弛豫铁电体弥散相变与热滞效应的伊辛模型

弛豫铁电体材料在通讯、传感、超声、能量转换、航空航天等领域具有重要的应用.与正常铁电体不同,弛豫铁电体在冷却过程中出现弥散相变,体系的宏观极化不会突然产生,而是出现纳米极性微区,体系的宏观晶体对称性没有明显的变化.如何理解弥散相变及其与内部机制之间的相互影响是一个重要的问题.本研究基于伊辛模型(Ising model),对自旋变量(在研究中视为电偶极子)引入能量势阱的作用,并计算了这一系统的相变过程.结果表明这一改进的伊辛模型使极化率的相变曲线显著变缓,呈现出具有弥散相变的弛豫体特性.研究显示,弛豫体现象出现的一个重要原因是系统内部偶极子受到势阱限制而出现反转受阻,从而使极化率偏离常规铁电体.利用这一改进的伊辛模型进一步研究了弛豫铁电体的热滞效应,分析了热滞的起源,并与实验结果进行了对比分析,明确了弛豫体弥散相变和热滞的物理机制.     

玻璃形成体系中的β弛豫

一定压强下对液体进行冷却,若避免晶化,则冷却中液体不可避免地转变为典型非晶态固体——玻璃.这种现象称为玻璃转变,是一种普遍存在的自然现象,涉及多体相互关联体系中众多基础理论问题.近几十年以来,玻璃转变问题的探索过程中,弛豫存在的普适性、其机理/物理图像及其对液体和玻璃性能认知的影响等一直是争论的热点.在梳理β弛豫研究进展的同时,本文尝试对未来β弛豫研究方向进行展望.     

基于冷原子的非平衡量子多体物理研究

量子多体物理和非平衡物理相结合,是当前物理学研究的重要机遇和挑战.非平衡量子多体物理不仅是当前物理学多个分支共同感兴趣的问题,而且是发展新兴量子科技不可或缺的理论基础.冷原子体系为研究非平衡量子多体物理提供了理想的平台.冷原子等人工量子体系的优势,体现在研究孤立系统热化、和环境耦合导致的耗散、系统参数的扫描、跳变和周期驱动等多种非平衡动力学过程.本文结合笔者的研究成果,给出3个具体的例子,展示基于冷原子的非平衡量子多体物理的研究,如何突破拓扑物理研究的已有框架,发展新的测量量子多体关联的方法,以及丰富规范理论研究的内涵.这类研究聚焦量子多体系统的拓扑、关联等基本性质,利用冷原子体系的优势以实现理论和实验的定量结合,以期提炼出具有普适性的物理规律,并推广到凝聚态物质、核物质等其他物理系统的非平衡过程.     

基于剪切模量和热分析数据研究Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0,2)非晶合金缺陷浓度演化

非晶合金具有独特物理和力学性能,如何建立非晶合金微观结构非均匀性与物理/力学性能之间的关联是非晶固体的重要研究课题之一.微合金化是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研究以玻璃形成能力优异的Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0, 2)非晶合金为模型合金,借助差示扫描量热仪和电磁声转换设备,研究非晶合金铸态、弛豫态和结晶态热流和剪切模量随温度的演化规律,以及物理时效(低于玻璃转变温度)过程剪切模量的变化随时间演化规律.基于自间隙原子理论,利用热流曲线表征非晶合金在相同热历史剪切模量热效应.通过分析铸态和弛豫态自间隙缺陷浓度和激活能谱,发现结构弛豫导致自间隙缺陷浓度减小,诱导剪切模量随温度演化偏离软化过程,并伴随体系放热.与此同时,研究发现添加微量Pd元素可抑制模型合金体系原子迁移,增加特征弛豫时间.本研究从非晶合金模量热效应角度进一步理解非晶合金微观结构非均匀性.     

