等离子体及其应用

 1879年英国的克鲁克斯首次采用了“物质第四态”这一名词对气体放电管中的电离气体进行了描述。1928年美国的朗缪尔正式引入了“等离子体”的概念,于是等离子体物理学开始问世。今天,等离子体的严格定义应该理解为“是由大量自由电子或负离子和正离子,也可能还有一些中性的原子和分子所组成的、在整体上表现为电中性的宏观体系。”根据物质结构的理论,原子、分子或分子团相互以不同的键力相结合,构成物质不同的形态。固体内粒子间的结合力较强,形成晶格。当粒子的平均动能大于晶格中粒子的结合能时,固体则转变为液体。液体内粒子间结合力较弱。     

粒子热运动对寿命测量的影响

对原子或分子受脉冲激光激发后感生荧光的动态测量是对气态介质弛豫过程进行研究的最直接和精密的方法。但是,在这种情况下记录到的讯号中不仅包含有原子或分子的辐射衰减和碰撞弛豫的讯息,而且还受到粒子热运动的影响。出现了原子或分子态的飞过弛豫(Fly-through relaxation)。这一非碰撞弛豫的本质是:粒子热运动的结果,被激发的粒子离开实验中收集荧光的空间区域,而处于基态的粒子进入了此区域,于是在我们收集荧     

激光冷却与单原子捕获

操纵和控制孤立的原子一直是物理学家刻意追求的目标．固体和液体中的原子处于密集状态,分子或原子相互间靠得很近,联系难以隔绝;气体分子或原子则不断地做高速、无规则运动,分子或原子在这种快速运动状态下,即使有仪器能直接进行观察,它们也会很快地从视场中消失,因此也难以对它们进行单独研究．降低温度,可以使气体中的分子或原子运动变慢．但是气体一经冷却,会先凝聚成液体、再冻结成固体,如果在真空中冷冻,其密度就可以保持足够低,避免凝聚和冻结．然而即使低到－２７０℃还有速率达每秒几十米的分子和原子,因为分子和原子…     

模拟研究电荷的大小和温度对带电胶体纳米粒子稳定性的影响

利用蒙特卡罗方法和原始模型对正则系综中的带电胶体悬浮液进行分子模拟研究. 同时利用众所周知的DLVO理论研究颗粒之间的有效相互作用. 另外研究了温度、微离子价态和胶体粒子对溶液相稳定性的影响. 结果表明,在较高的温度下悬浮液更稳定. 另一方面,低价态的微离子更有利于形成稳定的悬浮液. 对于高电荷的微离子,平均每个集合体中的聚集体的数量和颗粒数更高,较大的胶体粒子稳定性差. 理论结果与表面曲率影响的理论公式有很好的一致性.     

玻璃态物理的若干方面

正避免过冷液体晶化的快速冷却是制备玻璃最简单方法。没有晶化,深过冷液体中组成粒子运动会随降温而迅速减缓。利用这种粘度急剧增加,冷却中的玻璃材料得以加工成型。许多材料的玻璃化是十分容易的,每分钟几度的降温足以避免晶化。简单金属或高对称分子等材料的玻璃化则不然,有时高达109K/s的冷速仍无法避免晶化。尽管玻璃化如此不同,玻璃形成过程却是普适的:随着温度的降低,过冷液体组成粒子重排所需时间延长,经过玻璃转变温度Tg后,液体停止流动从而转变成刚性固体—玻璃。值得     

原子-异核-三聚物分子转化系统暗态的动力学不稳定性

研究了受激拉曼绝热过程中原子-异核-三聚物分子转化系统暗态的动力学稳定性.通过将量子哈密顿对应到经典哈密顿,并求解和分析线性化经典运动方程后得到的哈密顿-雅克比矩阵本征值,解析地得到了原子-三聚物暗态的动力学不稳定性发生的条件.并以异核原子⁸⁷Rb和⁴¹K混合凝聚体为例,数值地给出了系统发生动力学不稳定性的区域.研究发现,这种动力学不稳定性是由粒子之间的相互作用带来的.此外,还发现系统动力学不稳定性的发生不仅与哈密顿-雅克比矩阵是否出现实数或复数的本征值有关,还 关键词： 原子-异核-三聚物分子转化系统 暗态 受激拉曼绝热过程 动力学不稳定性     

玻璃着色技术讲座 第三讲

<正> 五、玻璃的胶体着色及半导体着色1.Mie理论玻璃的胶体着色是玻璃在形成阶段和热处理过程中,着色剂的原子、离子产生沉淀和聚合的结果。为了获得高度透明的玻璃,这些胶体粒     

在单粒子尺度下用胶体研究相变

悬浮于溶液中的微米胶体粒子可以自组装成多种结构,与原子一样具有丰富的相行为,通过调节粒子的大小、形状、相互作用或密度可以驱动相变。由于胶体粒子可以在光学显微镜下直接成像并测量其热运动轨迹,因此是研究相变微观过程的一种有力的模型系统。近十几年来,作用力可调粒子、非球形粒子和活性粒子的制备有了突破性进展,并在自组装技术和相应的计算机模拟中有很大进步,因此为相变研究开辟了许多可能性。文章总结了利用胶体研究相变过程的最新进展,重点关注结晶、熔化和固—固相变,并简述胶体相变研究中存在的挑战和未来前景。     

四波混频的原理及在高激发态中的应用

原子的高激发态一般包括无数个里德伯态和无数个自电离态.里德伯态指原子中的一个电子被激发到离原子核较远的轨道.处于里德伯态的原子对于磁场或碰撞等外界影响非常敏感,具有很高的反应能力,很容易与微波辐射发生作用.当前在原子分子、光学物理等领域人们所感兴趣的各种实验中常常涉及到里德伯态.     

