Vol. 57, No. 6 (2008)
2008年03月20日
总论
2008, 57 (6): 3299-3304.
doi: 10.7498/aps.57.3299
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研究了离散时空的Friedmann宇宙的几何结构，证明了形成Friedmann宇宙的尘埃物质并不分布在Friedmann时空点上，导出了在Friedmann宇宙中的试验粒子的测地运动方程，并揭示了Friedmann宇宙中的时钟和频移效应.
2008, 57 (6): 3305-3311.
doi: 10.7498/aps.57.3305
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通过引入耦合的Riccati方程组得到一个构造非线性微分-差分方程精确解的代数方法.作为实例，将该方法应用到了一般格子方程，相对论的Toda格子方程和(2+1)维Toda格子方程.借助符号计算软件Mathematica，获得了这些方程的扭结型孤波解和复数解.该方法也适合求解其他非线性微分-差分方程的精确解.
2008, 57 (6): 3312-3318.
doi: 10.7498/aps.57.3312
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应用修正影射法分别求解三类非线性演化方程，即非线性Klein-Gordon方程，mKdV方程和广义Boussinesq方程，得到了一些新的Jacobi椭圆函数展开解，包括Jacobi椭圆函数解、混合Jacobi椭圆函数解、孤子解和三角函数解.
2008, 57 (6): 3319-3323.
doi: 10.7498/aps.57.3319
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提出了一种严格求解任意自旋-s算子幺正演化矩阵的方法，该方法不同于群论的方法和直接计算的方法，是一种间接的算法.方法的核心是利用两个系统表示的等价性：即自旋-s算子Hamiltonian量Hs=Sx与Heisenberg XX开链带相互作用Jn=n(N-n)的Hamiltonian量的等价性，由于存在这种等价性，自旋-s算子幺正演化矩阵的计算可通过Heisenberg XX开链中态的演化来实现.采用该方法计算了s=3/2,s=2和s=5/2时对应的幺正演化矩阵.由于初始态|sm〉在算子e-itSx下的演化实质上相当于对态|sm〉进行一个绕x轴转角为β＝t的转动，演化矩阵元dsm'm(t)=〈sm′|e-itSx|sm〉就是转动后的态e-itSx|sm〉在|sm′〉态上的投影值，所以在t＝π时刻的演化矩阵刚好对应Heisenberg XX开链上量子态的理想传输.
2008, 57 (6): 3324-3327.
doi: 10.7498/aps.57.3324
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在一个抛物量子点中，以激子的真空态和基态作为量子比特(qubit)，采用求密度矩阵元的方法，计算了由形变势下声学声子引发的激子量子比特纯退相干.找到了激子量子比特纯退相干因子对时间、温度和量子点受限长度的依赖关系.研究发现,激子量子比特的退相干因子在2.5ps的时间范围内随时间的增加而迅速增加，其纯退相干时间在ps量级；在温度即使为绝对温度0K时由LA声子引发的退相干依然存在，在温度大于3K后退相干因子随温度的增大而开始迅速增大；并同时发现量子点受限长度对退相干因子有重要影响，激子越受限退相干越快.研究结果表明,对激子量子比特使用适当大小量子点，且保持环境低温，并采用低能超快光学操作可以有效地抑制声子对激子量子比特纯退相干的影响.
2008, 57 (6): 3328-3332.
doi: 10.7498/aps.57.3328
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避开了求解黑洞背景下波动方程的因难,应用量子统计方法,通过应用在量子引力中、由广义测不准关系得出的新态密度方程,直接求解轴对称Kerr黑洞背景下玻色场和费米场的配分函数.然后,在视界附近计算黑洞背景下玻色场和费米场的熵.得到用收敛级数表达的黑洞熵.在计算中不存在用brick wall模型计算黑洞熵时出现的发散项和小质量近似,使人们对非球对称时空中黑洞的统计熵有更深入的认识.
2008, 57 (6): 3333-3336.
doi: 10.7498/aps.57.3333
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用线性化近似的方法研究了噪声间关联程度λ受时间周期性调制的单模激光增益模型的光强功率谱及信噪比.具体讨论信噪比R受加法噪声强度D，乘法噪声强度Q及噪声间关联程度λ的影响，以及受周期调制频率Ωλ，输入信号频率Ω的影响.发现了一些新颖的现象.
2008, 57 (6): 3337-3341.
doi: 10.7498/aps.57.3337
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提出一种基于平移变换的多涡卷混沌系统构造方法.首先选取合适的不稳定线性系统，利用一系列相互平行的分界面对相空间进行划分，然后通过对该线性系统进行平移变换，使新系统作用于相应的空间区域，最后利用基于符号函数的非线性函数来统一表示整个系统.根据该方法可以构造具有任意奇数个涡卷的新型混沌系统，同时也可以对某些现有混沌系统进行改进，使之成为多涡卷系统.数值仿真结果验证了该方法的可行性.
2008, 57 (6): 3342-3352.
doi: 10.7498/aps.57.3342
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引入外激和参激两种不同形式的谐和共振激励，探讨了一类约瑟夫森结(Josephson junction)系统的混沌控制问题.利用Melnikov方法研究了异宿混沌的生成和抑制，得到了在一定的控制激励振幅范围内，能确保异宿混沌被控制住，而且推导出控制激励与系统的激励两者之间的相位差和两者频率之间的共振阶数应满足的关系式.从定性的角度说明相位差在异宿混沌的控制中确实有着至关重要的影响，而且，数值方法的研究表明可通过调节相位来控制非自治系统中的稳态混沌.通过分析、比较外激和参激两种不同的共振激励对约瑟夫森结系统的异宿混沌的控制效果，得到对于较小的共振频率，宜采用参激激励，而对于较大的共振频率，宜采用外激激励.
2008, 57 (6): 3353-3358.
doi: 10.7498/aps.57.3353
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提出了一种对微弱周期信号的定量检测方法.分析混沌振子系统在大尺度周期状态下的相对稳定输出时，发现了混沌振子系统输出周期解的平均面积是一个比较稳定的几何特征量.该几何特征量与待测信号幅值之间存在比较稳定的单调递增关系.在一定的参数条件下，几何特征量精度可达到10-6V2.利用混沌系统对随机噪声信号的免疫性和对微弱周期信号的敏感性，进一步建立了微弱周期信号的定量检测方法.仿真实验表明，随着待检测幅度的增加，在保证检测精度的同时，抗噪性能也随之增强.
2008, 57 (6): 3359-3366.
doi: 10.7498/aps.57.3359
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采用相空间直接观察法和行为复杂性算法，系统地分析了新型TD-ERCS离散混沌系统产生的伪随机序列的复杂性，得出了其复杂性变化规律.在Kolmogorov复杂性基础上，应用经典的Limpel-Ziv算法，ApEn算法和PE算法，从一维时间序列到多维相空间重构两方面计算了TD-ERCS离散混沌伪随机序列的复杂度大小.计算结果表明，TD-ERCS系统的行为复杂性高，而且该系统的复杂性大小随系统参数改变的变化范围小，是一个复杂性非常稳定的全域性离散混沌系统，其产生的混沌伪随机序列适合于信息加密或扩频通信.
2008, 57 (6): 3367-3373.
doi: 10.7498/aps.57.3367
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基于李雅普诺夫直接法和Sylvester准则，推导出外激励参数失配的受迫振动系统达到有误差界的同步的几种代数判据. 根据代数不等式，求得同步误差界的估计值. 通过控制同步误差界估计值，可以把实际的同步误差界值控制到小于预先给定的同步精确度. Duffing-Van der Pol受迫振动系统作为数值算例进一步验证了该方法是有效的.
2008, 57 (6): 3374-3379.
doi: 10.7498/aps.57.3374
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提出了一种新的四阶Colpitts混沌振荡器.理论设计与电路实验表明，在三阶Colpitts混沌振荡器中的电感两端并联一个电容器C3，可构建出一种四阶Colpitts混沌振荡器.当C3的取值变化时，电路的谐振频率随之改变，从而使该振荡器经过倍周期分岔进入混沌状态.对四阶Colpitts混沌振荡器的平衡点、分岔和李氏指数等基本动力学问题进行了分析.最后通过数值仿真和电路实验证实了这一方法的可行性.
2008, 57 (6): 3380-3384.
doi: 10.7498/aps.57.3380
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根据实际生物神经网络具有小世界连接和神经元之间的连接强度随时间变化的特点，首先构造了一个以Hodgkin-Huxley方程为节点动力学模型的动态变权小世界生物神经网络模型，然后研究了该模型神经元的兴奋特性、权值变化特点和不同的学习系数对神经元的兴奋统计特性的影响.最有意义的结果是，在同样的网络结构、网络参数及外部刺激信号的条件下，学习系数b存在一个最优值b*，使生物神经网络的兴奋度在b=b*时达到最大.
