二维Hénon-Heiles势及其变形势体系逃逸率与分形维数的研究

采用Chin和Chen的动力学算法追踪粒子在体系中的运动情况, 首次研究并对比了粒子在Hénon-Heiles体系与变形Hénon-Heiles六边形体系中的混沌逃逸规律, 在Hénon-Heiles体系中, 对于不同能量范围, 分形维数与逃逸率随能量而改变, 但在变形Hénon-Heiles六边形体系中, 仅在低能区分形维数与逃逸率随能量的改变而变化, 而高能区逃逸率和分形维数趋于稳定值. 并且得到普遍规律, 即不同混沌体系中粒子的混沌逃逸率和粒子逃逸的分形维数呈现较强的线性相关性. 因而分形维数可以作为工具研究混沌体系中粒子的逃逸规律, 在介观器件设计中可以通过研究混沌电子器件的分形维数来表征粒子在器件中的传输行为.     

RIKEN介观器件腔中粒子输运过程的混沌性质及分形自相似结构研究

研究了粒子在RIKEN介观器件中的输运性质, RIKEN器件的理论模型是二维Sinai台球的一种, 是研究粒子逃逸曲线混沌性质和分形规律的理想模型之一. 采用逃逸曲线定性比较和分形维数定量计算两种方法, 得到了开口宽度、腔长、拐角位置、圆弧半径等器件参数对逃逸曲线混沌区域分布的影响规律. 结果发现逃逸曲线中存在分形自相似结构, 揭示了粒子在RIKEN介观器件腔中输运过程存在的混沌性质, 并首次运用"眼式结构"分析和相似比比较等方法对分形自相似结构进行了验证. 关键词： 介观器件 混沌性质 分形自相似 分形维数     

高能多粒子末态的多重分形维数与动力学起伏强度

研究了多重分形维数与动力学起伏强度的关系,给出了一个能直接描述高能多粒子末态动力学起伏强度的特征参量,并指出了这一参量的适用范围以及在实际高能实验中的应用.     

活性碳中纳米孔隙网络的分形结构

具有多孔性质的活性碳是一种重要的工业功能性材料 ,它可以过滤空气中的有毒蒸气 ,还可以净化我们的食品和饮料 ,当然我们这里所说的活性碳不是那种作为烧烤用的焦碳 .由于它的重要性 ,许多科学单位的科学家们都联合起来对它的性能进行深入的研究 ,其中包括有 :美国的密苏里大学、美国洛斯阿拉莫斯空气动力学实验室、法国科学研究中心 (ＣＮＲＳ)和西班牙的Ａｌｃａｎｔｅ大学等 .在研究过程中出乎他们意料之外的是在这种材料内第一次发现了均匀的流管分形网络 ,并将它命名为“孔隙分形” .密苏里大学的Ｐ .Ｐｆｅｉｆｅｒ教授将一些简单的…     

分形基底上受限固-固模型动力学性质的数值模拟研究

为了探讨非完整基底结构对生长表面动力学行为的影响,本文在具有相同分形维数而不同谱维数的谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上对受限固-固(restricted solid-on-solid,RSOS)模型的生长过程进行了大量的数值模拟研究.通过计算表面宽度和饱和表面极值高度的统计行为对生长表面的动力学行为进行了分析.结果表明,分形基底结构对生长表面的动力学行为具有显著的影响.尽管在两种基底上受限固-固模型的表面宽度均表现出很好的动力学标度行为,仍然满足Family-Vicsek标度规律,但由此计算得到的动力学标度指数并不相同.饱和生长表面的极值高度并不能满足三种常用的极值统计分布,即Weibull,Gumbel和Frechet分布,而是能很好地符合Asym2Sig分布.     

粒子在 Hénon-Heiles势中的逃逸动力学模拟

利用庞加莱截面和相空间轨迹方法对粒子在Hénon-Heiles势中的逃逸动力学进行了模拟.粒子的动力学性质敏感地依赖于粒子的能量.数值计算表明当能量很小时,粒子的运动是规则的;随着能量的增加,粒子的运动开始出现混沌.当能量增加到鞍点能Es时,几乎所有的相空间轨迹都是混沌的.当粒子的能量E>Es,粒子可以越过势阱发生逃逸.对于给定的大于Es的能量, 我们画出了粒子的逃逸-时间曲线和逃逸轨迹.我们的研究对于研究混沌传输和逃逸动力学具有一定的参考价值.     

规则表面形貌的分形和多重分形描述

以6种具有典型特征的生成元构造了6个具有相同rms粗糙度的规则表面,用变分法计算了这些表面的分形维数,结果表明,分形维数可以将具有相同rms粗糙度的表面区分开来,它定量表征了表面的总体形貌。进一步将多重分形的方法应用到对这些表面的分析中,发现多重分形谱可以全面反映表面概率的分布特征。多重分形谱的宽度可以定量表征表面的起伏程度,多重分形谱最大、最小概率子集维数的差别可以统计表面最大、最小概率处的数目比例。 关键词： 粗糙度 分形维数 多重分形谱     

分形维数与熵间的关系

 分形维数是熵的另一种量度，并且还是一个态函数，这就是分形维数与熵间的定量关系或者叫做分形维数的物理意义。我们用非晶结构的位形（信息）熵与信息维数随压力变化的标度关系S₁(ε)∝ε^-D₁证明了我们的论断。这对于演化动力学的发展，特别是对于Prigogine提出的解决动力学与热力学的统一具有重要意义，同时也指出了用比例关系式作为测量分形维数的实验原理应该注意的问题。     

