电场诱导水的太赫兹透射特性研究

许多生物分子自身的转动、振动或分子团的整体振动模式都位于太赫兹波段内,因此可以利用太赫兹光谱技术对生物分子进行检测。同时又由于太赫兹波的光子能量仅为毫电子伏量级,不会对分子的内部结构造成破坏,所以太赫兹时域光谱技术在生物检测方面具有良好的应用前景。众所周知,绝大多数的生物分子只有在液体条件下才能发挥其生物活性,所以研究液体环境下生物分子之间的相互作用就非常必要。然而水分子的转动模式、振动模式以及和氢键有关的能量均处于太赫兹波段,从而对其产生强烈的吸收;另外,水分子为极性分子,而极性分子对太赫兹波有强烈的共振吸收,这就使利用太赫兹技术对生物分子活性进行动态表征产生了困难。因此在研究溶液中的生物分子与太赫兹波的相互作用时,最大限度地减小水分子对太赫兹波的吸收就成为近年来的研究热点。目前,减少水对太赫兹波吸收的主要方法有：在溶液样品中加入抑制氢键缔合的离子来减小水对太赫兹的吸收;通过改变溶液的温度来调节水对太赫兹的吸收;利用微流控芯片技术,通过减小被测样品与太赫兹波的作用距离来减小水对太赫兹波的吸收。另外,激光的激励、电场或磁场的处理,也能改变水对太赫兹波的吸收,将盛有去离子水的微流控芯片放于电场中,研究经电场处理不同时间的去离子水对太赫兹吸收强度的影响。结果发现,太赫兹波的透射强度随着去离子水在电场当中静置时间的增加而增强,当在电场中静置60 min时,太赫兹的频谱强度达到最大,与空气的频谱强度接近。由此可以推断外加电场使水分子的偶极矩发生了变化,从而对整体水分子的振动和转动产生了影响,并且改变了水中的氢键结构,导致了太赫兹透射光谱强度的增强。     

丙烯醛在外电场中的解离性质

利用密度泛函理论（DFT）计算方法,在6-31G+（d,p）基组上,讨论C₃H₄O气体分子在受到外加电场（-10.28 V·nm^-1~10.28 V·nm^-1）作用时的结构特征和解离特性。计算发现,沿分子共轭单键的方向电场增强时,总能量增大,碳碳双键和碳碳单键的键长减小,碳氧双键键长增大,偶极矩减小;能隙E_G增加,红外吸收峰在不同的频率分别发生红移和蓝移,同时IR强度发生变化。分子解离性能表现为：势能壁垒随着外电场增大而降低,达到25.71 V·nm^-1时势能壁垒几乎消失,解离能随着电场增加而逐渐降低,说明在电场作用下解离难度逐渐减小。研究结果为C₃H₄O气体分子或含有该成分的混合物在外电场下的解离特性研究提供参考。     

外电场下二氧化硫的分子结构及其特性

以6-311++g(3d, p)为基组, 采用B3P86方法研究了不同外电场(-0.04-0.04 a.u.)对SO₂分子基态的几何参数、电荷分布、能量、电偶极距、最高占据轨道(HOMO)能级、最低占据轨道(LUMO)能级及能隙的影响, 在优化构型的基础上, 采用含时密度泛函(TD-B3P86)方法研究了SO₂分子在外电场作用下前9个激发态的激发能、跃迁波长和振子强度. 研究表明: SO₂的几何参数与电场强度大小及方向均有明显的依赖关系. 电场由-0.04 a.u. 变化至0.04 a.u.时, 体系的总能量先增加后减小; 偶极矩先减小后增加; HOMO能级一直减小; LUMO能级先增加后减小; 能隙先增加后减小. 激发态的激发能、跃迁波长和振子强度与电场关联均较为复杂, 说明SO₂的激发特性易受外电场影响.     

