非对称双阱势的氢键链中质子的传递

考虑非对称势和阻尼下,研究庞小峰教授提出的氢键系统质子传递理论模型,其模型存在扭结孤子激发,给出孤子传递的精确解及质子传递的速度.     

氢键分子系统的非线性激发和质子的传导特性

我们首先介绍了氢键系统的特性和质子在此系统中的运动特点及国际上对此问题研究的进展和存在的问题。接着较全面地描述我们提出的新理论的物理学基础、模型的特征和所形成的两类缺陷和质子孤子的特性。这个模型的最大特点是存在两类不同性质的非线性相互作用 ,它们之间的竞争和平衡导致了两类不同的缺陷和相应孤子的出现 ,这两类缺陷的协同和交替运动使质子在氢键系统中从一处传递到另一处。因此 ,此模型能完整地解释质子在氢键系统中的传递 ,在此基础上我们研究了重离子作非简谐振动和系统中存在的杂质及氢离子的迁移所产生的偶极矩等效应对质子孤子的影响以及在外场存在时 ,质子运动的特点 ,求出了质子在电场作用下的迁移率和传导率、大约分别为 (6 5 - 6 .9)× 1 0 - 6(m2 /v .s)和(7.6 - 8.1 )× 1 0 - 3/(Ωm) ,它刚好处在半导体范围内 ,与实验结果基本吻合。并且我们研究了质子传递的量子力学特性和质子孤子存在的临界温度     

氢键分子系统的非线性激发和质子的传导特性

我们首先介绍了氢键系统的特性和质子在此系统中的运动特点及国际上对此问题研究的进展和存在的问题。接着较全面地描述我们提出的新理论的物理学基础、模型的特征和所形成的两类缺陷和质子孤子的特性。这个模型的最大特点是存在两类不同性质的非线性相互作用 ,它们之间的竞争和平衡导致了两类不同的缺陷和相应孤子的出现 ,这两类缺陷的协同和交替运动使质子在氢键系统中从一处传递到另一处。因此 ,此模型能完整地解释质子在氢键系统中的传递 ,在此基础上我们研究了重离子作非简谐振动和系统中存在的杂质及氢离子的迁移所产生的偶极矩等效应对质子孤子的影响以及在外场存在时 ,质子运动的特点 ,求出了质子在电场作用下的迁移率和传导率、大约分别为 (6 5 - 6 .9)× 1 0 - 6(m2 /v .s)和(7.6 - 8.1 )× 1 0 - 3/(Ωm) ,它刚好处在半导体范围内 ,与实验结果基本吻合。并且我们研究了质子传递的量子力学特性和质子孤子存在的临界温度     

未掺杂反式聚乙炔(CH)x中核自旋晶格弛豫-孤子-维扩散模型

Nechtschein等人报道并分析了反式聚乙炔中质子自旋晶格弛豫时间对拉摩频率ω和温度T的依赖关系。观察到了质子自旋晶格弛豫速率T₁^-1和ω^-1/2的正比关系。但是在高频段,T₁^-1∝ω^-1/2关系发生偏离,且温度越低,发生偏离的频率也越低。 本文用另一种方法对这些实验结果作了分析。首先,论证了孤子一维扩散模型的合理性。排除了质子弛豫速率∝ω^-1/2的另一种解释,即仅仅是核自旋向着静止的顺磁中心扩散。孤子能处在运动状态或静止状态。当温度降低时,发生两个效应,即越来越少的孤子处于运动状态,且运动孤子的扩散系数减小。只有扩散的孤子对所观察到的质子弛豫有贡献,而固定孤子的贡献可以忽略。其次,描述了运动孤子的一维随机行走模型,计算了它的相关函数和谱密度函数。质子自旋晶格弛豫速率是: 其中C是运动孤子的浓度,τ是运动孤子沿链跳跃时,渡越相邻位置的跳跃时间,ω是质子的拉摩频率。 这个公式揭示了质子弛豫速率的频率和温度依赖关系的主要特征。它和Nechtschein的测量结果拟合得很好。从拟合中可以得到各个温度下运动孤子的跳跃时间和相对浓度。     

氢键分子系统中外场与阻尼作用下扭结孤子对的特性研究

运用二分量孤子的振子模型，研究了氢键分子系统中在外场与阻尼存在情况下，质子子晶格与重离子子晶格中扭结孤子形成的孤子对的运动特性，讨论了重离子运动对孤子对迁移率的影响和孤子对的核化特性，得到了孤子对迁移率表达式和平均核化率     