2008, 57 (6): 3385-3390.
doi: 10.7498/aps.57.3385
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提出一种基于改进遗传算法进化小波神经网络用于机器人腕力传感器动态建模的新方法，介绍了该算法原理.该方法利用腕力传感器的动态标定数据，用改进的遗传算法来优化小波神经网络结构和参数，建立腕力传感器的动态模型.结果表明，采用遗传小波神经网络进行腕力传感器动态建模，能克服误差反向传播算法存在易陷入局部极小点的缺点，网络的复杂度、收敛性和泛化能力得到了好的综合，建模的速度和精度得到提高.
2008, 57 (6): 3391-3396.
doi: 10.7498/aps.57.3391
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考虑纳米碳管与基体之间的热损失，采用四焊盘-3ω法测量了室温下基体表面不同长度单根单壁碳纳米管(SWNT)的导热系数.SWNT的导热系数在测试长度范围(05—7μm)内随长度的增大而增大，增加的幅度逐渐减小.考虑二阶3-声子过程的影响，采用改进的WV模型预测了SWNT导热系数随长度的变化规律.理论预测的声子平均自由程～175nm.导热系数的测量结果与室温下不同长度SWNT的实验结果相吻合.理论预测结果与实验结果均说明SWNT导热系数随长度变化具有尺度效应.
2008, 57 (6): 3397-3401.
doi: 10.7498/aps.57.3397
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金刚石压砧的几何结构使得在高压下封垫内的样品通常处于单轴应力场中：压砧轴向加载应力最大，径向应力最小.由于金刚石压砧内非静水压单轴应力场的影响，用传统的高压原位X射线衍射方法测得的物质压缩曲线一般位于理想静水压压缩曲线之上.利用金刚石压砧径向X射线衍射技术以及晶格应变理论，结合最近的钨、金刚石和硼六氧样品的高压原位同步辐射径向X射线衍射实验结果，从宏观差应力、样品强度、标压物质和待测物质强度的关系三个方面分析讨论了金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响及解决方案.
基本粒子物理学与场
2008, 57 (6): 3402-3409.
doi: 10.7498/aps.57.3402
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通过积分变换理论上求解了光学薄膜样品在脉冲或方波调制激励光作用下的热传导方程和热弹方程，从而获得了样品在瞬态和稳态情况下对应的温度场和形变场.为验证所求解，将理论解析解的计算机模拟结果与有限元的分析结果在时域和空间域进行了比较，两结果获得了较好的一致性；同时讨论了温度，热变形随激励光的调制频率、光斑半径等参数的变化.讨论了此模型在测量光学薄膜样品吸收损耗和表面热变形中的应用.
核物理学
2008, 57 (6): 3410-3418.
doi: 10.7498/aps.57.3410
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X射线折射衬度CT是一种基于相位衬度的断层成像技术，特别适合对由轻元素组成的生物、医学样品进行成像，可以观察到常规吸收衬度CT无法观察到的软组织内部微细结构，是一种具有巨大发展潜力的新成像方法.迭代重建算法和解析重建算法是计算机断层成像技术中并行发展的两种算法，虽然已经提出了几种X射线折射衬度CT的解析重建算法，可是还未见X射线折射衬度CT迭代重建算法的报道.研究了代数迭代重建算法在X射线折射衬度CT中的应用，比较分析了不同的投影数据排列方式对于折射衬度CT重建图像的影响，并对实验数据进行了图像重建，获得了满意的CT图像.研究结果表明，在相位衬度CT中，迭代重建算法相对于解析重建算法而言，能减少投影次数，降低曝光剂量，减少对生物样品的辐射损伤，在生物样品成像和投影数据不完整的情况下具有明显的优势.
原子和分子物理学
2008, 57 (6): 3419-3424.
doi: 10.7498/aps.57.3419
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用密度泛函理论B3LYP方法计算研究AuZn和AuAl分子基态与低激发态的结构与势能函数，导出分子的光谱数据.结果表明，AuZn和AuAl分子基态分别为X2Σ和X1Σ，基态与低激发态的势能函数均可用Murrell-Sorbie函数来表达.AuZn分子低激发态a4Σ的绝热激发能为43529kJ/mol，AuAl分子低激发态a3Σ的绝热激发能为19991kJ/mol.计算固体AuZn和AuAl的内能和熵时，近似以气体分子的电子能和振动能代替固体分子的内能，用电子熵和振动熵代替固体分子的熵.在此近似下，计算得到AuZn和AuAl基态与低激发态固态分子生成反应热力学性质与温度的关系.
2008, 57 (6): 3425-3428.
doi: 10.7498/aps.57.3425
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运用钯元素空心阴极灯和高分辨率光栅单色仪测量了钯原子4d96s和4d95d组态的7个偶宇称能级的发射光谱，确定了这些能级向4d95p组态能级跃迁产生的15条谱线的跃迁分支比.本文大部分结果是对文献中钯元素原子相关光谱参数的重要修正.
2008, 57 (6): 3429-3434.
doi: 10.7498/aps.57.3429
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利用太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy，简称THz-TDS)技术研究了次黄嘌呤及其核苷在03—16THz波段的光谱特性.结果显示THz波对该碱基及核苷的结构变化有灵敏响应，其中次黄嘌呤在该波段无特征吸收，而其核苷在14THz处有强的指纹特征吸收峰，根据Hartree-Fock模拟计算提示该低频振动来源于嘌呤环与戊糖环的扭摆振动.定量研究的结果表明，在一定浓度范围内所测化合物THz吸收强度与浓度呈线性关系，符合朗伯-比尔定律.利用THz谱成分分析法对次黄嘌呤及其核苷的混合物进行了定量解析，获得了混合物中各成分的含量，相对误差不超过7%，并就误差产生的原因做了简要分析.
2008, 57 (6): 3435-3439.
doi: 10.7498/aps.57.3435
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利用线性稳定性分析的方法，对光晶格中双组分偶极玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates，简称BECs)的调制不稳定性进行了研究.得到了光晶格中双组分偶极BECs原子系统调制不稳定性区域的分布与在位相互作用和由偶极-偶极相互作用所导致的格点间BECs相互作用之间的关系.结果显示，格点间BECs的相互作用对光晶格中双组分偶极BECs的调制不稳定性有较大的影响，这可为实际应用中如何操控双组分偶极BECs提供有用的信息.
2008, 57 (6): 3440-3445.
doi: 10.7498/aps.57.3440
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在直接计算分子配分函数的基础上，将无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数，计算了渐近非对称陀螺分子H122C16O 100000-000000跃迁在中等温度和高温下的线强度. 计算结果在500K时与HITRAN数据库的结果吻合相当好.在温度高达3000K时与HITRAN数据库的结果仍符合较好，表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的.在此基础上，进一步计算了渐近非对称陀螺分子H122C16O 100000-000000跃迁带在极端高温4000和5000K的线强度并报道其模拟光谱.计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值.
2008, 57 (6): 3446-3451.
doi: 10.7498/aps.57.3446
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利用非线性最小二乘法拟合在CCSD(T)/aug-cc-pVQZ理论水平下计算的相互作用能，得到了基态Ne-HF体系相互作用势的解析表达式.基于拟合的CCSD(T)势，通过密耦计算得到了入射能量分别为60，75，100和150meV 时，Ne-HF散射的微分截面和分波截面，详细讨论了散射截面随能量的变化趋势以及态-态激发截面对总非弹性散射截面的影响.
2008, 57 (6): 3452-3457.
doi: 10.7498/aps.57.3452
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用公认精确度较高的密耦近似方法计算了入射能量E=05eV时惰性气体原子3He(4He)与H2分子替代碰撞体系的转动激发碰撞截面.通过分析3He(4He)-H2碰撞体系分波截面和微分截面的差异，总结出在氦原子的同位素替代情形下3He(4He)-H2碰撞体系分波截面和微分截面随分波数增加和同位素原子质量改变的变化规律.
2008, 57 (6): 3458-3463.
doi: 10.7498/aps.57.3458
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利用DS3C模型研究了非共面几何(垂直平面与垂直动量转移平面)条件下，散射电子的散射角θ1取不同固定值时，102eV的电子碰撞He原子单电离反应过程的完全微分截面(FDCS)，将其计算结果与3C，CCC等理论模型及实验数据进行了比较.结果表明DS3C模型能够较好地定性描述非共面几何(垂直平面与垂直动量转移平面)条件下的碰撞结果，说明对于非共面几何条件下的碰撞过程，出射道三粒子间的动力学关联效应是比较强的.
唯象论的经典领域
2008, 57 (6): 3464-3472.
doi: 10.7498/aps.57.3464
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基于二维线性海面模型及粗糙面电磁散射的一阶小斜率近似公式，研究了海面回波各阶多普勒谱的频移特性，得到了多普勒谱频移所对应的理论公式，与经典多普勒频移公式相比考虑到了风速、大尺度波浪轨道运动等因素对多普勒谱频移的影响；同时根据粗糙面的双尺度模型，基于多普勒谱频移的物理机理，给出了求解散射场多普勒谱展宽的理论公式.最后将理论公式计算所得结果与模拟结果及实测数据进行了比较，讨论了风速、入射波频率及入射角等因素对多普勒频移及多普勒谱展宽的影响.通过比较可以发现，给出的理论公式可以对多普勒谱频移和展宽进行一定程度的预测.
