带缺陷结构的二维磁性光子晶体的数值模拟分析

利用频域有限差分方法分析了多种带缺陷结构二维磁性光子晶体（二重对称,四重对称和六重对称结构）的法拉第旋转角与椭圆率的变化特性.结果表明：在这些结构中,光波均被局域在中心缺陷处;同时,对于具有四重对称轴结构的材料,在其法拉第旋转角增加的同时,出射光波的椭圆率没有明显的增加;但对于不具有四重对称轴结构的材料,其法拉第旋转角增加的同时,出射光波的椭圆率也在增加.因此,只有在具有四重对称轴结构的二维磁性光子晶体中引入缺陷,才能很好地抑制光波偏振态的变化.这种带缺陷的二维磁性光子晶体结构有可能用于制作磁性光子晶体光 关键词： 磁光效应 二维磁性光子晶体 缺陷 频域有限差分法     

多狄拉克锥的二维CrPSe3的半金属铁磁性与电子结构撤回

采用第一性原理方法和紧束缚模型研究了二维层状结构过渡金属硫族磷化物CrPSe3的磁学特性和电子结构.二维CrPSe3晶格呈现六角蜂窝状结构,声子谱证明其具备较好的动力学稳定性.二维CrPSe3的电子结构呈现出自旋无能隙磁性半金属特性.蒙特卡罗方法模拟出二维CrPSe3的居里温度为224 K,分子动力学表明其具有良好的热力学稳定性.晶体和电子结构研究揭示二维CrPSe3的磁性来源于反铁磁性的d-d直接交换作用和铁磁性的p-d超交换作用间的相互竞争.二维CrPSe3的自旋向上的能带展现出奇异特性:除了高对称点K处出现的一类狄拉克锥之外,在高对称路径Γ-K的中点附近也出现了一类狄拉克锥结构,二者均有较高的费米速度.电子结构表明狄拉克电子主要源于Crdxz和dyz轨道的贡献.在电子结构分析的基础上,采用紧束缚模型对二维CrPSe3费米能级附近的能带进行模拟,结果证明二维CrPSe3的多狄拉克锥结构受过渡金属Cr的六角几何排列对称性保护.该研究为揭示二维材料的磁性机理和研制高温高速自旋器件提供了一良好的模型平台.     

Fe原子薄片的磁性:第一性原理计算

使用基于密度泛函理论的第一原理方法,对Fe单层原子薄片在二维正方、二维六角晶格下的电子结构和磁学性质进行了系统研究.结果表明,二维正方、二维六角以及bcc晶格在平衡晶格常数下都具有磁性,其单位原子磁矩分别为2.65,2.54和2.20μ_В.对二维晶格在被压缩和被拉伸时的磁性计算表明,随着晶格的被拉伸,当最近邻原子间距大于4.40时,铁原子间的键合被拉断,体系单位原子的磁矩趋于孤立Fe原子的磁矩4μ_В;随着原子键长的减小,各体系的磁矩 关键词： Fe 原子薄片 磁性 从头计算     

准二维无序系统的电子结构

对形如N_t×N_l型准二维无序系统，只考虑格点之间的最近邻跳跃积分，采用特殊的格点编号方案，在单电子近似下，系统的哈密顿量可表示为简明对称矩阵，借助豪斯荷尔德变换将其约化为对称三对角矩阵，再利用负本征值理论及传输矩阵等方法,对系统态密度、局域长度及电导等电子结构特性进行数值计算. 重点研究了准一维四平行链和五平行链无序系统， 将结果与一维单链、准一维双链及三链系统进行对比，发现随维度的增加，系统的能带有所展宽，能态密度分布发生很大的变化，其峰值数量呈偶数规律增加. 并且在能带中心处存在有局域长度大于系统大小的扩展态，处于这些态下的系统具有较大电导. 从单链到多链，相当于扩大了系统的关联范围，使系统出现了类似非对角长程关联的行为. 关键词： 准二维无序系统 态密度 局域长度 电导     

声学蜂窝结构中的拓扑角态

高阶拓扑绝缘体是近年来发现的一类具有特殊拓扑相的新型拓扑绝缘体,目前已在光学、声学等多种经典波系统中实现.本文采用数值模拟方法研究了一种二维声学蜂窝结构,通过调节胞内和胞间耦合波导管,使体能带发生反转诱导拓扑相变,进而利用拓扑相构建出声学二阶拓扑绝缘体.蜂窝结构的拓扑性质可以用量子化的四极矩Q_ij表征,当Q_ij=0时,系统是平庸的;而当Q_ij=1/2时,系统是拓扑的.基于该蜂窝结构,分别研究了六边形和三角形结构的声学高阶态,在两种构型的蜂窝结构中均观测到了孤立的零维角态,研究结果表明只有存在钝角的六边形结构对缺陷具有鲁棒性,受拓扑保护.本文的拓扑角态丰富了高阶拓扑绝缘体的研究,同时可为紧凑声学系统中的鲁棒限制声提供一条新途径.     

二维自旋系统aging现象的数值模拟研究

应用动力学蒙特卡罗模拟方法，对二维Ising模型和二维XY模型的aging现象展开数值研究.系统在零外场条件下从高温无序相淬火到临界温度T_c时，通过测量自关联函数A(t,t′)，观察到二维Ising模型和二维XY模型的aging现象，获得更精确的动力学临界指数λ_c和z的值.特别是对二维XY模型，当初始态为完全无序态时，模拟结果证实存在关于标度行为的对数修正. 关键词： 蒙特卡罗模拟 相变和临界行为 aging现象     

主动型氢原子钟原子弛豫时间的测量和分析

氢原子钟的原子弛豫时间是原子系统经过选态去除基态超精细能级（F = 0,m_F = 0）态和（F = 1,m_F = −1）态原子后,部分氢原子从（F = 1,m_F = 0）态跃迁至（F = 0,m_F = 0）态直至原子系统达到平衡状态所需的时间,该参数反映了原子的寿命,并直接影响氢原子钟的稳定度指标.为了测量主动型氢原子钟的弛豫时间,进而评估其性能,通过Raspberry Pi（RPI）产生时序信号,控制数字衰减器和电离源供电电路的继电器,从而控制微波探测信号的开启和原子束流的通断,并与数据采集等电路组成了氢原子自由感应衰减测试系统.通过对采集的自由感应衰减信号建模拟合,测算了氢原子钟的弛豫时间.该方法对于评估和优化原子线宽,改进主动型氢原子钟稳定度指标具有重要的参考意义.     

通往量子自旋液体的新路径——Kitaev模型的材料实现

Kitaev模型是一种建立在二维六角蜂窝状格子上的有效自旋为1/2的量子自旋液体模型。该模型可严格求解,具有拓扑序,分数化激发产生马约拉纳费米子与Z₂规范场,提供了对拓扑物理学与非易失性存储技术研究的新思路。区别于三角晶格与笼目格等材料中由于几何阻挫导致的量子自旋液体态,Kitaev量子自旋液体的形成来源于自旋空间中各向异性的Kitaev相互作用。近年来,在真实材料体系中寻找这种相互作用成为了实现量子自旋液体的新途径。其中,具有六角蜂窝状结构的莫特绝缘体 α-RuCl₃被认为是众多候选材料中最具潜力的一种。文章将从实验角度出发,以α-RuCl₃为主要代表体系,介绍近年来在Kitaev量子自旋液体实验研究方面的重要进展,特别是以中子散射为主要手段对材料中与Kitaev量子自旋液体态相关的自旋激发态研究的结果。     

Nb二维原子薄片中的Jahn-Teller效应

使用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法，研究了Nb二维单层原子薄片的结构稳定性和电子结构性质.对其所有的二维晶格结构的计算表明，由于Jahn-Teller效应，对称性较高的正方和六角晶格都是不稳定的二维结构.而稳定的二维结构是由对称性较高的六角晶格畸变后形成的对称性较差的斜方和中心长方结构.Nb单层原子薄片不能形成长方晶格结构.通过计算电子结构和Jahn-Teller效应，进一步讨论了这些结构的相对稳定性以及各二维晶格结构的电子能带和态密度等性质. 关键词： Nb原子薄片 Jahn-Teller效应 电子结构 从头计算     