氢键分子系统中外场与阻尼作用下扭结孤子对的特性研究

运用二分量孤子的振子模型,研究了氢键分子系统中在外场与阻尼存在情况下,质子子晶格与重离子子晶格中扭结孤子形成的孤子对的运动特性,讨论了重离子运动对孤子对迁移率的影响和孤子对的核化特性,得到了孤子对迁移率表达式和平均核化率 关键词：     

未掺杂聚乙炔中质子的自旋晶格弛豫——局域化的孤子

测量了未掺杂的顺式聚乙炔(cis-polyacetylene)、反式聚乙炔(trans-polyacetylene)和部分氘代的反式聚乙炔样品的质子自旋晶格驰豫时间T₁,测量了反式聚乙炔的旋转座标系中的质子自旋晶格弛豫时间T_1ρ。结果表明,反式聚乙炔中确实存在大量被称为孤子(Soliton)的自旋中心,它们是质子弛豫的支配因素。孤子是可动的,但又是局域化的。用局域化的孤子模型,不仅说明了T_1ρ过程的多指数型衰减,也解释了它的衰减速率不随温度和自旋锁定场强度而变化的特点。     

质子交换膜中的传质分析

质子交换膜燃料电池是最有应用前景的汽车动力替代系统。质子交换膜中的传质是质子交换膜燃料电池性能的控制因素之一。论文从宏观和微观角度分析了质子交换膜中的质子和水分的传递机理,分析了操作参数对质子在质子交换膜中传递的影响。研究发现:外载荷对质子和水分在质子交换膜中的传递有很大影响;（H₅O₂）⁺是水合质子的主要结构形式;通过（H₅O₂）⁺中氢氧键不断形成与断裂,电荷在质子交换膜中得以传递。研究结果对理解质子交换膜中的传质机理及其推广应用具有积极意义。     

在三通道α-螺旋蛋白质中传递生物能量的孤子的特性

用庞小峰先生提出的生物能量传递的新理论和 Runge-Kutta数值模拟方法,研究了三通道α-螺旋蛋白质中激发的孤子的动力学特性,求出在0K和300K温度下该孤子稳定地沿蛋白质链传递.由此可见,它能担任在蛋白质分子中传递生物能量的功能.从而再次证实了新理论的可利用性.     

钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测

孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式,孤子间的相互作用能够映射出复杂非线性系统的多体动力学过程,具有重要的基础研究价值.被动锁模激光器是研究孤子相互作用的理想平台.光孤子之间的吸引、排斥作用能够形成孤子分子,而时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术使得实时探测孤子分子动力学成为可能.基于TS-DFT技术,本文实验研究了钛宝石飞秒激光器产生的孤子分子的内部动态,通过改变抽运功率,分别观察到了间隔为180 fs的稳定的孤子分子和间隔为105 fs的具有微弱相位振荡的孤子分子,后者的振动幅度仅为0.05 rad.实验发现受到环境影响,稳定态的孤子分子还能够转变为相位滑动状态.这些间隔为百飞秒量级的光学孤子分子对于研究孤子的近程非线性相互作用具有突出的意义.     

氢键分子系统的非线性激发和质子传递的理论

基于对氢键分子系统中质子激发和移动的特点的仔细分析，提出一个新的哈密顿函数和理论，用以研究由质子位移所导致的质子的局域性涨落和重离子子晶格的构象畸变而引起的质子的集体激发和质子传递的特性，给出了运动方程和相应的孤立子解，讨论了这些解的特征 关键词：     

直流道PEMFC两相流数学模型

建立直流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维非等温两相流数学模型,基于质子交换膜与气体之间的水分传递特征,综合考虑电渗、浓度扩散及电化学反应作用的影响,发展了膜电极水分传递的非平衡扩散模型.并自主开发程序代码对电池内复杂的多物理场耦合传递过程进行数值模拟,研究PEMFC电极内气态水、液态水分布、质子膜含水量分布和水迁移特性等,分析单电池内部的温度分布特征,并获得电池极化性能曲线.     

