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非对称自旋-轨道耦合系统的多体量子相干含时演化
邵雅婷, 严凯, 吴银忠, 郝翔, 等
摘要 +
本文以具有非对称性自旋相互作用的三体自旋系统为研究对象, 重点研究了三体量子相干含时演化规律. 采用精确量子对角化和基于量子主方程的数值模拟方法, 讨论了三体量子系统中多种量子相干组分及其退相干. 研究发现, 量子相干组分的含时演化与整个系统的初态量子特性紧密相关. 当初态为可分离纯态时, 在较短时间内, 非对称相互作用有利于增加多体量子相干度. 这些量子相干度因受噪声影响而逐渐衰减. 当初态为类Werner态时, 量子相干度的分布满足加和性, 即三体量子相干度等于所有两体量子相干度之和. 自旋之间非对称相互作用和环境噪声都会引起三体量子相干度大于所有两体量子相干度之和. 这些结论有助于多体量子资源的制备.
新型铁电拓扑结构的构筑及其亚埃尺度结构特性
王宇佳, 耿皖荣, 唐云龙, 朱银莲, 马秀良, 等
摘要 +
铁电拓扑结构因其尺寸小而且具有优良的物理特性,有望应用于未来高性能电子器件中。本文从应变、屏蔽、外场等对于铁电材料至关重要的几个外部要素出发,结合薄膜厚度等材料内部参数,针对PbTiO3和BiFeO3这两种典型的铁电材料,简要总结新型铁电拓扑结构的形成及其在外场作用下的演变规律。利用具有亚埃尺度分辨能力的像差校正透射电子显微术呈现了相关拓扑结构的原子结构图谱,构建了针对PbTiO3体系的厚度-应变-屏蔽相图,系统归纳了两种材料中各种拓扑结构的形成条件。最后指出这两类铁电材料中易于调控出拓扑结构的几何维度体系,并指出像差校正透射电子显微术在表征铁电拓扑结构方面的重要作用,展望了未来可能的关注重点。
不同海面风速对量子卫星星舰通信性能的影响
聂敏, 张帆, 杨光, 张美玲, 孙爱晶, 裴昌幸, 等
摘要 +
量子卫星星舰通信是量子保密通信的重要应用场景之一,在海面上,由于不同风速所引起的气溶胶粒子浓度发生剧烈变化,而气溶胶粒子浓度的剧变,必然导致星舰量子链路性能的剧烈衰减.然而,有关不同海面风速与量子卫星星舰通信信道参数关系的研究,迄今尚未展开.本文根据海面风速与气溶胶的Gras模型,分别建立了风速与星舰量子信道误码率、信道容量和信道平均保真度的定量关系.仿真结果表明,当风速分别为4m/s和20m/s时,海洋大气信道误码率、信道容量、信道平均保真度分别依次为0.00462和0.00491,0.957和0.65,0.999和0.974.由此可见,风速对海上量子通信性能有显著的影响.因此,为了提高通信的可靠性,应根据风速大小,自适应调整系统的各项参数.
