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面向激光等离子体尾波加速的毛细管放电实验研究
祝昕哲, 李博原, 刘峰, 李建龙, 毕择武, 鲁林, 远晓辉, 闫文超, 陈民, 陈黎明, 盛政明, 张杰
2022, 71 (9): 095202. doi: 10.7498/aps.71.20212435
摘要 +
具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引, 这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用. 本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验. 通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细管中的等离子体密度分布, 在长度为3 cm、内径为300 μm的毛细管中实现了轴向均匀, 径向呈抛物线型的等离子体密度分布. 通过改变放电延时和喷气时长, 确定和优化了产生等离子体通道的参数区间, 得到的最大通道深度为28 μm, 与实验中使用的激光焦斑半径匹配. 在此基础之上, 开展了不同能量的激光脉冲在放电等离子体通道中的导引研究, 结果发现当通道深度与焦斑半径匹配时, 激光可以不散焦地在通道中传输, 实现激光导引. 这项研究为未来的激光尾波级联加速和锁相加速等研究奠定了基础.

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亚波长介质光栅对单层过渡金属硫化物的发光增强
陶广益, 齐鹏飞, 戴宇琛, 石蓓蓓, 黄逸婧, 张天浩, 方哲宇
2022, 71 (8): 087801. doi: 10.7498/aps.71.20212358
摘要 +
过渡金属硫化物单层具有直接带隙, 可产生较强的光致发光, 这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景. 由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合, 其光致发光效率仍有待提高. 本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构, 可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率. 利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制, 得到峰值为3.4倍的发光增强. 研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号, 通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性, 为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.

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基于迭代重构算法改进晶体衍射分光X射线鬼成像的图像质量研究
张海鹏, 赵昌哲, 鞠晓璐, 汤杰, 肖体乔
2022, 71 (7): 074201. doi: 10.7498/aps.71.20211978
摘要 +
X射线鬼成像是一种低剂量、非定域成像方法, 对医疗诊断和生物成像具有重要意义. 在基于晶体劳厄衍射分光的X射线鬼成像中, 晶体振动会造成衍射光路上散斑的模糊, 进而导致利用关联方法重构图像衬度和空间分辨的降低. 本文系统分析了衍射光路上散斑图像的模糊程度对归一化二阶关联函数$ {g}^{\left(2\right)} $的最大值和半高全宽的影响. 模糊程度的增强会导致$ {g}^{\left(2\right)} $最大值的减小和半高全宽的展宽, 在理论上证明了模糊程度会引起重构图像的衬度和分辨能力的降低. 为解决上述问题, 本文在衍射光路和直通光路的直接关联方法($ {G}_{\mathrm{L}\mathrm{H}} $)的基础上提出$ {G}_{\mathrm{L}\mathrm{H}}E $方法($ {G}_{\mathrm{L}\mathrm{H}} $ enhanced method). 模拟实验表明$ {G}_{\mathrm{L}\mathrm{H}}E $算法能同时改善图像衬度和提高重构分辨率, 并且模糊程度增强时, $ {G}_{\mathrm{L}\mathrm{H}}E $算法重构图像的峰值信噪比与先对直通光路的散斑图像进行高斯滤波处理再进行双光路关联计算方法($ {G}_{\mathrm{L}\mathrm{L}} $)的差距扩大, 同时保证其对噪声的鲁棒性. 本文为晶体衍射分光的X射线鬼成像的实际应用提供可行的思路.

专题: 固态单量子体系的调控与应用

  

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金刚石表面纳米尺度水分子的相变观测
杨志平, 孔熙, 石发展, 杜江峰
2022, 71 (6): 067601. doi: 10.7498/aps.71.20211348
摘要 +
水是自然界中最重要的物质之一, 研究界面或受限体系的水分子动力学具有重要的科学意义. 近些年新兴的基于氮-空位(NV)色心的纳米磁共振技术可以同时观测纳米尺度的核磁信号和温度. 本文利用单个NV色心成功探测到金刚石表面纳米尺度水分子分别在固态和液态条件下的核磁信号, 并通过改变温度成功观测到该纳米尺度水层的固-液相变. 实验结果表明, 基于NV色心的核磁共振技术可以有效地探测纳米尺度物质的结构和动力学行为, 为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供新的探测手段.

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基于中国散裂中子源反角白光中子束线的天然锂中子全截面测量
张江林, 姜炳, 陈永浩, 郭子安, 王小鹤, 蒋伟, 易晗, 韩建龙, 胡继峰, 唐靖宇, 陈金根, 蔡翔舟
2022, 71 (5): 052901. doi: 10.7498/aps.71.20211646
摘要 +
锂是熔盐堆燃料载体盐的主要材料之一, 其中子核反应截面数据是熔盐堆芯中子物理设计及堆芯长期安全运行中的重要基础数据. 本工作基于中国散裂中子源反角白光中子束线(CSNS Back-n)飞行时间谱仪, 利用中子全截面测量谱仪(NTOX), 采用透射法测量了天然锂中子全截面. 实验中, 中子飞行距离约为76.0 m, 采用15.0 mm和8.00 mm两种厚度的天然锂金属样品, 在0.4 eV—20 MeV中子能量范围内测得了统计计数较好的中子全截面. 特别是在keV及以下能区增补了实验数据, 为锂的核数据评价工作提供了更加丰富和可靠的实验数据. 在此基础上, 采用1/v律和R矩阵理论对MeV以下能区的新测量数据进行了理论分析, 获得了7Li和6Li在260 keV能量附近的中子共振参数.

