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难熔多主元合金因其优异的高温性能和潜在工程应用成为材料领域研究热点, 其中NbTaTiZr四元多主元合金在高应变率与极端温度下的变形机制与力学行为尚不明确. 为揭示该合金的原子尺度响应规律, 构建了NbTaTiZr四元机器学习势, 结合分子动力学模拟系统研究了晶体取向、应变率、温度及组分对合金压缩力学行为的影响. NbTaTiZr在压缩时呈现出结构与力学响应的各向异性, 沿[111]晶向压缩时拥有最高屈服强度; 而沿[110]晶向压缩时的屈服强度最低, 在变形过程中更易产生孪晶; [100]晶向主要通过局域无序及位错滑移协调变形, 主导位错类型为1/2$ \left\langle{111}\right\rangle $. 应变率提升至1010 s–1时, 屈服强度显著增强且无序结构比例增大, 高应变率加载下通过抑制位错运动促进无序化转变. 该合金在2100 K高温下仍保持较高强度, Nb/Ta元素占比增加可显著提升屈服强度, 而Ti/Zr元素则产生负面效应. 研究揭示了多主元合金力学行为的各向异性特征与无序化转变的应变率依赖性, 为设计高性能难熔合金提供理论依据.
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玻璃形成液体在温度变化过程中会表现出独特的动力学转变行为, 在降温过程中, 系统会经历从脆性液体到强性液体的转变, 称为强脆转变. 本研究以Fe-Zr-B-M四元体系为研究对象, 通过黏度实验揭示该体系存在显著的强脆转变行为, 并以晶化激活能作为评价指标, 建立Fe-Zr-B-M体系中强脆转变程度与玻璃形成能力之间的负相关性. 结果表明, 类晶团簇在Fe-Zr-B-M体系金属玻璃的凝固过程中起关键作用, 据此提出了基于二十面体团簇向类晶团簇结构转变的强脆转变机理, 并确立了混合焓和错配熵在调控Fe基非晶合金液体强脆转变过程中的重要作用.
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量子通信基于量子力学基本原理实现信息的安全传输. 光子是量子通信中重要的信息载体. 基于光子的量子通信协议需要在通信双方传输光子, 但传输过程中由于环境噪声的存在不可避免地会发生光子传输损耗. 光子传输损耗极大地降低了长距离量子通信的通信效率, 甚至威胁通信安全, 成为实现长距离量子通信的主要障碍. 量子无噪声线性放大(noiseless linear amplification, NLA)是抵御光子传输损耗的重要方法, 它通过局域操作和后选择, 可有效地提高输出态中目标态的保真度或平均光子数, 且完美保留目标态的编码信息. 因此, 在量子通信中使用NLA技术可有效克服光子传输损耗, 延长通信距离, 对于实现远距离量子通信具有重要意义. 近年来, 研究人员提出了许多NLA方案, 并完成了部分方案的实验演示, 证明了NLA的可行性. 本文重点介绍在离散变量和连续变量量子系统中针对不同量子态的NLA方案, 并总结了几个具有代表性的NLA实验, 最后, 对NLA技术进行总结和展望. 本综述可为未来长距离量子通信网络的实用化发展提供理论支持.
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金属玻璃(MGs)的剪切带行为与其微观结构不均匀性密切相关. 传统分子动力学(MD)模拟因超快冷却速率导致MGs结构保留了更多液体特征, 而交换原子的蒙特卡罗(SMC)方法能够在模拟上制备出可匹配实验室时间冷却速度的低能态金属玻璃. 本文通过SMC结合MD方法, 构建软硬相分布可控的Cu50Zr50金属玻璃样品, 揭示纳米尺度结构不均匀性对剪切带萌生与扩展的调控机制. 由MD制备的软相中二十面体有序团簇含量较少, 优先激活塑性事件, 促进应力重新分布, 与邻近硬相一起响应对剪切带扩展起协同作用. MC制备的硬相区由于其高密度的二十面体团簇的含量, 使得应力局域集中, 形成窄剪切带. 通过调控硬相体积分数, 复合样品发生由韧到脆转变. 此外, 在保持硬相百分比不变的前提下, 不同序构策略可以改变非晶的力学行为: 离散硬相的分布能够增加样品的稳定性, 推迟剪切带的产生; 硬相包围软相的策略能够促进样品中产生二次剪切带, 使得剪切带区域相对非局域化. 该研究结果揭示了软硬区结构不均匀性对非晶合金力学性能的影响, 为采用序构方法设计金属玻璃力学性能提供了可能的理论指导.
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本文系统地研究了半磁性拓扑绝缘体中的非线性霍尔效应及其调控机制. 研究发现半磁性拓扑绝缘体的非线性霍尔效应依赖于系统的磁性层的磁矩方向. 数值计算结果表明, 相对于线性霍尔电导, 系统的非线性霍尔电导对磁矩水平方向的变化较为敏感, 该现象可作为实验上辨别磁矩取向变化的表征指标. 本研究不仅加深了对半磁性拓扑绝缘体量子输运行为的理解, 还为多功能拓扑电子器件的设计提供了理论依据.
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中国散裂中子源大气中子辐照谱仪中子能量覆盖meV—GeV, 1 MeV以上能区的中子能谱及注量评估对开展大气中子单粒子效应极为重要. 依托LANSCE WNR的ICE束线中子能谱实测数据, 探索了适用于中高能中子能谱、注量计算的物理模型、计数方式、截面文件等, 生成并验证了用于中子能谱和注量评估的具有能量分布、角度分布和空间分布的二次源项. 基于此获得的中子能谱和注量, 结合国际上现有同类装置及JESD89A参考中子能谱, 从谱型、勒谱和辐射效应等维度评估, 认为中国散裂中子源大气中子辐照谱仪可能是同类装置最接近自然条件大气中子能谱的装置; 同时结合Xilinx Ⅱ代FPGA大气中子实验, 证实中国散裂中子源大气中子辐照谱仪测试结果与国际同类装置上的测试结果具有很好的一致性. 为此, 基于中国散裂中子源大气中子辐照谱仪开展的大气中子单粒子效应研究与工程加速试验结果可直接应用于航空、航天、军事、民用等高可靠性领域, 助力新质生产力的发展.