电场条件下氧化锌结晶特性及极化产物的拉曼光谱分析

开展高压电场调控纳米材料结构形貌和性能研究在功能材料领域具有重要的理论和实际意义.本文在高压电场条件下合成了氧化锌纳米粉体,并对粉末试片进行了后期电场极化处理,研究了电场对氧化锌的结构形貌、点缺陷、拉曼光谱的影响.以X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和拉曼光谱仪对产物的结构形貌、拉曼位移、缺陷分布等进行了表征.结果表明,高压电场条件下氧化锌的完全晶化时间和温度比未施加电场时明显延长和升高,直流电场能够显著促进前驱物中氧化锌的形核,并降低晶化速度.不同电场强度下氧化锌具有不同的显微形貌.纳米氧化锌粉末试片在直流电场中极化后,其阴极面和阳极面的拉曼光谱表现出明显的差异.有明显漏电电流的情况下,阳极面在1050 cm~(–1)处的二级光学声子模A_1(LO)的强度显著提高,且拉曼强度I_1=438 cm~(–1)和I_2=1050 cm~(–1)的比值与极化电场的场强呈线性关系.当调转试片正反面进行二次极化时,原来在阳极面尖锐的1050 cm~(–1)峰经过阴极极化而消失.阳极面1050 cm~(–1)拉曼峰的锐化与氧化锌晶粒内的缺陷重新分布和双肖脱基势垒有关.     

电解质溶液的太赫兹透射特性研究

许多生物大分子的振动和转动能级都在太赫兹波段,且太赫兹波具有光子能量低,峰值功率高的特点,因此用太赫兹技术进行检测,能够从很大程度上保证生物分子不被破坏。然而,大部分的生物分子只有在水溶液中才能保持其生物活性,且水是极性分子,对太赫兹波有强烈的吸收,因此使用常规的太赫兹技术检测水溶液中生物样品的特性存在一定困难。设计了一种具有夹层结构的太赫兹微流控芯片,包含基片、盖片和微通道层,基片和盖片用环烯烃共聚物(COC)和有机玻璃(PMMA)作为材料。COC材料对太赫兹波具有高透性,并且对可见光透明,是制作太赫兹微流控芯片的理想材料,但是价格昂贵且不易获得。为了减少COC的用量,将COC嵌入到基片和盖片的PMMA中,保证太赫兹波能从COC中穿过。COC的直径为5 mm,厚度与PMMA材料一致,都为2 mm,与微通道中心对准。选用厚度为50 μm的强粘性双面胶作为微通道层,将双面胶的中心进行镂空处理作为微通道,其长为3 cm,宽为4 mm。基片、盖片和微通道层紧密粘合在一起构成太赫兹微流控芯片,太赫兹探测区直径为4 mm。将微流控技术与太赫兹技术相结合,减少了样品的消耗量,缩短了太赫兹波与样品的作用距离,为液态样品的检测提供了可能。研究发现,水对太赫兹波的强烈吸收主要是由于水中氢键引起的,而电解质溶液会对水溶液中的氢键产生影响。以电解质溶液为研究对象,分别配置了不同浓度的KCl,K₂SO₄,CuCl₂和CuSO₄溶液,利用太赫兹微流控技术研究了它们的太赫兹透射谱。结果表明：四种电解质溶液的太赫兹透射强度都低于纯去离子水的透射强度,但实验现象也有差别,CuCl₂溶液随浓度增加,太赫兹透射强度增加,而KCl,K₂SO₄和CuSO₄溶液则随着浓度的增加,太赫兹透射强度减小。     

基于量子相干效应的无芯射频识别标签的空间散射场测量

基于原子蒸汽池中铯里德伯原子的电磁感应透明光谱在微波场作用下的Aulter-Towns效应,测量了无芯射频识别标签线形散射单元的近场散射微波电场二维空间分布,空间分辨率可达到亚微波波长.实现了射频电场极化方向与线形散射体标签夹角的有效分辨.电磁仿真软件的仿真结果与实验测量符合得很好.本研究提供了一种测量微波电场近场测量的新方法,对无芯射频识别标签的散射单元设计和标定以及电子电路的电磁辐射测量具有重要的意义.     

太赫兹波段介质微腔光学特性研究

采用匀胶法制备了厚度在微米量级的 Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂和Si/[TiO₂/MgO]²/TiO₂ 多层介质膜反射镜. 采用太赫兹(THz)时域透射光谱系统获得了多层膜的时域透射谱. 用传输矩阵法模拟了Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂ 和Si/[TiO₂/MgO]²/TiO₂两种分布式布拉格反射镜 (DBR)的反射相移和相位穿透深度等光学特性. 设计了两种结构为 DBR/LT-GaAs/DBR的对称THz光学微腔结构并模拟了腔结构的辐射光谱. 结果表明:通过引入谐振腔, 两种DBR组成的微腔器件在谐振波长处的强度分别提高了19和14倍. 其中Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂/LT-GaAs (12 μm)/ [TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂腔的辐射光谱存在两个峰, 分别位于208和248 μm, 并分析了出现两个谐振峰的原因. 探讨了通过引入介质谐振腔实现对THz源的辐射特性进行调控的可行性. 关键词： 分布式布拉格反射镜 光子晶体 穿透深度 太赫兹微腔     

