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Vol.74 No.15
2025年08月05日
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Vol.74 No.14
2025年07月20日
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Vol.74 No.13
2025年07月05日
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Vol.74 No.12
2025年06月20日
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摘要 +
分子的几何相位效应, 也称为分子Aharonov-Bohm效应, 源于对势能面锥形交叉结构的研究. 在核构型空间环绕锥形交叉点时, 绝热的电子波函数会获得π的相位, 导致其符号反转; 而核的波函数也需相应地改变符号, 保持总波函数的单值性. 该相位与锥形交叉结构拓扑相关, 只有适当地引入分子几何相位才能在绝热表象下准确地描述量子体系的动力学行为. 在透热表象下, 可以隐式地处理几何相位效应以及核-电子的非绝热耦合问题. 本文基于几何相位的量子动力学方法, 设计了一种可以直接提取分子动力学中几何相位的方法. 该相位不同于由锥形交叉拓扑结构导致的量子化的π相位, 它是连续变化的, 是量子体系在投影希尔伯特空间演化时, 几何相位的一种规范不变的表示. 本文的研究为探索分子几何相位及其效应开辟了一个新视角, 并有望为实验研究分子动力学中的几何相位提供一个可能的观测量.
编辑推荐
2025, 74 (15): 150301.
出版时间: 2025-08-05
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康普顿散射是指强激光场与物质中电子相互作用导致光子发射的非弹性散射过程. 近年来, 随着X射线自由电子激光器迅速发展, X射线激光的强度逐渐增大, X射线单光子康普顿散射过程的信号逐渐增强. 本文基于非微扰量子电动力学的频域理论研究强X射线激光场下束缚电子的单光子康普顿散射过程. 发现随着入射光子能量的增大, 在背向散射时康普顿散射双重微分概率会逐渐降低. 本工作为高频强激光场中康普顿散射与原子电离之间建立了联系, 为探索高激光强度下的原子结构动力学提供了一个研究平台.
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高保真度双量子比特门对实现容错量子计算至关重要, 是量子计算领域的重点研究内容之一. 量子门的保真度会受到量子芯片参数、控制波形等多种因素影响. 本文系统地研究了芯片参数、控制波形、耦合器起始频率、比特频率等对CZ门保真度的影响, 在此基础上进一步研究了门保真度对控制参数偏离的响应. 在芯片设计方案层面, 基于CBQ参数的量子芯片可以在更短的门操作时间实现更高保真度的CZ门. 控制波形方面, 三级傅里叶级数波相较方波和圆角梯形波在门错误率和门操作时间两方面均更为出色, 更能满足高效实现高保真度量子门的要求. 耦合器起始频率以及量子比特频率等因素对CZ门保真度的影响则相对较小, 在很宽的频率范围内, 总是可以通过优化控制波形参数实现高保真度的CZ门; 而轻微的控制参数偏离则会导致门错误率显著上升. 本研究对于厘清各因素对CZ门保真度的影响具有重要意义, 可为超导量子芯片设计及高保真度CZ门实验实现提供理论与技术支撑, 助力量子计算工程化发展.
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本文基于类比引力模型, 对声学黑洞的超辐射和霍金辐射现象进行数值研究. 通过求解特定声学度规背景下标量场的径向方程, 计算不同频率下的反射系数、透射系数和霍金辐射功率谱. 数值结果验证了超辐射的存在, 即当入射声波频率低于声学黑洞的特定频率阈值$m \varOmega_{\rm{H}}$时, 反射波被放大. 同时, 计算结果与能量守恒关系一致, 验证了数值方法的可靠性. 关于霍金辐射, 本研究计算了其功率谱随频率的变化. 观察到在超辐射临界频率附近, 霍金辐射功率谱出现显著增强, 这主要是由于玻色-爱因斯坦统计分布函数在包含旋转效应的指数项趋于零时分母接近于零, 以及频率依赖的透射概率共同作用导致的. 随着频率进一步升高, 功率谱呈现出非线性变化, 这反映了频率因子、透射概率以及包含旋转效应的玻色-爱因斯坦统计分布的综合影响. 本工作为理解声学黑洞的量子效应提供了数值支持, 并为未来的理论和实验研究提供了参考.
