶极矩相互作用对这两个共振的影响. 本文的结果拓展了在7Li原子气体中研究d波共振相互作用的契机.
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通过结构设计调控石墨烯的性能已引起广泛关注. 然而, 结构设计几何参数与性能之间存在复杂的非线性关系, 如何准确预测石墨烯性能参数加快结构设计仍需进一步深入探索. 本文通过引入周期性菱形穿孔缺陷有效地实现了负泊松比石墨烯的结构设计, 分析了负泊松比效应的产生机制, 并基于反向传播神经网络(BPNN)构建了一种数据驱动的机器学习模型, 可实现高效预测并设计具有负泊松比的穿孔石墨烯结构. 通过分子动力学模拟构建菱形穿孔石墨烯结构的泊松比数据集, 采用优化后的BPNN模型对泊松比进行预测分析, 研究发现, 穿孔间距比(IS)对菱形穿孔石墨烯结构泊松比的影响最显著, 而穿孔纵横比(AR)与晶胞尺寸(L)的影响则相对较弱. 本文还研究了不同穿孔几何参数对菱形穿孔石墨烯负泊松比效应的影响规律, 减小IS和增大AR能够增强石墨烯结构的负泊松比效应. 机器学习模型的预测结果与分子动力学模拟结果高度吻合, 验证了机器学习方法在石墨烯泊松比预测中的有效性和可靠性. 本研究通过引入菱形穿孔缺陷, 结合机器学习技术, 实现对石墨烯负泊松比效应的高效预测与优化, 为其在智能材料和柔性电子中的应用提供理论支持.
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量子导引, 作为一种特殊的量子关联, 相较于量子纠缠和贝尔非局域性, 展现出了特有的不对称性. 这种不对称性使得两个独立的光学模式之间, 通过量子导引交换可以建立单向或双向的导引, 这对构建非对称量子网络具有至关重要的意义. 本文提出了基于三组份与两组份纠缠态的全光学量子导引交换方案, 这一方案利用低噪声、高带宽的四波混频过程, 无测量地实现了传统方案中贝尔态测量的功能, 避免了光电和电光转换. 在导引交换操作后, 原本独立的无直接相互作用的两个纠缠态产生了量子导引. 具体研究了四波混频过程联合线性分束器或非线性分束器两种交换方案, 发现通过调节线性分束器的透射率和四波混频过程的增益, 可以实现三模间的量子导引. 这为单向量子通信和量子信息处理提供了新的可能性, 使得量子资源的利用更加安全和可控.
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