FTIR光谱的海水入侵区水-岩(土)间氟迁移机理分析

滨海地区饮水型氟中毒和海水入侵十分普遍。海水入侵引起地下水性质的改变对岩（土）氟迁移具有潜在影响，但尚未有直接模拟实验证实，其氟迁移机理也不明确。用淡水和海（卤）水混合及配制溶液模拟海水入侵过程，对含水砂层沉积物进行静态水-岩（土）氟迁移模拟实验，对比分析沉积物FTIR特征，探讨海水入侵对岩（土）氟迁移影响规律及机理。结果表明，含水砂层沉积物氟迁移量大小顺序为：海水＞1∶1淡海＞淡水；卤水＞1∶1淡卤＞淡水，随海（卤）水混入程度增加，含水砂层沉积物岩（土）氟迁移能力增强。氟迁移能力随NaCl和NaHCO₃浓度增加而增加，随CaCl₂浓度增加而降低。对含水砂层沉积物傅里叶红外吸收光谱（FTIR）分析表明，随NaCl和NaHCO₃浓度增加，NaCl溶液中沉积物Si-O-Si键伸缩振动峰强度明显增强，氟磷灰石弯曲振动峰减弱，O-H键特征峰变化不明显，而NaHCO₃溶液中沉积物羟基磷灰石弯曲振动峰和Si-O-Si键伸缩振动峰强度变化不明显，O-H键特征峰强度变化明显，表明NaHCO₃溶液主要通过OH-与F-离子交换，而NaCl溶液是通过Si-O-Si键中Si-O置换来影响岩（土）氟迁移。随CaCl₂浓度增加，Si-O-Si键伸缩振动峰强度明显减弱，氟磷灰石弯曲振动峰强度增强，表明Ca2+强烈地抑制岩（土）氟析出。同时，随NaCl和NaHCO₃浓度增加和CaCl₂浓度减少，Si-F特征峰强度减弱，Si-O-Si键弯曲振动峰向低波数偏移。由于大气CO₂混入，1 mol·L-1 CaCl₂作用沉积物出现1 460和1 420 cm-1碳酸根特征峰。由于碳酸根沉积作用，1 mol·L-1的NaHCO₃作用的沉积物在1 460 cm-1处峰强度增强，且在875 cm-1出现新峰，但是在淡海卤水和NaCl溶液作用的沉积物中无碳酸根特征峰，表明含水砂层中无萤石（CaF₂）溶解作用。海水入侵引起的偏碱性、高钠低钙的环境促进岩（土）氟迁移释放，是滨海地区高氟地下水重要动力。     

皮肤含水量对太赫兹光谱参数的影响规律研究

太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测,通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量。目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性,这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化,从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性。随着太赫兹生物应用从离体检测到活体测量方向发展,需要分析阻塞情况下皮肤太赫兹光谱参数的变化规律。采用太赫兹反射系统对手臂皮肤在石英介质窗上的阻塞过程进行了连续测量,然后对不同时刻时域波形的峰峰值、半波脉宽等13个特征量进行了分析。结果表明：时域信号和传递函数的峰峰值、最大值与最小值之间的拟合斜率等参量随阻塞时间而呈指数衰减;传递函数的最大值与最小值时间差、最大值与最小值的斜率等随阻塞时间呈指数增加;时域波形的半峰全宽、对数频谱等保持不变。然后用双德拜模型来模拟皮肤组织在0.2～1 THz频段的介电常数,采用遗传算法和Levenberg-Marquardt相结合的优化算法得到了皮肤阻塞情况下不同时刻的双德拜参数,结果表明：ε_∞和ε_s均随着时间呈指数上升,5 min内增幅分别达到了27.8%和12.5%;ε₂、弛豫时间常数τ₁和τ₂基本保持不变。将皮肤组织视为多层媒质结构,基于Bruggeman有效介质模型,将计算得到的太赫兹反射率和测量得到的反射率作为目标函数,再采用上述混合优化算法得出了皮肤含水量随时间的变化规律。结果表明：随着阻塞时间的增加,皮肤角质层中的水分以指数函数的形式增加,5 min的阻塞时间即可增加23.8%。因此,在进行临床应用和研究时,必须谨慎考虑皮肤与介质窗接触阻塞而导致的参数变化。该研究有利于提高太赫兹活体检测的准确性和推动太赫兹时域光谱技术的临床应用。     

