2018年 67卷 第24期
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2018, 67(24): 240503.
doi: 10.7498/aps.67.20181499
摘要:
本文研究了通道中行人与车辆同向或反向运动时的人车相互作用.车辆运动的描述采用细化的确定性元胞自动机模型，而行人流则采用考虑背景场的格子气模型.车辆及其影响区被视为一种可移动的障碍物，形成动态变化的背景场，可以更好地反映人车之间的相互作用.通过数值模拟得到典型参数下的行人流基本图以及平均车速随行人密度的变化曲线.人车反向时行人流基本图中存在两个临界密度，其间的行人流量-密度曲线呈线性分布，曲线斜率k主要依赖于车辆宽度和行人预判时间，而平均车速近似为k，即反向车辆形成的移动瓶颈和行人拥堵向上游传播的速度是一致的.文中进一步考察了行人预判时间、车辆宽度及限速对人车混合交通流的影响.人车同向时，这三个参数的影响都不明显.人车反向时，当车辆宽度较小，即使在很高密度下，车辆仍可以前行，而更大的行人预判时间也有助于车辆的运动.
本文研究了通道中行人与车辆同向或反向运动时的人车相互作用.车辆运动的描述采用细化的确定性元胞自动机模型，而行人流则采用考虑背景场的格子气模型.车辆及其影响区被视为一种可移动的障碍物，形成动态变化的背景场，可以更好地反映人车之间的相互作用.通过数值模拟得到典型参数下的行人流基本图以及平均车速随行人密度的变化曲线.人车反向时行人流基本图中存在两个临界密度，其间的行人流量-密度曲线呈线性分布，曲线斜率k主要依赖于车辆宽度和行人预判时间，而平均车速近似为k，即反向车辆形成的移动瓶颈和行人拥堵向上游传播的速度是一致的.文中进一步考察了行人预判时间、车辆宽度及限速对人车混合交通流的影响.人车同向时，这三个参数的影响都不明显.人车反向时，当车辆宽度较小，即使在很高密度下，车辆仍可以前行，而更大的行人预判时间也有助于车辆的运动.
2018, 67(24): 240301.
doi: 10.7498/aps.67.20181595
摘要:
纠缠微波信号是电磁场微波频段量子特性的体现.在总结了现有纠缠微波信号产生及验证实验的基础上，针对目前没有统一的表达式来描述纠缠微波信号格式的问题，通过深入分析纠缠微波信号的特性，提出了两种纠缠微波信号的表示方法.一种是在量子框架下，利用双模压缩真空态表示，并分别在光子数表象下和Wigner分布下分析了其信号特征，刻画了正交分量之间的正反关联特性；另一种是在经典框架下，利用关联随机信号表示，刻画了测量后纠缠微波信号场幅度正交分量随时间变化的波形图.两种表示恰当合理地反映了纠缠微波信号连续变量纠缠的特性.
纠缠微波信号是电磁场微波频段量子特性的体现.在总结了现有纠缠微波信号产生及验证实验的基础上，针对目前没有统一的表达式来描述纠缠微波信号格式的问题，通过深入分析纠缠微波信号的特性，提出了两种纠缠微波信号的表示方法.一种是在量子框架下，利用双模压缩真空态表示，并分别在光子数表象下和Wigner分布下分析了其信号特征，刻画了正交分量之间的正反关联特性；另一种是在经典框架下，利用关联随机信号表示，刻画了测量后纠缠微波信号场幅度正交分量随时间变化的波形图.两种表示恰当合理地反映了纠缠微波信号连续变量纠缠的特性.
2018, 67(24): 240601.
doi: 10.7498/aps.67.20181494
摘要:
二维过渡金属硫化物因其独特的光电特性在多功能光电器件方面具有广泛的应用前景.为了进一步拓展其在微纳光电子器件方面的应用范围，并提高器件性能，人们开展了通过合金手段改变端组分材料配比实现对二维半导体材料带隙调控的带隙工程以及调控生长条件改变材料形貌和结构的缺陷工程研究.本文利用光学、原子力和扫描电子显微镜等设备以及拉曼和光致发光光谱等手段对由化学气相沉积法生长出来的堆叠状MoS2（1-x）Se2x合金的性质进行了研究.不同于大多数单层或少层MoS2（1-x）Se2x合金的情况，堆叠生长的阶梯状MoS2（1-x）Se2x合金材料在厚度从2.2 nm（约3层）一直增加到5.6 nm（约7层）时都显出了较强的发光特性，甚至在100 nm厚时，样品的发光谱线仍具有两个发光峰.两个激子发光峰分别来源于自旋轨道耦合造成的价带劈裂.随着厚度的增加，两个峰都逐渐红移，显示了合金掺杂时的能带弯曲效应.拉曼光谱给出了类MoS2和类MoSe2两套振动模.随着厚度的增加，拉曼峰位几乎不移动，但面内的两个振动模E2g（Mo-Se）和E2g（Mo-S）逐渐显现并增强.显然缺陷和应力是影响堆叠生长MoS2（1-x）Se2x合金样品电子结构的主要因素，这为特殊功能器件的制备和可控缺陷工程的研究提供了有益的参考.
二维过渡金属硫化物因其独特的光电特性在多功能光电器件方面具有广泛的应用前景.为了进一步拓展其在微纳光电子器件方面的应用范围，并提高器件性能，人们开展了通过合金手段改变端组分材料配比实现对二维半导体材料带隙调控的带隙工程以及调控生长条件改变材料形貌和结构的缺陷工程研究.本文利用光学、原子力和扫描电子显微镜等设备以及拉曼和光致发光光谱等手段对由化学气相沉积法生长出来的堆叠状MoS2（1-x）Se2x合金的性质进行了研究.不同于大多数单层或少层MoS2（1-x）Se2x合金的情况，堆叠生长的阶梯状MoS2（1-x）Se2x合金材料在厚度从2.2 nm（约3层）一直增加到5.6 nm（约7层）时都显出了较强的发光特性，甚至在100 nm厚时，样品的发光谱线仍具有两个发光峰.两个激子发光峰分别来源于自旋轨道耦合造成的价带劈裂.随着厚度的增加，两个峰都逐渐红移，显示了合金掺杂时的能带弯曲效应.拉曼光谱给出了类MoS2和类MoSe2两套振动模.随着厚度的增加，拉曼峰位几乎不移动，但面内的两个振动模E2g（Mo-Se）和E2g（Mo-S）逐渐显现并增强.显然缺陷和应力是影响堆叠生长MoS2（1-x）Se2x合金样品电子结构的主要因素，这为特殊功能器件的制备和可控缺陷工程的研究提供了有益的参考.
