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Ni60Al20V20中熵合金沉淀过程微扩散相场法模拟
杨一波, 赵宇宏, 田晓林, 侯华
2020, 69 (14): 140201.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
纳米级L12结构的γ有序相形态、析出过程和原子排布等对镍基中熵合金强化具有重要作用. 本文采用微扩散相场动力学模型探究Ni60Al20V20中熵合金沉淀过程微观机理, 以原子占据晶格位置的几率为场变量描述微结构变化, 结合反演算法, 通过分析γ相和θ相原子图像演化, 序参数变化, 体积分数变化等, 探讨了γ(Ni3Al)和θ(DO22)有序相的沉淀机制. 研究结果表明: Ni60Al20V20中熵合金无序相有序化动力学过程中, L10相和DO22相同时析出, L10相逐渐转变为L12-γ相, 而传统Ni75Al7.5V17.5合金沉淀序列是先析出L10相, L10转变为L12相后, DO22相在L12相的反相畴界处析出. L10L12转变时, 面心立方晶格α位被Ni原子占据, β位被Al原子和V共同占据. 原子等成分有序化形成DO22结构θ单相有序畴, 随后失稳分解; L10结构非经典形核, 逐渐转化为L12-γ相并失稳分解. Ni-Al第一近邻原子间相互作用势随温度线性升高, 随长程序参数增加逐渐增加; Ni60Al20V20中熵合金孕育期随温度升高而时间变长. 本文研究适用于Ni-Al-V中熵合金设计.

封面文章

环形势阱中自旋-轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态
李吉, 刘斌, 白晶, 王寰宇, 何天琛
2020, 69 (14): 140301.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
研究了在环形势阱中自旋-轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构. 探索了自旋-轨道耦合作用和旋转效应对基态的影响. 结果发现, 在环形势阱下, 基态结构呈现环形分布的half-skyrmion链. 调节自旋-轨道耦合强度, 不仅可以改变体系内half-skyrmion数量, 而且能够调控half-skyrmion环形排列的对称性. 随着旋转频率增大, 体系从平面波相转化为环形对称排列的half-skyrmion链相, 最后过渡到三角格子的half-skyrmion相. 讨论了自旋相互作用和势阱形状对基态的影响. 自旋-轨道耦合强度和旋转频率作为体系的调控参数, 可用于控制不同基态相间的转化.
周期驱动量子伊辛模型中非热统计的形成与抑制
江璐冰, 李宁轩, 吉凯
2020, 69 (14): 140501.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
在一维伊辛模型基础上, 采用严格对角化方法研究孤立量子系统在周期驱动下量子微正则统计形成与抑制的条件. 研究表明用纵向磁场驱动时伊辛模型不能形成量子微正则统计, 用横向磁场驱动时可出现部分形成的趋势, 如果同时在伊辛模型内引入局域随机磁场则可完全实现. 量子微正则统计分布在系统中的形成或抑制取决于弗洛凯算符对量子系统作用的效果, 可通过信息熵定量描述, 信息熵越大则时间演化越能有效地遍历希尔伯特空间, 从而形成量子微正则统计. 这一行为是孤立量子系统可被热化的反映.
双磁铁多稳态悬臂梁磁力及势能函数分析
孙帅令, 冷永刚, 张雨阳, 苏徐昆, 范胜波
2020, 69 (14): 140502.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
以永磁铁构成的常规非线性多稳态悬臂梁系统, 若要增加稳态数目, 通常需引入更多的磁铁, 易使系统结构变复杂和参数增多. 本文利用矩形磁铁和环形磁铁的作用, 提出了一种双磁铁构成的多稳态悬臂梁系统. 通过矩形磁铁和环形磁铁之间磁力以及系统势函数的理论分析与实验检验, 证明这种双磁铁悬臂梁系统在不同的磁铁尺寸或磁铁间距下, 可以具有单稳、双稳、三稳和四稳的非线性特征, 为实现由永磁铁构成多稳态悬臂梁系统, 提供了有效简化的设计途径.