2008, 57 (6): 3473-3480.
doi: 10.7498/aps.57.3473
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利用基于电流计算的矩量法结合高频算法基尔霍夫近似的混合算法，分析了一维PM谱粗糙海面及其上方二维无限长任意截面导体目标的双站复合电磁散射特性.混合算法将粗糙面和目标分别划分到KA区域和MOM区域，由于无需数值求解粗糙海面区域的表面极化电流，该算法的运算时间和对计算机内存的需求主要取决于粗糙面上方目标的网格划分情况.数值结果以无限长导体圆柱为例计算了其与一维下垫PM谱粗糙海面的复合双站散射截面，并将计算结果与经典MOM结果进行了比对和验证，结果表明混合方法具有较高的计算效率.最后应用混合方法讨论了不同极化状态、海上不同风速以及目标不同尺寸和位置对复合散射截面的影响.
2008, 57 (6): 3481-3485.
doi: 10.7498/aps.57.3481
摘要 +
提出非傍轴矢量光束衍射严格的电磁场理论，并以非傍轴矢量高斯光束的单缝衍射为例加以说明.与基于矢量瑞利-索末菲衍射积分推出的解析结果做了数值计算比较，表明了二者的一致性.对理论的进一步推广做了简要讨论.
2008, 57 (6): 3486-3493.
doi: 10.7498/aps.57.3486
摘要 +
基于衍射光栅完全电导率积分理论，通过变换光栅方程给出了任意衍射级次Littrow设置下衍射波矢的镜像方程，用此方程和幂级数性质简化了代表核函数的无穷级数，提出将其表示为一个对称性级数与一个等比级数之和的方法.通过与未做简化的积分法比较，从数值计算角度指出了此方法具有缩短计算时间和提高收敛性的特性.推广结果表明，在偏Litrrow设置下仍然可以通过幂级数性质提高收敛性.
2008, 57 (6): 3494-3498.
doi: 10.7498/aps.57.3494
摘要 +
运用光束传输的二阶矩理论，对洛伦兹光束的传输特性进行了研究，给出了束腰、横向发散角和光束传输因子的表达式.横向束腰仅取决于对应方向上的光束参数；而横向发散角和光束传输因子却取决于两横向上的光束参数.给出了光束传输因子随两横向光束参数的变化关系曲线.结果表明，两横向上的光束传输因子随两光束参数的变化规律是不相同的，而整体的光束传输因子随两光束参数的变化是前两者的综合体现；但在傍轴情形下，光束传输因子趋向于常数141，因此，对于相同束腰，其傍轴条件下的发散性为对应高斯光束的141倍.所以，洛伦兹光束适合用于描述某些发散程度较大的激光光源.
2008, 57 (6): 3499-3505.
doi: 10.7498/aps.57.3499
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阐述了自行研制的新型偏振干涉成像光谱仪中重要偏光器件格兰-泰勒棱镜的分光机理，应用光线追迹法分析计算了光在格兰-泰勒棱镜中的传播规律与光线轨迹；推导出了任意角度入射时光线在棱镜中的传播方向及出射点坐标；给出了格兰-泰勒棱镜的像点位移和色差理论计算公式.该研究对晶体器件像质的分析计算及评价具有普遍的指导意义，为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及偏振干涉成像光谱仪的研制提供了重要的理论依据.
2008, 57 (6): 3506-3513.
doi: 10.7498/aps.57.3506
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用全矢量的三维有限差分时域(finite-difference time-domain，简称FDTD)方法，研究了正方形单元结构金属光子晶体平板的增强传输效应以及局域性表面等离子体共振现象.这种增强效应来自于两个不同的等离子体共振机制：由长方形空气孔形成的局域波导共振以及由周期性结构引起的光子晶体共振效应.对于由长方形空气孔形成的局域波导共振模式，其等离子体波全部局域在整个长方形空气孔区域中.而由周期性引起的共振模式，其频率随着金属平板表面周期性的变化而变化，相应的等离子体波分布在长方形空气孔区域的两端.产生的表面等离子体都局域在长方形空气孔区域中，电场强度得到了显著的增强.
2008, 57 (6): 3514-3518.
doi: 10.7498/aps.57.3514
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采用两对光纤构成的非平衡Mach-Zehnder干涉仪，对非简并光学参量振荡腔产生的20mW频率非简并孪生光束间的强度差与位相和的关联噪声进行测量，在分析频率为2MHz处测得关联噪声分别低于散粒噪声基准31和13dB，从实验上证实了在较低分析频率处孪生光束之间有较高量子纠缠.
2008, 57 (6): 3519-3524.
doi: 10.7498/aps.57.3519
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研究了激光二极管端面抽运Tm，Ho∶YLF连续激光器的输出特性，并对激光器的参数进行了优化.在考虑能量传递上转换的前提下，通过准三能级速率方程推导出了连续抽运Tm，Ho∶YLF激光器输出功率与抽运功率关系的表达式.对激光晶体的粒子掺杂浓度、晶体长度、激光束腰半径与抽运光束腰半径比值以及输出镜透过率等激光器参数进行了优化.实验上得到了激光输出功率随抽运功率的变化关系，并将其与理论结果进行了比较，发现比较吻合，从而验证了理论模型的合理性.
2008, 57 (6): 3525-3530.
doi: 10.7498/aps.57.3525
摘要 +
报道了半导体激光器端面抽运不同结构的声光调Q的双包层光纤激光器的脉冲输出特性. 对前向、后向不同抽运方式的掺镱调Q双包层光纤激光器在输出平均功率，调Q脉冲宽度及脉冲稳定性进行了对比及讨论；其中后向抽运的光纤激光器，在10kHz重复频率调制下，获得了斜效率为60％的平均功率输出，其脉冲宽度为52ns，单脉冲能量为03mJ. 最后利用不同抽运方式下的速率方程，理论分析调Q脉冲的特性，分析结果与实验相符.
2008, 57 (6): 3531-3537.
doi: 10.7498/aps.57.3531
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依据导电介质的稳态电场理论建立了一种对增益导波型垂直腔半导体激光器注入电流矢量分析的三维解析模型. 计算研究了电流密度空间分布及其与顶面电注入环参量之间的相互关联性. 结果显示在两极之间存在一个载流子径向分布中心极大的区域. 由于激光功率与注入电流之间存在线性关系，因此，要使器件能够获得基模或中心均匀的光强输出以及尽可能低的阈值，应使激光有源层与载流子均匀分布的临界层重合. 计算结果对顶发射与底发射结构以及不同环参数下的载流子分布情况及对近场模式形成的影响进行了分析和讨论.
2008, 57 (6): 3538-3542.
doi: 10.7498/aps.57.3538
摘要 +
在Y形四能级原子系统中，分析了自发产生相干对探测场的色散和吸收影响. 结果发现，随着自发产生相干的增强，系统呈现的电磁感应透明窗口逐渐变窄，并在共振处出现反常色散，吸收从负值变为正值. 同时，当抽运场和耦合场的相对强度不同时，共振处附近吸收为零或出现增益，而两场强相等或接近时，系统对探测场表现为吸收.
2008, 57 (6): 3543-3546.
doi: 10.7498/aps.57.3543
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在传统的独立双池结构的受激布里渊相位共轭镜中，引入修整放大池，采用主放大池与修整放大池相结合的双布里渊放大池结构控制脉冲波形，主放大池控制脉冲的整体波形，而修整放大池对脉冲波形进行微调. 研究了抽运光功率密度对双布里渊放大池放大控制脉冲波形的影响，得到了不同抽运光功率密度下，脉冲波形随双池间距的变化规律. 研究表明，抽运光功率密度决定了种子光的放大效率，是控制脉冲波形的重要参数.
2008, 57 (6): 3547-3552.
doi: 10.7498/aps.57.3547
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从理论上分析了具有不同Glass常数的背景光在晶体折射率空间分布相对变化中的作用，得到了折射率改变为负的晶体中形成亮、暗光伏孤子的条件. 以此为基础，用532nm的e光作信号光、488nm的o光作背景光并不断变化背景光和信号光的功率，首次在实验上观察到了LiNbO3∶Fe晶体中亮光伏孤子的形成.
2008, 57 (6): 3553-3561.
doi: 10.7498/aps.57.3553
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利用变分法研究了(2+1)维圆对称双曲正割光束在弱非局域非线性介质中的传输，得到了描述光束束宽、相位、波前曲率、振幅演化的一组微分方程，并得到了光束做孤子传输的临界功率；通过稳定性分析给出了弱非局域情形非局域效应对光束传输的稳定作用的定量描述，从而自洽地阐述了由不稳定的(2+1)维克尔孤子到稳定的(2+1)维弱非局域孤子的过渡情形. 数值模拟的结果验证了变分计算结果的正确性，并说明圆对称的双曲正割函数是(2+1)维弱非局域空间孤子的很好的近似.