2018, 67(24): 240501.
doi: 10.7498/aps.67.20181581
摘要:
混沌系统的奇怪吸引子是由无数条周期轨道稠密覆盖构成的，周期轨道是非线性动力系统中除不动点之外最简单的不变集，它不仅能够体现出混沌运动的所有特征，而且和系统振荡的产生与变化密切相关，因此分析复杂系统的动力学行为时获取周期轨道具有重要意义.本文系统地研究了非扩散洛伦兹系统一定拓扑长度以内的周期轨道，提出一种基于轨道的拓扑结构来建立一维符号动力学的新方法，通过变分法数值计算轨道显得很稳定.寻找轨道初始化时，两条轨道片段能够被用作基本的组成单元，基于整条轨道的结构进行拓扑分类的方式显得很有效.此外，讨论了周期轨道随着参数变化时的形变情况，为研究轨道的周期演化规律提供了新途径.本研究可为在其他类似的混沌体系中找到并且系统分类周期轨道提供一种可借鉴的方法.
混沌系统的奇怪吸引子是由无数条周期轨道稠密覆盖构成的，周期轨道是非线性动力系统中除不动点之外最简单的不变集，它不仅能够体现出混沌运动的所有特征，而且和系统振荡的产生与变化密切相关，因此分析复杂系统的动力学行为时获取周期轨道具有重要意义.本文系统地研究了非扩散洛伦兹系统一定拓扑长度以内的周期轨道，提出一种基于轨道的拓扑结构来建立一维符号动力学的新方法，通过变分法数值计算轨道显得很稳定.寻找轨道初始化时，两条轨道片段能够被用作基本的组成单元，基于整条轨道的结构进行拓扑分类的方式显得很有效.此外，讨论了周期轨道随着参数变化时的形变情况，为研究轨道的周期演化规律提供了新途径.本研究可为在其他类似的混沌体系中找到并且系统分类周期轨道提供一种可借鉴的方法.
2018, 67(24): 240502.
doi: 10.7498/aps.67.20181675
摘要:
非线性动力学在识别神经放电的复杂现象、机制和功能方面发挥了重要作用.不同于传统观念，本文提出了兴奋性作用可以降低而不是增加簇内放电个数的新观点.在簇放电模式休止期的适合相位施加强度合适的脉冲或自突触电流，能诱发簇内放电个数降低；电流的施加相位越早，所需的强度阈值越大，簇内放电个数越少.进一步，利用快慢变量分离获得的簇放电的动力学性质进行了理论解释.簇放电模式表现出低电位的休止期和高电位的放电的交替，存在于快子系统的鞍结分岔点和同宿轨分岔点之间；放电起始于鞍结分岔、结束于同宿轨分岔；越靠近同宿轨分岔从休止期跨越到放电所需的电流强度越大.因此，电流在休止期上的作用相位越早，就越靠近同宿轨分岔，因而从休止期跨越到放电需要的电流强度阈值越大，放电起始相位到同宿轨分岔之间的区间变小导致放电个数变少.研究结果丰富了非线性现象及机制，对兴奋性作用提出了新看法，给出了调控簇放电模式的新途径.
非线性动力学在识别神经放电的复杂现象、机制和功能方面发挥了重要作用.不同于传统观念，本文提出了兴奋性作用可以降低而不是增加簇内放电个数的新观点.在簇放电模式休止期的适合相位施加强度合适的脉冲或自突触电流，能诱发簇内放电个数降低；电流的施加相位越早，所需的强度阈值越大，簇内放电个数越少.进一步，利用快慢变量分离获得的簇放电的动力学性质进行了理论解释.簇放电模式表现出低电位的休止期和高电位的放电的交替，存在于快子系统的鞍结分岔点和同宿轨分岔点之间；放电起始于鞍结分岔、结束于同宿轨分岔；越靠近同宿轨分岔从休止期跨越到放电所需的电流强度越大.因此，电流在休止期上的作用相位越早，就越靠近同宿轨分岔，因而从休止期跨越到放电需要的电流强度阈值越大，放电起始相位到同宿轨分岔之间的区间变小导致放电个数变少.研究结果丰富了非线性现象及机制，对兴奋性作用提出了新看法，给出了调控簇放电模式的新途径.
2018, 67(24): 240701.
doi: 10.7498/aps.67.20180861
摘要:
针对准单色近平行光束X射线背光成像诊断需求，提出了一种用球面弯晶进行X射线衍射选单从而获取准直光束的新方案.在神光Ⅱ装置上，设计了基于球面弯晶X射线衍射选单准直光束系统，完成了该系统的安装、调试和实验应用，获得了准单色（10-3<△λ/λ <10-2）、小发散角（< 2 mrad）和大辐照匀斑（直径φ 500 m）的X射线光源.同时基于衍射光学和球面镜成像理论，研究了不同布拉格角对球面弯晶X射线衍射光束发散角及其像散差的影响.结果表明，布拉格角会影响球面弯晶X射线衍射光束的发散角.用控制布拉格角范围的方法有望获得发散角优于1 mrad的近平行光束X射线光源.这种准单色、极小发散度和均匀角分布的X射线光源可应用于高分辨X射线成像诊断.
针对准单色近平行光束X射线背光成像诊断需求，提出了一种用球面弯晶进行X射线衍射选单从而获取准直光束的新方案.在神光Ⅱ装置上，设计了基于球面弯晶X射线衍射选单准直光束系统，完成了该系统的安装、调试和实验应用，获得了准单色（10-3<△λ/λ <10-2）、小发散角（< 2 mrad）和大辐照匀斑（直径φ 500 m）的X射线光源.同时基于衍射光学和球面镜成像理论，研究了不同布拉格角对球面弯晶X射线衍射光束发散角及其像散差的影响.结果表明，布拉格角会影响球面弯晶X射线衍射光束的发散角.用控制布拉格角范围的方法有望获得发散角优于1 mrad的近平行光束X射线光源.这种准单色、极小发散度和均匀角分布的X射线光源可应用于高分辨X射线成像诊断.
2018, 67(24): 243101.
doi: 10.7498/aps.67.20181690
摘要:
通过多组态相互作用方法，结合原子有效芯势与极化势，利用非收缩的高斯基函数，计算了Na2+分子对应最低9个解离限的36个电子态的势能曲线.基于计算获得的束缚态势能曲线，拟合给出了相应的光谱常数，并与已有的实验和理论结果进行了比较.同时，给出了部分电子态的振动-转动能级和一些同类态避免交叉点的信息.计算获得的光谱信息对冷原子分子光谱与动力学的研究具有参考价值.
通过多组态相互作用方法，结合原子有效芯势与极化势，利用非收缩的高斯基函数，计算了Na2+分子对应最低9个解离限的36个电子态的势能曲线.基于计算获得的束缚态势能曲线，拟合给出了相应的光谱常数，并与已有的实验和理论结果进行了比较.同时，给出了部分电子态的振动-转动能级和一些同类态避免交叉点的信息.计算获得的光谱信息对冷原子分子光谱与动力学的研究具有参考价值.