利用声衰减反演气泡群分布的方法研究
侯森, 胡长青, 赵梅, 等
摘要 +
通过测量含气泡水的声衰减反演气泡群参数是获取水中气泡分布的重要方法,但是经典方法忽略了较高浓度气泡水中的强频散特性和气泡振动参数的改变,导致反演较高浓度气泡群分布时会产生巨大误差。为解决这个问题,本文基于等效媒质理论建立起了声衰减和相速度的联系,并考虑了含气泡水平均量对气泡阻尼系数和共振频率的影响。在此基础上,通过将反演气泡分布和修正相速度及气泡振动参数交替迭代的方法,有效消除了高浓度气泡水中由频散和气泡振动特性改变引起的误差。与实验数据对比发现,气泡群孔隙率达到1e-5时,考虑含气泡水的频散特性会显著降低反演误差;而当气泡群孔隙率达到1e-3时,气泡阻尼系数和共振频率的修正会对反演结果变得重要。该方法在反演孔隙率为1e-3~1e-2的高浓度气泡群时,仍有较好效果,这可为获取水下较高浓度气泡群分布提供方法借鉴。
基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距及其非模糊度量程分析
王国超, 李星辉, 颜树华, 等
摘要 +
飞秒光梳被广泛用于时间频率技术和精密光谱测量,由其时频特性所衍生的绝对测距技术以可溯源、大尺寸、高精度等优点有望成为未来长度计量的最重要手段。本文提出了一种基于飞秒光梳多路同步锁频的多波长干涉实时绝对测距方法,使多个连续波激光器通过光锁相环技术同步锁频到飞秒光梳梳模上,通过多路同步相位测量和小数重合算法最终实现绝对距离测量。所提测量方法不仅能保留传统激光干涉测距的高分辨力和精度,而且可溯源至时间频率基准,对高精度长度测量、尤其是对实际物理复现“米”的定义具有重要计量意义。测距实验证明,四波长同步锁频的非模糊度量程达到44.6 mm,折射率波动导致非模糊度量程变化为纳米量级;多波长干涉测距的非模糊度量程也受制于空气折射率的测量误差,多波长干涉绝对测距的非模糊度量程在实验室环境下可达到10m,并通过2m线性位移实验证明了多波长绝对测距的大量程和线性测量性能。
脉冲激光沉积无氢钨掺杂类金刚石膜的摩擦与机械性能
陆益敏, 黄国俊, 程勇, 王赛, 刘旭, 韦尚方, 米朝伟, 等
摘要 +
采用脉冲激光沉积技术制备出无氢钨掺杂非晶态类金刚石膜。膜中的钨含量变化与靶材中的钨含量保持稳定的线性关系,显示了脉冲激光沉积在难熔金属掺杂技术方面的亮点。由于碳-钨结构的形成和表面粗糙度影响,膜层的干摩擦系数随着钨含量的增加显现出先减后增的趋势,钨含量为9.67 at.%时达到最低值0.091。钨含量的增大降低了类金刚石膜纳米硬度和杨氏模量,但最佳的膜层耐磨性参数并非表现在硬度最大(52.2 GPa)的纯类金刚石膜中,而是出现在低掺杂含量(6.28 at.%)的类金刚石膜中。研究为脉冲激光沉积技术制备低摩擦、高硬度无氢钨掺杂类金刚石膜的应用提供了技术实践。
GaN薄膜的热导率模型研究
唐道胜, 华钰超, 周艳光, 曹炳阳, 等
摘要 +
准确预测GaN半导体材料的热导率对GaN基功率电子器件的热设计具有重要意义。本文基于第一性原理计算和经典Debye-Callaway模型,通过分析和完善Debye-Callaway模型中关于声子散射率的子模型,建立了用于预测温度、同位素、点缺陷、位错、薄膜厚度、应力等因素影响的GaN薄膜热导率的理论模型。具体来说,对声子间散射项和同位素散射项基于第一性原理计算数据进行了系数拟合,讨论了两种典型的处理点缺陷和位错散射的散射率模型,引入了应用抑制函数描述的各向异性边界散射模型,并对应力的影响进行了建模。热导率模型预测值和文献中典型实验数据的对比表明,基于第一性原理计算数据拟合的热导率模型和实验测量值总体符合较好,300 K温度附近热导率数值及其随温度变化的趋势存在20%左右的偏差。结合实验数据和热导率模型进一步确认了第一性原理计算会高估同位素散射的影响,给出了薄膜热导率随薄膜厚度、位错面密度、点缺陷浓度的具体变化关系,同位素和缺陷散射会减弱薄膜热导率的尺寸效应,主要体现在100 nm附近及更小的厚度范围。
锡基钙钛矿发光二极管的进展
余毅, 安志东, 蔡晓艺, 郭明磊, 敬承斌, 李艳青, 等
摘要 +