利用飞秒受激拉曼光谱技术研究Pyranine分子激发态质子传递过程

本文利用共振增强的飞秒受激拉曼光谱技术结合瞬态吸收光谱技术研究了光致产酸剂Pyranine发色团分子在水溶液中与醋酸根离子之间的光致激发态质子传递过程.实验中观测到了Pyranine发色团在400—1700 cm~(–1)频率范围内去质子化状态下的激发态拉曼振动光谱.同时在920 cm~(–1)处也观测到了质子化醋酸根离子中激发态碳-碳单键伸缩拉曼振动信号.通过对激发态质子传递中给体和受体的动力学的分析得到了在该条件下的激发态质子传递的速率.     

多组分耦合非线性薛定谔方程的3-孤子解及其相互作用

研究了带有变系数的N阶耦合非线性薛定谔方程,获得了其3-孤子解,并通过渐近分析和图像分析研究了孤子的相互作用。结果表明,当本征值不同时, 3-孤子解分别为常规孤子、束缚态孤子以及常规孤子和束缚态孤子的组合;当满足特定条件时,常规亮孤子和束缚态亮孤子可实现弹性相互作用,也可实现非弹性相互作用,而暗孤子仅存在非弹性相互作用;对于常规孤子和束缚态孤子的组合,亮孤子分量的相互作用规律较为复杂,受参数取值影响较大,但暗孤子分量依然保持弹性相互作用。     

势形式破裂孤子方程的dromion孤子解结构

使用改进的齐次平衡方法,研究了破裂孤子方程的孤子解结构,发现它具有单孤子解,单曲线孤子解,单dromion孤子解,多dromion孤子解。     

非拓扑孤子袋模型的退禁闭相变和φ~4场的对称性恢复相变

在Hartree平均场近似和高温近似下,本文建立了φ~4模型和非拓扑孤子袋模型的某些特解间确定的映射关系。从映射关系我们看到φ~4场的非球对称拓扑孤子和反孤子配对形成束缚态——孤子袋模型的非球对称非拓扑孤子解。当拓扑孤子和反孤子消失时,φ~4模型发生对称性恢复相交;当拓扑孤子和反孤子的束缚态非拓扑孤子消失时,孤子袋模型的退禁闭相变发生。     

氢键铁电体中的孤子电导性

Gordon首先采用带有非对称双阱势的氢键链模型研究了氢键铁电体的电导性,给出了扭结解和迁移率的表达式.但是对于电导有贡献的扭结孤子应该对应于质子在两个阱底之间的转移,基于这种考虑,修正了Gordon的结果,重新导出了低能态的扭结解,给出了迁移率的一个新的表达式.当非对称双阱势转化为对称双阱势时,这个表达式恰与以前的研究结果一致.这个表达式表明,相变临界指数是1. 关键词： 氢键铁电体 铁电相 孤子迁移率     

孤子激光器的效率

有必要为评定孤子激光器引进一个质量指标:孤子效率。因此,孤子激光器总体效率的计算也应作相应的变化。高效率的孤子激光器所产生的高质量光孤子能为长途光通信准备良好的初条件。为此讨论了三种提高孤子效率的途径。     

二阶孤子的传输和相互作用

用分步傅里叶变换法求解二阶孤子传输的非线性薛定谔方程, 得到了在此条件下孤子传输的数值图形, 发现二阶孤子在传输中被压缩, 幅值振荡变化。2个二阶孤子在传输过程中没有出现象2个一阶孤子那样周期性碰撞, 但2个二阶孤子时间间隔较小时, 随传输距离在2个二阶孤子中间周期性地衍生出第3个孤子。研究证明：二阶孤子的传输具有与一阶孤子明显不同的特征。     

基于谱过滤方法的Kuznetsov-Ma孤子向准基态孤子转化研究

基于非线性薛定谔方程的Kuznetsov-Ma孤子解,得出零背景的Kuznetsov-Ma孤子形式,给出零背景的Kuznetsov-Ma孤子与准基态孤子之间的关系。利用谱过滤的方法研究单模光纤中Kuznetsov-Ma孤子到准基态孤子转化的动力学行为。结果表明:在Kuznetsov-Ma孤子的最大压缩位置处获取的零背景脉冲能够以准基态孤子的形式在光纤中稳定地传输,并且随着Kuznetsov-Ma孤子物理行为控制参数的增大,更加接近于基态孤子的形式。通过稳定性分析发现,在小的初始白噪声扰动下,准基态孤子会以一定速度稳定传输。