非平衡体系-热库纠缠定理与热输运（英文）

将最近建立的体系-热库纠缠定理(SBET)扩展到非平衡的情形.其中,任意体系与处于不同温度的多个高斯型热库环境相耦合.现有的SBET将体系-热库的纠缠响应函数与体系的局域响应函数联系起来,而扩展的理论则关注通过分子结的非平衡稳态量子输运流.新理论是基于广义Langevin方程建立的,它与量子情形下的非平衡热力学密切相关.     

甲酸-乙酸-水-氯化钙体系汽液平衡盐效应的研究

本文采用Otsuki-Williams式汽液平衡釜测定了甲酸-乙酸-水体系及甲酸-乙酸-水-氯化钙体系在98658.28Pa下汽液平衡数据。氯化钙的加入量为0.5mol/(kg溶剂)。结合盐效应的作用情况,对相图进行了分析。研究结果表明:氯化钙的加入对体系起了物理化学作用,它与盐溶、盐析现象有关。     

软物质非平衡体系的挑战和机遇

总结了国家自然科学基金委员会化学科学部组织召开的“软物质非平衡体系的挑战和机遇”学科发展战略高层论坛学术交流内容.首先概述了软物质非平衡体系的主要物理化学特点,随后阐述了其在国际学术前沿所面临的重要挑战,最后介绍了当前我国在化学、物理和数学等基础研究领域所取得的相关研究进展及一些创新性交叉研究成果,探讨了如何面向生命科学和材料科学未来的发展方向,更好地发挥化学、物理和数学等基础学科交叉集成的引领作用.同时,为了满足我国国民经济发展所面临的重大技术需求,凝练了软物质非平衡体系研究领域未来5～10年的关键科学问题,提出了加强科学基金资助的战略性建议.     

一个纳入活化络合非平衡效应的TST公式体系

在唯象理论的层次上评述了活化络合体系的非平衡性引起的非平衡统计问题;通过分析活化络合过程的耗散与涨落对反应速度的影响,提出了一个纳入了活化络合过程非平衡效应的TST公式体系代替活化络合平衡常数,建立了活化络合耗散函数与反应速度的关系.同时讨论了影响反应活化络合进程耗散-涨落的诸因素所导致的速度常数统计漂移     

在非平衡稳定态的Belousov-Zhabotinsky体系中检测苏丹红Ⅰ

研究了以丙二酸和铈离子的初始浓度为控制参数的Belousov-Zhabotinsky (B-Z)化学振荡体系的动力学性质,在连续改变控制参数的过程中均出现了分岔现象, 在逼近临界点前的非平衡稳定态对苏丹红Ⅰ进行了分析测定.考察了苏丹红Ⅰ对B-Z体系的两个非平衡稳定态的扰动,结果表明,苏丹红Ⅰ可使体系的电位发生明显的改变.当苏丹红Ⅰ的浓度分别在6.17×10-10～3.16×10-6 mol/L和7.58×10-7～1.55×10-5 mol/L范围内时,苏丹红Ⅰ浓度的负对数(-lgC)与电位的变化值(ΔE)之间呈现良好的线性关系,相关系数分别为0.9975和0.9984;检出限(LOD)可达1.99×10-10 mol/L.以丙二酸初始浓度为控制参数的非平衡稳定态体系成功地测定了伪劣商品辣椒粉中的苏丹红Ⅰ,回收率在98.8%～102.8%之间.     

非平衡定态化学反应体系对细致平衡偏离的不可逆性之随机热力学量度

在随机描述的层次上,成功地构筑了非平衡定态化学反应体系对细致平衡偏离的不可逆性之随机热力学判据.基于Fokker-Planck方程建立了连续Markov过程系统的随机熵平衡方程,发现在随机态空间中随机熵的时间变率亦可分为源项和流项两部分贡献.对于化学反应体系,作为态空间源项的随机熵产生可作为偏离细致平衡不可逆性的合适度量,此泛函量的零值标志着细致平衡.进一步借助按系统广度量的Ω展开法,通过对随机力及共轭的随机流的分析揭示态空间中的随机熵产生仅源于状态对细致平衡的偏离,并主要来自非Poisson涨落的贡献,因而可作为随机热力学量去判别和量度化学反应体系对细致平衡的偏离.     

