非平衡定态相图新概念及其应用——激活低压金刚石气相生长热力学

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀．这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”．用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念．在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相．理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符     

单通道高速公路车流的相互作用力模型研究

交通流的研究对于城市化进程非常重要.文章以一个实际例子,阐明了交通物理学研究的主要方式.从交通动力学中的车辆跟随模型出发,综合交通流中车辆依据道路交通情况来调整车辆的运行,以保持在安全前提下的一个较快的速度和合适的车辆间距,建立了适用于单轨道高速公路的相互作用力的微观模型．在单轨道交通条件下,通过解析和数字模拟两种方法来研究该模型的平衡解,并讨论了其在微扰下的稳定性．同时,文章还试图模拟一些已知的交通相,并通过与实际交通现象中的一些特征比较来说明其可行性．此外,还通过建立相应的宏观流体力学模型,与微观模型进行比较,并肯定了其适用性．     

关联高斯与非高斯噪声激励的FHN神经元系统的稳态分析

本文主要研究了关联乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同激励的FHN(Fitz Hugh-Nagumo)神经元系统.利用路径积分法和统一色噪声近似,推导出该系统的定态概率密度函数表达式.通过研究发现,乘性噪声强度D、加性噪声强度Q、噪声自关联时间τ以及互关联系数λ均可以诱导系统产生非平衡相变现象,而非高斯参数q却不可以诱导系统产生非平衡相变现象.此外,我们还发现参数D和λ的增大有利于神经元系统从激发态向静息态转换,Q和τ的增大有利于神经元系统从静息态向激发态转换,q的增大会使得神经元系统停留在静息态的概率增加.     

颗粒介质的结构及热力学

颗粒介质具有远程无序和近程有序的结构, 是产生动力学不均匀性(dynamical heterogeneity) 和复杂不可逆过程的根源. 本文分析了颗粒介质的结构特征、变形和能量耗散之间的内在关联, 讨论了颗粒介质的弹性, 提出了流变应变增量、耦合应变增量和弹性应变增量的应变增量分解方式. 沿用非平衡热力学框架, 引入表征运动无序的动理学颗粒温度T^k和表征弹性应力涨落的构型温度T^c, 作为非平衡态变量, 建立了双颗粒温度热力学(two-granular-temperature thermodynamics, TGT理论), 注重分析了不可逆过程中的热力学力和流, 并与著名的砂土内变量热力学进行了对比.     

三光子GHZ态中不同Bell型不等式的实验研究

实验研究了Bell不等式、Mermin不等式和Svetlichny不等式在GHZ态中对定域实在论结果的破坏. 采用目标态密度矩阵的方法给出了实验制备的GHZ态的保真度, 得到了三个不等式在GHZ态中的测量值. 实验结果表明, 三个Bell型不等式在同一个状态下对定域实在论结果破坏程度不同, 在量子密钥分配中可以选择合适的非定域性描述方式考察所用信道的安全性.     

基于冷原子的非平衡量子多体物理研究

量子多体物理和非平衡物理相结合,是当前物理学研究的重要机遇和挑战.非平衡量子多体物理不仅是当前物理学多个分支共同感兴趣的问题,而且是发展新兴量子科技不可或缺的理论基础.冷原子体系为研究非平衡量子多体物理提供了理想的平台.冷原子等人工量子体系的优势,体现在研究孤立系统热化、和环境耦合导致的耗散、系统参数的扫描、跳变和周期驱动等多种非平衡动力学过程.本文结合笔者的研究成果,给出3个具体的例子,展示基于冷原子的非平衡量子多体物理的研究,如何突破拓扑物理研究的已有框架,发展新的测量量子多体关联的方法,以及丰富规范理论研究的内涵.这类研究聚焦量子多体系统的拓扑、关联等基本性质,利用冷原子体系的优势以实现理论和实验的定量结合,以期提炼出具有普适性的物理规律,并推广到凝聚态物质、核物质等其他物理系统的非平衡过程.     

常温下JB-9014钝感炸药的DSD参数研究

 爆轰冲击波动力学（DSD）是目前研究爆轰波非理想传播的有效途径。利用爆轰冲击波动力学的广义几何光学模型,研究了大长径比药柱中爆轰波非理想传播现象,根据常温下Ф10~30 mm药柱的直径效应实验数据,通过非线性优化方法——遗传算法,确定了一套JB-9014钝感炸药的DSD参数。这套DSD参数对JB-9014药柱中定态波形和爆速的计算与实验结果符合。     

对含有非热力学平衡离子的尘埃等离子体中孤波特性的理论研究

得到了描述由尘埃颗粒电荷变化、非热力学平衡分布的离子和Boltzmann分布的电子组成的未磁化的热尘埃等离子体中的尘埃声波的修正的KdV (mKdV) 方程. 并对诸多的尘埃等离子体参数对尘埃声孤波结构的影响进行了理论研究，结果表明，尘埃等离子体参数决定着尘埃声孤波结构，且只在这些参数特别选定的一些区域，才会出现稳定的孤波. 关键词： 非热力学平衡离子 尘埃颗粒电荷变化 尘埃声孤波     

采用态-态模型的热化学非平衡喷管流数值研究

数值求解耦合态-态模型的N₂/N准一维喷管非平衡流方程,获得驻室温度3 000 K~10 000 K,压力1 atm~10 atm条件下的流场参数分布和详细的振动能级分布,分析喷管流动中的宏观和微观特性,并对这类复合占优的流动考察双温度模型中假设的合理性.     

基于面跳跃方法的半导体纳米材料从头算非绝热分子动力学研究

在光电子学应用中,器件性能主要取决于半导体纳米材料中的光生载流子动力学过程. 但是,受反应速率、材料表面积、材料组成等多种因素影响,描述其中的动力学过程非常具有挑战性. 模拟光生载流子动力学过程可以通过绝热分子动力学方法实现,即求解包含非绝热耦合项的含时薛定谔方程. 在众多绝热分子动力学方法中,面跳跃方法出色地平衡了计算精度和计算成本,因而成为描述半导体纳米材料中不同非绝热过程间竞争的有力工具,已被用来模拟材料中的超快动力学过程和其他复杂效应,如Janus过渡金属二硫族化合物范德华异质结中的电荷分离. 本综述通过介绍该领域代表性的理论及实验工作,阐述了光生载流子对半导体纳米材料性能的重要影响,以及面跳跃方法在描述其动力学行为中的重要作用. 由于日趋复杂的材料体系对理论工作提出了巨大的挑战,本综述重点介绍了最近用于模拟这些复杂材料的一些开创性的新方法,包括高精度的电子结构方法和与之相结合的绝热分子动力学方法.