计算物理前沿及其与计算技术的交叉

计算物理学是随着计算技术发展而形成的一门新兴的交叉学科。它是用现代计算技术武装起来的“实验的”理论物理学和“虚拟的”实验物理学。文章回顾了计算物理的发展历史，介绍了计算物理研究状况和前沿问题，并展望了新世纪计算物理面临的挑战。     

玻色-爱因斯坦凝聚体中的超流现象

在玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）的超流现象的研究中，人们通常采用平均场近似下求解Gross-Pitaveskii方程的方法，我们采用更严格的准确对角化的方法对弱排斥相互作用下两维旋转N－Boson体系的凝聚状态进行了研究，研究表明，弱相互作用下的基态并不是人们通常认为的单一凝聚态，而是一个碎裂凝聚态，通过碎裂态能谱与平均场方法给出的能谱之间的比较以及条件几率分布函数的计算，我们指出这种碎裂凝聚态有着内在的不稳定性，很容易破缺到一个单一凝聚状态；计算给出的条件几率分布可以用来揭示破缺石的状态，其分布图案与平均场近似下得到的涡旋图形相类似，我们进一步注意到过去研究工作主要集中在弱相互作用极限下和强相互作用Thomas-Fermi近似极限下这两种极端情况，为考察两种极限间的中间过渡区域，我们研究了中等相互作用强度下体系的基态性质。     

大功率高温超导滤波器的设计与功率测试

本文在双面YBCO高温超导薄膜上设计并制备了两节大功率超导滤波器,根据滤波器功率承载能力与最大电流密度之间的关系,减小电流密度和分散电流密度的分布是提高功率承载能力的关键.本文采用增加超导谐振器尺寸、优化几何结构及改进馈线耦合方式的方法,设计了两节2 GHz频段梭型谐振器结构的滤波器.设计及测量结果显示了馈线结构及谐振器几何尺寸优化程度对超导滤波器功率承载能力有不同程度的影响,说明了在大功率超导滤波器设计中应选用无结点间隙耦合式馈线以抑制电流密度的聚集.采用优化后的谐振器结构制备的梭型两节超导滤波器经测试功率承载能力为2 W.超导滤波器的尺寸为25×12 mm LaAlO3基片,中心频率2.022 GHz,相对带宽为2.4%.同时给出了超导滤波器功率测试的结构和方法.     

1.6Cell光阴极微波电子枪冷测及初步高功率实验研究

介绍了清华大学加速器实验室BNL/KEK/SHI型1.6cell微波枪调谐以及老练的初步结果. 调谐过程中, 测量了耦合孔尺寸与外部品质因数之间的关系; 给出了0模和π模的频率、单腔频率以及场分布. 目前, 该微波电子枪正在进行高功率微波老练, 给出了该枪初步的微波老练的情况及测量结果.     

噪声情况下的量子网络直接通信

提出和研究了噪声情况下的量子网络直接通信. 通信过程中所有量子节点共享多粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)量子纠缠态; 发送节点将手中共享的GHZ态的粒子作为控制比特、传输秘密信息的粒子作为目标比特, 应用控制非门(CNOT)操作; 每个接收节点将手中共享GHZ 态的粒子作为控制比特、接收到的秘密信息粒子作为目标比特, 再次应用CNOT门操作从而获得含误码的秘密信息. 每个接收节点从秘密信息中提取部分作为检测比特串, 并将剩余的秘密信息应用奇偶校验矩阵纠正其中存在的比特翻转错误, 所有接收节点获得纠正后的秘密信息. 对协议安全、吞吐效率、通信效率等进行了分析和讨论.     

“看见”一种新型的二维冰结构

 固体表面与水(冰)形成的界面是自然界中最常见的界面之一。它直接或者间接地影响到我们的日常生活以及工业技术的方方面面,对于该问题的科学研究涉及表面物理、大气化学、环境科学等多个领域。其中,水在固体表面发生的多相结晶过程是人们研究水和固体界面的一个重要方面。在地上,这种结冰过程能形成美丽的冰川,也会导致路面和铁轨结冰而阻碍交通;在空中,这种结冰过程是大气层循环中的一个重要组成部分,同时也是很多起飞机事故的元凶。     

过模波导器件的迭代设计方法

从模式保留和转换的角度, 过模波导器件可分为模式转换器、模式保留器和模式综合器. 传统方法只解决其中一种器件的设计或者对器件的某个指标进行改进. 本文在深入分析耦合波理论之后, 提出了过模波导器件的迭代设计方法, 从原理上解决了过模波导器件的设计问题. 该方法能够统一设计三类过模波导器件, 通过添加不同的结构控制方法, 可得到转换效率更高、带宽更宽、结构更紧凑、满足不同工程需求的器件, 而且还能有效设计一些新型器件. 给出了两个设计实例: 双频TM₀₁–TE₁₁模式变换器和光壁馈源喇叭. 双频TM₀₁–TE₁₁模式变换器的两个工作频点为8.75 GHz和10.3 GHz, 波导半径为16 mm, 在两个频点转换效率为99%以上. 光壁馈源喇叭实现TE₁₁模式向高斯束的转换. CST仿真结果验证了这两个器件设计的正确性和有效性. 关键词： 耦合波理论 模式转换器 模式过渡器 迭代法     

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉（Nottingham）效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明：空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×10⁹–9×10⁹ V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强. 关键词： 热场致发射 诺廷汉效应 空间电荷效应 阴极表面电场     

氢吸附导致的SiC表面金属化

文章报道了最近对氢吸附导致β-SiC（001）-32表面金属化的研究结果.提出了β-SiC（001）-32表面金属化的一种新机制：通过形成氢桥键（Si-H-Si 复合结构）形成表面n型掺杂.该复合结构通过氢桥键增强了沟槽底部的弱结合的Si-Si二聚体,并向体系的导带提供电子.     

现实的一代ETC模型对Zbb、Zτ+τ－顶角的辐射修正

在一个现实的一代扩展人工色(ETC)模型中,计算了旁路(Sideways)及对角(diagonal)ETC规范玻色子交换对Zbb、Zτ⁺τ^－顶角的单圈辐射修正.结果表明Z→bb过程的衰变宽度Γ_b、分支比R_b以及τ的极化不对称参数A_τ都较标准模型的要大,与最近的实验数据相符.