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Vol.73 No.7
2024年04月05日
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Vol.73 No.6
2024年03月20日
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Vol.73 No.5
2024年03月05日
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Vol.73 No.4
2024年02月20日
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摘要 +
里德伯原子的高极化率可以实现电磁场的多维度参数测量. 本文利用室温里德伯原子构建原子天线, 基于原子天线将低频电场幅度信息转化为强度信息, 从而实现低频电场的参数测量. 实验采用双光子激发制备铯原子里德伯态, 通过阶梯型电磁感应透明(electromagnetically induced transparency, EIT)光谱实现里德伯原子量子态的检测, 基于内置电极技术在室温原子气室导入kHz频段低频电场. 电场中里德伯原子的Stark频移会在EIT过程导致双光子失谐, 从而引起EIT光谱频移和强度变化. 在弱电场条件下, EIT光谱频移可以忽略, EIT透射强度与输入低频电场强度近似为线性关系, 基于该效应可以实现低频电场的波形、幅度、频率等参数测量.
摘要 +
朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论是传统凝聚态物理两座重要的基石, 在处理BCS超导体和液氦超流体的形成机制等重要物理问题中取得了巨大成功. 然而, 以20世纪80年代量子霍尔效应和高温超导的发现为开端, 人们逐渐认识到, 对于一大类新的量子态, 比如分数量子霍尔态和量子自旋液体, 其性质超越了朗道费米液体理论和金兹堡-朗道相变理论. 拓扑序及其所具有的长程多体量子纠缠和分数化激发成为我们理解这些奇异量子态的关键概念. 在量子材料和量子模拟系统中设计并寻找具有拓扑序的物态、探测并操控其分数化激发是当代凝聚态物理重要的研究方向. 近期, 在里德伯原子体系、超导量子处理器和二维摩尔超晶格等具有高度可调控性的量子实验平台中, 拓扑序的量子模拟和操控得到了快速发展并取得了重要成果. 本文将简要论述拓扑序在传统凝聚态材料体系和量子模拟体系中最近的研究进展和挑战, 并对该领域未来可能的发展方向做出展望.
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2024, 73 (7): 070701.
出版时间: 2024-04-05
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长期运行过程中, 高温及界面压力作用会导致电缆附件硅橡胶(silicon rubber, SIR)绝缘发生老化, 影响附件材料的电-热-力综合性能, 易引发放电故障. 该文采用实验和仿真结合的方法, 研究力-热联合老化作用下硅橡胶材料的电-热-力综合性能变化规律; 进一步仿真研究了SIR材料参数变化引起的电缆附件电场、热场和力场变化. 实验结果表明, 随着老化程度的不断加深, SIR的交联程度和分子运动体系会发生变化, 导致材料的电-热-力性能发生不同程度的改变. 相对介电常数呈现先下降后上升的趋势, 体积电阻率、击穿场强和闪络电压等均呈现先上升后下降的趋势; 此外, 随着老化时间的延长, 材料拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降. 仿真结果表明, 力-热联合老化引起的电缆附件应力锥根部电场强度变化较小, 维持在2.2 kV/mm左右; 不同老化程度下绝缘层内外侧温差较为明显, 最大温度梯度为9.15 ℃; 应力锥根部界面压力从0.263 MPa下降到0.230 MPa, 下降约12.5%. 该工作对于配电电缆附件绝缘性能评价和故障分析具有指导意义.
摘要 +
摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)作为微纳电源或自取能传感器近年来在多领域表现出广阔的应用潜力. TENG的输出性能提升与作为摩擦起电层的电介质材料接触起电特性密切相关. 本文首先介绍了TENG及其电介质摩擦起电层的相关基础理论和模型; 其次, 阐述了TENG电介质材料的选材、改性(表面改性、体改性)和结构设计策略, 其中表面改性和体改性涉及表面粗糙度控制、官能团调控、电介质材料介电参数优化, 在电介质的结构设计方面, 重点介绍了电荷传输层、捕获层、阻挡层的原理及通过多层结构来提高TENG介电性能的典型方法; 最后, 强调了本领域发展面临的挑战和未来发展趋势, 为面向高性能TENG的纳米电介质材料开发提供参考.
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本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤, 该光纤支持LP01, LP11, LP21, LP02, LP31a, LP31b共6种纤芯模式. 所设计的光纤以SiO2作为基底材料, 采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分, 能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合. 使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化, 并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗. 仿真结果表明, 所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10–4, 有效地避免了纤芯内模式间的耦合). 在400 nm带宽(1.23—1.63 μm, 覆盖O, E, S, C, L波段)范围内, 纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输. 各模式限制损耗在1.4 μm处达到最低, 其中基模LP01模式的限制损耗最低, 为4.3×10–7 dB/m. 此外, 当弯曲半径为7 cm时, 各模式在一定工作波长范围内均保持低弯曲损耗传输. 公差分析表明, 当结构参数偏移±1%时, 该少模空芯负曲率光纤仍然可以保持低损耗弱耦合的传输特性.
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2024, 73 (7): 072801.
