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容性耦合放电等离子体增强氧化硅薄膜沉积模拟研究
宋柳琴, 贾文柱, 董婉, 张逸凡, 戴忠玲, 宋远红
2022, 71 (17): 170201.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
随着集成电路技术的快速发展, 芯片结构更加复杂, 尺寸越来越小, 对薄膜沉积的性能提出了更高的要求. 等离子增强化学气相沉积(PECVD)与CVD等传统工艺相比, 可以在低温下实现镀膜, 提供高密度、高性能的薄膜. 本工作采用二维流体蒙特卡罗模型耦合沉积剖面演化模块研究了容性耦合SiH4/N2O/Ar混合气体放电中的极板径向位置、气体比例和气压对PECVD氧化硅薄膜沉积的影响. 结果表明, 离子通量和中性基团通量在极板位置的差异化分布使得所沉积薄膜沿着径向存在较大的不均匀性. 进一步研究发现通过增大笑气、减小Ar含量或增大气压, 薄膜的沉积效率会得到提升. 但是, 过快的沉积速率会导致槽结构中出现 “钥匙孔结构”、空位和杂质过多等一系列不良现象. 这些问题在实际工艺中很棘手, 在后续的研究中将通过调控放电参数等来改善薄膜质量, 以期指导实际工艺.
配体修饰的金纳米颗粒的二次谐波散射多极子分析
张雨佳, 卢敏健, 李岩, 尉昊赟
2022, 71 (17): 170301.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
贵金属纳米颗粒的配体修饰在生化传感、催化、纳米科学等领域有着广泛的应用需求, 深入了解其配体作用过程机制有着深刻的意义. 二次谐波散射技术(SHS)由于具有较高的表面敏感性和无标记检测的优势特征, 成为研究金属纳米颗粒配体修饰过程的重要手段. 本文通过实验方法, 测量了在两种配体修饰分子(十六烷基三甲基氯化铵和L-半胱氨酸)吸附同样尺寸金纳米球前后的二次谐波(SH)散射图样, 观察了散射图样的强度和形状的变化并进行了分析. 基于Dadap的多极子理论, 本文推导了较大尺寸纳米球的SH散射场的多极子展开式, 以及多极子(到八极子)贡献和纳米球半径的关系, 并由此提出等效尺寸效应来描述不同配体吸附情况对散射图样的影响, 较好地解释了图样的变化趋势. 本文提供了一种分析不同配体修饰的二次谐波散射过程的方法, 同时也为纳米粒子表面配体的界面物理化学分析提供了一种可能的定量方法.
基于CHSH不等式几何解释的“X”态量子非局域关联检验
曾柏云, 辜鹏宇, 胡强, 贾欣燕, 樊代和
2022, 71 (17): 170302.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
量子非局域关联现象是量子理论区别于经典理论的重要特征之一. “X”态作为一种典型的量子混合态, 基于其进行的量子非局域关联的检验研究, 不论对验证量子理论的正确性, 还是在量子信息论的应用领域研究, 都具有重要的意义. 本文在基于传统Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)不等式进行量子非局域关联检验的基础上, 提出了一种基于“X”态几何解释的量子非局域关联检验策略. 利用“X”态的几何解释策略, 可使物理图像更为直观地研究检验时最优化测量基选取, 以及可获得的最大CHSH不等式检验值等. 最后给出了基于CHSH不等式几何解释策略, “X”态成功进行量子非局域关联检验的参数范围.
