LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内). Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO₂键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述...     

自旋为1/2的XY模型亚铁磁棱型链的物性和有序-无序竞争

利用不变本征算符法, 计算低温下自旋为1/2的XY模型一维亚铁磁棱型链系统的元激发谱, 讨论在此系统中不同的特殊情形下的元激发能量, 从而给出体系的三个临界磁场强度的解析解H_C1, H_C2, H_peak. 分析不同外磁场下 体系的磁化强度随温度的变化规律, 发现三个临界磁场强度的解析解H_C1, H_C2, H_peak是正确的, 并从三个元激发对磁化强度的贡献进行了说明. 低温下磁化强度随外磁场的变化呈现1/3磁化平台. 体系的磁化率随温度或者外磁场的变化都出现了双峰现象. 这说明双峰源于二聚体分子内电子自旋平行排列的铁磁交换作 用能和二聚体与单基体分子间电子自旋反平行排列的反铁磁交换作用能, 热无序能, 外磁场强度相关的自旋磁矩势能之间的竞争.     

磁性物质的热力学系统和对气候的影响

本文首先对单组分或组成不变的多组分系统给出磁场下的热力学系统的基本方程, 导出熵为温度和磁场强度的函数 的微分方程 并进一步证明顺磁性物质等温可逆放热,即 ,会导致系统磁场增高.根据宏观热力学理论这一结论,则磁铁矿的存在会导致地区气候温和宜人.     

利用分子动力学模拟研究气体双向泻流过程

本文利用分子动理论从理论上推导了理想气体的双向泻流过程。即在一个绝热容器中加入一绝热隔板,在隔板两边分别设置初始条件不同的理想气体。在两子系统达到平衡时开放隔板上一小孔,使两子系统进行双向泻流。除了理论推导,本文也引入分子动力学模拟计算了温度随时间变化曲线。这种双向泄流可能会产生一些违反常识的有趣的现象,我们发现在满足特定条件下,初始温度高的气体会先升温再降温,而初始温度低的气体会先降温再升温,直至温度相等为止。     

外磁场对纳米管上Blume-Capel模型磁热性能的研究

利用有效场理论研究了纳米管上外磁场中Blume-Capel模型格点的磁化强度、磁化率、内能、比热和自由能,得到了系统格点的磁化强度、磁化率、内能、比热和自由能与外磁场和晶场的关系.结果表明:外磁场强度、交换相互作用和晶场强度等诸多因素相互竞争,使系统表现出比没有外磁场作用的Blume-Capel模型更为丰富的磁学特性;外磁场能够增大系统格点的磁化强度,导致系统的二级相变消失;负晶场作用系统时,系统会发生一级相变;晶场强度、外磁场强度不同时,系统的磁化率、内能、比热和自由能也呈现出复杂性.     

用于亚开温区的极低温绝热去磁制冷机

随着空间观测、量子技术等前沿科研领域的发展,亚开温区的极低温制冷需求日益增加.本文设计并研制了一台极低温单级绝热去磁制冷机.该制冷机由GM型制冷机提供约3 K热沉,以钆镓石榴石为磁热工质,由超导线圈提供最大为4 T的磁场,通过绝热去磁,实验最低温度可达470 mK.在恒温控制模式下,可在1 K下提供2.7 J冷量,温度波动小于0.5 mK,绝热去磁制冷的第二热力学效率为57%;在0.8 K下,制冷量为1.2 J.该制冷机将作为50 mK温区三级绝热去磁制冷系统中的第一级,在1 K下提供0.7 mW制冷功率.本研究为进一步开展极低温多级连续绝热去磁制冷奠定了基础.     

基于锑化铟亚波长阵列结构的太赫兹聚焦器件

基于锑化铟材料在太赫兹波段的横向磁光效应,提出了一种金属-空气-锑化铟-金属非对称周期性亚波长线栅阵列结构的表面等离子体器件,研究了外加磁场和温度对不同频率透射波聚焦特性的影响.结果表明,在外加磁场强度B=0.6 T、温度T=172 K时,可实现0.8 THz透射光束的聚焦,焦点处能流密度透过率比没有外加磁场时增强28倍.对于不同频率入射波,通过主动调节磁场强度和温度,能实现从0.4—0.8 THz宽频带的聚焦,而且焦点处的透过率相比于无外加磁场时的普通狭缝聚焦透过率增强20倍以上,该器件是太赫兹波段理想的可调谐、宽频段、高透过率的聚焦器件.     