基于γ-石墨炔分子磁隧道结对称性依赖的输运性质

利用非平衡格林函数和密度泛函理论,研究不同类型γ-石墨炔分子磁隧道结(MMTJ)自旋极化输运特性的影响。磁隧道结以铁磁性的锯齿形石墨烯纳米带作电极。随着纳米带宽度变化,考虑γ-石墨炔的两种接触点,我们构造了8种有代表性的且具有不同对称性的隧道结。通过计算我们发现,对称性对磁隧道结的自旋输运起决定性作用。对于偶数碳链的锯齿形石墨烯纳米带,石墨炔的接触点位居于正中,这种结构的自旋极化输运性质远优于其它结构。比如在非常宽的偏压范围内都能达到100%的自旋极化率,且隧穿磁阻(TMR)高达3.7 × 10⁵,这表明该结构在自旋滤波器和自旋阀器件方面的应用潜力最大。与之形成对比的是,当耦合位置偏离锯齿形石墨烯纳米带的中心时,输运性质迅速变为普通电输运,相应的巨磁阻效应比最优对称结构约小4个数量级。     

水-正已烷-乙醇体系的液液平衡研究

近年来,超临界合成进展迅速。钟炳等人在超临界状态下利用正己烷、环已烷等液体介质,将一氧化碳合成甲醇[1],效率已达90%以上。作为基础工作,刘建国等人研究了水-正己烷-甲醇体系的液液平衡[2];冯耀声等人研究了水-丙烷-乙醇体系的相平衡[3];Letcher等人研究了水-正庚烷-醇体系     

萘-苯体系平衡浓度与温度关系的3种计算公式精确度的比较

证明了在析出纯固体的场合 ,从凝固点下降角度研究固液平衡及从溶解度随温度变化角度研究固液平衡是等价的 ;比较了 3种计算萘 苯体系平衡浓度与温度关系的公式 ,否定了粗糙的公式 ,推荐简单而准确的公式 ,并给出建议备用的公式     

大型反应-扩散体系Monte Carlo模拟中的样本复制方法

本文提出了大型反应.扩散体系Monte Carlo模拟中的样本复制法。该方法可在不改变反应体系的动力学性质和分枝临界条件的前提下,对在演化过程中的体系进行逐次样本复制,从而提高了模拟的效率和精度。经对一维和两维Brusselator在Dirichlet边界条件下的时间和空间耗散结构的模拟表明,本方法的结果正确并十分有效。在两维情况下,模拟的计算机耗时比已有的文献方法至少缩短两个数量级。     

分子旋转对分子器件电子输运性质的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了一种可旋转分子跨接在金电极上的电子输运性质。计算结果表明:分子中的转子与定子间的旋转角度可以有效调控分子器件的电子输运性质。当夹角从30°变化到150°,分子器件的导电性呈现出增强、减弱的震荡变化。此外,当夹角变化到90°,分子器件的电流电压曲线打破其他角度呈现的线性变化特性,其电流值在2.4 V以后随着电压的增大而减小,表现出强烈的负微分电阻效应。     

正三角锯齿型石墨烯的电子输运特性

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法, 系统研究了正三角锯齿型石墨烯的电子输运特性. 研究表明: 正三角石墨烯的电流-电压(I-V)特性及整流效应与几何尺寸、边缘吸附原子的类型密切相关, 在其边缘吸附H原子和S原子的情况下, 小的正三角石墨烯有大的电流, 但有小的整流比; 改变边缘吸附原子的类型(用O原子替换H原子), 电流增大, 但其整流效应明显变低. 分析表明, 这种整流是由于正三角石墨烯前线轨道的空间分布不对称以及在正、负偏压下分子能级的非对称移动所致. 我们的研究对于认识正三角石墨烯的基本物性(电子结构及器件应用)有重要意义.     

研究激发态的多体格林函数理论

本文介绍的多体格林函数理论是一种建立在一套格林函数(包括单粒子格林函数和双粒子格林函数)方程基础上的,用以研究物质激发态性质的第一性原理方法。该理论包括计算准粒子性质的GW方法和描述电子-空穴对运动的Bethe-Salpeter方程。GW方法可以以很高的精度计算轨道能量、能带结构、准粒子寿命等物理量;Bethe-Salpeter方程则在研究激发能、光吸收谱、激发态动力学等光学性质上有广泛的应用前景。多体格林函数理论通过自能算符描述电子之间以及电子与空穴之间的交换关联作用。本文将详细阐述该理论的基本概念和原理,并对其在各种材料中的应用做简要介绍。     

Semi-classical generalized Langevin equation for equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics simulation

Molecular dynamics (MD) simulation based on Langevin equation has been widely used in the study of structural, thermal properties of matter in different phases. Normally, the atomic dynamics are described by classical equations of motion and the effect of the environment is taken into account through the fluctuating and frictional forces. Generally, the nuclear quantum effects and their coupling to other degrees of freedom are difficult to include in an efficient way. This could be a serious limitation on its application to the study of dynamical properties of materials made from light elements, in the presence of external driving electrical or thermal fields. One example of such system is single molecule dynamics on metal surface, an important system that has received intense study in surface science. In this review, we summarize recent effort in extending the Langevin MD to include nuclear quantum effect and their coupling to flowing electrical current. We discuss its applications in the study of adsorbate dynamics on metal surface, current-induced dynamics in molecular junctions, and quantum thermal transport between different reservoirs.