修正屏蔽库仑势下二维尘埃等离子体的动力学和结构特性

本文考虑等离子体密度分布变化, 得到了修正屏蔽库仑势的解析解. 数值分析以及分子动力学模拟表明, 在常见实验室参数情况下, 等离子体密度分布变化引起的屏蔽库仑势修正对二维尘埃等离 子体系统的动力学和结构特性影响很小. 在极限参数情况下, 本模型的计算结果表明二维尘埃等离子体系统的扩散能力明显降低, 并且系统组态呈圆形分布. 此外, 本文还研究了实验室常见大小磁场对二维尘埃等离子体系统的影响. 关键词： 修正屏蔽库仑势 二维尘埃等离子体 分子动力学模拟     

脱金属硫蛋白吸附在粗糙金表面的表面增强拉曼光谱

利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术研究了金属硫蛋白(MT)与脱金属硫蛋白(apo-MT)在粗糙金表面的吸附行为。结果表明:MT通过氨基与金作用;apo-MT与金的作用位点受制备方法影响:在溶液中预制的apo-MT通过半胱氨酸残基的巯基与金结合,在金表面制备的apo-MT通过氨基和巯基与金结合。SERS更适合于研究MT的结构特征。     

激光自混合显微系统的设计及实验研究

论述了自混合干涉技术的发展历程,并引入了自混合干涉显微技术的实验原理和研究近展;建立了He—Ne激光自混合干涉实验装置系统,获得了稳定的激光功率输出。然后,对基于激光自混合干涉技术的显微镜进行了研究,并详细给出了该系统的设计原理、装调方法和实验结果,得到了玻璃小球的三维形体信息图像。系统达到的横向分辨力1μm,纵向分辨力为15nm。上述实验结果证明自混合显微镜在微小物体的高精度形貌成像方面有着很大的潜力。     

白天全天空背景测量与分析

开展了白天全天空背景亮度特性数据库研究。利用测量设备进行天空背景全天候测量,对测量数据进行分析与处理,建立了白天天空背景理论模型,提出了基于理论模型的修正完善方法,建立了该位置全天空背景亮度数据库,可给出任意时刻背景亮度值。解决了连续特定位置背景提取难的问题,提高了提取的数量和精度。     

重力对GaSb熔滴和液/固界面交互作用的影响

利用我国返回式实验卫星在空间微重力条件下进行了GaSb熔滴与GaP,BN和GaAs等材料的润湿性能的研究,分析了熔滴与基片之间的界面相互作用,并与重力场下实验结果进行了对比.实验表明,重力因素对润湿性存在影响,空间微重力条件下测得的GaSb熔滴与GaP及BN基片的接触角比地面测量的大.对凝固后的熔滴与基片之间的组织分析显示,重力场下,液固界面的相互作用较强,存在较宽的过渡区,这与地面浮力对流有利于物质输运密切相关.实验结果还表明,空间微重力环境下熔体凝固的组织比重力场下要均匀. 关键词： 微重力 润湿性 液/固界面     

Polarization and extra-atomic relaxation on the surface and in the bulk of solids: influence of the molecular shape, polarizability and complex nature of the adsorbate

The influence of the molecular cavity shape and of the angular dependence of the dielectric constants in a low symmetry crystal on the polarization energy E_pol, induced by electron holes in the bulk and on the surface of the molecular solids, is investigated. The analytical expressions are obtained and evaluated for SF₆, SO₂, CS₂ and seven aromatic organic compounds. The theory is in good agreement with the experimental data. The deviation of the molecular cavity shape from a sphere has a marked influence on the calculated extra-atomic relaxation energy in large molecules. The E_pol value depends on the hole position. In SF₆ this value is larger for F atom photoionization than for S atom photoionization. The angular dependence of the dielectric constants has a smaller effect on the E_pol value than does that of the cavity shape. The E_pol value on the surface of a single crystal depends on the crystallographic plane. The polarization energy for CO molecules on the top of Xe layers on Al(111) is calculated in dependence on the number of Xe layers. The calculated extra-atomic relaxation energy is in good agreement with experiment.     

