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强激光场下原子超快动力学过程中的能量交换
李盈傧, 秦玲玲, 陈红梅, 李怡涵, 何锦锦, 史璐珂, 翟春洋, 汤清彬, 刘爱华, 余本海
2022, 71 (4): 043201.
摘要 +
利用三维经典系综模型, 研究了整个系综两电子(Ar原子为例)从激光场吸收的能量对激光参数(波长、激光强度和椭偏率)的依赖关系. 结果显示, 当激光强度固定, 波长增加时, 整个系综两电子从激光场吸收的能量整体呈上升趋势, 但不同强度下趋势略有差异. 在较低强度时整个系综两电子从激光场吸收的能量对波长的依赖关系呈现持续平稳增加的趋势, 在较高强度时呈现先缓慢减小再快速增大的趋势. 对强度的依赖关系在不同波长时呈现两个有趣的交叉点. 对椭偏率的依赖关系在较低强度时呈现先逐渐减小再缓慢增大的趋势; 在中等强度时呈现一个“阶梯型”即先缓慢增大再逐渐减小最后缓慢增大; 在更高强度时呈现先逐渐增大再逐渐减小的趋势. 为了解释整个系综两电子从激光场吸收的能量对激光参数的依赖关系,把整个系综的动力学过程分为双电离、单电离、受挫单电离和受挫双电离4种通道. 然后分析各个通道的特征及其如何主导整个系综两电子从激光场吸收的能量的变化趋势. 分析结果表明, 整个系综两电子从激光场吸收的能量对波长、激光强度和椭偏率的依赖均是由于某种通道主导整个系综两电子从激光场吸收的能量的结果.
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.
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.
碳纳米管和碳化硅纳米管热导率的分子动力学研究
秦成龙, 罗祥燕, 谢泉, 吴乔丹
2022, 71 (3): 030202.
摘要 +
采用Tersoff势测试和研究了反向非平衡分子动力学中的Müller-Plathe法和Jund法在一维纳米管热传导中的应用. 在相同的模拟步数中, Müller-Plathe法可以得到很好的结果, 热导率在交换频率大于50时对参数的选择并不敏感. 然而, Jund法并不能得到良好的线性温度梯度, 其热导率在一定程度上依赖于选择的热流大小. 在此基础上, 运用Müller-Plathe法进一步研究了碳纳米管和碳化硅纳米管的长度、直径和温度对热导率的影响. 结果表明, 无论是碳纳米管还是碳化硅纳米管, 其长度、直径和温度对热导率的影响是一致的. 只要长度增加, 纳米管的热导率相应增大, 但增长速率不断降低. 直径对热导率的影响很大程度上还取决于温度, 在高温时, 直径对热导率几乎没有影响. 除此之外, 纳米管的热导率随着温度的增加总体上也是不断降低的, 但峰值现象的出现还受纳米管长度的影响.
一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议
马啸, 孙铭烁, 刘靖阳, 丁华建, 王琴
2022, 71 (3): 030301.
摘要 +
在实际量子密钥分发系统中, 由于设备、器件存在缺陷, 在量子态制备过程中往往存在误差, 而这些态制备误差会导致一定的系统安全性漏洞. 本文在Tamaki等(Phys. Rev. A 90 052314)的工作基础之上, 提出了一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议. 本文将发送端制备态误差进行参数刻画并带入量子密钥协议安全性分析之中, 避免了实际应用中由于态制备装置的不理想可能引入的安全性漏洞, 提高了系统的安全性. 同时, 为了方便起见, 本文采用三强度诱骗态方案开展建模分析与数值仿真计算. 仿真结果显示, 本文提出的协议对态制备误差具有很好的鲁棒性. 同时, 由于标记单光子源具有真空脉冲概率低的优点, 与此前基于弱相干态脉冲的同类协议相比, 我们的协议在传输距离较远时能够显示出更优的性能. 因而, 该工作有望为未来发展长距离量子保密通信应用与研究提供重要的参考价值.
自旋-1/2量子罗盘链的量子相与相变
陈西浩, 夏继宏, 李孟辉, 翟福强, 朱广宇
2022, 71 (3): 030302.
摘要 +
基于矩阵乘积态表述的无限时间演化块算法, 研究了具有x, y, z三个自旋方向的轨道自由度和轨道序竞争的量子罗盘自旋链模型. 为了刻画该模型的量子相和相变, 计算了基态能量、局域序参量、弦关联序参量、临界指数、冯诺依曼熵、有限纠缠标度和中心荷. 结果表明: 该量子基态相图由条纹反铁磁相、反铁磁相、单调奇数Haldane相和振荡奇数Haldane相构成. 从条纹反铁磁相到反铁磁相, 以及从单调奇数Haldane相到振荡奇数Haldane相发生了非连续相变; 从振荡奇数Haldane相到条纹反铁磁相, 以及从反铁磁相到单调奇数Haldane相发生了连续相变; 连续相变线和非连续相变线的交点是多临界点. 此外, 连续相变点处的临界指数$\beta=1/8$和中心荷$c = 1/2$表明连续相变的普适类属于Ising类. 由此揭示了该模型量子基态相图的本性, 对今后研究更高自旋以及更为复杂轨道序竞争的量子罗盘链模型的量子相与相变具有一定借鉴与参考意义.
离散忆阻混沌系统的Simulink建模及其动力学特性分析
扶龙香, 贺少波, 王会海, 孙克辉
2022, 71 (3): 030501.