2008, 57 (6): 3562-3570.
doi: 10.7498/aps.57.3562
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针对光子晶体在行波管中的应用，对有限开敞介质光子晶体的模式和带结构进行了分析和计算. 分析表明，有限开敞介质光子晶体中所能存在的模式包括EH和HE混合模式，如果是二维光子晶体，还存在E模式，E1模式即为无限光子晶体中的E极化. 计算表明，被用作行波管慢波电路的光子晶体可以不必拥有完全带隙，而只需要具有带间隙即可.
2008, 57 (6): 3571-3577.
doi: 10.7498/aps.57.3571
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通过把负磁导率材料SRR阵列置于高性能电流变液中，研究了电极加载方式、电流变液浓度、电流变液类型以及电场强度等因素对浸入电流变液中的SRR阵列谐振频率的影响. 实验表明，电极加载方式对SRR阵列的磁响应有重要的影响；在容器盒中充满电流变液之后SRR阵列的谐振频率往低频发生了移动，并且可以通过改变外加电场强度来调节，最大的调节范围为130MHz. 数值计算结果表明SRR阵列的有效磁导率在谐振频率附近为负值，并且有效磁导率为负的频率范围也可以通过改变外加电场强度来调节.
编辑推荐
2008, 57 (6): 3578-3582.
doi: 10.7498/aps.57.3578
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系统研究了负μ材料(MNG)作为包层的对称三层平板波导的传输特性. 研究发现，这种波导既支持快波的传播，又支持TE0，TE1模式的慢波传输. 其模式特性不同于左手介质波导和传统介质波导，导模存在的模折射率范围要比它们的大. MNG波导的TE0快波模缺失，且TEm模(m>1)的传播常数大于TMm模的传播常数. TEm模具有双模特征，且与波导的结构参数密切相关，导致波导中的净能流出现负值.
2008, 57 (6): 3583-3587.
doi: 10.7498/aps.57.3583
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用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙. 用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱，得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系，并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图，与实验结果具有较好的一致性.
2008, 57 (6): 3588-3592.
doi: 10.7498/aps.57.3588
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相互注入锁定是相干合成技术中最具发展前景的方案之一. 在两个光纤激光器相互注入锁定的基础上，利用可调节光纤光栅改变其中一个激光器的中心谱线和利用不同的分束器改变两个激光器间的耦合系数，同时监测两个激光器的远场光斑和谱线，判断激光器谱线和耦合系数对相互注入锁定的影响. 通过理论和实验得到：提高耦合系数可以提高锁定的频率差；两个激光器的谱线越接近锁定的效果越好，当激光器的谱线超过一定范围时，两个激光器将不能被锁定.
2008, 57 (6): 3593-3599.
doi: 10.7498/aps.57.3593
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实验研究了未掺杂和低浓度掺锡和掺磷的As2S8薄膜波导的光阻断效应，提供了三种样品的光阻断响应曲线、室温退激实验数据和光谱测试数据. 结果表明，掺锡样品可以明显提升毫秒级响应的快过程恢复作用，同时还具有减少残留传输损耗的效果，掺磷的效果则相反. 结合实验结果给出了分析讨论.
2008, 57 (6): 3600-3606.
doi: 10.7498/aps.57.3600
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利用高斯定理分析了二氧化硅层中存在电荷时，光栅光调制器中的空间电场分布，得到了光栅光调制器在介质层存贮电荷影响下的静电力公式. 分析了调制器中二氧化硅介质的充电和放电机理，得到了光栅的位移随介质充放电的变化关系. 通过分析指出当驱动电压的周期和介质的充放电时间常数相近的时候，介质层中存贮的电荷会使得可动光栅被下拉后发生缓慢的回跳. 电压被撤消后，光栅会受到存贮电荷所产生电场的作用而被下拉. 当驱动电压的周期远小于介质的充放电时间常数的时候，随着存贮电荷的增加，光栅在有外加电场时被下拉的距离和外加电场为零时被下拉的距离逐渐相等，光调制器输出光的光强变化逐渐减弱，当存贮电荷产生的电场为外加电场的一半时，器件完全失效. 通过实验对理论分析的结果进行了验证，实验结果和理论分析一致. 文章最后提出了一种消除介质层所存贮的电荷的方法，通过实验证明了这种方法的可行性.
2008, 57 (6): 3607-3612.
doi: 10.7498/aps.57.3607
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讨论了由45°非互易模变换器与45°互易模变换器构成波导型光隔离器时两者之间须满足的条件，并由此设计了一种新型的相位自补偿磁光隔离器. 利用全矢量有限差分光束传输法对隔离器进行仿真，得到了插入损耗为-12dB，隔离度为-34dB的结果.
2008, 57 (6): 3613-3619.
doi: 10.7498/aps.57.3613
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开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究，利用射线近似方法，得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式，对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式，对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论，发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果.
2008, 57 (6): 3620-3624.
doi: 10.7498/aps.57.3620
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提出了一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体模型. 对弹性波通过该一维准周期结构声子晶体的透射系数进行数值计算，并与周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体的透射系数进行比较. 结果表明，利用一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体可获得比周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体更大的带隙范围，同时在带隙内有更丰富的局域模式存在. 对局域模性质的研究有助于声波或弹性波滤波器的制作.
2008, 57 (6): 3625-3628.
doi: 10.7498/aps.57.3625
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根据Schaaffs的声速-碰撞因子理论，推导了碰撞因子温度系数表达式，碰撞因子温度系数与声速温度系数和体积膨胀系数相联系. 结合Raom公式进一步给出了碰撞因子温度系数与体积膨胀系数、碰撞因子温度系数与声速温度系数之间的关系，参考Soczkiewicz的研究数据，对碰撞因子温度系数表达式给予了验证. 在此基础上，提出了克分子碰撞因子的概念和数学表达式，与克分子声速和克分子压缩系数类似，克分子碰撞因子也为一与温度无关的常数.
2008, 57 (6): 3629-3635.
doi: 10.7498/aps.57.3629
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光干涉原理和Mie理论计算结果表明，单泡声致发光中气泡前向Mie散射的振荡信号，主要是由于气泡的透射光束和表面反射光束之间光干涉产生的. 这些干涉波峰形成了测量气泡半径的空间标尺，标尺的单位长度δR由散射角θ，检测光波波长和流体光折射率确定，而每个波峰就是标尺的刻线，它们与该时刻的气泡半径大小一一对应. 在30°—50°散射角范围内，利用前向Mie散射实验测定了单泡声致发光中气泡的最大半径，R(t)曲线及平衡半径，表明前向Mie散射是一种便捷的测定气泡运动特性的有效方法.
2008, 57 (6): 3636-3640.
doi: 10.7498/aps.57.3636
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首先用离散元方法研究了颗粒系统在各向同性挤压和纯剪切状态下粒子间力的分布情况，并与相同条件下的实验结果进行对比. 然后模拟了带有不同数目点缺陷的二维颗粒系统在各向同性挤压和纯剪切时粒子间力的分布情况，并与无缺陷的情况做了比较，发现了点缺陷对颗粒系统的影响规律.
流体、等离子体和放电
2008, 57 (6): 3641-3645.
doi: 10.7498/aps.57.3641
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将四针状纳米ZnO作为吸收剂、环氧树脂为粘结剂制备成吸波涂层，分析了吸波涂层中的四针状纳米氧化锌含量及涂层厚度对吸波性能的影响，当涂层厚度为15mm时，吸收主要集中在15—18GHz波段；当涂层厚度增加到35mm后，样品的吸波性能提高明显，特别在6—11GHz之间的吸波性能提高显著，样品反射率小于-5dB的频率宽度达到136GHz(44—18GHz)，其吸波性能相比较微米级ZnO有显著提高. 最后对四针状纳米氧化锌的吸波机理进行了讨论. 所研究的涂层在电磁波屏蔽方面具有较大的应用价值.
2008, 57 (6): 3646-3652.
doi: 10.7498/aps.57.3646
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通过数值求解一维非线性薛定谔方程，研究了圆偏振入射激光脉冲在初始密度范围为1/4到略低于1倍临界密度的等离子体中的自压缩和分裂现象. 提高等离子体密度和入射激光强度以及减小脉冲宽度可以在更短的传输距离获得有效的激光脉冲压缩，压缩后的脉冲半高宽度可达到初始脉冲半高宽度的1/35，甚至更小. 这种压缩是激光脉冲在等离子体中形成高阶孤子的过程中产生的，可以获得比在稀薄等离子体中更好的压缩比例. 数值计算的结果给出了该情况下激光脉冲在等离子体中自压缩后形成的高阶孤子分裂. 利用一维粒子数值模拟程序(particle-in-cell，PIC)也观察到了脉冲的压缩和分裂现象，得到了与数值计算一致的结果.