基于量子随机行走和多维混沌的三维图像加密算法
刘瀚扬, 华南, 王一诺, 梁俊卿, 马鸿洋
2022, 71 (17): 170303.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
随着互联网的发展, 人们对于信息安全的需求日益增加, 而经典的加密技术存在着密钥空间小、易破解的缺陷, 图像加密技术在保护图像信息安全和隐私内容等方面的问题亟待解决. 量子随机行走作为一种新型量子密钥生成器, 其密钥空间大, 与经典随机行走相比计算速度与安全性有着明显的提高. 本文提出一种基于量子随机行走并涉及Lorenz和Rossler 多维混沌的三维图像加密算法. 首先应用高斯金字塔对图像进行处理然后按照一定比例将处理后的图像切割成4份; 其次使用量子随机行走生成的随机序列与多维混沌中的Lorenz 混沌系统生成的随机序列对分成的若干块子图像进行汉明距离计算然后进行合成, 并且对图像RGB 三通道之间进行欧氏距离计算; 最后将汉明距离与欧式距离取余得到的序列值作为初始值输入多维混沌中的Rossler系统, 生成随机序列作为密钥对图像的RGB 通道进行异或操作得到加密后的图像, 对应解密方案为加密过程逆过程. 此外, 本文采用基于离散余弦变换和奇异值分解的盲水印嵌入算法将水印信息嵌入到加密后的图像中, 实现接收方可以通过提取水印, 根据水印信息的完整性来判断传输过程中图像是否遭受到攻击破坏, 如无遭受恶意攻击, 则对图像进行解密操作. 这一操作完善了对图像信息安全的保护. 实验结果表明加密后图像的峰值信噪比稳定在7—9之间加密效果较好, 灰度差评分接近1, 加密图像的相关性均匀分布, 其相关性系数接近0, 密钥空间2128且加密后的直方图分布均匀, 具有较高的抵御统计分析攻击的能力.

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标记单光子源在量子密钥分发中的应用
孟杰, 徐乐辰, 张成峻, 张春辉, 王琴
2022, 71 (17): 170304.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
本文主要介绍标记单光子源的制备、特性, 及其在3种主流量子密钥分发(BB84, 测量设备无关, 双场)协议中的应用与发展, 同时通过对比标记单光子源和基于弱相干态光源在同类协议中的性能, 分析讨论不同光源的优缺点. 此外, 针对双场量子密钥分发协议中对单光子干涉特性的要求, 分析了标记单光子源在双场协议应用中的局限性, 并讨论了可能的解决方案, 对今后发展实用化量子保密通信系统将起到有价值的指导和推进作用.

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非厄米线性响应理论及其应用
潘磊
2022, 71 (17): 170305.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
线性响应理论是现代物理实验尤其是量子物态测量实验的理论基础, 其核心是将物理系统的探测信号作为微扰, 利用系统在未受扰动时的关联函数来刻画物理可观测量的响应. 半个多世纪以来, 基于封闭量子系统的线性响应理论在量子物态测量实验上取得了巨大的成功. 随着超冷原子实验在光场与系统相互作用精确操控方面的快速进展, 近年来高精度的冷原子实验已经具备研究耗散量子多体系统的条件, 新奇的物理现象在实验中层出不穷, 这使得国内外研究者对量子开放系统及其非厄米物理的研究与日俱增. 基于此, 我们发展了一个量子开放系统的线性响应理论—非厄米线性响应理论. 该理论将耗散带来的非厄米效应与量子噪声作为外部探测输入来探测量子系统的性质, 并将实验可观测量的含时演化与系统未受扰动状态时的关联函数及其谱函数联系了起来, 提供了区分正常物态和奇异物态的一种新手段, 所得到的结果与最近冷原子系统实验的结果高度吻合. 本文介绍了非厄米线性响应理论, 并讨论该理论在量子多体系统以及具有时间反演对称性的量子系统中的应用.

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畴壁系统中的非厄米趋肤效应
邓天舒
2022, 71 (17): 170306.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
非厄米趋肤效应是近几年非厄米物理研究领域中的热点问题, 它揭示了非厄米系统中体态波函数和能谱计算会敏感依赖于边界条件的新奇现象. 人们提出广义布里渊区的概念用以刻画非厄米系统中的体态波函数和能带性质. 基于广义布里渊区计算的非布洛赫拓扑数可以重新构建非厄米拓扑体边对应关系. 然而, 过去关于非厄米趋肤效应的讨论主要针对开放边界条件, 如果采用畴壁边界条件, 广义布里渊区和非布洛赫拓扑数的计算都需要重新考虑. 本文综述了近几年关于畴壁边界条件下非厄米趋肤效应的若干研究工作, 首先从一般的一维非厄米单带模型出发, 推导广义布里渊区方程的一般形式; 然后回顾了非厄米SSH (Su-Schieffer-Heeger)模型中广义布里渊区和非布洛赫拓扑数的计算; 最后在一维光量子行走的系统中, 介绍了实验上非厄米趋肤效应的实现和非厄米拓扑边缘态的探测.