具有三角自旋环的伊辛-海森伯链的热纠缠

研究了具有三角自旋环的伊辛-海森伯链在磁场作用下的热纠缠性质.分别讨论了三角自旋环中自旋1/2粒子间相互作用的三种情形,即XXX,XXZ和XY Z海森伯模型.利用转移矩阵方法,数值计算了具有三角自旋环的伊辛-海森伯链的配对纠缠度.计算结果表明,外加磁场强度和温度对系统处于上述三种海森伯模型的热纠缠性质均有重要影响.给出了系统在不同的海森伯模型下,纠缠消失对应的临界温度随磁场强度的变化图,由此可以得到系统存在配对纠缠的参数区域,同时发现在特定的参数区域存在纠缠恢复现象.因此适当调节温度和磁场强度,可以有效调控具有三角自旋环的伊辛-海森伯链热纠缠性质.     

强磁场下电容温度计的磁效应研究

在温度低至0.3K,磁场强度最高达到20T的条件下,对微晶玻璃电容温度计(Lakeshore CS-501GR)的电容值随磁场变化行为进行了测量.研究发现电容温度计的电容值随着磁场变化表现出一个非单调的磁场依赖关系,而且在温度越低的情况下,这种依赖关系越明显;显然,对于一个需要高灵敏度的温度计来说,这个明显的磁场效应在低温情况下是不能忽视的.     

温度和磁场对应变片的影响

电阻应变片的电阻不但随应变变化,而且随温度和磁场变化.为了修正温度和磁场的影响,在4.25K到300K的温度范围内,试验了镍铬合金电阻应变片WK-15-250BG-350的表观应变与温度的关系,并在不同磁场下试验了温度对应变片的影响.在低温下试验了应变片的表观应变与磁场的关系(即磁阻效应).分析了不同温度下,磁场对应变片的影响.试验结果将在TESPE装置的实际应变测量中进行误差修正.     

限制在一维谐振势下的三维自由电子气的一些热力学性质

利用围路积分表达的计算系统热力学势的一个公式,得到被一维谐振子势限制、有垂直磁场作用的三维自由电子气的在任意温度下的热力学势的精确解析表达式.然后利用其研究了不同温度和尺度区域内磁化强度、磁化率和比热随磁场强度的变化情况.研究表明,低温下磁化强度、磁化率和比热随磁场强度变化出现振荡现象,其中比热还会出现两种不同的振荡模式.     

稀磁半导体Hg0.89Mn0.11Te磁化强度及磁化率的研究

利用MPMS-7(magnetic property measurement system)型超导量子磁强计对垂直布里奇曼法生长的Hg0.89Mn0.11Te晶片磁化强度变化规律进行了测量.试验采用了两种不同的外场和冷却条件.首先在5 K恒温下,-5200到5200 kA/m范围内改变磁场强度进行了测定.然后维持800 kA/m恒定磁场,分别在有场冷却和无场冷却条件下,从5到300 K范围内改变温度,研究了变温条件下的磁化特性.并采用分子场近似模型,用类布里渊函数,最小二乘法对磁化强度随磁场强度变化的实验结果进行拟合和分析,结果表明,Mn2+离子之间存在反铁磁相互作用.磁化率和温度关系分析表明:在测试范围内Hg0.89Mn0.11Te是单一的顺磁相,在高温区磁化率和温度服从居里-万斯定律,呈线性关系,低于40 K时,磁化率和温度的关系偏离居里-万斯定律,表现出顺磁增强现象.     

强磁场下Cernox^TM温度传感器的磁致电阻效应研究

以Cernox-1070温度传感器为研究对象,研究了其在磁场强度0-16 T和4.2-300K温区下的磁致电阻效应.实验结果表明：CX-1070温度传感器受磁场的影响较小,在16T、4.2-300K的磁效应值为-0.19-2.38%,产生的最大测量误差为0.11K;15-50K温区为磁效应最低的温度区间,在50-300...     