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本文通过构建里德伯原子天线演示了复杂信号的多路并行传输. 利用852, 509 nm波长的激光进行双光子级联激发制备铯(133Cs)原子里德伯态, 利用差分探测技术消除激光共模噪声, 获得高信噪比的电磁感应透明(EIT)光谱. 实验将复杂混沌信号分解为三维独立电场信号, 演示了三路信号的时间分离传输和多载波并行传输. 我们定量评估了传输信号与参考信号的关联特性, 相关结果证实光学原子天线可以实现复杂信号的波形重构.
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低维材料体系得益于其本身极高的载流子迁移率以及灵活的集成性, 在太赫兹探测领域被广泛研究并展现出极大的应用潜力. 目前利用软件对半导体太赫兹探测进行仿真分析所依赖的结构主要面向体材料, 而对于低维材料体系的太赫兹探测仿真分析则相对空白. 本文首次对单层MoS2场效应管中等离子体波效应的太赫兹探测进行了仿真分析, 并且系统地阐述了利用等离子体波进行太赫兹探测的原理以及分析过程. 通过调整不同的结构参数和外场条件, 该单层MoS2场效应管太赫兹探测器最大的直流电压信号输出可以达到14 μV. 该信号随着栅极与漏极之间的偏置电压呈现复杂的变化趋势, 通过研究发现该变化趋势与偏置电压引起的载流子浓度变化以及随之改变的动量弛豫时间相关. 本研究有望为低维材料太赫兹探测器设计提供进一步指导.
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近年来, 阿秒极紫外脉冲的产生与相关谱学测量技术的发展, 为研究电子动力学提供了强有力的工具. 阿秒时间尺度上的研究, 能够实时追踪原子分子的电子运动, 测量电子波包演变及其量子特性, 对于揭示电子在原子或分子内部的复杂动力学过程至关重要. 基于阿秒极紫外脉冲串光源发展起来的高能量分辨光电子干涉仪, 以其独特的高能量和高时间分辨特性在阿秒脉冲串光源的表征、原子分子光电离时间延迟、光电子量子态测量以及激光诱导电子动态干涉等动力学研究中实现了重要的应用. 本文围绕建立的先进阿秒串光源和高能量分辨电子谱学测量方法, 对高能量分辨的阿秒超快光电子干涉技术及其应用进行详细介绍, 并基于相关研究进展对阿秒光电子超快动力学以及量子系统相干调控的前景进行了展望.
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N3+离子与基态He原子碰撞过程在天体物理、星际空间和实验室等离子体环境中具有重要研究意义. 本文采用从头算的多参考单双激发组态相互作用方法精确计算了[NHe]3+碰撞体系的分子结构参数, 包括势能曲线和耦合矩阵元等. 基于计算得到的结构参数, 采用全量子分子轨道强耦合方法开展了低能N3+离子与He原子碰撞电荷转移过程研究, 获得了能量在3.16 × 10–3 eV—24 keV(即2.25 × 10–4 eV/u—1.73 keV/u)范围内的总单电荷、双电荷转移截面和态选择截面. 在计算中考虑了电荷平动因子、高角动量态对碰撞过程的影响, 发现高角动量态对电荷转移截面具有显著影响. 与现有实验和理论结果相比, 当前计算的单电荷和双电荷转移截面与实验测量值更为接近. 相较于Liu等(2011 Phys. Rev. A 84 042706 )未考虑高角动量态的研究, 当碰撞能量大于10 eV/u时, 其总单电荷转移截面约高出当前计算值2—3倍, 表明高角动量态对电荷转移过程具有显著影响. 同时研究表明单电荷转移截面远大于双电荷转移截面, 在碰撞电荷转移过程中占据主导地位. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00165 中访问获取.
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本文结合密度泛函理论与平衡分子动力学模拟, 构建了从量子力学到连续介质力学的跨尺度耦合模型, 基于所建立的高精度势函数与Green-Kubo线性响应理论, 研究了极性分子CO气体在100—800 K温度范围内的剪切黏度与体积黏度. 分子动力学模拟基于C语言编程实现, 采用自适应时间步长算法以提高计算效率. 研究结果表明, CO的体积黏度结果对势函数敏感性明显高于剪切黏度, 不同传统方法因相应原因高估了体积黏度; 所得体积黏度随温度的变化相对于剪切黏度具有显著的非线性规律; 模型采用低体系压力与大体系规模可有效减小统计涨落幅度, 提高体积黏度计算的收敛性与可靠性. 本研究阐释了CO气体黏度的微观动力学机制, 同时可为高温非平衡流动(如高超声速边界层、等离子体输运等)黏度机理研究提供理论参考.
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