卤化铅钙钛矿由于具有高吸收系数、高载流子迁移率、高缺陷容忍度和高光致发光效率等优越的光电子性能,近年来引起了人们的广泛关注。然而,可能阻碍其商业应用的关键是铅元素的存在引起的毒性问题。为了解决这一毒性问题,谨慎而有策略地用其他无毒候选元素替代Pb2+是一个很有前途的方向。锡具有和铅相似的结构和性质,是目前最有希望替代铅的元素,这也引起了研究者们广泛的兴趣及进一步的研究。本文综述了近年来锡基钙钛矿发光二极管的研究进展。首先,介绍了一些适合应用于发光二极管的锡基钙钛矿材料的合成方法。然后,分析了不同价态下锡基钙钛矿的晶体结构和光电性质。在此基础上,我们讨论了锡基钙钛矿材料在发光器件中的一些应用,并总结了提高锡基钙钛矿性能的一些措施。最后,我们提出了锡基钙钛矿当前遇到的重大挑战,并提出了可能的解决方案,有助于实现高性能锡基卤化物钙钛矿。基于这篇综述,我们希望对锡基卤化物材料及其在发光二极管中的应用有一个深入的了解,进而推动锡基钙钛矿发光二级管的发展。
拓扑荷在圆盘状相列相液晶薄膜中的尺寸效应
梁德山, 黄厚兵, 赵亚楠, 柳祝红, 王浩宇, 马星桥, 等
摘要 +
拓扑现象对于病毒颗粒的空间分布、高分子聚合物纳米囊泡的成型以及波色-爱因斯坦凝聚物等方面都发挥着重要作用. 本文利用Landau-de Gennes理论,构建模型来模拟液晶中拓扑荷分布及其他现象. 通过对数值模型序参量场的演化,以及模拟液晶薄膜中所生成的拓扑荷之间的相互作用来分析液晶薄膜的尺寸对拓扑荷的影响. 研究结果表明,随着液晶盘半径增大,拓扑荷间最优距离与半径之比渐增并趋于稳定. 此研究结论对利用拓扑荷凝聚颗粒物效应设计分类容器有指导意义,为进一步理解拓扑胶体和液晶以及液晶共聚物等软物质中的拓扑现象奠定了基础.
面向原子制造的框架核酸研究进展
杨蓓, 李茜, 柳华杰, 樊春海, 等
摘要 +
框架核酸是核酸分子通过自组装形成的一维到三维的框架结构,不仅能精准定位功能基元,还可实现在纳米甚至原子级尺度上进行力学、光学、电学等物理性质,以及单分子水平化学与生化反应的精准调控.利用框架核酸对物质进行原子级的人工自组装,可实现基本构筑单元的精准物理排布与功能化集成,进而实现器件制造,有望推动从原子到宏观的精确功能化的制备.本文围绕框架核酸和原子制造两大前沿的交叉领域,阐述框架核酸在原子级精准构筑方面的可行性和优势,首先介绍了具有原子级精准性的框架核酸的构建,以及利用框架核酸进行功能化组装的一般策略,然后着重探讨框架核酸在器件构筑方面的研究进展,最后就面向原子制造的未来发展方向进行了展望.
电池材料数据库的发展与应用(固态电池专题)
吴思远, 王宇琦, 肖睿娟, 陈立泉, 等
摘要 +
基于自动化技术和计算机技术的高通量方法可快速提供数以万计的科研数据,对如何科学、高效的管理科研数据提出了新的挑战。可充放的二次电池作为一种清洁高效的能源存储器件,是电动汽车发展的关键,也是风/光电储能的首选。电池器件性能的提升与电池新材料的研发密切相关,电池材料数据库的发展可在电池材料研发中引入基于大数据的新兴方法,加速电池材料的开发。本文从电池材料数据的获取、通用型及特定性质的电池材料数据库构建、大数据方法对电池材料研发的促进和发展电池材料数据库所面临的挑战等方面对电池材料数据库的发展和应用进行了介绍。
二氧化钛亚表面电荷对其表面点缺陷和吸附原子分布的影响
温焕飞, 菅原康弘, 李艳君, 等
摘要 +
半导体金属氧化物二氧化钛因其稳定、高效、无毒、兼容、低廉等优点受到广泛的关注, 本文在低温78 K下利用原子力显微镜探索了二氧化钛亚表面电荷的特性及其对表面点缺陷和吸附原子分布的影响. 在原子结构形貌图中亚表面电荷被成像为椭圆形亮丘, 且亮丘的高度主要分布在3个不同的区间内, 这意味着亚表面电荷位于3个不同的亚表面原子层. 在开尔文探针力显微镜成像中, 亚表面电荷的电势分布相对低, 根据电势成像机理, 亚表面电荷为正电荷特性. 原子力显微镜的成像图表明, 亚表面电荷不仅排斥具有正电荷特性的表面氧空位、吸附氢原子和表面台阶, 而且排斥具有负电荷特性的吸附氧原子. 实验结果有助于二氧化钛物理特性的研究及其相关产品性能的改进和设计.