等离子体放电活化生理盐水杀菌应用研究

等离子体中含有多种活性物种可实现高效安全杀菌,活性物种与生物体相互作用多在水环境下进行.因此等离子体与水的相互作用过程研究掀起了等离子体生物杀菌的新浪潮.本文采用水中阵列放电产生等离子体活化生理盐水,利用所产生的活化生理盐水对大肠杆菌开展了杀菌消毒研究,当等离子体放电时间达到120 s时产生的活化生理盐水与大肠杆菌混合后可使大肠杆菌的存活效率降至0.001%.通过紫外-可见吸收光谱测量及化学氧化还原沉降滴定表明放电电荷及激发态氧化性活性物种与水溶液相互作用,转化为活化生理盐水中长寿命相对稳定存在的H_2O_2和O_3等氧化性物种,与大肠杆菌作用并主导主要杀菌效果.     

基于微流控芯片的电解质溶液太赫兹吸收特性研究

由于许多生物分子的振动和转动能级均在太赫兹波段,且太赫兹波具有电子能量低（约4 meV）,不会破坏待测样品的特性,因此可以采用太赫兹光谱技术检测生物样品。然而许多生物分子在液体环境中才能保持其生物活性,需要在盐溶液中来探究酸碱环境对其的影响,以及在盐类缓冲液中研究其生物特性。但水作为极性液体对太赫兹波有强烈的吸收,因此,探究如何减少水对太赫兹吸收的方法非常必要。水对太赫兹的吸收主要因水分子间氢键造成,现阶段最常见的方法是减少水与太赫兹波的作用距离以及破坏水分子间的氢键。利用夹心式微流控芯片在太赫兹时域光谱系统下通过观察光谱强度变化来探究电解质对水分子间氢键的影响,既减少了水和太赫兹波的作用距离,又探究了电解质对水分子间氢键的作用。在微流控芯片中分别加入不同种类以及不同浓度的电解质,通过观察其在0.1～1.0 THz范围内的光谱强度变化来分析不同电解质对水分子间氢键的影响。部分电解质促进氢键的缔合,而另一部分则破坏氢键的形成,在太赫兹光谱范围内表现为光谱强度的变化。若促进氢键的缔合则对太赫兹吸收变大,光谱强度减弱;若破坏氢键的缔合则对太赫兹吸收减弱,光谱强度增加。研究结果发现：在水中加入KCl和KBr时,太赫兹光谱强度增加,表明二者对氢键有破坏作用,使得光谱强度变大;然而当加入MgCl₂和CaCl₂时,太赫兹光谱强度减弱,表明二者对氢键有缔合作用,从而使光谱强度变小。利用太赫兹技术在0.1～1.0 THz范围内研究KCl,KBr,MgCl₂和CaCl₂这四种不同浓度的电解质溶液特性,发现它们只会对光谱强度造成一定影响,不会引入新的特征吸收峰以及对待测样品造成干扰。这对于研究诸如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等在0.1～1.0 THz范围内有特征吸收谱的生物分子具有一定的实用价值。在溶液中加入所需的电解质并借助微流控芯片不仅可以识别待测样品、研究待测样品的光谱信息、探究其生物特性,而且为进一步推动太赫兹技术在生化方面的应用研究提供了先决条件。     

Transmission characteristics of multilayer films composed of electro-optic and dielectric materials

We describe the theoretical evaluation for the transmission characteristics of multilayer films composed of periodic electro-optic and dielectric materials in a variable electric field. The films are assumed to have cavity-type layer stacking structures, which work as a narrow bandpass filter, and their electro-optic material is uni-axial BaTiO₃, whose electro-optic coefficient r₅₁ is larger than 1300 pm/V. The evaluation indicates that films composed of BaTiO₃ and SiO₂ or MgO function as tunable optical bandpass filters, with a tunable range larger than 6 nm for an electric field of less than 4 V/μm.     

硼球烯B_(40)在外电场下的基态性质和光谱特性

以6-31G*为基组,采用密度泛函PBE0方法研究了不同外电场(0—0.060 a.u.)对硼球烯B_(40)的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、红外及拉曼光谱特性的影响;继而采用含时的TD-PBE0方法研究了硼球烯B_(40)在外电场下的电子光谱.研究结果表明:外电场的加入导致分子对称性降低,当电场从0 a.u.变化到0.060 a.u.时,偶极矩逐渐增加,体系总能量和能隙一直减小;外电场的加入将改变红外和拉曼光谱特征,如谐振频率的移动以及红外和拉曼峰的增强或减弱;外电场对硼球烯B_(40)的电子光谱影响较大,当电场从0 a.u.变化到0.060 a.u.时,电子光谱发生红移,同时对振子强度有很大影响,原来振子强度最强的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变得最强.可以通过改变外电场来改变B_(40)的基态性质,以及控制B_(40)的光谱特性.     

Electronic properties of 2H-stacking bilayer MoS2 measured by terahertz time-domain spectroscopy

Bilayer (BL) molybdenum disulfide (MoS₂) is one of the most important electronic structures not only in valleytronics but also in realizing twistronic systems on the basis of the topological mosaics in moiré superlattices. In this work, BL MoS₂ on sapphire substrate with 2H-stacking structure is fabricated. We apply the terahertz (THz) time-domain spectroscopy (TDS) for examining the basic optoelectronic properties of this kind of BL MoS₂. The optical conductivity of BL MoS₂ is obtained in temperature regime from 80 K to 280 K. Through fitting the experimental data with the theoretical formula, the key sample parameters of BL MoS₂ can be determined, such as the electron density, the electronic relaxation time and the electronic localization factor. The temperature dependence of these parameters is examined and analyzed. We find that, similar to monolayer (ML) MoS₂, BL MoS₂ with 2H-stacking can respond strongly to THz radiation field and show semiconductor-like optoelectronic features. The theoretical calculations using density functional theory (DFT) can help us to further understand why the THz optoelectronic properties of BL MoS₂ differ from those observed for ML MoS₂. The results obtained from this study indicate that the THz TDS can be applied suitably to study the optoelectronic properties of BL MoS₂ based twistronic systems for novel applications as optical and optoelectronic materials and devices.     

光电协同增强的场效应对LaAlO_3/SrTiO_3界面中持续光电导的调控

LaAlO_3/SrTiO_3异质结界面体系具有新奇的二维自由电子气现象、暂态光电导效应、持续光电导效应等丰富的光电性质,是近年来科学界研究的热点之一.本文研究了场效应对LaAlO_3/SrTiO_3界面光电导效应的调控,发现光电协同增强的场效应可以使得LaAlO_3/SrTiO_3界面产生显著的持续光电导效应,进一步研究发现:在光电协同效应的影响下,随着负的背栅门电压的增加,持续光电导的数值增大,在-70 V附近达到极值;随着负的背栅门电压处理时间的增加,持续光电导的数值单调增加.LaAlO_3/SrTiO_3异质结中这种场增强的持续光电导效应可为多参数可调的光电子记忆器件的研发提供参考依据.     

电场诱导(MgO)12储氢的从头计算研究

管状(MgO)₁₂是(MgO)_n的幻数团簇, 非常稳定. 为研究电场对其储氢性能的影响, 本文在B3LYP/6-31G^**水平上研究了电场中H₂在(MgO)₁₂管状结构上的吸附性质. 结果表明 (MgO)₁₂能承受强电场而保持管状结构并被极化, 其偶极矩增大为场强0.01 a.u. 和0.02 a.u.时的9.21和19.39 deb (1 deb=3.33564×10^-30C·m). H₂能稳定吸附在单个Mg/O原子上. 无电场时H₂在Mg上为侧位吸附, 而在O上为端位吸附; 电场中, H₂在Mg和O上均为端位吸附, 且其分子取向沿外电场方向. 由于(MgO)₁₂ 及H₂均被电场极化, 因此H₂在(MgO)₁₂部分位置上的吸附强度显著提高. H₂在3配位的Mg/O上的吸附能由无电场时0.08/0.06 eV分别提高到场强为0.01 a.u.和0.02 a.u.时的0.12/0.11 eV 和0.20/0.26 eV. 电子结构分析表明H₂吸附在Mg原子上时, 向团簇转移电荷, 电场极化效应是其吸附能较无电场时增大的主要原因. 吸附在O原子上时, 一方面由于O阴离子极化效应更强; 另一方面, H₂从(MgO)₁₂得到电荷, 其价轨道与团簇价轨道重叠形成化学键, 因此电场效应更显著. 电场中(MgO)₁₂最多能吸附16个H₂, 相应的质量密度为6.25 wt%.     