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…     

顺磁弛豫

顺磁弛豫研究与顺磁共振研究紧密相关,它们在物理、化学、生物等方面得到了广泛的应用.它们可用于发现过渡族离子、半导体中的杂质与缺陷、离子精细结构、物质结构等;以及了解金属与半导体中电子交换的性质、金属导电的性质等;还可用于器件的研究,如微波低噪声放大器(脉塞)以及光激射器(莱塞). 本文将对顺磁弛豫的基本概念和主要机制作简单介绍. 一、弛豫概念与线形线宽 在物理学中,一个物理系统由不平衡状态达到平衡状态的过程,或者在某一条件下是平衡状态,后随条件改变而又重新达到新的平衡状态的过程,叫做弛豫过程.通常认为弛豫过程是按…     

集成电路中的物理问题讲座第二讲 硅中的扩散

硅中的扩散和金属中的扩散相比有自己的特点.硅具有金刚石结构这样一种敞形结构(open structure),而金属具有密堆积结构.敞形结构中间隙大,使更多的元素能通过填隙机制进行扩散.硅具有禁带,点缺陷在禁带中产生能级,由掺杂引起的费米能级在禁带中的浮动使点缺陷具有不同的荷电态,带电点缺陷的浓度也受费米能级的严重影响.这些特点使硅中的扩散比金属中的扩散复杂得多、丰富得多. 低温辐照产生一系列点缺陷[1],它们在远低于硅工艺中扩散温度的退火中均已消失.本文只介绍硅中的高温扩散. 一、敞形结构及其间隙 按照简单的刚球堆积模型,不同的晶…     

他山之石，可以攻玉——太赫兹二维相干谱学打开探索分数化现象的新窗口

分数化(fractionalization)是一种出现在多体系统中的新奇物理现象^[1]。在出现分数化现象的多体系统中,构成体系的基本物理单元(如电子、自旋等)被相互作用劈裂。这些被劈裂的部分成为体系的元激发。这里以铁磁伊辛自旋链为例说明(图1(a)):该体系中自旋的取向高度受限,其只能沿着或者背对着自旋的易轴(这里假设易轴方向与自旋链方向相同)。     

油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算与计算机模拟

根据Brownstein-Tarr理论,采用特征函数展开法,通过求解基于扩散效应的Bloch控制方程,给出了油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算公式.理论计算结果表明,在水润湿条件下,油的弛豫过程只与含油饱和度有关,而与岩石的孔隙结构无关.根据理论计算结果对球管模型中水的弛豫进行了数值模拟,模拟结果显示,球和管的主弛豫过程是一个单指数函数,其余部分与之相比可以忽略,即球管模型中水的弛豫可近似为一个双指数衰减过程. 关键词： 核磁共振 弛豫 球管孔隙模型 Bloch控制方程     

银纳米杆高温熔化断裂弛豫性能的原子级模拟研究

采用分子动力学模拟方法,研究了不同长度银纳米杆在不同温度弛豫过程中的结构演变过程.结果表明:银纳米杆存在一与杆长相关的临界熔断温度,该临界熔断温度随杆长增加而显著降低.当温度大于熔点而小于临界熔断温度时,体系形成一个高度无序的球形团簇,而温度大于临界熔断温度时,体系则熔断成两个球形团簇.并给出了银纳米杆的产生该熔断现象的机理. 关键词： 纳米杆 分子动力学 弛豫 熔化     

环境和介质对测温结果的影响

建立了一种理论模型和实验方法, 可以有效地修正来自于环境和介质对测温结果的影响。这种修正方法通过计入测温环境对辐射体的衰减系数,可以显著改善以灰体辐射为基础的测温技术的精度和普适性。首先,利用多通道CCD图像光谱仪快速准确地获得给定辐射体在空气中的指纹光谱,并将其等效为一个标准的灰体模型;其次,将该辐射体放入未知的环境和介质中,重复测量该辐射体的辐射光谱,并建立包含待测介质对辐射体的衰减特征的灰体模型。最后,通过对比上述两种情况下的灰体模型,便可精确确定该辐射体在该环境和介质下的温度。通过对处于不同环境和介质下的相同辐射体的系统实验,检验了该测温技术和修正方法的普适性和准确性。     

