大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室研究进展

2006年大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(State Key Laboratory Modelling forAtmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, LASG)在国家973项目、国家自然科学基金委重大、重点项目、创新研究群体科学基金、院创新团队国际合作伙伴计划项目、院方向性项目等的资助下, 在天气气候动力学、气候模式发展、可预报性研究、上层海洋－低层大气生物地球化学与物理过程耦合研究和计算地球流体力学等方面取得重要进展.      

聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、 热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明, 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构, 铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定, 铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高, 随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢, 在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大, 比聚酰亚胺体系的热压力系数更小, 且随温度升高而减小的程度要小得多. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应, 温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比, 随温度升高分别减小和增大, 与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反, 且杨氏模量的温度稳定性显著提高, 同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小, 具有明显的尺度效应. 加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 聚酰亚胺 纳米颗粒     

Optimization of highly efficient terahertz generation in lithium niobate driven by Ti:sapphire laser pulses with 30 fs pulse duration

We systematically study the optimization of highly efficient terahertz(THz) generation in lithium niobate(LN)crystal pumped by 800 nm laser pulses with 30 fs pulse duration. At room temperature, we obtain a record optical-to-THz energy conversion efficiency of 0.43% by chirping the pump laser pulses. Our method provides a new technique for producing millijoule THz radiation in LN via optical rectification driven by joule-level Ti:sapphire laser systems, which deliver sub-50-fs pulse durations.     

太赫兹波段表面等离子光子学研究进展

表面等离子光子学是研究金属、 半导体纳米结构材料独特的光学特性, 是目前光子学中最有吸引力、 发展最快的领域之一. 伴随着微/纳制造技术与计算机模拟技术的进步, 表面等离子光子学在可见光、 红外、 太赫兹以及微波频域得到了广泛研究, 在高灵敏生化传感、 亚波长光波导、 近场光学显微、 纳米光刻等领域有潜在的应用价值. 特别是人工超材料的发展, 为自然界长期缺乏响应太赫兹波的材料和器件奠定了基础, 从而也促进了太赫兹波段表面等离子光子学的研究. 本文从太赫兹表面等离子波的激发、 传导、 最新应用及未来发展趋势等几个方面进行了回顾和讨论, 将最新研究成果展示给读者.     

静电力显微镜研究二相材料及其界面介电特性

利用静电力显微镜(EFM)研究了二相材料不同区域的介电特性. 制备了高定向石墨/聚乙烯、云母/聚乙烯等层叠状二相材料复合物, 在EFM相位检测模式下观测二相材料过渡界面处, 可以发现二相材料中介电常数较大的材料会引起较大的相位滞后角Δθ该相位滞后角正切值tan(Δθ) 与探针电压V_EFM存在二次函数关系, 且函数二次项系数与样品的介电常数存在增函数关系, 进而可在微纳米尺度下区分不同微区域内材料的介电常数差异. 研究表明EFM 可用于对材料介电特性的微纳米尺度测量, 这对分析复合材料二相界面区域特性有积极意义.     

Efficiency of terahertz detection in electro-optic polymer sensors with interdigitated coplanar electrodes

We discuss the efficiency of an electro-optic （EO） polymer sensor with interdigitated coplanar electrodes. The developed EO sensor is used to detect terahertz radiation via EO sampling. Results show that the sensor improves more significantly detection sensitivity than does a sensor with sandwich configurations.     

聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明: 聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构, 温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性; 银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加; 与聚乙烯体系相比, 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多, 且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大; 银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率, 红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数, 热容随颗粒尺寸的变化较小, 但随温度的升高而明显减小, 具有显著的温度效应; 热压力系数随温度的变化较小, 但随颗粒尺寸的增加而减小, 具有明显的尺度效应, 温度稳定性更好; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比, 并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小, 加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 纳米颗粒     

Weakly interacting spinor Bose–Einstein condensates with three-dimensional spin–orbit coupling

Starting from the Hamiltonian of the second quantization form, the weakly interacting Bose-Einstein condensate with spin-orbit coupling of Weyl type is investigated. It is found that the SU(2) nonsymmetric term, i.e., the spin-dependent interaction, can lift the degeneracy of the ground states with respect to the z component of the total angular momentum J_z, casting the ground condensate state into a configuration of zero J_z. This ground state density profile can also be affirmed by minimizing the full Gross-Pitaevskii energy functional. The spin texture of the zero J_z state indicates that it is a knot structure, whose fundamental group is π₃(M)？？？040305？？？？π₃(S²)=Z.     

电光聚合物在全光技术实现THz波产生与检测中的研究进展

研究和开发基于超短波和低能量激光系统的高振幅、宽频带的太赫兹系统一直是太赫兹应用领域的一个热点。与传统电光晶体材料相比,以电光聚合物薄膜作为太赫兹波产生和检测的最大的优势在于： 一方面电光聚合物不具有晶格结构相应的不存在声子的吸收和太赫兹折射率的散射问题,避免光谱间隙的产生;另一方面电光聚合物薄膜与已用于宽频太赫兹系统中的超薄电光晶体材料相比,更易于加工和处理。另外,可以自行设计得到低相位失配和高电光系数的电光聚合物材料,得到高效率和宽频带的太赫兹辐射源。可以预见,电光聚合物在这一领域的应用必将有宽阔的发展空间和学术研究意义。介绍电光聚合物的电光效应及二阶非线性生色团合成等相关理论问题基础上,综述了近二十多年来,电光聚合物在基于全光技术实现太赫兹波产生与检测系统中的研究进展,主要包括: 掺钛蓝宝石飞秒激光激发下,共聚型和主客体型电光聚合物实现太赫兹波产生与检测;光纤飞秒激光激发下,主客体型电光聚合物实现太赫兹波的产生与检测。     

表面增强红外付立叶变换喇曼散射

在Ag胶中对吡啶分子进行了红外表面增强付立叶变换喇曼散射研究,发现增强因子为3.4×10~4,添加少量KCL时为4.5×10~5。还对吖啶橙和罗丹明B荧光分子进行了红外付里叶变换喇曼散射测量并与可见光下的表面增强喇曼光谱进行了比较。在此基础上讨论了红外付里叶变换喇曼的优缺点和应用前景。