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陶瓷型复合燃料烧结过程的相场模拟研究
廖宇轩, 申文龙, 吴学志, 喇永孝, 柳文波
2024, 73 (21): 210201.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
建立了陶瓷型复合燃料两相烧结过程的相场模型, 利用该模型模拟了UN-U3Si2复合燃料的烧结过程. 首先, 研究了两相双晶粒在烧结过程中的烧结颈的演化过程. 结果表明: 具有较高表面能的晶粒在烧结颈形成过程中的表面形变更明显; 两相双晶粒形成的平衡二面角的大小取决于两相的晶界能与表面能的比值; 两相不等大的双晶粒之间未发生大晶粒吞噬小晶粒现象. 然后, 研究了烧结过程中的两相三晶粒之间的气孔收缩和三叉晶界的演化, 以揭示符合燃料烧结过程中气孔的演变规律. 结果发现, 两相三晶粒形成的三叉晶界夹角偏离了120°, 晶界处的高能势垒阻碍了气孔的空位沿晶界的扩散, 导致三叉晶界处的气孔收缩速率减慢. 最后, 研究了两相陶瓷型复合燃料的多晶烧结过程. 不同体积分数比的两相多晶烧结组织形貌演化的模拟结果表明, 晶界扩散在两相烧结过程中起主要作用, 体积分数较大的相的晶粒生长占据主导地位, 两相晶粒之间存在阻碍晶界迁移的作用, 同相晶粒之间存在晶粒迁移现象.

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含噪声的三体量子非局域共享的持久性
赵林阳, 贺衎, 张艳芳
2024, 73 (21): 210301.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
量子非局域共享问题是量子通信中的一类基本问题. 目前通过违反Mermin不等式和NS不等式证明了有无限个独立的Charlies可以与一对Alice和Bob共享标准三体量子非局域性和真正无信号非局域性. 然而, 上述结论是在理想状态下得出的, 在实际操作过程中不可避免地会受到各种噪声的影响, 这些因素都可能导致量子非局域性的减弱甚至消失. 本文主要针对含有噪声的三体量子共享非局域性的持久性问题进行一系列分析. 证明了即使在噪声环境下, 单个Alice和Bob仍然可以与任意多个Charlies共享标准三体量子非局域性的充分条件. 此外还给出了在非理想状态下, 任意多个独立的Charlies与一对Alice和Bob 共享真正无信号非局域性的充分条件. 结果表明, 即使在非理想的条件下, 只要噪声参数满足相应的条件, 标准三体量子非局域性和真正无信号量子非局域性仍然可以在多方之间安全地共享, 这可以为实际量子通信过程提供有价值的参考.
基于非理想测量基选择的水下连续变量量子密钥分发方案
吴晓东, 黄端
2024, 73 (21): 210302.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
在基于零差探测的水下连续变量量子密钥分发系统中, 测量基选择是必不可少的步骤. 然而在实际中, 接收端数模转换器的带宽有限, 这会导致测量基选择出现缺陷, 即接收方无法在相位调制器上精确地调制出相应的相位角来进行测量基选择以实施零差探测. 非理想测量基选择会引入额外的过噪声, 影响水下连续变量量子密钥分发方案的安全性. 针对这个问题, 本文提出基于非理想测量基选择的水下连续变量量子密钥分发方案, 详细分析非理想测量基选择对水下连续变量量子密钥分发系统性能的影响. 研究结果表明, 由非理想测量基选择所引入的过噪声能够降低水下高斯调制量子密钥分发的密钥率与最大传输距离, 因而降低系统的安全性. 为了实现可靠的水下连续变量量子密钥分发, 本文对非理想测量基选择所引入的额外过噪声进行定量分析并获得其安全界限, 并且考虑不同海水深度对所提出方案安全界限的影响, 有效地解决由非理想测量基选择所带来的安全隐患. 此外, 对所提出的方案, 本文不仅考虑了其渐近安全性, 也考虑了其组合安全性, 后者能够获得比前者更紧的性能曲线. 本文所提出的方案旨在推动水下连续变量量子密钥分发系统的实用化进程, 为全球量子通信网络的水下通信中水信道参数的准确评估提供理论指导.
