以提升创新能力为目标的基础力学实践教学初探

创新型基础力学人才的培养既要注重专业知识的学习,又要重视学生思辨、质疑与应用能力的提升。受限于不断削减的学时,传统基础力学课程仍以讲授为主,难以开展有效的实践教学环节。这种重理论轻实践的模式易导致学生学习兴趣下降、综合能力不足。为弥补实践短板,国内高校正逐步开展各类型大学生实践项目。本文以大学生创新训练项目为例,系统介绍项目实施期间教师有效的引导方式,以期为新时期力学人才培养贡献力量。     

钙钛矿相界面插层对SrFeOx基忆阻器的性能提升

SrFeO_x(SFO)是一种能在SrFeO_2.5钙铁石(BM)相和SrFeO₃钙钛矿(PV)相之间发生可逆拓扑相变的材料.这种相变能显著改变电导却维持晶格框架不变,使SFO成为一种可靠的阻变材料.目前大部分SFO基忆阻器使用单层BM-SFO作为阻变功能层,这种器件一般表现出突变型阻变行为,因而其应用被局限于两态存储.对于神经形态计算等应用,单层BM-SFO忆阻器存在阻态数少、阻值波动大等问题.为解决这些问题,本研究设计出BM-SFO/PV-SFO双层忆阻器,其中PV-SFO层为富氧界面插层,可在导电细丝形成过程中提供大量氧离子并在断裂过程中回收氧离子,使导电细丝的几何尺寸(如直径)在更大范围内可调,从而获得更多、更连续且稳定的阻态,可用于模拟长时程增强和抑制等突触行为.基于该器件仿真构建了全连接神经网络(ANN),在手写体数字光学识别(ORHD)数据集进行在线训练后获得了86.3%的识别准确率,相比于单层忆阻器基ANN的准确率提升69.3%.本研究为SFO基忆阻器性能调控提供了一种新方法,并展示了它们作为人工突触器件在神...     

Simulation of the magnetoresistance of Heisenberg spin lattices using the resistor network model

The magnetism and conductance of two-dimensional Heisenberg spin lattices are investigated by using Monte Carlo simulations to qualitatively understand a fascinating magnetoresistance effect observed in magnetic materials and their artificial multilayers.Various magnetic profiles,including a pure ferromagnetic,a pure antiferromagnetic,two phase competitive cases,and an artificial sandwich junction,are simulated,and their conductances are calculated based on an extended resistor–network model.Magnetoresistance is observed in some lattices,which is prominent when the system is near phase boundaries.Compared with real manganites,the absence of colossal magnetoresistance in our simulation implies the essential role of charge ordered phase which is not included in our pure spin model.However,our model provides an intuitive understanding of the spin-dependent conductance in large scale.     

4.5 T量子计算用超导磁体系统研制

针对超导量子计算系统所需要的背景磁场环境,研制了一套中心场强4.5 T,中心孔径60 mm的超导磁体系统。该磁体系统采用密绕的NbTi线圈来提供磁场,并由稀释制冷机实现低温环境。对磁体线圈和骨架进行了应力校核,验证了结构的稳定性与可靠性。此外还介绍了磁体制造的工艺流程,并通过实验验证了磁体的性能,表明了该磁体系统的磁场强度和磁场均匀性满足用户要求。     

Incommensurate-commensurate magnetic phase transition in double tungstate Li2Co(WO4)2

Magnetic susceptibility, specific heat, and neutron powder diffraction measurements have been performed on polycrystalline Li$_{2}$Co(WO$_{4}$)$_{2}$ samples. Under zero magnetic field, two successive magnetic transitions at $T_{\rm N1}\sim 9.4$ K and $T_{\rm N2}\sim 7.4$ K are observed. The magnetic ordering temperatures gradually decrease as the magnetic field increases. Neutron diffraction reveals that Li$_{2}$Co(WO$_{4}$)$_{2}$ enters an incommensurate magnetic state with a temperature dependent $\bm k$ between $T_{\rm N1}$ and $T_{\rm N2}$. The magnetic propagation vector locks-in to a commensurate value $\bm k = (1/2, 1/4, 1/4)$ below $T_{\rm N2}$. The antiferromagnetic structure is refined at 1.7 K with Co$^{2+}$ magnetic moment 2.8(1) $\mu_{\rm B}$, consistent with our first-principles calculations.     