Surface enhanced Raman scattering of water on an Ag electrode

Surface enhanced Raman scattering of adsorbates on an Ag electrode in various electrolytes (e.g., 0.1–1.0 M KF, KCl, KBr, KI, K₃PO₄, and NaN₃) has been investigated in an effort to elucidate the mechanism of the enhancement of water compared to that for other adsorbates. (It is well known, for example, that pyridine exhibits large enhancement in 0.1 M KCl while SERS from water is not detectable unless the salt concentration is raised to almost 1 M.) Use of an optical multichannel analyzer allowed rapid recording of Raman spectra, and SERS intensities of adsorbates could therefore be monitored simultaneously during a continuous oxidation-reduction cycle. Potential dependencies of SERS intensities when the electrode potential is cycled in a non-faradiac potential range immediately following oxidation and reduction indicate that adatoms are partially responsible for the Raman enhancement. Furthermore, the anions in the electrolyte play an important role in stabilizing these “active sites.” For this reason, the degree of enhancement is influenced by the solubility of the Ag compound formed during oxidation and the specific adsorption of the anions to the Ag surface. Preferential alignment of H₂O molecules with their oxygen ends facing the surface at positive potentials, the tendency of anions in the electrolyte to disrupt hydrogen bonding with the water network, and the weak hydrogen bonding of H₂O with the anions give rise to a SERS lineshape from adsorbed H₂O molecules which is narrower than, and thus distinguishable from, the Raman line of bulk water. Thus, the degree to which the particular anions in the electrolyte disrupt hydrogen bonding among water molecules and reform hydrogen bonding between the anions and H₂O molecules influences the SERS lineshape and the apparent enhancement of the H₂ Raman emission.     

水合TiO2的太赫兹特性和介电动力学研究

用太赫兹时域光谱技术研究不同加热时间后水合TiO₂在0.2～1 THz波段的THz时域谱、频域谱、吸收谱、折射率谱和复介电常数。结果表明水合TiO₂在THz波段出现明显吸收峰,随加热时间增加,含水量降低,吸收系数减小;样品折射率变化位置与吸收峰位置相对应。水合TiO₂在太赫兹波中的电极化响应与频率不存在明显的关系,介电损耗随频率的升高先降低后趋于稳定,介电响应均随加热时间延长而减弱。     

基于原子的射频识别标签近场散射场矢量测量

基于原子的时间/频率、长度以及磁场、微波电场等方面的量子精密测量近年来引起广泛关注。里德堡原子作为微波精密测量工具,具有可溯源性好、空间分辨率高以及探测灵敏度高等优势。通过室温铯里德堡原子的电磁诱导透明光谱特征分析实现了微波电场矢量空间高分辨测量。利用铯原子蒸气池中共线的耦合光和探测光形成了6S_1/2-6P_3/2-51D_5/2的阶梯型三能级系统,5.365 GHz微波电场将诱导相邻里德堡态51D_5/2-52P_3/2的共振跃迁,导致阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱发生Autler-Townes分裂。通过计算光谱的分裂间隔可得到可溯源至普朗克常数的微波电场强度,微波电场测量的空间分辨率达到1/31被测微波波长。特别是提出一种新的微波电场极化方向测量方法,解决了基于里德堡原子进行微波电场极化方向测量时无法分辨互补角的问题。通过对射频识别标签的近场散射场进行矢量测量,实现了标签角度的有效识别,角度分辨率达到1.64°,测量结果与有限元分析方法仿真结果吻合地很好。该研究对于微波电场空间高分辨成像、射频识别标签的设计和识别以及电磁兼容测试等方面具有重要价值。     

Composition Dependence of Electrocaloric Effect in (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 Single Crystals

Composition dependence of electrocaloric effect is investigated in (1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O_3-xPbTiO₃ single crystals by using an eighth-order Landau—Devonshire theory. The applied electric field along [001] direction reduces the ferroelectric-ferroelectric phase transition temperatures, but increases the Curie temperatures. The electrocaloric coefficients of tetragonal phase are much larger than that of rhombohedral and monoclinic phase. A negative electrocaloric effect is observed near the M_C-T phase transition in 0.69 Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.31 PbTiO₃ single crystal. The application of a strong enough electric field results in a high adiabatic temperature change over a broad range of temperature. Therefore, it would be useful to construct a solid state cooling cycle over a broad temperature range for practical applications.