复杂系统中的层次结构提取与分析
范开宇, 刘艳华, 杨培才, 吴吉哲, 王革丽
2022, 71 (17): 170501.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
气候系统是一个非平稳复杂系统的事实已经得到了广泛认同, 产生这种非平稳性质的根本原因在于气候系统存在的层次结构, 处于高层系统中的外强迫信号随时间发生变化, 造成了大气运动的非平稳现象. 慢特征分析法可以从快变的非平稳信号中提取慢变的外强迫信号, 并已应用于气候系统的归因分析中. 本文利用慢特征分析法提取改进的Henon 映射模型构造的非平稳时间序列以及北京月平均气温的外强迫信号, 并且使用小波变换方法对外强迫信号的尺度特征及物理背景机理进行分析. 结果表明, 气候系统受到长周期的外强迫信号与短周期外强迫信号的共同作用. 同时, 长周期的外强迫信号影响短周期外强迫信号.该工作有助于理解气候系统的层次结构特征.
面向工业园区的多组分痕量气体光声光谱同时检测
刘丽娴, 陈柏松, 张乐, 章学仕, 宦惠庭, 尹旭坤, 邵晓鹏, 马欲飞, MandelisAndreas
2022, 71 (17): 170701.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
工业园区有毒有害气体排放具有种类繁多、成分复杂、分布广泛等特点, 建立多组分、高精度气体监测技术体系是污染防控的基础. 黑体光谱辐射范围广, 可有效地降低吸收谱线相互干扰可能性, 是多组分气体同时检测的首选光源. 但其单波长能量低且稳定性欠佳导致难以实现高精度气体探测. 鉴于此, 本文提出光学增程和声学谐振双重增强模式联用, 设计了一种可用于多组分气体同时高精度检测光声光谱传感器. 应用两个相同T型增强光声池, 构建了双光路增强型差分光学/光声检测模式, 实验证明了差分光声模式具有更强的噪声抑制能力, 可于同波段强吸收背景下提取出微弱痕量目标气体吸收信息, 且双光路增强型信号较单光路模式提高了1.91倍. 进行多组分气体同时检测性能研究, 常温常压下CO2, C2H2和NH3检测精度的体积分数分别为7.25 × 10–7, 1.84 × 10–6和1.43 × 10–6, 比单光路光声模式提高了1个数量级. 对体积分数为0—3 × 10–3 的三种气体样品进行测试, 光声信号线性度高于0.995. 广谱双光路T型增强差分光声光谱技术补偿了黑体广谱检测方法灵敏度低的缺陷, 具有灵敏度高、选择性好、背景噪声抑制能力强的优势, 可为建立工业园区多组分毒害气体的高精度监测技术提供支持, 助力于我国“碳中和碳达峰”宏伟任务.

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三端口光纤耦合原子气室探头的开发及其微波数字通信应用
林沂, 吴逢川, 毛瑞棋, 姚佳伟, 刘燚, 安强, 付云起
2022, 71 (17): 170702.  出版时间: 2022-09-05
摘要 +
基于里德伯原子的量子微波测量技术快速发展并受到广泛关注, 该技术已展现出探头尺寸与波长无关、宽频谱测量等显著优势, 光纤耦合原子气室探头是便携式量子微波测量系统的关键技术之一. 现有双端口光纤耦合原子气室探头的探测光输出与耦合光输入共用渐变折射率(graded index, GRIN)透镜及光纤的方式, 使得探测光传输效率仅为17%. 在此条件下, 需通过增大探测光输入功率以获得足够的透射光输出功率, 这使得电磁诱导透明(electromagnetically-induced transparency, EIT)光谱展宽至11 MHz, 测量灵敏度降低. 本文提出集成二向色镜的三端口光纤耦合原子气室探头, 在保证原子气室中探测光、耦合光重叠相向传输的条件下, 出射的探测光被分离至独立的GRIN透镜及输出光纤, 探测光传输效率为40.4%, EIT光谱半高宽被降低至6 MHz. 该探头被用于开展EIT光谱测量、基于空间混频技术的数字通信实验研究, 实验结果验证了该探头对数字通信信号的接收能力.
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