分形理论在物理实验教学中应用的探索

综述了作者近年来将分形理论引入基础物理实验教学中的尝试与实践，介绍了分形维数的测定方法及其应用，阐述了教师参与适量的科学研究是实现基础物理实验教学现代化的重要保证。     

Stadium型介观器件腔中粒子逃逸率的研究

本文研究了粒子在二维弱开口的Bunimovich Stadium型介观混沌器件中的逃逸规律.利用经典统计的方法,通过改变器件端口宽度、圆弧半径及器件腔长等参数,首次发现随器件各项参数变化的分形维数与粒子逃逸率趋势符合,并揭示了混沌体系的逃逸指数受器件形状的影响.统计并拟合了粒子逃逸率与粒子波数大小的关系,数值结果表明,粒子逃逸率与波数为二次函数关系,但逃逸率与能量大小不是严格的线性关系.进一步分析了在器件入口处粒子的衍射效应对粒子逃逸的影响,结果表明,衍射效应使粒子逃逸率增加,且粒子数的演化在时间较短时不再满足指数关系,长时间的演化再次满足指数衰减规律.     

The quantum spectral analysis of the two-dimensional annular billiard system

Based on the extended closed-orbit theory together with spectral analysis, this paper studies the correspondence between quantum mechanics and the classical counterpart in a two-dimensional annular billiard. The results demonstrate that the Fourier-transformed quantum spectra are in very good accordance with the lengths of the classical ballistic trajectories, whereas spectral strength is intimately associated with the shapes of possible open orbits connecting arbitrary two points in the annular cavity. This approach facilitates an intuitive understanding of basic quantum features such as quantum interference, locations of the wavefunctions, and allows quantitative calculations in the range of high energies, where full quantum calculations may become impractical in general. This treatment provides a thread to explore the properties of microjunction transport and even quantum chaos under the much more general system.     

圆环弹子球量子谱的衍射效应

采用开轨道的量子谱函数,对二维圆环弹子球体系进行了量子谱分析,根据内环半径（f=R_in/R_out）的不同取值,分别计算了相应的量子谱函数的傅里叶变换谱.结果表明,量子峰的位置和粒子运动的经典轨道长度符合得很好,半经典的闭合轨道理论给予了很好的解释;但是随着内环半径的减小,尤其在内环的线度和de Broglie波长可比拟时,量子峰的性质发生了本质性的变化,其特征类似于光学中的衍射图样,这正是由于内环的衍射效应所引起的,非常符合具有波动性的Fresnel-Kirchhoff衍射定理.本文的计算为研究量子台球体系的动力学性质和微腔输运问题提供了理论基础,同时也为研究晶体衍射、光谱分析等提供了一种新的理论方法. 关键词： 圆环弹子球 量子谱函数 傅里叶变换 衍射效应     

Stochastic modeling of a billiard in a gravitational field: Power law behavior of Lyapunov exponents

We consider the motion of a point particle (billiard) in a uniform gravitational field constrained to move in a symmetric wedge-shaped region. The billiard is reflected at the wedge boundary. The phase space of the system naturally divides itself into two regions in which the tangent maps are respectively parabolic and hyperbolic. It is known that the system is integrable for two values of the wedge half-angle ₁ and ₂ and chaotic for ₁<< ₂. We study the system at three levels of approximation: first, where the deterministic dynamics is replaced by a random evolution; second, where, in addition, the tangent map in each region is, replaced by its average; and third, where the tangent map is replaced by a single global average. We show that at all three levels the Lyapunov exponent exhibits power law behavior near ₁ and ₂ with exponents 1/2 and 1, respectively. We indicate the origin of the exponent 1, which has not been observed in unaccelerated billiards.     

掺杂NaCl水溶液结晶形貌的分形研究

水溶液结晶是研究分形形貌的重要实验之一。本文通过改变溶液浓度,溶质组分和结晶温度等宏观实验参数,用分形维数的方法研究了这些参数对结晶形貌的影响。指出在低浓度下的非平衡态中溶液结晶形貌具有分形结构;不同晶体的生长作用力相互竞争,混乱度最大的情况下形成的分形结构最凸出,生长作用力是影响晶体形貌的主要因素;同时,分子热运动也是影响结晶形貌的因素之一。     

Trace formula for level density of a spherical billiard

A trace formula for the oscillating part of the level density for a spherical billiard has been obtained in spherical polar coordinates. The Jacobian of stability and the length of the orbits are obtained from the classical mechanics of the problem. The same formula is applicable to both the planar and the diametric orbits. Numerical results have been obtained with this formula and compared with the results from exact quantum theory, EBK quantization, and Balian and Bloch.     

Fractal surface analysis of Zircaloy-4 SEM micrographs using the time-series method

The SEM microfractographies of Zircaloy-4 are studied by the time-series method. We first develop a computer application which associates a time series to each SEM micrograph. Furthermore, we will apply the phase space embedding technique to reconstruct the attractor and to compute the autocorrelation dimension. Using the fractal analysis technique, the SEM microfractographies of the fracture surface of the Zircaloy-4 samples have been analyzed.      

Random Walks on a Fractal Solid

It is established that the trapping of a random walker undergoing unbiased, nearest-neighbor displacements on a triangular lattice of Euclidean dimension d=2 is more efficient (i.e., the mean walklength n before trapping of the random walker is shorter) than on a fractal set, the Sierpinski tower, which has a Hausdorff dimension D exactly equal to the Euclidean dimension of the regular lattice. We also explore whether the self similarity in the geometrical structure of the Sierpinski lattice translates into a self similarity in diffusional flows, and find that expressions for n having a common analytic form can be obtained for sites that are the first- and second-nearest-neighbors to a vertex trap.