小液滴撞击壁面传热特性数值分析

小液滴撞击壁面现象在喷雾冷却等领域都有广泛应用.为研究小液滴(微米)撞击热壁面(非沸腾区)传热过程,建立了二维液滴撞壁瞬态模型,并采用相场方法对小液滴换热过程中对流热通量和导热热通量的大小进行了对比.研究结果表明:液滴撞击壁面初期形成“冷斑”,有利于小液滴与壁面的传热;小液滴撞击壁面过程中热通量峰值存在于三相接触点附近,数量级在105—106 W/m²;小液滴撞击壁面过程中受壁面浸润性和液滴尺寸对传导热通量的影响较为显著,而速度和液滴尺寸对对流热通量的影响较为显著;大多数情况下,小液滴撞击壁面传导热通量数量级在103—105 W/m²,对流热通量数量级在104—106 W/m²,对流热通量大于传导热通量,在整个换热过程中占据主导地位.     

少数投影局部基函数展开层析重建

对6种常见的基函数展开通过计算机仿真分析、比较其重建效能.结果表明,对于少数投影计算机层析重建,采用连续可导的局部基函数展开比采用非连续可导的脉冲基函数展开具有更高的重建精度.而对于各种连续可导的基函数,其重建精度大致相当,基函数的选取应重点考虑其投影矩阵计算的难易程度.     

格兰-汤普森棱镜胶合层的膜效应分析

将格兰-汤普森棱镜两半块之间的光学胶合层作为一层薄膜,利用薄膜光学理论,分析了胶合层对棱镜透射比的影响。通过研究胶合层的厚度以及光学胶折射率对入射光在胶合界面上反射率的影响,得出了s偏振光经过格兰-汤普森棱镜后的透射比。结果表明：胶合层的厚度以及光学胶折射率对棱镜的透射比均有影响,且厚度对棱镜透射比的影响呈现周期性变化;而光学胶折射率则对透射比的振荡幅度产生影响。以长度孔径比为3的格兰-汤普森棱镜为例,光学胶折射率为1．510时,棱镜的透射比在92．5％～90．8％之间振荡;光学胶的折射率在接近e光主折射率1．475～1．495之间取值时,棱镜透射比的振荡幅度较小。这一结果有利于对格兰-汤普森棱镜性能的优化。     

盘片抖动对聚焦伺服影响的研究

聚焦伺服是整个伺服系统的基础,当盘片高速旋转时,由于振动或其他原因引起盘片的抖动,令盘片与光学头的距离产生变化从而影响聚焦伺服,对由于抖动引起的误差,在聚焦伺服环节对其进行了补偿,从而提高了聚焦伺服精确度和稳定度。数字滤波器IIR具有阶数低速度快的特点,适用于实时性系统,因此实验中使用了自主开发的基于芯片Ali5705的DVD实验平台,其利用IIR算法实现PID控制从而令伺服系统稳定工作,并且在该实验平台上对聚焦伺服进行测试,测试结果具有良好的伺服特性曲线。     

基底表面纳米织构对非晶四面体碳膜结构和摩擦特性的影响研究

本文利用离子束表面改性技术对基底表面进行不同时间的轰击, 形成不同规则的纳米织构, 对不同织构的变化规律进行了研究, 同时, 利用磁过滤真空阴极电弧技术, 在具有不同纳米织构的各基底上沉积相同时间的四面体非晶碳薄膜. 采用原子力显微镜对各基底的织构进行形貌分析, 结果表明, 高能粒子束的轰击对基底表面形貌有较大的影响, 根据离子束轰击时间的不同, 可以在基底表面形成各种不同规则的纳米织构, 轰击15 min后发现基底表面形成点阵纳米织构, 之后随着时间的增加, 基本维持点阵结构. 通过X射线光电子能谱仪和摩擦磨损试验仪对沉积在具有不同织构的基底上的ta-C薄膜进行测试, 研究表明, 基底表面纳米织构的非晶层结构引起薄膜内部sp³键的含量降低, 释放了薄膜的内应力, 同时发现基底表面纳米织构将ta-C薄膜磨损时间从不足10 min提高到约70 min, 有效提高了薄膜的耐磨性.