n维离散超混沌系统及其在音频加密中的应用
周双, 尹彦力, 王诗雨, 张盈谦
2024, 73 (21): 210501.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
与现有其他混沌系统不同, 本文探索了一种具有简单结构的$n$维离散超混沌系统. 首先, 利用正弦函数和幂函数以及简单运算构建n维离散超混沌系统; 然后, 理论分析该系统可以设置正的Lyapunov指数; 接下来, 以六维混沌系统为例, 对其进行了相图、分岔图、Lyapunov指数、复杂性等动力学特征分析; 最后, 将新的混沌系统结合前后项异或运算和真随机数构建一次一密音频加密新方法. 通过实验仿真, 所提出的算法与现有音频加密算法进行比较, 该算法具有更高安全性, 能够抵御各种常见攻击.
零视野条件下考虑结伴行为的行人疏散研究
陈亮, 郭志良, 李永行, 张健, 唐铁桥, 陈艳艳
2024, 73 (21): 210502.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
为研究零视野条件下结伴行为对行人疏散过程的影响, 本文采用可控实验与建模仿真相结合的方法, 对零视野条件下结伴行人的疏散过程进行深入研究. 首先, 通过组织零视野条件下行人的结伴疏散实验, 发现了零视野条件下结伴行人的结伴行为、听觉引导行为和沿墙行为等典型疏散行为特征. 然后, 考虑不同结伴模式下行人的运动行为特征以及听觉引导行为、沿墙行为对结伴疏散过程的影响机制, 构建了基于元胞自动机的零视野条件下行人疏散模型. 最后, 利用实验结果对提出的模型进行验证, 仿真研究了零视野条件下结伴行为对疏散过程的影响. 结果表明, 模型能有效地刻画零视野条件下结伴行人的疏散行为特征, 疏散效率随结伴感知距离增加而降低. 该研究可为类似场景中行人疏散策略和方案的制定提供科学依据.

编辑推荐

机器学习在光电子能谱中的应用及展望
邓祥文, 伍力源, 赵锐, 王嘉鸥, 赵丽娜
2024, 73 (21): 210701.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
光电子能谱是一项在物质科学中被广泛应用的表征技术. 尤其是角分辨光电子能谱 (ARPES), 可以直接给出材料体系内电子的能量-动量色散关系和费米面结构, 是研究多体相互作用和关联量子材料的利器. 随着先进ARPES如时间分辨ARPES, Nano-ARPES等技术的不断发展, 以及同步辐射装置的更新换代, 将会产生越来越多的高通量实验数据. 因此, 探索准确、高效、同时能挖掘深层物理信息的数据处理方法变得愈发迫切. 由于机器学习天然具有的自动化处理复杂高维数据能力, 推动了包括ARPES在内的诸多领域的变革和技术创新. 本文综述了机器学习在光电子能谱中的应用, 包括对光谱数据进行降噪、进行电子结构分析、化学组成分析、以及结合理论计算获得的电子结构信息进行光谱预测. 进一步, 展望了更多机器学习算法在光电子能谱中的应用, 最终有望形成更加自动化的数据采集、预处理系统以及数据分析的工作流, 推动光电子能谱技术的发展, 从而推进量子材料和凝聚态物理前沿研究.
镜像与反镜像扭曲高斯谢尔模光束的传输特性
袁鹏举, 杨蕴哲, 董世杰, 唐苗苗
2024, 73 (21): 214201.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
通过将扭曲高斯谢尔模光束入射到波前折叠干涉仪(WFI), 构建了一类镜像与反镜像扭曲高斯谢尔模光束, 并研究了光束在传输过程中的二阶统计特性. 结果表明, 变换光场仍保持扭曲效应, 其光谱密度和光谱相干度在传输过程中绕轴旋转, 但二者的旋向相反. 值得注意的是, 扭曲相位不仅能控制光场的旋转速度, 还能有效调控光斑的整体轮廓分布, 而中心区域的光斑模式则由WFI的相位差调控主导, 具体表现为镜像扭曲光场在传输过程中始终表现为中央亮斑分布, 反镜像扭曲光场则表现为中央暗核分布. 此外, 本文证明了光场的光谱相干度可由光源相干性、扭曲相位和WFI相位差等参数灵活调制. 本研究结果对于自由空间光通信以及微粒捕获等领域有重要应用价值.