摘要 +
为拓广离散忆阻器的研究与应用, 基于差分算子, 构建了具有平方非线性的离散忆阻模型, 并实现了Simulink仿真. 仿真结果表明, 设计的忆阻器满足广义忆阻定义. 将得到的离散忆阻引入三维混沌映射中, 设计了一种新型四维忆阻混沌映射, 并建立了该混沌映射的Simulink模型. 通过平衡点、分岔图、Lyapunov指数谱、复杂度、多稳态分析了系统复杂动力学特性. 本文从系统建模角度出发, 构建离散忆阻与离散忆阻混沌映射, 进一步验证了离散忆阻的可实现性, 为离散忆阻应用研究奠定了基础.
三态噪声激励下分数阶耦合系统的随机共振现象
彭皓, 任芮彬, 钟扬帆, 蔚涛
2022, 71 (3): 030502.
摘要 +
为了刻画在黏弹性介质中具有质量涨落的耦合粒子的运动行为, 本文提出了相应模型, 即三态噪声激励下的分数阶耦合系统. 利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换, 发现了粒子间的统计同步性, 并得到了系统输出幅值增益的解析表达. 在此基础上, 针对模型涉及的关键要素, 即耦合系统、分数阶系统和三态噪声, 着重分析了耦合系数、系统阶数和噪声稳态转移概率对系统输出幅值增益的广义随机共振现象的影响, 并给出了合理解释. 具体地说, 1)随着耦合系数的增大, 共振现象将先增强后减弱, 直至收敛. 该现象表明适当的耦合作用能够促进系统共振现象的产生, 体现了研究耦合系统的重要性. 2)随着系统阶数的增大, 共振现象将逐渐减弱. 当系统阶数取值为1, 即系统退化为整数阶系统时, 其输出幅值增益的峰值最小, 该现象说明分数阶系统能比传统整数阶系统得到更大的输出幅值增益. 3)噪声稳态转移概率对系统输出幅值增益的影响会随着与之相关的其他参数的变化而变化. 在一定参数条件下, 三态噪声不仅能够使系统输出幅值获得比双态噪声激励时更大的增益, 还能改变系统的共振类型. 最后, 通过数值仿真验证了上述结果的正确性.
介孔尺度及结构对混合硝酸盐热输运特性的影响
何卓亚, 杨启容, 李昭莹, 毛蕊, 王力伟, 闫晨宣
2022, 71 (3): 030503.
摘要 +
采用分子动力学方法模拟介孔尺度和结构对混合硝酸盐热输运特性的影响. 使用Material Studio软件分别建立不同尺度、两种结构的混合硝酸盐模型以及达到共晶状态的不同比例的NaNO3-KNO3模型, 通过对模型进行运算并整理计算结果, 对纳米尺度下混合硝酸盐热输运特性的微观机理进行分析. 结果表明: 太阳盐的相变温度随着纳米孔尺度的增大呈现先增加后减小的趋势, 最终与宏观尺度下的熔点一致; 阳离子的比例对混合硝酸盐的相变温度有很大的影响, 且纳米线结构也会改变硝酸盐的相变温度. 硝酸盐的体热膨胀系数随着介孔尺度的增大而减小, 随着NaNO3含量的增加而增大, 随着介孔结构的改变而改变. 离子之间的相互作用的增强会使导热率增大, 但对定压比热容没有太大影响.
光纤基底TiNi形状记忆合金薄膜制备工艺
党俊坡, 江秀娟, 唐振华
2022, 71 (3): 030701.
摘要 +
将TiNi基记忆合金薄膜与光纤相结合可制成智能化、集成化且成本经济的微机电系统和微传感器件. 本文采用磁控溅射法在二氧化硅光纤基底上制备TiNi记忆合金薄膜, 系统讨论了溅射工艺参数以及后续退火处理对薄膜质量的影响. 采用自研制光纤镀膜掩膜装置在直径为125 μm的光纤圆周表面上形成均匀薄膜. 实验表明: 在靶基距、背底真空度、Ar气流量和溅射时间一定的条件下, 溅射功率存在最佳值; 溅射压强较大时, 薄膜沉积速率较低, 但薄膜表面粗糙度较小. 进行退火处理后, 薄膜形成较良好的晶体结构, Ti49.09Ni50.91薄膜中马氏体B19′相和奥氏体B2相共存, 但以B19′为主. 根据本文研究结果, 在玻璃光纤基底上制备高质量的TiNi基记忆合金薄膜是可实现的, 本工作为下一步研制微机电系统和微型传感器做了基础准备.
表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响
尚帅朋, 陆勇俊, 王峰会
2022, 71 (3): 033101.
摘要 +
纳米线电极在充/放电过程中引起电极的屈曲失稳行为可能会对结构造成力学损伤. 本文针对纳米线电极结构, 建立了包含锂扩散、应力、浓度影响弹性模量的多场耦合理论模型. 基于构建的模型, 研究了表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响. 结果表明表面效应能够提高纳米线电极的抗屈曲性, 延迟纳米线电极的临界屈曲时间. 同时, 表面效应的影响表现出半径尺寸和长细比的依赖性, 即随着电极半径尺寸的增大而减小, 而随着电极长细比的增大而增大. 此外, 模型还显示, 在有表面效应的条件下, 相对于弹性硬化属性的纳米线电极, 具有弹性软化属性的电极因为具有更好的抗失稳性而更适宜作为电极材料. 研究结果为纳米线电极的力学可靠性设计提供了一定的帮助.
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