特邀综述

自组织结构的控制: 从平衡过程到非平衡过程
石燕, 张天辉
2020, 69 (14): 140503.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
自组织是自然界广泛存在的一种自发从无序到有序的转变过程. 从晶体的生长到生物功能结构的形成, 自组织过程的影响和作用无处不在. 生物功能结构通常是具有多尺度特征的复合结构. 其中纳米结构的形貌及其空间排列方式对生物功能的实现起着关键作用. 功能结构有两大类: 平衡结构和非平衡结构. 本文总结了功能结构和人工仿生结构的最新进展. 研究发现, 虽然物理科学和材料科学在有关静态平衡功能结构的研究上取得了令人激动的进展, 但在如何实现具有响应和适应性的动态非平衡功能结构上, 仍然面临着挑战. 本文认为, 远离平衡态的活性体系在周期性驱动力的反复激发和训练下, 有可能演化出非平衡的动态结构. 这为实现具有自适应和自修复功能的非平衡结构提供了一种可能途径.
取向角对小角度非对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟
祁科武, 赵宇宏, 田晓林, 彭敦维, 孙远洋, 侯华
2020, 69 (14): 140504.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
采用晶体相场法模拟纳米尺度下小角度非对称倾斜晶界结构和位错运动, 从外应力作用下晶界位错运动位置变化和晶体体系自由能变化角度, 分析取向角对小角度非对称倾斜晶界结构和晶界位错运动的影响规律. 研究表明, 不同取向角下组成小角度非对称倾斜晶界的位错对类型相同. 随取向角增大晶界位错对增加, 且晶界更易形成n1n2型和n4n5型位错对. 外应力作用下, 不同取向角晶界位错对初始运动状态均沿晶界进行攀移运动, 随体系能量积累, 取向角越大出现晶界位错对分解的个数越多, 且均为n1n2型和n4n5型位错对发生分解反应. 不同取向角下小角度非对称倾斜晶界体系自由能曲线都存在四个阶段, 分别对应位错对攀移、位错对滑移及分解、位错对反应抵消形成单晶和体系吸收能量自由能上升过程. 进一步对比发现随取向角增大, 晶界湮没形成的单晶体系所需时间增加.
绝热跃迁方法测量铯喷泉钟冷原子碰撞频移
管勇, 刘丹丹, 王心亮, 张辉, 施俊如, 白杨, 阮军, 张首刚
2020, 69 (14): 140601.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
冷原子碰撞频移是限制铯原子喷泉钟频率不确定度性能的主要因素之一. 在使用外推法测量冷原子碰撞频移时, 制备密度均匀成比例的原子团是减小系统误差的关键. 绝热跃迁方法可以用来实现均匀跃迁比例, 均匀度可达10–3. 通过理论分析Bloch矢量的演化, 导出了误差满足的方程, 实验测量了不同参数对跃迁几率的影响, 印证了理论分析. 在此基础上可以优化实验参数并评估原子有效密度比的不确定度, 实现了冷原子碰撞频移的高精度测量.
基于高分辨率激光外差光谱反演大气CO2柱浓度及系统测量误差评估方法
孙春艳, 王贵师, 朱公栋, 谈图, 刘锟, 高晓明
2020, 69 (14): 144201.  出版时间: 2020-07-01
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利用实验室研制的近红外激光外差光谱仪, 开展了基于最优估计算法的温室气体柱浓度反演和系统测量误差的近似评估等相关工作. 首先, 通过光谱数据库、参考正向模型计算结果与傅里叶变换红外光谱技术探测结果筛选出了探测窗口, 并以此为依据选择了相应的激光器和探测器; 其次, 建立了基于参考正向模型最优估计浓度反演算法, 采用Levenberg-Marquardt (LM) 迭代方法, 实现了整层大气CO2柱浓度及垂直分布廓线的反演, 并开展了长期观测对比实验, 验证了反演算法的可行性; 最后, 通过模拟所选探测窗口波段在不同白噪声条件下的正向大气透过率谱, 获得了系统SNR与柱浓度测量误差之间的近似对应关系. 该研究是探测系统不可或缺的理论计算部分, 将有助于完善激光外差技术在大气探测中的应用.
基于增强型视觉密码的光学信息隐藏系统
于韬, 杨栋宇, 马锐, 祝玉鹏, 史祎诗
2020, 69 (14): 144202.  出版时间: 2020-07-01
摘要 +
提出了一种基于增强型视觉密码的光学信息隐藏系统. 该系统可将秘密图像分解为多幅有实际意义的分享图像, 然后将这些分享图像隐藏在相位密钥中, 相位密钥可以制成衍射光学元件, 以实体的形式保存和传输, 扩展了视觉密码的应用范围. 在提取过程中, 只需要使用激光照射衍射光学元件, 再现分享图像, 然后只需要将一定数量的分享图像进行非相干叠加即可提取秘密图像, 不需要额外掌握光学和密码学的知识, 其简单性让任何人都可以使用. 仿真实验和光学实验结果表明, 该系统可应用于实际, 并且具有良好的安全性.
大气湍流信道中聚焦涡旋光束轨道角动量串扰特性
闫玠霖, 韦宏艳, 蔡冬梅, 贾鹏, 乔铁柱
2020, 69 (14): 144203.  出版时间: 2020-07-01
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携带轨道角动量的涡旋光束作为传输信息的载体能有效提高信息传输效率, 然而在传输过程中受大气湍流影响轨道角动量会发生串扰. 基于螺旋谱分析理论, 推导得到了聚焦拉盖尔高斯光束在各向异性大气湍流中传输时的螺旋谱解析表达式, 并对比分析不同湍流和光束参数对聚焦与非聚焦拉盖尔高斯光束接收功率的影响, 最后利用多相位屏法进行模拟验证. 结果表明: 随着传输距离、湍流强度、拓扑荷数的增大以及湍流内尺度、光束波长的减小, 接收功率减小, 轨道角动量串扰增大; 接收孔径到达一定值时对轨道角动量串扰的影响非常小; 聚焦光束比非聚焦光束的轨道角动量串扰要小. 这些结果将对提高自由空间光通信的质量有一定意义.
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