出版时间: 2024-04-05
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中子辐射俘获反应在反应堆运行、核装置设计及核天体物理研究中起重要的作用. 4π BaF2探测装置有着高时间分辨能力、低中子灵敏度、高探测效率等优点, 适合开展中子辐射俘获反应截面数据的测量. 中国原子能科学研究院核数据重点实验室建立了伽马全吸收装置(Gamma total absorption facility, GTAF), 该装置用28块六棱BaF2晶体和12块五棱BaF2晶体构成了外径25 cm, 内径10 cm的球壳, 覆盖了95.2%的立体角. 利用GTAF在中国散裂中子源Back-n束线上, 测量了197Au(n, γ)的反应截面数据. 测量数据通过能量筛选、PSD方法、晶体多重性筛选进行了初步本底扣除, 随后结合对natC及空样品的测量数据对本底进行了分析及扣除, 获得了197Au俘获反应的产额, 利用SAMMY程序拟合得到了197Au在1—100 eV的共振能量、中子共振宽度和伽马共振宽度参数. 实验测量结果与ENDF/B-VIII.0数据库符合良好, 其共振参数存在一定差异, 分析原因可能与GTAF能量分辨率、Back-n的中子能谱测量精度、以及实验本底扣除方法相关, 这也是下一步工作的重点.
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蒙特卡罗方法是求解粒子输运问题的有力工具之一, 其局限性在于为达到精度要求需模拟大量粒子, 计算耗时长, 这阻碍了该方法的进一步应用, 尤其在需快速响应的情形. 本文结合神经网络和若干蒙特卡罗方法基本原理发展了一种计算方法, 能够实现源分布可变, 几何、材料和目标计数不变的中子输运问题的快速准确求解. 首先, 为高效生成用于神经网络训练的数据, 利用重要性原理实现在同样模拟次数基础上有效扩充训练数据集容量, 在一定程度上克服了使用蒙特卡罗计算获取训练数据耗时长的缺点. 进而, 基于目标计数是源分布与重要性函数乘积积分的事实, 设计了利用神经网络实现快速输运计算的策略. 该网络的输入是中子源项, 输出是目标计数, 在几何、材料和目标计数固定的情况下, 该神经网络可重复使用, 根据新的源项快速准确得到目标计数. 本文所提出方法的原理和框架同样适用于其他种类粒子的同类型输运问题. 基于若干基准模型的验证表明, 训练得到的神经网络能在不到1 s的时间内得到目标计数, 且与蒙特卡罗大样本模拟得到基准结果的平均相对偏差均低于5%.
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在中子反应截面测量中, 瞬发γ射线法是一种通过测量核反应放出的特征γ射线来得到截面数据的方法, 这种方法能够避免竞争反应道产生的干扰. 但是瞬发γ射线法为在线实验, 本底来源丰富, 造成了在线实验谱分析难度大, 结果不确定性高. 本文研究了使用瞬发γ射线法测量中子诱发伽马产生截面的谱分析技术, 总结了中子诱发伽马产生截面测量中不同特征峰形成的物理过程, 降低了在线实验谱处理过程中计算效应峰净面积的不确定度. 通过采用各种响应函数来对全能峰、本底以及干扰因素进行拟合的方法, 精确提取了效应峰的净面积. 针对弱峰的净面积, 本方法可将峰区域选取引起的波动从30%降低到1%以内, 且净面积拟合值与理论值的差距与统计不确定度相当; 对于解重峰, 本方法所得结果与理论值差距显著低于1%. 通过效率曲线分析、拟合优度计算等方法同时验证了谱分析方法的可靠性.
摘要 +
基于第一性原理计算研究了Ti2CO2和金属Sc修饰的Ti2CO2的几何结构和电子性质, 分析了不同有害气体(CO, NH3, NO, SO2, CH4, H2S)在这两种材料表面的吸附过程, 讨论了金属修饰对Ti2CO2二维过渡金属碳化物(MXene)电子性能和气体吸附性能的影响. 计算结果表明, Sc原子位于空心位C原子上方的结构具有较大的结合能, 但小于固体Sc的内聚能实验值(3.90 eV), Sc原子可以有效避免成簇. 表面Sc金属为气体吸附提供了活性位点. 通过分析不同气体的最佳吸附点位、吸附能等参数, 分析金属Sc修饰的Ti2CO2对这些气体的吸附效果. 其中对SO2的吸附效果更好, 吸附能从–0.314 eV提升到–2.043 eV, 其他气体的吸附效果均有改善. 通过电荷转移、态密度和功函数等参数解释了其吸附能增加的原因. 由于在表面引入了新的原子, 增大了材料的载流子密度和载流子迁移率, 从而提高了材料表面的电荷转移, 为金属Sc修饰的Ti2CO2材料的气敏性能提供理论参考.
摘要 +
部分电离等离子体是惯性约束聚变燃料及天体等离子体中的重要组成部分, 该等离子体的输运及流体力学等性质受到束缚电子的显著影响, 然而当前基于光谱学的技术手段难以对其进行高精度诊断. 本文基于中国科学院近代物理研究所低能离子束与等离子体相互作用实验平台, 精确测量了100 keV质子束穿过部分电离氢等离子体靶后的能损, 该能损是质子同靶区内自由电子与束缚电子碰撞共同作用的结果. 利用已有的能损理论模型, 结合激光干涉诊断获得的自由电子密度信息, 最终得到了部分电离氢等离子体靶中沿离子路径上的束缚电子密度, 并给出了该等离子体的离化度参数. 该离子束诊断技术具有在线、原位、分辨率高等优势, 为解决部分电离等离子体内部束缚电子密度的诊断问题提供了新的途径.
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