油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算与计算机模拟

根据Brownstein-Tarr理论，采用特征函数展开法，通过求解基于扩散效应的Bloch控制方程，给出了油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算公式.理论计算结果表明，在水润湿条件下，油的弛豫过程只与含油饱和度有关，而与岩石的孔隙结构无关.根据理论计算结果对球管模型中水的弛豫进行了数值模拟，模拟结果显示，球和管的主弛豫过程是一个单指数函数，其余部分与之相比可以忽略，即球管模型中水的弛豫可近似为一个双指数衰减过程.     

哒嗪分子表面增强拉曼效应下键极化率的研究:吸附构型与增强机理

本文用拉曼峰强求得时间分辨键极化率的方法,分析了哒嗪分子在银电极上的表面增强拉曼谱图.哒嗪分子在不同电位下的键极化率和其弛豫特征时间,显示该分子的吸附点为两个氮原子,以及该分子体系的电荷转移机制机理,包括共轭的效应.对于具有良好拉曼谱图的体系,这个方法具有普适性. 关键词： 哒嗪 拉曼峰强 时间分辨键极化率 弛豫特征时间     

分形——它的应用与进展讲座：第三讲 在分形上的反常输运

一、“蚂蚁在迷宫中” 输运(包括扩散、电导、摩擦……)理论是物理、化学、生物等学科中非常关注的课题.非平衡态统计力学给出了一些理论方法,一般称为经典输运理论.这里要讨论的是在无序系统或分形上的输运规律,这些规律与经典理论有很大的区别,它们会带来许多反常的行为[1,2].例如,流体在裂缝或多孔介质中的反常扩散,在玻璃体及大分子中的反常弛豫以及在逾渗集团上的电导等.德然纳曾形象地把这类问题称为“蚂蚁在迷宫中”.为了方便起见,先讨论在分形上的扩散.对于分形我们可以选用有规分形,如谢尔宾斯基镂垫(Sierpinski gasket)、海绵(sp…     

常温下氢气声转动弛豫模型研究

氢气声弛豫过程主要由氢气分子的转动弛豫决定.然而,当前大部分声弛豫模型是基于气体分子的振动弛豫,并不适用于氢气.本文利用理想气体焓变与定压热容的关系,提出了一种基于氢气分子转动的弛豫模型,并讨论了转动弛豫和振动弛豫的相似与不同.该模型不仅适用于氢气,还能够和其他气体的振动弛豫模型相结合求解混合气体的声弛豫吸收谱和声速频谱.仿真结果表明,对于H_2,N_2/H_2,CO_2/H_2等气体,该模型生成的声速、声弛豫谱曲线与实验数据符合.本模型为包含氢气的混合气体声学探测提供了一个有效的理论模型.     