2018, 67(24): 243201.
doi: 10.7498/aps.67.20181642
摘要:
重离子与固体表面相互作用时，会引起靶原子内壳层的电离，相应空穴退激过程中发射的X射线对研究重离子与固体表面的相互作用有着重要意义，可为相关研究提供基础数据.目前，在K和L壳层电离方面做了一些工作，而M壳层的研究较少，本文依托兰州重离子加速器国家实验室320 kV高电荷态离子综合研究平台，测量了不同能量的H+，Ar8+，Ar12+，Kr13+和Eu20+离子与Au表面作用产生的特征X射线谱及其能移，计算了X射线的产额比值.结果表明：重离子引起了靶原子内壳层的多电离，多电离效应使Au的M X射线有不同程度的能移；多电离程度取决于入射离子能量、离子的原子序数和其外壳层的空穴数量.
重离子与固体表面相互作用时，会引起靶原子内壳层的电离，相应空穴退激过程中发射的X射线对研究重离子与固体表面的相互作用有着重要意义，可为相关研究提供基础数据.目前，在K和L壳层电离方面做了一些工作，而M壳层的研究较少，本文依托兰州重离子加速器国家实验室320 kV高电荷态离子综合研究平台，测量了不同能量的H+，Ar8+，Ar12+，Kr13+和Eu20+离子与Au表面作用产生的特征X射线谱及其能移，计算了X射线的产额比值.结果表明：重离子引起了靶原子内壳层的多电离，多电离效应使Au的M X射线有不同程度的能移；多电离程度取决于入射离子能量、离子的原子序数和其外壳层的空穴数量.
2018, 67(24): 243301.
doi: 10.7498/aps.67.20181731
摘要:
在280–287.5 nm区域内，通过实验测定共振增强多光子电离-时间飞行质谱、碎片离子的分质量激发谱以及光强指数等对甲胺分子的光解离通道进行了研究.实验结果证实甲胺分子在单光子能量范围内存在一个电子排斥态，主要的光解离过程为甲胺分子共振吸收1个光子到达该电子排斥态后解离成中性碎片，然后是中性碎片经多光子共振电离形成碎片离子和碎片离子的进一步解离.
在280–287.5 nm区域内，通过实验测定共振增强多光子电离-时间飞行质谱、碎片离子的分质量激发谱以及光强指数等对甲胺分子的光解离通道进行了研究.实验结果证实甲胺分子在单光子能量范围内存在一个电子排斥态，主要的光解离过程为甲胺分子共振吸收1个光子到达该电子排斥态后解离成中性碎片，然后是中性碎片经多光子共振电离形成碎片离子和碎片离子的进一步解离.
2018, 67(24): 244203.
doi: 10.7498/aps.67.20181591
摘要:
3–5 μm和8–12 μm波段中远红外激光，在国防和民用领域均具有广泛的应用.作为全固态激光频率转换系统的核心部件，非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发，总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物（ZnGeP2，CdSiP2）、硫属化合物（CdSe，GaSe，LiInS2系列，BaGa4S7系列）以及准位相匹配晶体（OP-GaAs，OP-GaP）等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.
3–5 μm和8–12 μm波段中远红外激光，在国防和民用领域均具有广泛的应用.作为全固态激光频率转换系统的核心部件，非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发，总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物（ZnGeP2，CdSiP2）、硫属化合物（CdSe，GaSe，LiInS2系列，BaGa4S7系列）以及准位相匹配晶体（OP-GaAs，OP-GaP）等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.
2018, 67(24): 244204.
doi: 10.7498/aps.67.20181851
摘要:
相干合成技术是超快光学领域的重要研究方向之一.当单路脉冲激光的连续谱超过一个倍频程时，精确控制其光谱相位（色散管理）是获得亚周期超短脉冲激光的关键.由于常见的脉冲压缩系统存在光谱带宽限制，因此多通道相干合成技术受到了广泛的关注.本文将充气空心光纤展宽后的超倍频程连续光谱分波段独立压缩，并利用平衡光学互相关方法锁定子脉冲之间的相位延迟，获得了4.1 fs的合成脉冲.实验结果表明相干合成技术在高能量亚周期超快光场调控中存在优势.
相干合成技术是超快光学领域的重要研究方向之一.当单路脉冲激光的连续谱超过一个倍频程时，精确控制其光谱相位（色散管理）是获得亚周期超短脉冲激光的关键.由于常见的脉冲压缩系统存在光谱带宽限制，因此多通道相干合成技术受到了广泛的关注.本文将充气空心光纤展宽后的超倍频程连续光谱分波段独立压缩，并利用平衡光学互相关方法锁定子脉冲之间的相位延迟，获得了4.1 fs的合成脉冲.实验结果表明相干合成技术在高能量亚周期超快光场调控中存在优势.
2018, 67(24): 244301.
doi: 10.7498/aps.67.20181716
摘要:
圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响，本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程，研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明，体积源构造的准确性与其等效源位置有关，等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4–0.6时，可以提高声场计算结果的准确性；大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变，内声场声腔共振峰发生偏移，并且在部分频段引起较强的声透射现象；此外，体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小，其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.
圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响，本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程，研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明，体积源构造的准确性与其等效源位置有关，等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4–0.6时，可以提高声场计算结果的准确性；大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变，内声场声腔共振峰发生偏移，并且在部分频段引起较强的声透射现象；此外，体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小，其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.
2018, 67(24): 244302.
doi: 10.7498/aps.67.20181676
摘要:
针对基础水平运动的弹簧摆的非线性动力学响应进行研究，利用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.将离散傅里叶变换、谐波平衡法以及同伦延拓方法相结合，对系统的周期响应进行求解，避免了传统方法计算中使用泰勒展开引起的小振幅的限制，与数值计算结果的对比表明该求解方法具有较高的精确度.利用Floquet理论分析了周期响应的稳定性，给出了基础运动振幅和频率对系统周期响应的影响.研究发现：对应某些基础频率和振幅，系统的周期响应可能发生Hopf分岔；利用数值计算研究了Hopf分岔后系统响应随基础频率和振幅的变化，发现系统出现了倍周期运动、拟周期运动和混沌等复杂的动力学行为.研究表明系统进入混沌的主要路径是拟周期环面破裂和阵发性.
针对基础水平运动的弹簧摆的非线性动力学响应进行研究，利用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.将离散傅里叶变换、谐波平衡法以及同伦延拓方法相结合，对系统的周期响应进行求解，避免了传统方法计算中使用泰勒展开引起的小振幅的限制，与数值计算结果的对比表明该求解方法具有较高的精确度.利用Floquet理论分析了周期响应的稳定性，给出了基础运动振幅和频率对系统周期响应的影响.研究发现：对应某些基础频率和振幅，系统的周期响应可能发生Hopf分岔；利用数值计算研究了Hopf分岔后系统响应随基础频率和振幅的变化，发现系统出现了倍周期运动、拟周期运动和混沌等复杂的动力学行为.研究表明系统进入混沌的主要路径是拟周期环面破裂和阵发性.
2018, 67(24): 244201.
doi: 10.7498/aps.67.20181240
摘要:
为了有效降低传统鬼成像中相关噪声对成像质量的影响，本文提出一种基于最佳阈值的迭代降噪鬼成像.首先在迭代降噪鬼成像的基础上，采用自适应阈值迭代法，在不需要目标先验信息的前提下，找到一个逼近传统鬼成像中相关噪声的阈值，根据得到的阈值构造噪声干扰项.为了每次迭代初值更接近原始目标的透射系数，对其进行二值化，降低重构图像背景噪声对迭代性能的影响.仿真以及实验结果表明，本文提出的方法与传统方法相比，视觉效果以及峰值信噪比值有明显提高.