凝聚物质：结构、热学和力学性质
2008, 57 (6): 3653-3660.
doi: 10.7498/aps.57.3653
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采用分子动力学方法对六种不同冷却速率对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变的影响进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)、平均配位数等方法对凝固过程中微观团簇结构的演变进行了分析.结果表明：系统存在一个形成非晶态或晶态结构的临界冷速(介于5×1012与1×1012之间)，大于这个临界冷速时，系统将形成以1551，1541和1431键型为主的非晶态结构；当小于这个临界冷速时，系统将先形成以1441和1661键型或以bcc基本原子团(14 6 0 8 0 0)为主的晶态结构，并稳定存在一段时间，然后又迅速转变为以1421和1422键型为主或以fcc基本原子团(12 0 0 0 12 0)和hcp基本原子团(12 0 0 0 6 6)以一定比例并存的部分晶态结构；同时发现，冷速对系统中fcc结构和hcp结构的相对比例有明显的影响，冷速越低，fcc结构所占的比例越多，越倾向于形成完美的fcc晶态结构.
2008, 57 (6): 3661-3665.
doi: 10.7498/aps.57.3661
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采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术以N2/SiH4/H2为反应气体制备了镶嵌有纳米非晶硅颗粒的氢化氮化硅薄膜，通过改变N2流量实现了薄膜从红到蓝绿的可调谐光致发光.傅里叶红外透射和紫外-可见光吸收特性分析表明，所生长薄膜具有较高的氢含量，N2流量增加使氢的键合结构发生变化，非晶硅颗粒尺寸减小，所对应的薄膜的光学带隙逐渐增加和微观结构有序度减小.可调光致发光(PL)主要来源于纳米硅颗粒的量子限制效应发光，随N2流量增加，PL的谱线展宽并逐渐增强.
2008, 57 (6): 3666-3673.
doi: 10.7498/aps.57.3666
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用分子动力学方法研究了端口接枝不同数量羟基对扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管弹性模量的影响.结果表明，未接枝的扶手椅型(5, 5)，(10,10)管和锯齿型(9, 0)，(18, 0)管杨氏模量分别为948，901和804，860GPa.在接枝2—8个羟基情况下，锯齿型单壁碳纳米管拉伸杨氏模量基本不随接枝数量增加发生变化，而扶手椅单壁碳纳米管则不同，接枝状态下的弹性模量比未接枝状态小很多，但接枝一定数量后,其杨氏模量又略增到某一稳定值.分别从接枝后碳纳米管变形电子密度等值线结构、C—C键长和系统结合能变化规律等方面，对单壁碳纳米管弹性模量的接枝效应进行了分析.
2008, 57 (6): 3674-3678.
doi: 10.7498/aps.57.3674
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利用KrF准分子激光退火超薄非晶硅膜，并结合热退火技术制备了单层纳米硅薄膜并研究了薄膜的场电子发射性质.在晶化形成的纳米硅薄膜中可以观测到稳定的场电子发射现象，其开启电场从原始淀积的非晶硅薄膜的17V/μm降低到8.5V/μm，而场发射电流密度可以达到0.1mA/cm2.激光晶化后形成的纳米硅材料的场电子发射特性的改善可以从薄膜表面形貌的改变以及高密度纳米硅的形成所导致的内部电场增强作用来解释.
2008, 57 (6): 3679-3683.
doi: 10.7498/aps.57.3679
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利用分子动力学模拟研究了具有几种常见缺陷的单壁碳纳米管的熔化与预熔化性质. 研究结果表明, 类似于纳米颗粒和聚合物, 碳纳米管发生熔化时的Lindemann指数为003, 远低于晶体熔化的判据01—015 使用Lindemann指数, 得出标准碳纳米管的熔化温度为4800K左右, 而带缺陷的碳纳米管的熔化总是从缺陷处开始, 并且缺陷会影响碳纳米管局部的熔化温度, 导致局部预熔化. Stone-Wales缺陷在2600K引起碳纳米管的局部熔化,空位缺陷导致的局部熔化温度在3200K, 而具有硅替位缺陷的碳纳米管在3800K以下具有很好的热稳定性.
2008, 57 (6): 3684-3689.
doi: 10.7498/aps.57.3684
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采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation，简称GGA)，对内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H2＠C60单体，还是在其二聚体中，氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处，且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明，氢分子掺入到C60和C120中，仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献，其他能级的分布和能隙几乎没有变化.
2008, 57 (6): 3690-3697.
doi: 10.7498/aps.57.3690
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采用基于密度泛函理论的广义梯度近似，对C60富勒烯-巴比妥酸及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现：C60富勒烯-巴比妥酸只有一种稳定结构，且掺杂巴比妥酸基团对C60分子构型的影响是局域的.C60富勒烯-巴比妥酸的二聚体有三种同素异构体，分别以［6,5］—［6,5］，［6,6］—［6,5］和［6,6］—［6,6］三种方式键合，从能隙大小顺序和总能相对大小来看，［6,6］—［6,6］结构最为稳定.电子结构方面，在C60富勒烯-巴比妥酸单体中，Donor-Acceptor电荷转移体系为C60富勒烯-巴比妥酸，即电荷是从C60向巴比妥酸转移.由前线轨道和自旋布居数得知，C60富勒烯-巴比妥酸单体很好地保留了C60的电磁性质，但稳定性下降，易发生二次加成反应形成二聚体.对于C60富勒烯-巴比妥酸二聚体，Mulliken电荷分析显示，在加成四元环处的碳原子分别得到0104e和0106e电荷，而与它们邻近的碳原子则失去电子，带有正电荷，且距加成位置越近的碳原子失去的电荷越多.在远离加成位置处，碳原子的净电荷变化相对较小.与单体152eV能隙相比，二聚体中的能隙为1.45eV.其前线轨道分布与单体相比，最高占据轨道几乎未变，但最低未占据轨道发生了很大变化.
2008, 57 (6): 3698-3702.
doi: 10.7498/aps.57.3698
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通过在碳纳米管(CNTs)表面沉积钛薄膜并经过高温真空退火处理，在CNTs表面形成了低功函数的钛碳化物.研究了钛碳化物改性CNTs的场发射性能，并利用X射线光电子能谱(XPS)对改性碳管进行了结构表征.实验结果表明，高温真空退火可使沉积在CNTs表面的钛原子与碳原子发生化学反应生成钛碳化物；经钛碳化物改性处理的CNTs的场发射性能明显改善，开启电场由改性前的121降低到104V/μm，当电场强度为234V/μm时，场发射电流密度由改性前的23增大到改性后的13.5mA/cm2，同时，CNTs的表面抗离子轰击能力增强，发射稳定性改善.对钛碳化物改性增强CNTs薄膜场发射性能的机理进行了分析.
2008, 57 (6): 3703-3708.
doi: 10.7498/aps.57.3703
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主要利用分子动力学方法模拟计算了含氦泡的铝的弹性性质，首先，应用第一性原理的方法计算了Al-He的相互作用势.其次，从两个不同的方面研究了氦泡对铝弹性常数的影响，一是不同的氦泡尺寸(直径分别是16, 20, 25, 30和3.5nm)，二是不同的氦泡压力(即固定氦泡大小，氦泡内氦原子的个数与空位的比分别大约是5％，15％，45％ 和85％).结果表明弹性常数随着氦泡半径的增大而减小，对于固定大小的氦泡，随着氦泡内的压力变化弹性常数基本保持恒定.最后通过建立弹性复合体模型，得到的解析解定性上解释了氦泡的大小以及内压对铝的弹性常数的影响，与分子动力学模拟结果吻合.
2008, 57 (6): 3709-3713.
doi: 10.7498/aps.57.3709
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采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法，在局域密度近似下采用线性响应的密度泛函微扰理论研究了具有六角结构的BaVS3化合物的晶格动力学性质，得到了整个声子谱.计算得到的Γ点拉曼频率和实验数据进行了比较，其中E22g模、A1g模和实验测量值符合得比较好.对于E32g模，采用线性响应计算的结果与实验值差别较大.对该模应用冻结声子方法研究后认为差异主要是由于E32g模的较强的非谐性引起的.此外V原子在平面内的振动模E12u出现了虚频.虚频的出现预示着六角相的BaVS3结构的不稳定性，从而很好地解释了该材料由六角相到正交相的结构相变.
2008, 57 (6): 3714-3719.
doi: 10.7498/aps.57.3714
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基于晶格动力学理论，采用力常数模型，计算了石墨带的声子色散关系、振动模式密度和比热.计算结果表明，石墨带的声子谱特征介于一维碳纳米管和二维石墨片之间.扶手椅型和锯齿型石墨带的中、高频声子支分别与锯齿型和扶手椅型碳纳米管的类似.由于声子限域效应，低频声子支随着石墨带带宽的改变出现明显的频移现象.振动模式密度在高频区几乎不敏感于带宽，而低频区的峰位随着带宽的增加而逐渐向低频移动.此外，无论是在低温还是高温，比热都随着带宽的增加而逐渐降低，呈现量子尺寸效应.在300K时，比热可以拟合成CV=CVg+A/n，其中CVg为石墨片的热容，而A/n项反映了石墨带中边缘效应对比热的影响.