GW/BSE级别下的非绝热动力学模拟揭示桥连化学键对调控酞菁锌-富勒烯给体-受体复合物激发态弛豫过程的重要作用（英文）

本文采用基于多体格林函数方法和Bethe-Salpeter方程(GW/BSE)的电子结构计算方法和非绝热动力学模拟研究了两种不同桥连化学键构型(5-6构型和6-6构型)的酞菁锌-富勒烯(ZnPc-C_(60))给受体复合物的激发态性质及其弛豫过程.对于6-6构型,ZnPc-C_(60)的最低激发态S_1态为光谱明态,即ZnPc的局域激发(LE)态,因此,6-6构型的ZnPc-C_(60)在光激发之后几乎不会发生电荷分离过程.相比之下,5-6构型的ZnPc-C_(60)的S_1态是C_(60)的LE态,为光谱暗态,而作为光谱明态的ZnPc的LE态的能量更高.而且,在ZnPc和C_(60)的LE态之间还存在若干电荷转移(CT)态.因此,电荷转移会在从高能的ZnPc的LE态到低能的C_(60)的LE态的弛豫过程中发生.GW/BSE级别的非绝热动力学模拟结果进一步验证了电子结构计算的结论,并给出了相关过程的时间尺度:从ZnPc到C_(60)的超快激发态能量转移过程在前200 fs完成;随后发生的是由C_(60)到ZnPc的超快空穴转移过程.本工作表明不同的桥连化学键模式(即5-6和6-6构型)可用于调节ZnPcC_(60)给体-受体复合物的激发态性质及其光电性质.与此同时,本工作证明了GW/BSE级别的非绝热动力学方法是探索非周期性给体-受体复合物、有机金属配合物、量子点、纳米团簇等复杂体系的光诱导动力学的可靠工具.     

非晶态聚合物主转变弛豫峰与玻璃化转变过程的相关性研究

从弛豫理论出发,在不同的时效时间和不同降温速率下,测量了非晶聚合物PVC玻璃化转变过程中与时间参量密切相关的α峰峰温(T_α)的响应关系,得出以下结论:1)玻璃化转变温度(T_g)一般是指非晶态聚合物热平衡态与非平衡态的温度转变点(T_t),是温度变化造成的热弛豫过程的直接结果,而α内耗峰是在动态力学测量过程中得到的聚合物玻璃态与高弹态(橡胶态)的分界点处的力学弛豫过程,表现为动态模量锐变过程,是非晶态聚合物热平衡态下的特征内耗峰.两者都与非晶态     

GdBaCo2O5+δ体系的滞弹性内耗研究

GdBaCo2O5+δ体系的低频内耗研究表明:体系中存在一个由额外氧运动引起的弛豫内耗峰;额外氧δ对这个弛豫内耗峰的大小、峰形及峰位有较大影响,反映了额外氧状态随δ而变化.当δ=0.005,体系中额外氧含量很少而接近零时,相应的内耗峰消失;δ达到一定数量后,出现弛豫内耗峰.由δ=0.278,0.407,0.421,0.515样品的弛豫内耗峰分析可得到体系随δ不同存在着三种不同的额外氧形态.此外,δ=0.421及0.515的样品在360K附近存在一个相变内耗峰,它对应着体系中的金属-绝缘体转变.     

基于点缺陷扩散理论与离散位错动力学耦合的位错攀移模型研究

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型. 利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度. 该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段. 关键词： 位错攀移 点缺陷扩散理论 位错动力学 棱柱位错环     

力和扩散机理下外延形貌的演化分析

本文提出了一个新的基于扩散界面的相场模型来描述外延生长中岛的形核、生长及熟化过程. 该模型同时考虑了弹性场、表面能、沉积、扩散、解吸和能量势垒等热力学及动力学过程对表面纳米形貌的影响. 采用经典的BCF模型来描述生长中的扩散形核过程, 而采用一个新的包含弹性应变能的自由能函数, 通过变分得到一个描述多层岛生长的相场方程, 该方法可以有效地描述外延生长中复杂的外延形貌. 采用有限差分格式对非线性耦合方程组进行求解. 数值结果显示, 该模型可以真实地再现外延生长中多层岛结构(即山丘状形貌)的演化过程, 模拟结果与已有实验结果一致. 同时模拟了生长过程中随外延形貌演化而形成的复杂生长应力, 研究表明, 在生长过程中, 岛中存在着复杂的应力分布, 且在岛边界处应力达到局部最大, 这与实验结果定性一致. 此外, 本文的重要发现是, 外延生长中的应力演化明显地影响原子的扩散过程, 当应力存在时, 外延结构变化较无弹性场时变快. 该项研究对理解外延生长中各物理机理的协同作用有重要的指导意义.