为了有效降低传统鬼成像中相关噪声对成像质量的影响，本文提出一种基于最佳阈值的迭代降噪鬼成像.首先在迭代降噪鬼成像的基础上，采用自适应阈值迭代法，在不需要目标先验信息的前提下，找到一个逼近传统鬼成像中相关噪声的阈值，根据得到的阈值构造噪声干扰项.为了每次迭代初值更接近原始目标的透射系数，对其进行二值化，降低重构图像背景噪声对迭代性能的影响.仿真以及实验结果表明，本文提出的方法与传统方法相比，视觉效果以及峰值信噪比值有明显提高.
2018, 67(24): 244202.
doi: 10.7498/aps.67.20181335
摘要:
利用低频光通信波段真空压缩态光场可实现基于光纤的量子精密测量.本文利用简并光学参量振荡器实验制备出1550 nm低频真空压缩态光场.在分析频段10–500 kHz范围内压缩态光场的压缩度均达3 dB.用实验制备的1550 nm真空压缩态光场填补光纤马赫-曾德尔干涉仪的真空通道，实现了量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪，完成了突破标准量子极限的相位调制频率为500 kHz的低频信号测量.与光纤马赫-曾德尔干涉仪相比，测量信噪比提高了2 dB.
利用低频光通信波段真空压缩态光场可实现基于光纤的量子精密测量.本文利用简并光学参量振荡器实验制备出1550 nm低频真空压缩态光场.在分析频段10–500 kHz范围内压缩态光场的压缩度均达3 dB.用实验制备的1550 nm真空压缩态光场填补光纤马赫-曾德尔干涉仪的真空通道，实现了量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪，完成了突破标准量子极限的相位调制频率为500 kHz的低频信号测量.与光纤马赫-曾德尔干涉仪相比，测量信噪比提高了2 dB.
2018, 67(24): 247302.
doi: 10.7498/aps.67.20182085
摘要:
金属纳米结构的表面等离激元可以突破光学衍射极限，为光子器件的微型化和集成光学芯片的实现奠定基础.基于表面等离激元的各种基本光学元件已经研制出来.然而，由于金属结构的固有欧姆损耗以及向衬底的辐射损耗等，表面等离激元的传输能量损耗较大，极大地制约了其在纳米光子器件和回路中的应用.研究能量损耗的影响因素以及如何有效降低能量损耗对未来光子器件的实际应用具有重要意义.本文从纳米线表面等离激元的基本模式出发，介绍了它在不同条件下的场分布和传输特性，在此基础上着重讨论纳米线表面等离激元传输损耗的影响因素和测量方法以及目前常用的降低传输损耗的思路.最后给出总结以及如何进一步降低能量损耗方法的展望.表面等离激元能量损耗的相关研究对于纳米光子器件的设计和集成光子回路的构建有着重要作用.
金属纳米结构的表面等离激元可以突破光学衍射极限，为光子器件的微型化和集成光学芯片的实现奠定基础.基于表面等离激元的各种基本光学元件已经研制出来.然而，由于金属结构的固有欧姆损耗以及向衬底的辐射损耗等，表面等离激元的传输能量损耗较大，极大地制约了其在纳米光子器件和回路中的应用.研究能量损耗的影响因素以及如何有效降低能量损耗对未来光子器件的实际应用具有重要意义.本文从纳米线表面等离激元的基本模式出发，介绍了它在不同条件下的场分布和传输特性，在此基础上着重讨论纳米线表面等离激元传输损耗的影响因素和测量方法以及目前常用的降低传输损耗的思路.最后给出总结以及如何进一步降低能量损耗方法的展望.表面等离激元能量损耗的相关研究对于纳米光子器件的设计和集成光子回路的构建有着重要作用.
2018, 67(24): 246802.
doi: 10.7498/aps.67.20181432
摘要:
石墨烯是一种准二维蜂窝网状结构新型纳米材料，石墨烯的层数和构型对其性能产生重要影响.固体中准粒子的量子状态由其本身的对称性质所决定，扭转双层石墨烯打破了对称性，引起了强烈的层间耦合作用，改变了扭转双层石墨烯的电子能带、声子色散、形成能垒等物性，产生了独特的性能，如可以连续调控带隙0–250 meV，光电效应的响应度相比于单层石墨烯提高了80倍，因此对扭转双层石墨烯功能化研究有重大意义.本文同时还论述了扭转双层石墨烯向类金刚石转变的理论与实验研究进展，发现扭转双层石墨烯呈现出具有类金刚石结构与性能特征.进一步阐述调控扭转双层石墨烯的扭转角度对其内在性能的影响，揭示这种新型纳米结构在原子层次的行为特征.最后介绍了如何调控制备扭转双层石墨，分析其调控机理，讨论了各种制备工艺的不足与发展趋势.因此本文从扭转双层石墨烯的输运性质、晶体结构转变、制备三个方面展开阐述，并对其在先进电子器件领域的潜在应用进行了展望.
石墨烯是一种准二维蜂窝网状结构新型纳米材料，石墨烯的层数和构型对其性能产生重要影响.固体中准粒子的量子状态由其本身的对称性质所决定，扭转双层石墨烯打破了对称性，引起了强烈的层间耦合作用，改变了扭转双层石墨烯的电子能带、声子色散、形成能垒等物性，产生了独特的性能，如可以连续调控带隙0–250 meV，光电效应的响应度相比于单层石墨烯提高了80倍，因此对扭转双层石墨烯功能化研究有重大意义.本文同时还论述了扭转双层石墨烯向类金刚石转变的理论与实验研究进展，发现扭转双层石墨烯呈现出具有类金刚石结构与性能特征.进一步阐述调控扭转双层石墨烯的扭转角度对其内在性能的影响，揭示这种新型纳米结构在原子层次的行为特征.最后介绍了如何调控制备扭转双层石墨，分析其调控机理，讨论了各种制备工艺的不足与发展趋势.因此本文从扭转双层石墨烯的输运性质、晶体结构转变、制备三个方面展开阐述，并对其在先进电子器件领域的潜在应用进行了展望.
2018, 67(24): 247502.
doi: 10.7498/aps.67.20181750
摘要:
EuTiO3是直接带隙半导体材料，在液氦温度附近呈现反铁磁性，且具有较大的磁熵变，但是当其转变为铁磁性时，可以有效提高低磁场下的磁熵变.本文通过元素替代，研究晶格常数的变化和电子掺杂对磁性和磁热效应的影响.实验采用溶胶凝胶法制备EuTiO3和Eu0.9M0.1TiO3（M=Ca，Sr，Ba，La，Ce，Sm）系列样品.结果表明：大离子半径的碱土金属离子替代提高了铁磁性耦合，有利于提高低磁场下的磁热效应.电子掺杂可以抑制其反铁磁性耦合从而使其表现为铁磁性.当大离子半径的稀土La和Ce离子替代Eu离子时，既增大了晶格常数也实现了电子掺杂，表现出较强的铁磁性.在1 T的磁场变化下，Eu0.9La0.1TiO3和Eu0.9Ce0.1TiO3的最大磁熵变分别为10.8和11 J/（kg· K），均大于EuTiO3的9.8 J/（kg· K）；制冷能力分别为39.3和51.8 J/kg，相对于EuTiO3也有所提高.