2008, 57 (6): 3720-3729.
doi: 10.7498/aps.57.3720
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基于一维分子晶体相邻分子间静态作用势和分子间的(电)偶极-偶极相互作用，采用分子投影算符表示一维分子晶体激子系统的模型哈密顿量.在谐振近似下，根据激子运动学和动力学非线性效应的理解，推导了晶格运动和激子-孤子运动的非线性Klein-Gordon(K-G)耦合运动方程组.发现激子运动学和动力学非线性效应不但对孤子波函数的3，2{2}\{x2}有重要贡献，且导致重要的高阶非线性项，分别对5非线性和7非线性方程给出了解析解.详细分析非线性方程的Bell型孤子和Kink型孤子解结果，发现激子运动学和动力学非线性效应对激子的有效质量m有显著增加贡献，对激子-孤子能量(Ω)有更负的修正，孤子局域范围更小.对Bell型孤子以超声速(v＞cs)沿一维键传播，而Kink型孤子以亚声速传播(v＜cs)，它们分别出现在激子能带底部和顶部.
2008, 57 (6): 3730-3734.
doi: 10.7498/aps.57.3730
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在200℃温度下进行了700h双层铜互连(M1/M2)的应力迁移加速老化试验, 结合有限元分析和聚焦离子束(focused-ion-beam,简称FIB)技术研究了通孔直径分别为500和350nm的铜互连应力诱生空洞失效现象, 探讨了应力诱生空洞的形成机理, 并分析了通孔尺寸对铜互连应力迁移的影响. 结果表明,M1互连应力和应力梯度在通孔底部边缘处达到极大值. 应力梯度在应力诱生空洞成核过程中起主导作用, 由张应力产生的过剩空位在应力梯度作用下沿Cu M1/SiN界面作扩散运动并在应力梯度极大值处成核生长成空洞. 由于M1互连应力沿横向方向变化较快, 因此应力诱生空洞的横向生长速率较大. 当通孔直径增大时,互连应力和应力梯度值增大, 并导致应力诱生空洞的生长速率上升.
2008, 57 (6): 3735-3739.
doi: 10.7498/aps.57.3735
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用脉冲激光沉积(PLD)法在不同温度的Si(111)衬底上成功制备了c轴择优取向的Mg005Zn095O薄膜.通过X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)研究了衬底温度对Mg005Zn095O薄膜结构和发光特性的影响，探讨了薄膜的结晶质量与发光特性之间的关系.结果表明，在衬底温度为450℃时生长的Mg005Zn095O薄膜具有很好的c轴取向和较强的光致发光峰.室温下分别用激发波长为240,300和325nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的PL谱，分析表明紫外发光峰和紫峰来源于自由激子的复合辐射且发光强度与薄膜的结晶质量密切相关，蓝绿发光峰与氧空位有关.此外，探讨了衬底温度影响紫外光致发光峰红移和蓝移的可能机理.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2008, 57 (6): 3740-3746.
doi: 10.7498/aps.57.3740
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基于密度泛函理论，采用广义梯度近似方法，计算了Al，Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质，分析了其电子态分布与结构的关系，给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大，会明显提高材料的电导率，而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变，只是光学带隙变宽；通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数，解释了体系的发光机理，为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知，所得出的计算结果与现有文献符合得很好.
2008, 57 (6): 3747-3752.
doi: 10.7498/aps.57.3747
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以苯环连接二芳烯为研究对象，利用第一性原理计算方法和非平衡格林函数理论，研究了其开关机理及F取代对二芳烯分子开关的影响.计算结果表明，小偏压下通过闭环态体系的电流远大于通过开环态体系的电流，说明小偏压下二芳烯体系的开关行为是稳定的，而F取代会显著提高体系的开关性能.
2008, 57 (6): 3753-3759.
doi: 10.7498/aps.57.3753
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运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法，利用第一性原理计算了不同的压强下ZnSe晶体闪锌矿结构，得到了它的平衡晶格常数、总能量、电子态密度分布、能带结构、光反射与吸收系数等性质，详细讨论了高压下ZnSe的电子结构，并且结合实验结果定性地分析了高压下的光学性质.
2008, 57 (6): 3760-3768.
doi: 10.7498/aps.57.3760
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采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关；掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化，导致晶体中的八面体偶极矩增大； S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化，从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构和光催化性能影响的差别.
2008, 57 (6): 3769-3774.
doi: 10.7498/aps.57.3769
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采用密度泛函理论从头计算了金红石型TiO2(110)表面的相关性质，切片模型含有9层原子，采用化学整比表面结构，晶胞真空层厚度为1.5nm，原子价电子采用超软赝势表达.差分电子密度分布图发现原子附近区域电子密度分布以球对称为主，电子定域形成离子键的趋势较强，但在Ti和O原子之间存在较弱的共价键.模拟了金红石型TiO2(110)表面结构的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope，简称STM)图像，利用Tersoff-Hamann的成像理论，在+2V的正向偏压下，采用一系列变化的数值作为STM探针离表面桥式氧的距离，分析了相关态密度的变化，发现(110)表面的STM形貌凸起部分来自于5—Ti原子，而不是2—O原子(桥式氧)，在TiO2(110)表面结构成像中，电子效应起主导作用，证实了STM实验观察到的亮行是Ti原子的结果.
2008, 57 (6): 3775-3779.
doi: 10.7498/aps.57.3775
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在有效质量近似下，利用久保(Kubo)公式计算了单层石墨片的最小电导率.结果发现最小电导率的大小依赖于准粒子谱函数的函数形式：如果准粒子谱函数取洛伦兹分布，得到最小电导率为4e2/πh；如果准粒子谱函数满足高斯分布，则最小电导率为2e2/h.
2008, 57 (6): 3780-3785.
doi: 10.7498/aps.57.3780
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通过结构以及磁性测量，研究了哈斯勒合金Ni50Mn25+xSn25-x (x=11,12)的马氏体相变和磁热性质.结果表明，与样品在奥氏体相的磁性不同，由于在马氏体相中反铁磁交换作用的增强，导致铁磁和反铁磁在马氏体状态下共存.此外，通过Maxwell方程，研究了两样品在不同磁场变化下马氏体相变温度附近的反磁热性质，并阐明了该系列合金产生大的正磁熵变(ΔSM)不仅与其在降温过程中发生马氏体相变所导致的磁跃变(ΔM)有关，而且与发生马氏体相变所经历的温度区间有密切的联系.
2008, 57 (6): 3786-3790.
doi: 10.7498/aps.57.3786
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利用直流磁控共溅射方法制备了GaN:Er薄膜.X射线衍射结果显示薄膜为纳米多晶结构，根据谢乐公式，计算得到了GaN薄膜晶粒的平均大小为58nm；透射电子显微镜结果显示为非晶基质中镶嵌了GaN纳米颗粒，尺寸在6—8nm之间；紫外可见谱结果表明在500—700nm的可见光范围内，薄膜的平均透过率大于80%，在紫外可见谱基础上，利用Tauc公式计算得到了纳米晶GaN薄膜的光学带隙为322eV；最后，测量了GaN:Er薄膜的室温光致发光谱，获得了Er3+离子在554nm处的强烈绿光发射.
2008, 57 (6): 3791-3797.
doi: 10.7498/aps.57.3791
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结合机械合金化与放电等离子烧结工艺制备了Ni和Se共掺的细晶方钴矿化合物Co1-xNixSb3-ySey，研究了晶界和点缺陷的耦合散射效应对CoSb3热电输运特性的影响.通过Ni掺杂优化载流子浓度提高功率因子.在x=0.1时，功率因子达到最大值1750μWm-1K-2(450℃)，是没有掺Ni试样的两倍.晶界和点缺陷的耦合散射机理使晶格热导率急剧下降，其中Co0.9Ni0.1Sb2.85Se0.15的室温晶格热导率降低至1.67Wm-1K-1，接近目前单填充效应所能达到的最低值1.6Wm-1K-1，其热电优值ZT在450℃时达到最大值0.53.将Callaway-Von Baeyer点缺陷散射模型嵌入到Nan-Birringer有效介质理论模型，对晶界散射和点缺陷散射的耦合效应对热导率的影响进行了定量分析，模型计算与实验结果符合.理论模型计算表明，当晶粒尺寸下降到50nm同时掺杂引入点缺陷散射后，Co0.9Ni0.1Sb2.85Se0.15的晶格热导率下降到0.8Wm-1K-1.