综述

  

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二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究
吴燕飞, 朱梦媛, 赵瑞杰, 刘心洁, 赵云驰, 魏红祥, 张静言, 郑新奇, 申见昕, 黄河, 王守国
2022, 71 (4): 048502. doi: 10.7498/aps.71.20212033
摘要 +
二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族, 而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一. 二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象, 以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台. 本文从二维材料的转移技术着手, 介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用. 首先, 依据湿法转移和干法转移的分类, 详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术, 内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁. 随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用, 重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构, 并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用. 因此, 二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.

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基于置换群的多粒子环上量子行走的反馈搜索算法
姜瑶瑶, 张文彬, 初鹏程, 马鸿洋
2022, 71 (3): 030201. doi: 10.7498/aps.71.20211000
摘要 +
在量子计算科学中, 如何更好地构建量子搜索算法一直以来受到学者们的广泛关注, 并且基于量子行走寻找新的搜索算法也仍吸引着学者们不断深入研究与探索. 本文从减少搜索过程中的时间消耗、增加算法搜索的准确性和可控性等多方面进行考虑, 提出了一种基于置换群的多粒子量子行走搜索算法. 首先分析得到置换群在空间中可看成一个闭环, 定义了置换集合, 并且通过同构映射将数据点所在数据集映射到定义的置换集, 使得置换集合中元素数据点形成一一对应的关系. 其次, 根据给定初始态和硬币算符, 在数据点集与置换集合张成的搜索空间中利用多粒子的量子行走在环上进行目标数据搜索. 最后, 根据函数$\varPhi(w)=1$找到目标数据, 并用量子态存储数值, 用于形成搜索算法的反馈控制; 同时通过控制硬币算符从而控制量子行走在环上的行走方向, 增加搜索的可操作性与准确性. 本文利用多粒子的量子行走进行搜索, 分析得到粒子数量参数j与时间复杂度呈非线性负相关; 提出的量子行走搜索算法符合零点条件与下确界条件, 且不受变量数j的影响; 通过数值分析得到量子行走搜索算法的时间复杂度等价于$O(\sqrt[^3]{N})$, 相比于Grover搜索算法提高了搜索效率.

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采用PEABr添加剂获得高效且稳定的碳基CsPbBr3太阳能电池
仲婷婷, 张晨, 哈木, 徐望舒, 唐坤鹏, 徐翔, 孙文天, 郝会颖, 董敬敬, 刘昊, 邢杰
2022, 71 (2): 028101. doi: 10.7498/aps.71.20211344
摘要 +
全无机CsPbBr3钙钛矿材料因其本征稳定性好、成本低廉从而在光伏领域展现出巨大的应用潜力, 但目前CsPbBr3太阳能电池的光电转换效率仍远低于其他体系的钙钛矿太阳能电池. 本文以无空穴传输层结构的碳基CsPbBr3全无机钙钛矿电池作为研究对象, 以多步旋涂法为基础, 通过在PbBr2(DMF)溶液中添加2-苯乙胺溴盐(PEABr)来调控CsPbBr3薄膜的结晶质量, 降低薄膜缺陷态密度, 钝化晶粒间界, 并对其中的关键工艺参数包括CsBr的用量(旋涂次数)、旋涂PbBr2薄膜时的衬底预热温度以及退火温度进行了优化. 最终在大气环境下获得了兼具稳定和高效的无空穴传输层结构的碳基CsPbBr3太阳能电池, 器件的光电转换效率达到8.25%, 并在无封装条件下保存1500 h仍可保持90%以上的效率, 对于进一步拓展CsPbBr3钙钛矿电池的优化设计思路具有重要意义.

专题: 纳米工程和热物理

  

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纳米组装相变储热材料的热设计前沿
冯妍卉, 冯黛丽, 褚福强, 邱琳, 孙方远, 林林, 张欣欣
2022, 71 (1): 016501. doi: 10.7498/aps.71.20211776
摘要 +
本文简单回顾了固液相变储热材料发展历程, 重点针对纳米多孔定形相变材料, 从材料层面的研发设计, 到热物理层面的微观限域空间负载、结晶、导热机理, 乃至围绕异相/异质匹配提出的显著提升相变蓄传热性能的强化手段进行了总结. 同时, 指出了目前受制于单一尺度孔径无法兼顾储释热的密度和速率的现状, 并探讨在此基础上借助新型多级尺度孔径的骨架材料以突破瓶颈的可能. 最后, 系统梳理了与之伴随的一系列亟待解决的科学问题、机遇和挑战.

专题: 太赫兹生物物理

  

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太赫兹GaAs光电导天线阵列辐射特性
闫志巾, 施卫
2021, 70 (24): 248704. doi: 10.7498/aps.70.20211210
摘要 +
GaAs光电导天线是太赫兹电磁波的重要辐射源之一, 天线阵列可以提高THz波的辐射强度, 因而光电导天线及阵列一直以来备受瞩目. 本文采用CST Microwave Studio软件对光电导天线阵列辐射太赫兹电磁波的特性进行仿真计算. 根据电流瞬冲模型计算了激光入射到GaAs光电导天线时产生的脉冲光电流, 并作为激励源对光电导天线的辐射性能进行仿真计算, 分析了天线结构和衬底材料对辐射太赫兹波的影响. 在此基础上计算了GaAs光电导天线阵列辐射太赫兹波的远场辐射. 仿真结果表明: 光电导天线阵列辐射太赫兹波的方向性更强, 主波瓣宽度减小, 其远场辐射符合电场叠加的倍数关系. 研制了1 × 2 GaAs光电导天线阵列, 实验测试结果与仿真结论相一致, 为制备多阵元太赫兹光电导天线阵列奠定了理论和实验基础.
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