EuTiO3是直接带隙半导体材料，在液氦温度附近呈现反铁磁性，且具有较大的磁熵变，但是当其转变为铁磁性时，可以有效提高低磁场下的磁熵变.本文通过元素替代，研究晶格常数的变化和电子掺杂对磁性和磁热效应的影响.实验采用溶胶凝胶法制备EuTiO3和Eu0.9M0.1TiO3（M=Ca，Sr，Ba，La，Ce，Sm）系列样品.结果表明：大离子半径的碱土金属离子替代提高了铁磁性耦合，有利于提高低磁场下的磁热效应.电子掺杂可以抑制其反铁磁性耦合从而使其表现为铁磁性.当大离子半径的稀土La和Ce离子替代Eu离子时，既增大了晶格常数也实现了电子掺杂，表现出较强的铁磁性.在1 T的磁场变化下，Eu0.9La0.1TiO3和Eu0.9Ce0.1TiO3的最大磁熵变分别为10.8和11 J/（kg· K），均大于EuTiO3的9.8 J/（kg· K）；制冷能力分别为39.3和51.8 J/kg，相对于EuTiO3也有所提高.
2018, 67(24): 247201.
doi: 10.7498/aps.67.20181502
摘要:
为增强有机太阳能电池的光利用率，提高能量转换效率，本文合成了金四面体形状的纳米粒子，并用聚苯乙烯磺酸钠（PSS）包裹形成了核壳结构的金纳米四面体（Au@PSS tetrahedra NPs）.将其掺杂到有机太阳能电池空穴提取层与活性层的界面处，利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收，从而提高有机太阳能电池的能量转换效率.研究了掺杂浓度和PSS包裹厚度对电池性能的影响.结果表明：掺杂浓度为6%时，器件性能最佳，能量转换效率达到3.08%；PSS壳层厚度优化为2.5 nm时，转换效率达到3.65%，较标准电池提升了22.9%.电池性能的改善主要源于金四面体纳米粒子的共振吸收峰位于给体材料吸收谱范围内，纳米粒子的共振促进了给体的吸收，同时PSS壳层的引入促进了激子的解离和电荷的转移，上述因素的改善提升了电池的短路电流、填充因子和转换效率.
为增强有机太阳能电池的光利用率，提高能量转换效率，本文合成了金四面体形状的纳米粒子，并用聚苯乙烯磺酸钠（PSS）包裹形成了核壳结构的金纳米四面体（Au@PSS tetrahedra NPs）.将其掺杂到有机太阳能电池空穴提取层与活性层的界面处，利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收，从而提高有机太阳能电池的能量转换效率.研究了掺杂浓度和PSS包裹厚度对电池性能的影响.结果表明：掺杂浓度为6%时，器件性能最佳，能量转换效率达到3.08%；PSS壳层厚度优化为2.5 nm时，转换效率达到3.65%，较标准电池提升了22.9%.电池性能的改善主要源于金四面体纳米粒子的共振吸收峰位于给体材料吸收谱范围内，纳米粒子的共振促进了给体的吸收，同时PSS壳层的引入促进了激子的解离和电荷的转移，上述因素的改善提升了电池的短路电流、填充因子和转换效率.
2018, 67(24): 247301.
doi: 10.7498/aps.67.20181745
摘要:
采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑（Sb2Se3）薄膜太阳电池进行建模仿真，将CdS，ZnO和SnO2的模型应用到Sb2Se3太阳电池的电子传输层中.结果显示，应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能，并发现电子传输层电子亲和势（χe-ETL）的变化能够调节Sb2Se3太阳电池内部的电场分布，是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的χe-ETL都会使电池的填充因子降低，导致电池性能劣化.当χe-ETL为4.2 eV时，厚度为0.6 μm的Sb2Se3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型，在不考虑Sb2Se3层缺陷态的理想情况下，厚度为3 μm的Sb2Se3太阳电池的转换效率可以达到16.55%（短路电流密度Jsc=34.88 mA/cm2、开路电压Voc=0.59 V、填充因子FF=80.40%）.以上模拟结果表明，Sb2Se3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能，具有较高的应用潜力.
采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑（Sb2Se3）薄膜太阳电池进行建模仿真，将CdS，ZnO和SnO2的模型应用到Sb2Se3太阳电池的电子传输层中.结果显示，应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能，并发现电子传输层电子亲和势（χe-ETL）的变化能够调节Sb2Se3太阳电池内部的电场分布，是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的χe-ETL都会使电池的填充因子降低，导致电池性能劣化.当χe-ETL为4.2 eV时，厚度为0.6 μm的Sb2Se3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型，在不考虑Sb2Se3层缺陷态的理想情况下，厚度为3 μm的Sb2Se3太阳电池的转换效率可以达到16.55%（短路电流密度Jsc=34.88 mA/cm2、开路电压Voc=0.59 V、填充因子FF=80.40%）.以上模拟结果表明，Sb2Se3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能，具有较高的应用潜力.
2018, 67(24): 247202.
doi: 10.7498/aps.67.20181050
摘要:
制备了晶格匹配In0.17Al0.83N/GaN异质结圆形平面结构肖特基二极管，通过测试和拟合器件的电容-频率曲线，研究了电容的频率散射机制.结果表明：在频率高于200 kHz后，积累区电容随频率出现增加现象，而传统的电容模型无法解释该现象.通过考虑漏电流、界面态和串联电阻等影响对传统模型进行修正，修正后的电容频率散射模型与实验结果很好地符合，表明晶格匹配In0.17Al0.83N/GaN异质结电容随频率散射是漏电流、界面态和串联电阻共同作用的结果.
制备了晶格匹配In0.17Al0.83N/GaN异质结圆形平面结构肖特基二极管，通过测试和拟合器件的电容-频率曲线，研究了电容的频率散射机制.结果表明：在频率高于200 kHz后，积累区电容随频率出现增加现象，而传统的电容模型无法解释该现象.通过考虑漏电流、界面态和串联电阻等影响对传统模型进行修正，修正后的电容频率散射模型与实验结果很好地符合，表明晶格匹配In0.17Al0.83N/GaN异质结电容随频率散射是漏电流、界面态和串联电阻共同作用的结果.