2008, 57 (6): 3798-3802.
doi: 10.7498/aps.57.3798
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用固相反应和高能球磨合成后续热处理两种方法分别得到钙钛矿结构Nd0.7Sr0.3MnO3氧化物.两种不同方法得到的多晶样品，虽然晶体结构相同，化学成分和晶粒大小相近，但它们电输运性质却表现出很大差异.用固相反应法制得的样品的电阻几乎不随负载电流的变化而变化，即不表现电致电阻行为；而通过高能球磨合成后续热处理方法得到的样品电阻随外加电流增大而急剧减小，出现显著电致电阻效应.产生这种截然不同电输运特性的原因可能与样品的显微结构和界面性质有关.
2008, 57 (6): 3803-3806.
doi: 10.7498/aps.57.3803
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从传统的频率选择选择表面(frequency selective surface,简称FSS)Y孔单元出发，提出了一种新单元.经优化设计，给出了Y孔单元和新单元的FSS结构参数，运用谱域Galerkin法对两种单元FSS的传输特性进行了数值计算.采用镀膜和光刻技术制作出相应的等效平板样件，在微波暗室对两种FSS等效平板在8—12GHz频段内的传输特性进行了测试，测试值与计算值基本一致.结果表明：与Y孔单元相比，新单元FSS在电磁波大角度(66°)入射时具有高的透过率，在电磁波大扫描角范围内(0°—66°)新单元FSS中心频率的漂移量更小.因此，所提出的新单元更适合于电磁波大角度入射下的应用，为FSS在曲面雷达罩上的应用提供了一种新单元.
2008, 57 (6): 3807-3812.
doi: 10.7498/aps.57.3807
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为了研究高介电常数(高k)栅介质材料异质栅中绝缘衬底上的硅和金属-氧化物-硅场效应晶体管的短沟道效应,为新结构器件建立了全耗尽条件下表面势和阈值电压的二维解析模型.模型中考虑了各种主要因素的影响,包括不同介电常数材料的影响,栅金属长度及其功函数变化的影响,不同漏电压对短沟道效应的影响.结果表明,沟道表面势中引入了阶梯分布,因此源端电场较强；同时漏电压引起的电势变化可以被屏蔽,抑制短沟道效应.栅介电常数增大,也可以较好的抑制短沟道效应.解析模型与数值模拟软件ISE所得结果高度吻合.
2008, 57 (6): 3813-3817.
doi: 10.7498/aps.57.3813
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采用电子束蒸发法沉积LaNi/Mg多层膜，再于350℃真空退火合金化的方法制备了厚度为375nm的LaMg2Ni合金薄膜.在吸、放氢过程中，该合金薄膜能够在高反射的金属态和透明的半导体态之间可逆地转变.在可见光波长范围内的平均透射率和电阻率在反射态和透明态之间的对比度大于104.利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了吸放氢前后薄膜的表面及剖面形貌.结果表明，在氢化过程中薄膜表面的平整性降低且不可恢复，是脱氢态中出现低反射现象的主要原因.
2008, 57 (6): 3818-3822.
doi: 10.7498/aps.57.3818
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研究了低温(15K)和强磁场(0—13T)条件下， InP基In053Ga047As/In052Al048As量子阱中电子占据两个子带时填充因子随磁场的变化规律.结果表明，在电子自旋分裂能远小于朗道能级展宽的情况下，如果两个子带分裂能是朗道分裂能的整数倍时，即ΔE21=kωc(其中k为整数)，填充因子为偶数；当两个子带分裂能为朗道分裂能的半奇数倍时，即ΔE21=(2k+1)ωc/2，填充因子出现奇数.
2008, 57 (6): 3823-3827.
doi: 10.7498/aps.57.3823
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采用双合金法制备了不同稀土含量的(Nd，Dy)-(Fe,Al)-B合金系列,研究了稀土含量的多寡对薄带和最终烧结磁体的微观结构和磁性能的影响.研究结果表明，适量的稀土含量(～3145%)不仅能改善速凝带主相(Nd,Dy)2Fe14B的单相性，还有利于富稀土(Nd,Dy)相在晶界的均匀分布.当主相薄带的稀土含量在接近2∶14∶1相稀土含量时，磁体的内禀矫顽力和磁能积显著提高.当稀土含量较少时,对速凝薄带的合适时效热处理将能有效地提高最终烧结NdFeB磁体的磁特性.
2008, 57 (6): 3828-3833.
doi: 10.7498/aps.57.3828
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针对高压交联聚乙烯电缆绝缘试样，在1000—2000Hz 10kV峰值正弦电压下，采用计算机实时显微数字摄像技术进行了电树枝培养实验.基于半结晶绝缘材料中电树枝生长机理和电树枝结构的分形特征，提出了一个在高频范围定量预测电应力驱动下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝生长特性的动力学模型，获得了电树枝生长率方程和从电树枝生长到击穿过程的寿命公式.将该模型预测值与实验中获得的电树枝生长规律实验数据进行比较，其结果有较好的一致性，表明提出的模型化方法可以应用到交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝老化规律的定量分析研究中.
2008, 57 (6): 3834-3839.
doi: 10.7498/aps.57.3834
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使用激光感应压力波法和热刺激放电技术，系统地研究了直流高压作用下线性低密度聚乙烯(LLDPE)半导性电极试样中空间电荷的形成和演变及电荷陷阱分布和退极化过程.在直流高压作用下试样中空间电荷的分布明显地表现为两电极同极性电荷快速对称注入的特征，半导性电极与LLDPE的界面近乎呈现欧姆接触特征.LLDPE中的电荷陷阱分布表现出体内为浅陷阱、表层为深陷阱的特征.半导性电极与LLDPE薄片间的压合条件或电极材料对LLDPE表层的掺杂显著地影响表层陷阱的能量分布，导致表层中较深陷阱的深度和密度减小、较浅陷阱的密度增大.在整个短路退极化过程中，试样中正、负电荷的中心分别向距它们较近的电极迁移，而在开路退极后期则表现为与短路时不同的行为、被表层深陷阱再俘获的电荷脱阱后向背电极迁移.
2008, 57 (6): 3840-3845.
doi: 10.7498/aps.57.3840
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提出了一个0-3型聚合物基铁电复合材料的直流高压极化模型.模型中考虑了聚合物/铁电陶瓷界面处自由电荷的积聚及极化初始时刻的真实情况，利用拉普拉斯静电场方程，并结合边界条件，得到了直流高压极化过程中复合材料的极化强度、界面电流密度等随时间的演化方程，同时得到介电常数、介质损耗等物理特性的表达式.此外，实验制备了分别以环氧树脂E-44和铁电共聚物P(VDF-TrFE)为基体的两种0-3型铁电复合材料.从理论和实验两方面研究了基体电导率对极化行为以及介质损耗的影响.两方面结果均表明：随基体电导率增加，极化时间缩短，陶瓷相的极化强度及复合材料的整体电性能提高，但是漏电流及介质损耗增加.而且实验结果与直流高压极化模型的预测结果符合.
2008, 57 (6): 3846-3852.
doi: 10.7498/aps.57.3846
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利用太赫兹时域光谱(terahertz time domain spectroscopy,简称THz-TDS)，研究了亚波长金属分形结构在THz波段的透射增强特性.分别从实验和理论两个方面，研究了铜箔上各级分形结构THz透射增强现象的产生机理.结果表明，在低频区的透射增强主要是由低级分形线中电子运动的共振引起的，而高频区的透射增强则主要由高级分形线中电子运动的共振引起的.从而将这种透射增强效应归结为分形结构中电子的共振辐射，即分形结构的局域共振效应.
2008, 57 (6): 3853-3856.
doi: 10.7498/aps.57.3853
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采用飞秒时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱对In01Ga09N薄膜的电子自旋注入和弛豫进行了研究.获得初始自旋偏振度约为02，此结果支持在圆偏振光激发下，重、轻空穴带的跃迁强度比为3∶1，而不支持1∶1或1∶094的观点同时获得自旋偏振弛豫时间为490±70ps，定性分析了自旋弛豫机理，认为BAP机理是电子自旋弛豫的主要机理.
2008, 57 (6): 3857-3861.
doi: 10.7498/aps.57.3857
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运用飞秒时间分辨抽运-探测克尔光谱技术，研究了室温下退火及未退火(Ga,Mn)As的载流子自旋弛豫的激发能量密度依赖性，发现电子自旋弛豫时间随激发能量密度增加而增大，而在同一激发能量密度下，退火样品比未退火样品具有更短的载流子复合时间、电子自旋弛豫时间和更大的克尔转角，显示DP机理是室温下(Ga,Mn)As的电子自旋弛豫的主导机理.退火(Ga,Mn)As的超快克尔增强效应显示其在超高速全光自旋开关方面的潜在应用价值，也为(Ga,Mn)As铁磁性起源的p-d交换机理提供了证据.