基于斜驻点模型的剪切层撞击壁面流动及传热特性
方芳, 鲍麟, 童秉纲, 等
摘要 +
高速流体以一定角度冲击壁面可以简化为斜驻点流动, 包括正驻点流动分量和剪切流动分量. 以往研究集中在不可压缩的斜驻点流动, 本文针对高速可压缩的斜驻点流动模型, 给出了新的自相似求解方案. 通过与数值结果对比验证, 发现该模型能很好地模拟高超声速再附产生的均匀剪切层撞击壁面流动. 通过对比流动中能量输运项和做功项的贡献, 发现斜驻点流动的剪切分量带来较强的压缩效应和耗散效应, 造成流动具有显著的流向对流传热, 表现为再附后近壁流体温度迅速升高, 最终产生壁面上的高热流值. 参数分析表明壁面热流系数与无量纲壁面温度梯度和边界层厚度相关, 前者主要受斜驻点剪切分量参数控制, 后者与驻点分量参数呈负相关.
超快光脉冲照射GaAs晶体产生的干涉环
尚玲玲, 钱轩, 孙天娇, 姬扬, 等
摘要 +
用飞秒脉冲激光照射砷化镓(gallium arsenide, GaAs)晶体, 透射光出现了多级的干涉环. 利用透射式Z-扫描光路, 改变飞秒脉冲激光入射到GaAs晶体表面时的功率密度, 观察到干涉环有规律地收缩(或扩张): 功率密度越大, 出现的干涉环越多, 张角也越大. 高强度飞秒脉冲激光的非线性效应局部地改变了GaAs晶体的折射率, 从而导致光程差的出现, 这是一种非线性效应(克尔透镜). 超快光脉冲在GaAs晶体里产生的克尔透镜不能像理想的薄透镜那样把光束聚焦, 而是让透镜光束形成了干涉环. 通过分析干涉环的变化, 可以得到GaAs晶体的非线性吸收系数和非线性折射率.
129Xeq+离子入射Cu靶表面激发的近红外光谱线和X射线谱
张小安, 梅策香, 张颖, 梁昌慧, 周贤明, 曾利霞, 李耀宗, 柳钰, 向前兰, 孟惠, 王益军, 等
摘要 +
利用动能一定(1360 keV)的高电荷态129Xeq+(q = 21, 23, 25, 27)离子束和动能为4 MeV的129Xe20+离子束分别入射洁净的Cu靶表面, 流强为nA量级, 离子在飞秒时间尺度内俘获靶电子完成中性化, 能量沉积在靶表面使靶原子离化和激发, 发生复杂组态之间的跃迁. 测量到了炮弹离子中性化后的Xe原子退激跃迁辐射的近红外光谱线和相互作用过程中激发和离化的靶原子退激辐射的近红外光谱线, 其中包括偶极禁戒跃迁(磁偶极和电四极跃迁)和Cu22+的磁偶极退激辐射跃迁的近红外光谱线. 4 MeV的129Xe20+离子入射Cu靶表面, 测量到Cu22+的软X射线、Cu原子的L1 edge和Lβ3跃迁辐射的X射线以及高电荷态129Xe20+中性化后Xe原子退激辐射的Lη和Lβ3 X射线. 结果表明, 低速高电荷态129Xeq+离子入射金属表面中性化过程中, 离子中性化退激和激发离化靶原子辐射红外光谱线, 近红外谱线的单离子荧光产额增加的趋势与入射离子的势能增加趋势相同. Xe原子的特征L X射线是炮弹离子进入表面下形成的第二代空心原子发射的.
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