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Vol.73 No.15
2024年08月05日
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Vol.73 No.14
2024年07月20日
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Vol.73 No.13
2024年07月05日
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Vol.73 No.12
2024年06月20日
- 全部过刊
摘要 +
在少电子原子精密光谱测量中, 产生高强度、单一量子态的氦原子和类氦离子是实验研究的关键, 也是改善实验测量信噪比的决定性因素. 本文提出利用自由电子激光获得高强度亚稳态氦原子和类氦离子的实验方案. 激光的制备效率可以通过求解光和原子相互作用的主方程获得, 根据拟建设的深圳自由电子激光装置的设计参数和实验条件, 计算得到亚稳态He, Li+和Be2+的制备效率分别可达3%, 6%和2%以上. 与常见的气体放电和电子轰击等制备方法相比, 激光激发产生亚稳态原子/离子不仅可以提高制备产率, 也可以降低放电时产生的电子、离子以及光子等高能杂散粒子的影响. 利用自由电子激光激发制备亚稳态氦原子和类氦离子有望应用于多个研究领域.
摘要 +
为解决氮化镓芯片散热问题, 采用非平衡分子动力学法, 研究工作温度、界面尺寸、缺陷率及缺陷类型对氮化镓/石墨烯/金刚石异质界面热导的影响, 通过计算声子态密度和声子参与率, 分析界面热传导机理. 研究发现, 在100—500 K范围内, 温度升高使界面热导增大2.1倍, 重叠因子随温度增加而增加, 界面间声子耦合程度增强, 界面热导相应增大. 当氮化镓层数从10层增加到26层时, 界面热导降低75%, 分析认为是界面声子耦合程度下降导致. 另外, 添加5层石墨烯会导致界面热导降低74%, 分析认为是声子局域化程度加重造成; 当缺陷率从0增大到10%时, 金刚石碳原子缺陷使界面热导提高40%, 缺陷散射增加低频声子数量, 改善界面热传导; 但镓、氮和石墨烯碳原子缺陷会加重声子局域化程度, 均导致界面热导降低. 研究结果有助于提升氮化镓芯片散热性能, 同时对高可靠性氮化镓器件设计具有指导意义.
摘要 +
近期对钒基笼目超导体(AV3Sb5, A = K, Cs, Rb)家族中三种材料的低温量子输运测量均显示出时间反演对称性破缺的超导态. 其中, 在Nb/K1–xV3Sb/Nb的约瑟夫森结和RbV3Sb5中, 超导转变温度以下的磁阻随磁场扫动方向存在磁滞现象; CsV3Sb5中存在零磁场下的超导二极管现象, 即正向和反向的超导临界电流大小不同. 首先, 本文讨论了这些实验现象的区别和联系. 然后, 讨论产生上述非常规超导输运现象的可能机理, 如手性超导序参量(d+id或p+ip), 以及由电荷密度波与常规超导态耦合产生的手性配对密度波.
摘要 +
蝇眼透镜被用于高相干性激光的整形匀化时, 会产生多子光束干涉现象导致照明面光强呈现梳状分布. 本文建立了一种蝇眼随机相位调制匀化系统仿真模型, 对蝇眼透镜子光束进行随机相位调制, 并统计平均多次照明光强. 理论和仿真分析证明该方法可以有效地消除干涉图案, 提高照明均匀性. 进一步展示了蝇眼透镜子孔径和焦距对该系统匀化效果的影响, 并通过优化系统参数和结构, 减弱了蝇眼透镜衍射效应的影响, 提高了匀化效果, 最终在100 mm2的方形区域内实现了不均匀性小于1.2%的均匀照明.
摘要 +
空芯光纤气体激光器已逐渐发展为一种重要的中红外激光光源, 在实验上取得了良好进展, 但现有的基于传统速率方程模型的理论设计方法仍不完善. 本文提出了一种溴化氢(HBr)空芯光纤的振动热池建模方法, 该模型可充分考虑空芯光纤气体激光器内振转弛豫对腔内增益特性的影响, 计算显示激光斜效率、阈值和瓶颈效应与实验吻合良好. 此外, 基于该模型, 本文探讨了脉冲泵浦的光子泄漏现象, 通过引入泄漏因子, 得到了与实验结果接近的脉冲波形的弛豫振荡和激光斜率效率, 有效解决了脉冲泵浦模型中的泵浦溢出问题. 本研究提出的振动热池理论模型可适用于各类气体填充的空芯光纤气体激光器.
2024, 73 (15): 154202.
出版时间: 2024-08-05
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高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一, 而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础, 如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关键. 本文基于相干反斯托克斯拉曼散射基本原理, 开发了面向非平衡流场的振转温度反演算法, 并在宽温度范围静态环境开展验证. 搭建了非平衡等离子体流场相干反斯托克斯拉曼散射测温实验平台并开展实验验证, 结果表明微波等离子体处于热力学非平衡状态, 并且振动温度和转动温度与微波功率成正比, 而热力学非平衡度与微波功率成反比, 当微波功率从80 W增加至180 W时, 等离子体电子数密度增加, 中性粒子通过与电子碰撞获得能量使振动温度从(2201 ± 43) K增加至(2452 ± 56) K、转动温度从(382 ± 20) K增加至(535 ± 49) K; 而处于振动激发态的分子通过振动-平动弛豫过程(对于N2分子弛豫速率与温度成正比)将部分振动能转化为平动能, 导致振动温度与转动温度的差异降低, 等离子体热力学非平衡度从0.83降低至0.78.
摘要 +
高强度超声可激发生物组织空化, 软组织常被当作黏弹性介质, 因此, 黏弹性介质中气泡动力学行为研究可为超声生物治疗提供理论支持. 为探索组织液内多气泡动力学影响, 构建了球形液体腔内的球状泡团模型, 考虑了液体腔外黏弹性介质的动力学效应, 得到了球状泡群内气泡耦合振动方程, 并基于此分析了气泡的振动行为. 结果表明, 腔体以及泡群约束虽抑制了气泡振动, 但在一定程度上还可以增强气泡的非线性振动特性. 约束环境下气泡的非球形振动稳定性主要受驱动声波压力幅值和频率、气泡初始半径以及气泡数密度影响, 而腔体半径的影响随驱动压力的增加而增强; 存在最小不稳定驱动声压阈值, 不同初始半径的气泡不稳定振动阈值压力不同且不稳定分布区主要分布在小于4 μm的范围内; 驱动频率增大, 气泡振动不稳定区的声压阈值也随之增大, 且不稳定区域有减小的趋势; 随着气泡数密度的增加, 气泡不稳定区域逐渐向无规则的斑图状分布, 极易受到扰动发生不稳定振动而崩溃. 高频声波激励下平衡半径大于4 μm范围内气泡的惯性空化阈值受频率和气泡数密度的影响显著.
摘要 +
四极子拓扑绝缘体是人们提出的第一类高阶拓扑绝缘体, 它具有量子化的四极矩而偶极矩为零. 四极子拓扑绝缘体拓宽了传统的体-边对应关系, 从而观察到了更低维度的拓扑边界态. 最近, 由局域在位错附近的拓扑缺陷态主导的体-位错对应关系引起了许多研究者的关注, 其将晶格倒易空间的拓扑结构与位错态的出现联系起来. 本文研究了声学四极子拓扑绝缘体中的位错态. 在具有非平庸相的声学四极子拓扑绝缘体中嵌入部分具有平庸相的晶格, 此时在由两种具有不同拓扑相晶格形成边界的角落处就会产生可以用1/2量化分数电荷表征的位错态. 通过在系统内部引入缺陷, 验证了此拓扑位错态的鲁棒性. 此外, 还证明了通过运用不同嵌入晶格的方式可以随意设计位错态的位置. 本工作中研究的拓扑位错态拓宽了人工结构中高阶拓扑物态的种类, 并为高阶拓扑绝缘体在声学中的应用(如声传感和高性能能量收集)提供了新的思路.
摘要 +
局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中, 利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计, 在宽带减振领域极具应用潜力. 以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计, 因而只能实现单阶的超宽耦合带隙, 无法满足双目标或多目标频带的宽带减振需求. 为此, 本文开展了双振子超材料梁的双阶耦合带隙调控设计研究, 提出了一种实现双阶耦合宽带隙的设计方法, 分析了所设计双阶耦合带隙相比传统单阶耦合带隙的带宽优势, 并探究了双振子质量分配比对双阶耦合带隙总宽度的影响, 进一步设计出最优的质量分配比, 使得实现的双阶耦合带隙的总宽度最宽. 此外, 还采用谱元法研究了基于双阶耦合带隙设计的双振子超材料梁的减振特性, 通过与有限元法进行对比, 验证了谱元法的准确性, 研究表明基于双阶耦合带隙设计可以实现两个宽频带范围的高效减振.
摘要 +
气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率, 降低航行过程中的综合能耗具有重要意义. 本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性, 分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界滑移速度和减阻效果的影响规律. 研究结果表明: 气泡减阻效果随边界滑移速度的增大而增强; 在气-液两相流动区域, 随着剪切速度的增大, 边界吸附气泡的横向变形和边界滑移速度增大, 边界气泡减阻效果增强. 固-气相互作用强度和气体浓度增大均导致气体原子在近壁面的富集现象增强, 提高了壁面上气泡的铺展特性, 从而增大了固-液界面滑移速度. 壁面粗糙度会改变气泡的铺展特性, 影响边界滑移速度, 进而改变流固界面减阻效果; 随着肋高的增大, 气体原子在肋条间凹槽中聚集, 肋条上表面气体原子吸附量减少, 导致固-液界面边界滑移速度减小, 并最终降低了减阻效果. 研究结果将对大型舰船和水下航行器边界减阻技术提供重要理论指导.
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