2018, 67(24): 247501.
doi: 10.7498/aps.67.20181561
摘要:
对含有界面磁电耦合的有限长铁电-铁磁多铁链体系进行了研究，基于矢量离散化思想，构建了描述其磁电性质的微观海森伯模型.利用传递矩阵方法获得了磁化强度、电极化强度、磁电化率等关键热力学量的解析表达式，重点探讨了界面磁电耦合、外场以及单离子各向异性对体系磁电耦合行为的影响和调控.研究结果表明，界面磁电耦合对体系的磁化强度和电极化强度均起促进作用.电场驱动下的电致磁电化率具有更强的磁电关联效应，预示着外电场能够有效地调控体系的磁性行为.而在磁致磁电化率中观察到的低温峰主要源于外磁场的诱导.此外，在高电场作用下体系比热容还呈现出有趣的三峰结构，这种三峰结构是自旋态的热激发以及电偶极矩的电场和温度共同激发导致的.
对含有界面磁电耦合的有限长铁电-铁磁多铁链体系进行了研究，基于矢量离散化思想，构建了描述其磁电性质的微观海森伯模型.利用传递矩阵方法获得了磁化强度、电极化强度、磁电化率等关键热力学量的解析表达式，重点探讨了界面磁电耦合、外场以及单离子各向异性对体系磁电耦合行为的影响和调控.研究结果表明，界面磁电耦合对体系的磁化强度和电极化强度均起促进作用.电场驱动下的电致磁电化率具有更强的磁电关联效应，预示着外电场能够有效地调控体系的磁性行为.而在磁致磁电化率中观察到的低温峰主要源于外磁场的诱导.此外，在高电场作用下体系比热容还呈现出有趣的三峰结构，这种三峰结构是自旋态的热激发以及电偶极矩的电场和温度共同激发导致的.
2018, 67(24): 247801.
doi: 10.7498/aps.67.20181523
摘要:
采用高温固相法成功合成出双钙钛矿结构SrGd1-xLiTeO6：xEu3+（x=0.1–1.0）红色荧光粉，并采用X-射线衍射、漫反射光谱、光致发光光谱、电致发光光谱等测试手段对粉体的结构、光致发光特性以及发光二极管器件的光色电特性进行了系统研究.激发光谱、发射光谱和荧光衰减曲线测试结果表明Eu3+的最佳掺杂浓度为x=0.6，更大的掺杂量会引起浓度猝灭.基于van Uitert浓度猝灭公式，提出一种更准确的表达形式用于拟合、分析能量传递类型，揭示出电偶极-电偶极作用导致浓度猝灭.Judd-Ofelt理论计算得出较高的跃迁强度参数和量子效率，说明高度畸变的非心C1晶体场促使高效的超灵敏跃迁红光发射.在423 K时积分发光强度达到室温时的85.2%，热激活能经计算为0.2941 eV.基于此样品的发光二极管能够发出明亮的红光.综上所述，该类荧光粉表现出良好的发光效率、色纯度以及发光热稳定性，是一种潜在的近紫外激发白光发光二极管用红色荧光粉.
采用高温固相法成功合成出双钙钛矿结构SrGd1-xLiTeO6：xEu3+（x=0.1–1.0）红色荧光粉，并采用X-射线衍射、漫反射光谱、光致发光光谱、电致发光光谱等测试手段对粉体的结构、光致发光特性以及发光二极管器件的光色电特性进行了系统研究.激发光谱、发射光谱和荧光衰减曲线测试结果表明Eu3+的最佳掺杂浓度为x=0.6，更大的掺杂量会引起浓度猝灭.基于van Uitert浓度猝灭公式，提出一种更准确的表达形式用于拟合、分析能量传递类型，揭示出电偶极-电偶极作用导致浓度猝灭.Judd-Ofelt理论计算得出较高的跃迁强度参数和量子效率，说明高度畸变的非心C1晶体场促使高效的超灵敏跃迁红光发射.在423 K时积分发光强度达到室温时的85.2%，热激活能经计算为0.2941 eV.基于此样品的发光二极管能够发出明亮的红光.综上所述，该类荧光粉表现出良好的发光效率、色纯度以及发光热稳定性，是一种潜在的近紫外激发白光发光二极管用红色荧光粉.
2018, 67(24): 248501.
doi: 10.7498/aps.67.20181646
摘要:
氮化铌（NbN）纳米线是超导纳米线单光子探测器（SNSPD）常用的光敏材料，其光学性质是影响SNSPD性能的关键因素.本文结合实验数据和仿真结果，系统研究了多种NbN超导纳米线探测器器件结构的光学特性，表征了以下四种器件结构下的反射光谱以及透射光谱：1）双面热氧化硅衬底背面对光结构；2）双面SiN硅衬底背面对光结构；3）硅衬底上以金层+SiN缓冲层为反射镜的正面对光结构；4）以分布式布拉格反射镜（DBR）为衬底的正面对光结构.并在上述四种器件结构基础上，生长了不同厚度的NbN薄膜，观察不同厚度NbN薄膜的吸收效率.经分析，发现在不同器件结构下的最佳NbN厚度与光吸收率的关系如下：双面热氧化硅衬底上的NbN层在1606 nm处最大吸收率为91.7%，其余结构在最佳NbN厚度条件下吸收率都能达到99%以上.其中双面SiN的硅衬底结构中最大吸收率为99.3%，mAu+SiN为99.8%，DBR为99.9%.最后，将DBR器件实测结果与仿真结果进行了差异性分析.这些结果对高效率SNSPD设计与研制具有指导意义.
氮化铌（NbN）纳米线是超导纳米线单光子探测器（SNSPD）常用的光敏材料，其光学性质是影响SNSPD性能的关键因素.本文结合实验数据和仿真结果，系统研究了多种NbN超导纳米线探测器器件结构的光学特性，表征了以下四种器件结构下的反射光谱以及透射光谱：1）双面热氧化硅衬底背面对光结构；2）双面SiN硅衬底背面对光结构；3）硅衬底上以金层+SiN缓冲层为反射镜的正面对光结构；4）以分布式布拉格反射镜（DBR）为衬底的正面对光结构.并在上述四种器件结构基础上，生长了不同厚度的NbN薄膜，观察不同厚度NbN薄膜的吸收效率.经分析，发现在不同器件结构下的最佳NbN厚度与光吸收率的关系如下：双面热氧化硅衬底上的NbN层在1606 nm处最大吸收率为91.7%，其余结构在最佳NbN厚度条件下吸收率都能达到99%以上.其中双面SiN的硅衬底结构中最大吸收率为99.3%，mAu+SiN为99.8%，DBR为99.9%.最后，将DBR器件实测结果与仿真结果进行了差异性分析.这些结果对高效率SNSPD设计与研制具有指导意义.
2018, 67(24): 248101.
doi: 10.7498/aps.67.20181537
摘要:
利用微波等离子体化学气相沉积法，对单晶金刚石（100）晶面边缘进行精细切割抛光处理，形成偏离（100）晶面不同角度的倾斜面，在CH4/H2反应气体中进行同质外延生长，研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表明，边缘倾斜面角度对边缘的单晶外延生长质量有影响，随着单晶金刚石边缘倾斜面角度的增大，边缘多晶金刚石数量先减少后增多，在倾斜角3.8°时边缘呈现完整的单晶外延生长特性.分析认为，边缘不同角度的倾斜面会改变周围电场强度和等离子体密度，导致到达衬底表面的含碳前驱物发生改变，倾斜面台阶表面的含碳前驱物浓度低于能形成层状台阶生长的临界浓度是减弱单晶金刚石生长过程中边缘效应的主要原因.