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微波可调器件是相控阵天线和射频前端的重要组成部分, 对于实现频率、相位和幅度的精准控制至关重要. 电介质陶瓷块体材料在微波可调器件中应用广泛, 但不易集成. 电介质薄膜材料具有易集成、低成本、高调谐速率、低功耗、小尺寸、连续可调等优点, 且相比块体材料更易与现代集成电路工艺兼容. 目前, 基于电介质薄膜材料设计器件的前提是: 在提高薄膜结晶质量的同时, 需采用低介电常数和低损耗的材料作为衬底来降低其对整体介电性能的影响. 然而, 适合电介质薄膜外延生长的低介电低损耗衬底(如MgO, Si等)与电介质薄膜晶格失配较大(>5%), 造成高质量外延生长面临较大挑战, 导致难以厘清其本征构效关系, 阻碍了其性能的协同优化, 进而无法获得高可调低损耗的电介质薄膜材料. 因此, 本研究基于激光脉冲沉积技术, 利用畴匹配外延机制在MgO(001)衬底上制备出了高性能的Ba0.6Sr0.4TiO3外延薄膜, 其可调率达到67.2%, 品质因子为49, 优值因子为32.93. 与已有报道相比, 本研究制备的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜表现出更高的介电可调率和更低的介电损耗, 系统地分析了薄膜形貌、晶体结构、温度等因素对其介电性能的影响, 为厘清Ba1–xSrxTiO3薄膜的宽频域构效关系奠定了基础, 凸显了其在可调谐微波器件中的应用潜力.
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光致异构化是分子光物理与光化学反应的核心, 其量子产率与激发态动力学演化路径相关. 改变分子激发态演化路径以实现对光化学反应的精准操控是物理学家、化学家长期以来追求的梦想. 本文采用飞秒泵浦-受激亏蚀-探测(pump-dump-probe)光谱技术, 研究了受激亏蚀光脉冲对1, 1'-二乙基-2, 2'-碘化菁(1, 1'-diethyl-2, 2'-cyanine iodide, 1122C)分子光异构化动力学的影响. 在泵浦-探测(pump-probe)实验中, 1122C分子被泵浦光激发之后, 处于激发态的分子以5.6 ps的时间常数沿扭转反应坐标发生结构变化, 从反式(trans-)构型转变为顺式(cis-)构型. 为了对该反应进行人为调控, 本文在传统泵浦-探测光谱的基础上, 引入第3束波长为1030 nm的飞秒受激亏蚀光. 受激亏蚀光脉冲成功使部分处于激发态的反式构型分子通过受激跃迁直接返回基态, 绕过了原本通向顺式产物的异构化通道. 通过比较顺式产物吸收信号的变化, 计算得出受激亏蚀光作用下顺式构型的产率降低了约12.1%. 本文研究实现了利用飞秒激光对超快光化学反应路径的主动干预, 展示了飞秒多脉冲光谱技术在调控分子激发态演化路径、优化光异构化反应产率的潜力. 该研究为将来对复杂光化学反应精准操控提供了理论和技术支持.
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56Co衰变释放的γ射线能量范围为0.84—3.55 MeV, 其衰变数据是探测器效率刻度的重要依据. 早期针对56Co γ相对强度测量数据在Eγ > 2.5 MeV的高能区存在系统性偏差. 针对此问题, 本研究基于核科学参考文献库(Nuclear Science References, NSR)中的实验测量数据, 重点综合了2000年后的5项高精度实验测量结果, 对半衰期及γ发射几率等关键衰变数据进行系统分析, 给出了一套可用于探测器效率刻度的56Co衰变推荐数据. 在高能区段, 本工作所给出结果低于ENSDF现有评价数据约2%. 该推荐数据适用于高能伽马探测器的效率刻度, 可为Eγ > 2.5 MeV能区提供更准确的参考依据. 本文数据集可在科学数据银行数据库https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00169 中访问获取.
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电子器件向着大功率、小型化方向发展对环氧树脂电子封装材料的高温电学性能提出了更高的要求. 本研究采用环氧基封端苯基三硅氧烷(ETS)作为功能单体, 通过交联反应将Si—O键引入到双酚A环氧树脂中, 系统研究了ETS对环氧树脂复合材料的结构以及高温电学特性的影响及调控作用. 实验结果表明, 随着ETS含量的增大, 环氧树脂复合材料的交联度逐渐降低. 当ETS添加质量分数为2.5%时, 复合材料的玻璃化转变温度及热稳定性得到了提升, 且呈现最优综合电学性能, 在70 ℃下, 该复合材料电导率大幅下降, 空间电荷积聚程度得到明显改善, 陷阱深度加深, 介电损耗降低, 击穿强度提升至74.2 kV/mm. 随着ETS含量的逐步增大, 环氧复合材料的电学性能呈现先增强后减弱的非线性变化规律, 这种浓度依赖性行为与纳米填料改性体系具有相似的特性演变特征. 本文提出通过对硅氧烷与环氧交联后构成的微观交联网络拓扑结构演变来解释ETS对环氧树脂高温电学性能的影响. 本研究为开发硅氧烷改性高性能环氧树脂电子封装材料提供了重要的理论依据以及设计策略.
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