编辑推荐
2008, 57 (6): 3862-3867.
doi: 10.7498/aps.57.3862
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采用纳米球蚀刻技术在石英衬底上制备了不同高度的金纳米颗粒阵列.通过扫描电子显微镜对其表面形貌进行了观测，表明金纳米颗粒为有序分布的三棱柱结构.通过红外—紫外吸收光谱仪在190—900nm波长范围内对其光吸收特性进行了测量, 并成功观测到了金纳米颗粒表面等离子体振荡效应引起的光吸收峰，结果表明随着金纳米颗粒高度的增加，其吸收峰的位置向短波方向移动(蓝移).同时对金纳米颗粒的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算，并与实验结果进行了比较.
2008, 57 (6): 3868-3874.
doi: 10.7498/aps.57.3868
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利用X射线近边吸收谱对Fe2P，Ni2P及其掺杂物(Fe1-xNix)2P(x=01,025,05)中Fe，Ni，P的K边进行了研究.结合多重散射理论近边计算，讨论了金属原子不同位置格点3f，3g对近边谱特征的贡献，得出当Ni原子取代Fe原子时将优先占据Fe(3f)格点位置；根据第一性原理对能态的计算发现，不考虑磁性时不同格点P的pDOS未占据态电子结构与P-K近边吸收谱实验相符合；与考虑铁磁性Fe2P 的DOS相比较后结果显示Fe2P的磁性主要来源于Fe(3g)格点，铁磁性Ni2P计算的Ni不同格点原子磁矩均接近于0，与它一般显顺磁性结论相一致.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2008, 57 (6): 3875-3879.
doi: 10.7498/aps.57.3875
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用钕铁硼(NdFeB)永磁材料构建"魔环"结构的永磁体，向直拉硅生长的熔体所在空间引入磁场，采用回转振荡法测量不同磁场强度下硅熔体的有效黏度(磁黏度).在温度一定时，测得的磁黏度随着磁场强度的增加而增加，二者呈抛物线关系.熔硅温度升高，磁场影响加剧.1490—1610℃温度区间内，磁黏度有异常变化.当引入磁场强度为0068T时，熔硅有效黏度比原黏度增加2—3个数量级，证明引入磁场是硅单晶大直径生长时，抑制熔硅热对流的有效手段.
2008, 57 (6): 3880-3886.
doi: 10.7498/aps.57.3880
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采用近距离升华技术制备了掺杂Cd元素的CdTe多晶薄膜.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征其微结构，用霍尔效应测试仪和紫外可见分光光度计分析其电学、光学特性.结果显示，适量的掺杂Cd元素可改善CdTe薄膜晶形，显著提高薄膜的电导特性，由弱的p型电导转变为导电性能良好的n型电导，但对光能隙影响不大.
2008, 57 (6): 3887-3891.
doi: 10.7498/aps.57.3887
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利用气相输运的方法在Si(100)衬底上生长了ZnO的微纳跨尺度结构.扫描电镜照片可以明显地看到样品表面为椎顶六角微米柱-纳米棒的复合结构.样品在室温下的光致发光谱出现了很强的紫外发射峰,没有观察到与杂质或缺陷相关的深能级发射，表明样品有很好的光学质量.通过详细的研究样品的紫外发射谱与温度(83—307K)的依赖关系，发现在室温下样品的近带边发射包含两个部分，分别与自由激子发射和自由载流子到施主(受主)的跃迁(FB跃迁)相关,这个施主(受主)束缚态的离化能为124.6meV.
2008, 57 (6): 3892-3897.
doi: 10.7498/aps.57.3892
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采用高压射频等离子体增强化学气相沉积方法在非晶和微晶两种n型硅薄膜衬底上沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜，研究了不同n型硅薄膜对本征微晶硅薄膜的表面形貌、晶化率和结晶取向等结构特性的影响.结果表明，本征微晶硅薄膜结构对n型掺杂层具有强烈的依赖作用，微晶n型掺杂层能够有效减少n/i界面非晶孵化层的厚度，改善本征微晶硅薄膜的纵向均匀性，进而提高微晶硅n-i-p太阳电池性能.
2008, 57 (6): 3898-3904.
doi: 10.7498/aps.57.3898
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以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2/-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(donor，D), PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C61)为电子受体材料(acceptor，A)，制成了不同比例的共混体系太阳电池.从不同比例的D/A材料共混体系的原子力图、光荧光谱、器件的单电荷传输的暗导J-V图、太阳电池的光敏图及器件双电荷传输的光、暗导J-V图方面，详细分析了不同比例的D/A材料对器件性能影响.得出了当D/A材料比例为1∶4时，器件中活性层能形成良好的互穿网络，光生激子能有效地分离，被分离的电荷能有效地传输，太阳电池的性能最好.其光电池在100mW/cm2强度光照下，其开路电压Voc为0.8V，短路电流密度Jsc为3.47mA/cm2，填充因子FF为55.9%，能量转换效率η为1.55%.
2008, 57 (6): 3905-3911.
doi: 10.7498/aps.57.3905
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改进了单分子横向磁镊装置，可以直接用于观察单个DNA分子的伸长和扭转并随时更换样品池内的溶液，还可以同时操纵多个DNA分子，大大提高实验效率.此方法可以提供01到40pN范围的拉力，足以满足大部分单分子DNA实验的要求.用该装置实时观测到了DNA分子在拉力作用下的伸长以及在旋转磁场作用下的扭转，并成功地观察到了分子马达拉动DNA的动力学过程，从而验证了该装置的实用性.
地球物理学、天文学和天体物理学
2008, 57 (6): 3912-3919.
doi: 10.7498/aps.57.3912
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提出应用一维数值微分算法求取观测风场的涡度场，并与中央差分方法作了比较.结果表明，一维数值微分算法稳定、可行且计算精度较高，对较小尺度的天气系统具有较强的识别能力.
2008, 57 (6): 3920-3931.
doi: 10.7498/aps.57.3920
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应用中国近531年旱涝指数和近1041年干湿指数，定义干旱(湿润)等级，滑动计算原指数序列各干旱(湿润)等级的出现次数，发现各等级出现的次数与其窗口长度之间均遵循指数分布Pi(x)=Ae-γx.结合指数分布的数理意义，定义指数特征值γ的倒数λ为描述旱(涝)持续性的尺度因子并对华北和江淮流域旱(涝)发生的持续性特征进行研究.结果表明：旱尺度因子的空间分布表现为由北向南呈带状式波动分布，我国北方地区干旱的持续性相对长江流域要长一些，由北向南三个区的旱尺度因子的均值分别为187，162，182.旱涝指数序列中旱或偏旱(涝或偏涝)相对集中的时段对旱(涝)持续性影响较显著，12世纪末期、13世纪早期、17世纪早期和20世纪末期华北和江淮流域发生时间上同步、空间上尺度较大的极端干旱事件的概率较高，这也从侧面验证了旱涝指数序列中群发现象的存在；华北地区1260—1280年(对应的气候背景为中世纪暖期的末期)的旱涝指数对旱尺度因子的影响较1980—2000年(对应的气候背景为20世纪全球增暖)的情况更显著；1260—1280年这一时段旱或偏旱年数较1980—2000年也要多一些.因此，在气候较暖的时期可能易发生强度大、范围广的同步干旱事件，而近30年的中国北方干旱化可能是自然变率起主导作用下人为变率和自然变率共同作用的结果.
2008, 57 (6): 3932-3940.
doi: 10.7498/aps.57.3932
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研究了河北山西、黄河中下游、江淮和西北东部地区531年极端干旱事件的概率，采用古里雅冰芯δ18O含量和500年来太平洋年代际涛动指数进行了对比分析.Morlet小波分析发现四个地区的极端干旱事件概率和古里雅冰芯δ18O含量都存在着350年左右的准周期，且四个地区近500年来极端干旱事件概率的变化与古里雅冰芯δ18O含量的变化相反，在δ18O含量较高的时期，发生极端干旱事件的概率较低，反之亦然.对太平洋年代际涛动指数进行小波变换，发现80年尺度的准周期在逐渐衰弱而50年尺度的准周期却在逐渐增强.在80年或50年尺度的准周期处于控制地位时，四个地区处于极端干旱事件多发期，而在二者处于交替时期，即二者周期性均较弱的时期，处于极端干旱事件偏少期.
2008, 57 (6): 3941-3947.
doi: 10.7498/aps.57.3941
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提出了新的纯转动拉曼测温雷达系统，即以种子激光注入锁定的Nd:YAG激光器为激发光源，采用基于三级Fabry-Perot(F-P)标准具的双通道分光结构代替双光栅单色仪结构.通过通道中宽带滤光片(带宽为7nm)及F-P标准具的组合使用，对532nm激发光的大气Mie-Rayleigh弹性回波散射抑制比可达10-10,对量子数J=±6，J=±12的N2纯转动拉曼散射光谱线接收带宽均小于10pm，因此能充分抑制大气背景辐射噪声及O2纯转动拉曼谱线的干扰，从而实现了单谱线比反演温度，提高了探测精度，且可在白昼探测大气对流层温度.最后通过探空气球测得的对流层温度垂直分布逆向模拟了该系统双通道的Raman信号曲线，证实了该系统的可行性.