利用微波等离子体化学气相沉积法，对单晶金刚石（100）晶面边缘进行精细切割抛光处理，形成偏离（100）晶面不同角度的倾斜面，在CH4/H2反应气体中进行同质外延生长，研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表明，边缘倾斜面角度对边缘的单晶外延生长质量有影响，随着单晶金刚石边缘倾斜面角度的增大，边缘多晶金刚石数量先减少后增多，在倾斜角3.8°时边缘呈现完整的单晶外延生长特性.分析认为，边缘不同角度的倾斜面会改变周围电场强度和等离子体密度，导致到达衬底表面的含碳前驱物发生改变，倾斜面台阶表面的含碳前驱物浓度低于能形成层状台阶生长的临界浓度是减弱单晶金刚石生长过程中边缘效应的主要原因.
2018, 67(24): 248201.
doi: 10.7498/aps.67.20181291
摘要:
本文采用Luo-Rudy相I模型研究如何通过调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌，提出了这样的钠电流调控方案：当细胞将被激发时启动钠电流调节，若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值，就让钠电流等于钠电流控制阈值，其他情况下则限制钠电流的绝对值不能高于一个给定的最大值；当膜电位上升超过-5 mV时，让钠电流自然演化.这种调节钠电流的方式保证了所有细胞几乎具有相同的钠电流幅值，从而使所有细胞具有相同的激发性，数值模拟结果表明，只要钠电流控制阈值达到一定临界值，就可以有效抑制螺旋波波头的旋转，导致螺旋波运动出系统边界而消失，以及时空混沌演化为螺旋波后消失，如果钠电流控制阈值足够大，螺旋波和时空混沌还可通过传导障碍而消失.这些结果能够为抗心律失常治疗提供新的思路.
本文采用Luo-Rudy相I模型研究如何通过调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌，提出了这样的钠电流调控方案：当细胞将被激发时启动钠电流调节，若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值，就让钠电流等于钠电流控制阈值，其他情况下则限制钠电流的绝对值不能高于一个给定的最大值；当膜电位上升超过-5 mV时，让钠电流自然演化.这种调节钠电流的方式保证了所有细胞几乎具有相同的钠电流幅值，从而使所有细胞具有相同的激发性，数值模拟结果表明，只要钠电流控制阈值达到一定临界值，就可以有效抑制螺旋波波头的旋转，导致螺旋波运动出系统边界而消失，以及时空混沌演化为螺旋波后消失，如果钠电流控制阈值足够大，螺旋波和时空混沌还可通过传导障碍而消失.这些结果能够为抗心律失常治疗提供新的思路.
2018, 67(24): 249201.
doi: 10.7498/aps.67.20181544
摘要:
基于大气物理学研究了水云云滴增长过程中的粒谱及散射特性.研究结果表明，凝结增长使粒谱半高宽和有效半径不断增加，碰并增长使粒谱出现多峰分布，有效半径增加.在凝结增长和碰并增长共同作用下，有效半径的平均增长速率为8 nm/s.凝结增长和碰并增长单独作用下，消光系数和散射系数随时间呈线性变化.在二者共同作用下，除3.2 mm波长外，消光系数和散射系数随时间呈指数增长；1.064，2.2，3.7，12和22 μm波长的不对称因子逐渐趋于稳定，200 μm的不对称因子呈指数增长，3.2 mm的不对称因子基本保持不变；1.064和2.2 μm波长的雷达比在20 sr附近波动，3.7 μm波长的雷达比呈大幅振荡.云滴增长过程中，水云在1.064，2.2和3.7 μm波长的单次散射反照率逐渐降低，在12 μm，22 μm，200 μm和3.2 mm波长的单次散射反照率逐渐增加，波长指数的绝对值逐渐减小.研究结果可为天气预报、地气辐射平衡研究和遥感数据校正提供重要的参考.
基于大气物理学研究了水云云滴增长过程中的粒谱及散射特性.研究结果表明，凝结增长使粒谱半高宽和有效半径不断增加，碰并增长使粒谱出现多峰分布，有效半径增加.在凝结增长和碰并增长共同作用下，有效半径的平均增长速率为8 nm/s.凝结增长和碰并增长单独作用下，消光系数和散射系数随时间呈线性变化.在二者共同作用下，除3.2 mm波长外，消光系数和散射系数随时间呈指数增长；1.064，2.2，3.7，12和22 μm波长的不对称因子逐渐趋于稳定，200 μm的不对称因子呈指数增长，3.2 mm的不对称因子基本保持不变；1.064和2.2 μm波长的雷达比在20 sr附近波动，3.7 μm波长的雷达比呈大幅振荡.云滴增长过程中，水云在1.064，2.2和3.7 μm波长的单次散射反照率逐渐降低，在12 μm，22 μm，200 μm和3.2 mm波长的单次散射反照率逐渐增加，波长指数的绝对值逐渐减小.研究结果可为天气预报、地气辐射平衡研究和遥感数据校正提供重要的参考.
2018, 67(24): 249202.
doi: 10.7498/aps.67.20181412
摘要:
作为云微物理过程测量的重要利器，机载云降水粒子成像仪在云降水物理与人工影响天气研究中具有重要的作用.从采样结果来看，机载云降水粒子成像仪所测粒子图像中含有大量的粒子图像仅是粒子的一部分而已，即部分状粒子.因其数量较多，对该类粒子所选处理方法不同，会引起测量结果的很大差异.本文介绍并分析了现有部分状粒子处理方法的优劣，通过对部分状粒子的再定义与粒子形状分类，提出了一个融合粒子形状识别技术、“粒径重构”和“中心在内”方法的新的部分状粒子处理方法；利用实测数据，对所提方法与现有方法进行了云微物理参量处理结果的对比，发现本文所提方法与“粒径重构”方法处理结果比较一致，能较好地克服“整体在内”与“中心在内”两种方法存在的缺陷；同时，在针柱状粒子占比较多情形下，本文所提方法要比“粒径重构”方法处理后的结果相对合理.因此本文所提方法对仪器所测粒子数据处理具有更好的适应性.
作为云微物理过程测量的重要利器，机载云降水粒子成像仪在云降水物理与人工影响天气研究中具有重要的作用.从采样结果来看，机载云降水粒子成像仪所测粒子图像中含有大量的粒子图像仅是粒子的一部分而已，即部分状粒子.因其数量较多，对该类粒子所选处理方法不同，会引起测量结果的很大差异.本文介绍并分析了现有部分状粒子处理方法的优劣，通过对部分状粒子的再定义与粒子形状分类，提出了一个融合粒子形状识别技术、“粒径重构”和“中心在内”方法的新的部分状粒子处理方法；利用实测数据，对所提方法与现有方法进行了云微物理参量处理结果的对比，发现本文所提方法与“粒径重构”方法处理结果比较一致，能较好地克服“整体在内”与“中心在内”两种方法存在的缺陷；同时，在针柱状粒子占比较多情形下，本文所提方法要比“粒径重构”方法处理后的结果相对合理.因此本文所提方法对仪器所测粒子数据处理具有更好的适应性.