虚源法研究广义抛物光束的近场传输
李佳凝, 刘雯, 任志君
2024, 73 (21): 214202.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
为深入理解复杂光场在近场范围内的精确传输行为, 特别是在克服传统近轴近似限制下的传输行为, 本文发展了一种更为精确的理论框架, 全面揭示了广义抛物光束的传播机制及其能量传输模式. 基于光的独立传播与叠加原理, 利用虚点源方法, 结合韦伯积分公式及极坐标系下的傅里叶-贝塞尔变换方法, 严格推导出一套描述广义抛物光束近场传输的积分表达式. 这一表达式突破了传统近轴近似限制, 并涵盖了广义抛物光束的所有关键传输参数. 通过此积分表达式, 计算并分析了光束沿光轴的强度分布及相位特征, 从而揭示了其能量传输模式与相位特性. 基于推导所得的积分表达式, 运用数值模拟, 傍轴近似解和非傍轴修正解在远场模拟的结果展现出了良好的一致性, 验证了推导结果的正确性. 研究结果加深了对广义抛物光束近场传输机制的理解, 也为复杂光场在近场范围精确传输行为的计算奠定了理论基石.

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用于深层组织分子成像的小型化光声/超声内窥成像探头
张嘉禧, 李凌峰, 钟洪文, 肖嘉莹
2024, 73 (21): 214203.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
结直肠癌是全球癌症死亡的主要原因之一, 常用的光学或超声消化道内镜仍然存在穿透深度低、对比度差、功能/分子成像能力不足等问题. 本文介绍了一种小型化的手持式光声/超声双模态内窥探头, 旨在克服现有技术在穿透深度和分子成像能力方面的限制. 实验结果表明, 该探头在组织12 mm深度下分别达到了345 μm的光声横向分辨率和185 μm的超声横向分辨率, 并具有良好的对复杂结构目标成像的能力. 本文还利用泵浦探测技术排除了血液背景的干扰, 实现了肿瘤深层组织内亚甲基蓝分子的高特异性成像. 这种小型化手持式光声/超声双模态内窥探头兼具大成像深度、高空间分辨和高特异性分子成像的特点, 有望成为结直肠癌等消化道肿瘤诊断的重要工具, 为早期诊断和治疗监测提供强有力的支持.
固态照明用Li2Gd4(MoO4)7:Sm3+橙红色荧光粉的结构和发光特性
禄靖雯, 赵瑾, 张永春, 涂茹婷, 刘馥妮, 冷稚华
2024, 73 (21): 214204.  出版时间: 2024-11-05
摘要 +
白光LED具有广阔的应用前景与市场需求, 而红色荧光粉对改善器件性能至关重要. 本文采用高温固相法制备了一系列Li2Gd4–xSmx(MoO4)7 (x = 0.01—0.13)荧光粉, 利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和荧光光谱仪对样品进行了表征. 在406 nm激发下, Li2Gd4(MoO4)7:Sm3+荧光粉的发射峰分别位于563, 598, 645, 706 nm处, 这是由于Sm3+的4f-4f跃迁引起的. 当Sm3+浓度为0.07时发光最强, 浓度猝灭主要归因于电偶极-电偶极相互作用. 随着Sm3+浓度的增大, 荧光寿命逐渐缩短. 温度依赖性发射光谱研究发现, 当温度为423 K时, Li2Gd4(MoO4)7:0.07Sm3+的发射强度依然保持在298 K时的79%, 显示了样品优良的热稳定性. CIE色度图确认了该荧光粉的发射位于橙红色区域. 进一步利用最佳样品制作了白光LED, 其CIE色坐标为(0.3788, 0.3134), 位于白光圈内. 研究表明Li2Gd4(MoO4)7:Sm3+荧光粉是一种很有前途的白光LED用橙红色荧光粉.
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