InAs晶体二维自旋磁极化子自陷能的磁温效应

 在同时考虑磁场和高温高压的情况下,应用么正变换和线性组合算符法,研究了电子自旋对弱耦合二维磁极化子自陷能的影响。对InAs半导体所作的数值计算结果表明,不同方向的电子自旋使弱耦合二维磁极化子的自陷能分裂为二。分裂的程度随磁场的加强而加剧。随着磁场或温度的增加,磁极化子的自陷能减小而电子自旋能量与磁极化子自陷能之比增大。当磁场足够强或温度足够高时,电子自旋能量与磁极化子自陷能之比是很大的。     

磁致塑性效应下的位错动力学机制

基于磁致塑性效应探讨了磁场作用下位错受力和运动机制, 对磁场下的位错动力学机制进行了定性和定量分析. 选择氧化铝纳米颗粒强化铝基复合材料为实验对象, 在不同磁感应强度下(0–3 T范围)对试样进行磁场处理. 结果表明, 随着磁感应强度增加, 位错密度提高, 表现出塑性变形特征. 分析认为, 磁场力不足以驱动位错运动, 位错增殖诱因在于磁致塑性效应, 即磁场改变了顺磁性位错芯与障碍间自由基对中的电子自旋状态, 促使自由基对从强键结合单线态向弱键结合三重态转化, 位错穿越障碍时所需能量减小, 退钉扎趋势明显; 位错运动中的限速环节是位错在障碍处的停留, 磁场诱发的电子激发和原子重排速度很快, 表现出磁场作用的高效性. 磁场起作用的临界磁感应强度约为3 T, 低于3 T时磁场作用随磁场强度增加而变得明显, 高于3 T 后磁场效果会减小. 计算得到3 T 时位错运动速度是10^-3 m/s, 位错线长度比未加磁场时增加两个数量级, 位移与磁感应强度平方和磁场作用时间成正比. 实验和理论研究表明磁场具有改善材料塑性变形能力的显著作用.     

磁性物质的热力学系统和对气候的影响

本文首先对单组分或组成不变的多组分系统给出磁场下的热力学系统的基本方程,导出熵为温度和磁场强度的函数S(T,H)的微分方程TdS=C_H_HT+μVT((aM)/(aT))_H dH并进一步证明顺磁性物质等温可逆放热,即Q<0,会导致系统磁场增高.根据宏观热力学理论这一结论,则磁铁矿的存在会导致地区气候温和宜人.     

与In扩散进GaAs中相关的超导相的发现

一、背 景 1991年6月10日美国加州大学伯克利分校材料科学系J.M.Baranowski等人发表文章,题为“Evidence for Superconductivity inLow-Temperature-Grown GaAs”.[1]此文详细报道了他们用LT-GaAs(用分子束外延方法低温生长的GaAs样品)在电子自旋共振谱仪(EPR)上,采用磁场调制微波吸收的方法(FMMA),在温度T-10K时,观察到微波吸收的突变,这个行为清楚地表明:在这个温度下存在相变,这与高温超导体微波吸收特征相似.与此同时,又进行了迈斯纳效应的实验,从而证实了LT-GaAs中存在超导相. 关于超导相的起源,作者认为是由于LT-GaAs样…     

高温超导带材性能测试装置的设计

高温超导带材通流能力Ic是带材应用时的重要性能指标,而不同的环境温度、磁场强度、以及磁场应加角度,都会对Ic产生非常大的影响。为量化测定高温超导带材在复杂磁场,温度环境下的性能,设计了一套可提供4T背景磁场的性能测试装置。该装置可提供0~4T任意角度磁场、20K~77K任意温度环境、0~1000A稳定通流能力的平台。     

高温超导带材性能测试装置的设计北大核心

高温超导带材通流能力Ic是带材应用时的重要性能指标,而不同的环境温度、磁场强度、以及磁场应加角度,都会对Ic产生非常大的影响。为量化测定高温超导带材在复杂磁场,温度环境下的性能,设计了一套可提供4T背景磁场的性能测试装置。该装置可提供0~4T任意角度磁场、20K^77K任意温度环境、0~1000A稳定通流能力的平台。     

准一维梯状结构化合物Sr14-xCaxCu24O41磁化率随外磁场的变化性质

采用常规的固相反应方法制备了Sr14-xCaxCu24O41系列样品(x=0.0,3.5,6.0,8.4).X-ray衍射结果显示,所有样品均为单相,并且随着掺杂离子含量的增加,样品的晶格常数a,b,c的值均逐渐减小.在10 K～200 K温度范围内测量了不同磁场强度(H=1 T,3 T,5 T)Ca掺杂样品(x=0,3.5,6,8.4)的磁化率温度曲线.磁化率测量结果表明,磁场的增强导致居里-外斯贡献降低,并且导致自旋能隙变小.进一步拟合结果表明,参与磁化率贡献的自旋数目随Ca掺杂浓度的变化不明显,而随磁场强度的增大而减小.