2018, 67(24): 242901.
doi: 10.7498/aps.67.20181073
摘要:
252Cf同位素源具有标准的自发裂变中子能谱，但由于其半衰期较短，应用中常需要对源强进行标定修正.随着源年龄增加，来自源中250Cf和248Cm自发裂变的影响愈加凸显，不能简单按252Cf的衰变规律计算源中子发射率，而通过锰浴活化的间接测量方法周期较长，且在源强低于104 n/s时误差较大.最近，基于中子多重性计数的源强绝对测量算法已得到验证.本文进一步从点模型假设的测量方程出发，在将符合计数率与总中子计数率关联的基础上，分别对符合计数率随源位置、符合门宽的变化关系进行回归分析，提取变化过程的特征系数，建立了两种避规效率变化的252Cf中子发射率测量方法，并基于JCC-51型中子符合测量装置开展实验验证.结果表明：两种回归分析方法的测量值均与标称值的修正结果在2%的偏差范围内一致；反推求得装置中轴线上的探测效率也与基于MCNPX程序的蒙特卡罗模拟计算值相符.研究结果可为活度信息不明的252Cf源强标定及符合测量装置的效率刻度提供便携准确的实验方法.
252Cf同位素源具有标准的自发裂变中子能谱，但由于其半衰期较短，应用中常需要对源强进行标定修正.随着源年龄增加，来自源中250Cf和248Cm自发裂变的影响愈加凸显，不能简单按252Cf的衰变规律计算源中子发射率，而通过锰浴活化的间接测量方法周期较长，且在源强低于104 n/s时误差较大.最近，基于中子多重性计数的源强绝对测量算法已得到验证.本文进一步从点模型假设的测量方程出发，在将符合计数率与总中子计数率关联的基础上，分别对符合计数率随源位置、符合门宽的变化关系进行回归分析，提取变化过程的特征系数，建立了两种避规效率变化的252Cf中子发射率测量方法，并基于JCC-51型中子符合测量装置开展实验验证.结果表明：两种回归分析方法的测量值均与标称值的修正结果在2%的偏差范围内一致；反推求得装置中轴线上的探测效率也与基于MCNPX程序的蒙特卡罗模拟计算值相符.研究结果可为活度信息不明的252Cf源强标定及符合测量装置的效率刻度提供便携准确的实验方法.
2018, 67(24): 246101.
doi: 10.7498/aps.67.20180641
摘要:
采用分子动力学方法模拟了氮化硼纳米管在轴压和扭转复合荷载作用下的屈曲和后屈曲行为.在各加载比例下，给出了初始线性变形阶段和后屈曲阶段原子间相互作用力的变化，确定了屈曲临界荷载关系.通过对屈曲模态的细致研究，从微观变形机理上分析了纳米管对不同外荷载力学响应的差异.研究结果表明，扶手型和锯齿型纳米管均呈现出非线性的屈曲临界荷载关系，复合加载下的屈曲行为具有强烈的尺寸依赖性.温度升高将导致屈曲临界荷载的下降，且温度的影响随加载比例的变化而变化.无论在简单加载或复合加载中，同尺寸的碳纳米管均比氮化硼纳米管具有更强地抵抗屈曲荷载的能力.
采用分子动力学方法模拟了氮化硼纳米管在轴压和扭转复合荷载作用下的屈曲和后屈曲行为.在各加载比例下，给出了初始线性变形阶段和后屈曲阶段原子间相互作用力的变化，确定了屈曲临界荷载关系.通过对屈曲模态的细致研究，从微观变形机理上分析了纳米管对不同外荷载力学响应的差异.研究结果表明，扶手型和锯齿型纳米管均呈现出非线性的屈曲临界荷载关系，复合加载下的屈曲行为具有强烈的尺寸依赖性.温度升高将导致屈曲临界荷载的下降，且温度的影响随加载比例的变化而变化.无论在简单加载或复合加载中，同尺寸的碳纳米管均比氮化硼纳米管具有更强地抵抗屈曲荷载的能力.
2018, 67(24): 246801.
doi: 10.7498/aps.67.20181402
摘要:
为探究常态环境下氧空位对单根SnO2纳米线电输运性能的影响，采用化学气相沉积法合成了SnO2纳米线，通过光刻微加工技术构筑了Au/单根SnO2纳米线/Au二端纳米器件.将单根SnO2纳米器件进行氢化处理，测试其在空气与真空中的伏安特性曲线，发现单根SnO2纳米线在空气和真空环境中呈现异常不同的电输运特性：在空气中，加偏压注入电子会使通过纳米器件的电流减小，Au电极与SnO2纳米线之间的接触势垒增大；抽真空后，在偏压的影响下，通过纳米器件的电流增大，Au/SnO2交界面的接触方式由肖特基接触转变成欧姆接触.实验分析表明，影响单根SnO2纳米线电输运特性行为的因素与纳米线表面的氧原子吸附与脱吸附所引起的氧空位浓度的变化有关.为进一步分析氧空位浓度变化的作用，利用第一性原理计算方法计算了氧空位浓度对SnO2纳米线电输运性能的影响，通过分析体系的能带结构、态密度及Au/SnO2接触界面的I-V曲线和透射谱，发现随着氧空位浓度的增大，SnO2纳米线的带隙变小.同时，氧空位缺陷使Au/SnO2接触界面处电子透射率增大，体系电输运能力变强.该研究结果将为集成纳米功能器件的设计提供一种新思路.
为探究常态环境下氧空位对单根SnO2纳米线电输运性能的影响，采用化学气相沉积法合成了SnO2纳米线，通过光刻微加工技术构筑了Au/单根SnO2纳米线/Au二端纳米器件.将单根SnO2纳米器件进行氢化处理，测试其在空气与真空中的伏安特性曲线，发现单根SnO2纳米线在空气和真空环境中呈现异常不同的电输运特性：在空气中，加偏压注入电子会使通过纳米器件的电流减小，Au电极与SnO2纳米线之间的接触势垒增大；抽真空后，在偏压的影响下，通过纳米器件的电流增大，Au/SnO2交界面的接触方式由肖特基接触转变成欧姆接触.实验分析表明，影响单根SnO2纳米线电输运特性行为的因素与纳米线表面的氧原子吸附与脱吸附所引起的氧空位浓度的变化有关.为进一步分析氧空位浓度变化的作用，利用第一性原理计算方法计算了氧空位浓度对SnO2纳米线电输运性能的影响，通过分析体系的能带结构、态密度及Au/SnO2接触界面的I-V曲线和透射谱，发现随着氧空位浓度的增大，SnO2纳米线的带隙变小.同时，氧空位缺陷使Au/SnO2接触界面处电子透射率增大，体系电输运能力变强.该研究结果将为集成纳米功能器件的设计提供一种新思路.