金属玻璃流变的扩展弹性模型

玻璃-液体转变现象,简称玻璃转变,被诺贝尔物理学奖获得者安德森教授评为最深奥与重要的凝聚态物理问题之一.金属玻璃作为典型的非晶态物质,具有与液体相似的无序原子结构,因此又称为冻结了的液态金属,是研究玻璃转变问题的理想模型材料.当加热至玻璃转变温度,或者加载到力学屈服点附近时,金属玻璃将会发生流动.由于热或应力导致的流动现象对金属玻璃的应用具有重要意义.本文简要回顾了金属玻璃流变现象,综述了流变扩展弹性模型的研究进展和未来发展趋势.     

单粒子本征波函数的对称性与势形状

以单核子在原子核三轴椭球形变势中运动的本征值方程为例,说明核形状决定了核势的形状,核势形状的对称性决定了在其势中运动的单粒子本征态的对称性.当核势形状的对称性随形变参量的改变而改变时,对应单粒子本征态对称性的改变,可以用量子力学中的表象变换来表现,也可以用波函数的表象变换来认识.此问题虽然来自于原子核结构理论,但其思想对于在原子、分子、团族粒子等量子体系中处于平均场中运动的独立粒子问题具有普遍意义.     

受驱无序胶体动力学

利用Langevin分子动力学，本数值研究点钉扎中心随机分布的二维胶体动力学．随着钉扎中心强度的提高，我们发现了从弹性脱钉到塑性脱钉的渡越，并伴随临界钉扎力在渡越区的明显提高，类似于超导体中的峰值效应．另外，我们首次发现：当塑性流动发生时，高速运动胶体粒子感受到的平均钉扎力在从玻璃态到液态的转变过程中会出现峰值效应，并伴随有速度-驱动力曲线的交叠．     

金属玻璃液体中的强脆转变现象

强脆转变是玻璃形成液体在从低温到高温升温过程中由强性液体转变为脆性液体的现象,反之从高温到低温冷却过程即为脆强转变.由于其意味着液体的结构发生了某种快速、非连续的变化,强脆转变现象成为异常动力学的典型代表.自1999年《Nature》杂志首次报道了水的强-脆转变现象之后,液体的强脆转变现象就作为凝聚态物理和材料科学领域中的前沿和热点问题被广泛关注.越来越多的研究表明,强脆转变现象在金属玻璃形成液体中普遍存在.为阐明金属玻璃强-脆转变现象对于深入理解玻璃转变本质、探讨液固遗传微观结构特征、揭示晶化过程相互竞争规律、提高玻璃形成能力、促进金属玻璃制备和处理工艺标准化等方面的重要意义,综合评述了强脆转变现象在金属玻璃形成液体中的普遍性、特殊性、定量表征、热力学表现以及结构起源等研究领域的最新进展,并指出了该领域今后的发展方向.     

非晶态半导体的缺陷态化学键的量子化学研究

用量子化学的半经验自洽场分子轨道方法CNDO/2研究硫属玻璃中的各种缺陷态,包括带正电荷、负电荷和中性的三配位硫原子簇的化学键。从原子簇能量、原子净电荷、键级函数(双原子能量)等方面作了比较,取得了与Kastner相一致的结果,验证了K-A-F的换价对(VAP)理论。探讨了孤对电子对于缺陷态化学键的影响,证实了孤对电子在硫属玻璃中的重要作用。 关键词：     

接近玻璃转变

玻璃是黏性极大而且不能流动的液体．一个法国研究小组现在给出了一种确定玻璃态起始的测量方法．一些间接的证据指出，在降温过程中越来越多的液体部分一起运动时，液体开始进入玻璃态，这是因为黏性增加，越来越多的部分需要同时运动液体才能流动．Ludovie Berthier和其同事用过冷的甘油以及悬浮在液体中的小硬球来模拟并直接试验，计算出一起运动区域的大小，他们表示，这些区域的大小存液体向玻璃态的转变中逐渐增加．     

耦合团方法

无论液体还是固体.无论原子、分子还是原子核,都是相互作用的多体系统,即使一个核子也可以看成一个多体系统,因为它们是由通过胶子作用的三个夸克所组成的,而且量子场论中还可能存在真空态产生多粒子虚激发.表1列出了一些多粒子系统.许多这种系统都存在某些我们不能直接根据其组分和粒子间相互作用导出的性质,例如固体中的超导、核聚变等.需要有一些新观念才能理解这些现象.多体物理是理论物理的一个分支,它主要研究多体系统中基本成分间的相互作用所产生的新现象,并提供对这些新性质进行计算的新方法. 量子力学建立不久.狄喇克和海森伯关于…     

无定形半导体(玻璃半导体、非晶态半导体)

与晶体半导体不同,这是一种在结构上原子,分子或离子配列的空间位置处于无规则的状态,具有长程位置无序,短程有序的半导体。因为结构等特点很象玻璃,所以无定形半导体又称为玻璃半导体,非晶态半导体等。正常态下,它是绝缘体或高阻体,但当外界条件(如电场、光、压力或温度等)的作用超过阈值时,就可呈现半导体的导电性质。     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动.近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台.通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息.     

超冷单原子分子阵列

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台.文章介绍近年来在单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子一分子耦合态相干控制...     

质子碰撞硼原子非辐射的电荷转移过程

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系统研究了质子碰撞硼原子在10^-3—10³ eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程.计算采用多参考组:态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道,每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果.分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显,构成了电子转移的主要途径.计算发现,质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位,2p轨道的电子转移贡献较小.在低能区,电子转移截面出现了明显的量子共振现象,这些共振主要来源于不同能量通道的耦合.此外,还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率,该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持.