含O2高温高压CO2环境中3Cr钢腐蚀产物膜特征

采用高温高压反应釜分别开展3Cr钢在CO2和O2共存、单独CO2和单独O2三种气体条件下的腐蚀实验,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)和电化学方法研究了3Cr钢在高温高压含有O2的CO2环境中的腐蚀产物膜特征.结果表明,在含有O2的CO2的条件下,3Cr钢表面腐蚀产物膜疏松多孔,主要成分为FeCO3、Fe3O4和Fe2O3,腐蚀产物中未见明显Cr元素富集,3Cr钢表现出点蚀的腐蚀形态.3Cr钢在高温高压含O2的CO2腐蚀条件下内外膜层电阻(Rf1、Rf2)和电荷传递电阻Rt均比仅含有CO2腐蚀环境的低,双电层电容(Cdl)和内外膜层电容(Cf1、Cf2)均比仅含有CO2腐蚀环境的高.含有O2的CO2条件下,其保护性显著低于单一CO2条件下形成的腐蚀产物膜.提出了在含O2的CO2气体条件下,3Cr钢表面存在由多种物质组成的腐蚀产物,这导致腐蚀产物疏松多孔,不会形成单一CO2条件下存在的显著提高腐蚀产物膜保护性的Cr(OH)3层,从而促进了3Cr钢的析氢腐蚀和酸性介质中的吸氧腐蚀的机理.     

多密度组合体重心研究

利用静力学原理,采用积分算法,求出了多密度物体重心坐标计算公式.并以装水圆柱桶为例,计算出了其重心坐标,给出水流出过程中重心函数变化曲线,求出了重心变化的极值点.     

Multiferroic phase transitions in manganites RMnO3: A two-orbital double exchange simulation

The semi-quantum two-orbital exchange model is used to investigate the effect of small rare-earth ion substitution on orthorhombic RMnO 3 with A-type antiferromagnetic order,using the Monte Carlo algorithm,exact diagonalization,and zero-temperature optimization approaches.It is revealed that the substitution results in a rich multiferroic phase diagram where the coexisting A-type antiferromagnetic phase and spiral spin phase,pure spiral spin phase,coexisting spiral spin phase,the E-type antiferromagnetic phase,and the pure E-type antiferromagnetic phase emerge in sequence.The multiferroic phase transitions modulate substantially the electric polarization,which is consistent qualitatively with recent experiments.     

哈特曼边界层的初级稳定性分析

导电流体在法向外置磁场的作用下,在贴近壁面处会形成哈特曼边界层.哈特曼边界层的稳定性研究对电磁冶金过程和热核聚变反应冷却系统等相关设备的设计和运行都有着十分重要的意义.本文采用非正则模态稳定性分析方法,对两无限大绝缘平行平板内导电流体流动的稳定性进行了研究.通过在时间上迭代求解扰动变量的控制方程组和伴随控制方程组,获得了在磁场作用下初级扰动的增长情况及其空间分布形式,分析了磁场强度对最优扰动增长倍数G_max、最优展向波数β_opt和最优时刻t_opt的影响,并考察了上下两个哈特曼边界层之间的相互作用.结果表明,最优初始扰动的空间分布形式为沿着流场方向的漩涡,关于法向方向对称或者反对称.当哈特曼数Ha较大时(Ha>10),对称漩涡和反对称漩涡形式的初始扰动增长倍数基本相等;上下两个哈特曼边界层可以认为是彼此独立的,不会相互影响,此时最优扰动增长倍数G_max与局部雷诺数R的平方成正比,相应的最优展向波数β_opt和最优时刻t_opt均正比于哈特曼数Ha.当哈特曼数Ha较小时(Ha<10),反对称漩涡形式的初始扰动更为不稳定,其增长倍数大于对称漩涡的增长倍数,且上下两个边界层之间存在着一定的相互作用,并对整个流场的稳定性产生一定的影响.      

多铁性材料:过去、现在、未来

2010年美国物理学会的James C.MeGroddy奖授予了三位美国科学家:加州大学圣芭芭拉分校Nicola A.Spaldin教授、罗格斯大学Sang-Wook Cheong教授和加州大学伯克利分校Ramamoorthy Ramesh教授,以表彰他们"在推进对多铁性氧化物的认识以及应用方面所作的奠基性贡献".2010年10月份的Physics Today(2010年第10期,第38-43页)刊登了这三位教授为此撰写的精彩文章,对多铁性材料研究的过去、现在和未来进行了评述与展望.全文主要内容如下: