扩散理论对RLA模型中交换作用的研究

以扩散理论为基础,建立以“基本微观过程” 为核心的新模型,引入交换比的概念,对存在表面活化剂时薄膜生长的微观过程进行Kinetic Monte Carlo模拟.模拟发现,活化层原子和沉积原子都会发生跨层间的扩散,跨层扩散主要是单个原子的扩散,层间扩散的原子数目随着温度的升高或沉积厚度的增加而增多.RLA模型中的“交换作用”只是若干个“基本微观过程”的组合,大多数交换不是位置的“完全交换”,交换比也并非恒为1. 关键词： 扩散理论 薄膜生长 交换作用 RLA     

激发态过程的多体理论方法

描述多电子体系的绝大部分参量可实验测量,如吸收光谱、发光光谱和激子效应等,都涉及电子激发态的正确描述。密度泛函理论(DFT)框架内的局域密度近似(LDA)作为第一性原理基态理论,即基于Kohn-Sham方程的解,是研究多粒子体系基态性质非常有力的工具。然而,体系激发态的第一性原理理论及其计算要比基态的理论计算复杂得多。关键问题在于描写基态和激发态时,粒子间的交换关联相互作用并不相同,而对于非均匀相互作用多粒子体系的交换关联能至今仍不清楚。不过,近年来关于激发态问题的研究,先后发展了许多描述电子激发态的理论,最重要的是基于准粒子概念和Green函数方程的多体微扰理论和含时间密度泛函理论(TDDFT)以及与此相关的描述电子-空穴相互作用的Bethe-Salpeter方程在凝聚态物理问题中的应用。其中最关键的物理量是粒子的自能算符Σ,它描述Hartree近似之外的交换和关联效应。虽然这些理论不可避免地也要引入某些近似,如对于Σ的一个好的近似就是Hedin的GW近似方法。对许多实际凝聚态体系的计算机模拟结果表明,GW近似是描述激发态问题相当成功的理论方法。将Hartree-Fock(HF)理论与LDA相结合,但采用非局域屏蔽交换代替HF方法中的局域非屏蔽交换相互作用,建立广义的KS方程(GKS),得到所谓屏蔽交换局域密度近似(sX-LDA)方法。我们在平面波自洽场方法PWscf程序包的基础上,发展了PW scf-sX-LDA方法,也是处理激发态问题及材料设计的有效方法。将评述激发态过程多体理论各种方法的发展和意义,讨论这些多体理论方法之间的联系和差异,并在此基础上介绍它们在解决半导体带带跃迁(或带隙偏小问题)、半导体及其微结构中的激子效应等重要领域的应用和成果。     

封面说明

<正>汤川秀树(Hideki Yukawa,1907年1月23日—1981年9月8日)是日本理论物理学家,是第一位获得诺贝尔奖的日本人.1935年汤川秀树提出介子学说,以解释将质子和中子束缚在原子核中的强相互作用.与电磁相互作用可以看作是在荷电粒子之间交换光子类比,汤川秀树把原子核中的强相互作用设想为交换所谓U量子,后     

X_α理论和应用的进展

以X_α理论为基础、主要于七十年代发展起来的X_α方法是一种较为新型的计算原子、分子和原子簇的电子结构的方法。这种理论方法的特点是:它对电子间的交换能采用了统计平均近似,用一个与电荷密度的立方根成正比的密度泛函代替了Hartree-Fock方程中的交换项,从而把传统的分子轨道方法中的近似求解精确的Hartree-Fock方程问题,转化为较为精确求解近似的Hartree-Fock方程——X_α方程——的问     

单胶子交换正反夸克对产生模型中的自旋轨道耦合力

从单胶子交换正反夸克对产生模型出发,研究了核子间等效ρω介子交换势.计算结果表明这个模型能得到强子层次核力介子交换理论中ρ,ω介子交换势的各个部分,并且定性性质与传统的介子交换势也是相同的.     

原子核物理中的协变密度泛函理论

文章介绍了原子核协变密度泛函理论的历史发展、理论框架、对原子核基态和激发态的描述以及在一些交叉学科领域的应用。首先,通过回顾原子核物理研究中的几个重要里程碑并结合二十一世纪原子核物理面临的机遇和挑战,对当前核物理的研究热点和重要课题进行了介绍。随后系统介绍了原子核协变密度泛函理论,内容包括协变密度泛函理论的历史发展、一般理论公式、介子交换模型、点耦合模型、交换项、张量相互作用、物理观测量的计算公式等。协变密度泛函理论的应用包括原子核基态性质和激发态性质的描述以及在核天体物理与标准模型检验中的应用。其中,基态性质包括原子核结合能、半径、单粒子能级、共振态、磁矩、晕现象等。激发态性质包括原子核磁转动、低激发态性质、集体转动、量子相变、集体振动等。在核天体物理与标准模型检验的应用中,主要以核纪年法测算宇宙年龄和Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵的幺正性检验等为例,介绍协变密度泛函理论在交叉学科领域的应用。     

扩散理论对RLA模型中交换作用的研究

以扩散理论为基础，建立以“基本微观过程” 为核心的新模型，引入交换比的概念，对存在表面活化剂时薄膜生长的微观过程进行Kinetic Monte Carlo模拟.模拟发现，活化层原子和沉积原子都会发生跨层间的扩散，跨层扩散主要是单个原子的扩散，层间扩散的原子数目随着温度的升高或沉积厚度的增加而增多.RLA模型中的“交换作用”只是若干个“基本微观过程”的组合，大多数交换不是位置的“完全交换”，交换比也并非恒为1.     

基于极化氦三靶的原子核散射实验

利用极化的氦三气体靶可以显著地拓展传统的核物理实验研究,观察初态自旋自由度对核反应过程动力学的影响。本文通过列举极化三体核力实验以及极化的重离子电荷交换反应实验,介绍了极化氦三靶在核物理实验研究中的独特优势。在质子散射实验中,通过测量不同极化方向下的多种末态产物角分布,可以进一步检验手征有效场理论对于三体核力的描述;而在与重离子的电荷交换反应中,通过控制靶极化方向可以分离π介子交换与ρ介子交换对于核子自旋同位旋激发的贡献,从而为研究核子在不同核环境中的动力学演化提供独一无二的契机。结合我国新一代大科学装置的建设背景,尤其是以加速器驱动嬗变系统（ADS）和强流重离子加速器装置（HIAF）和中国散裂中子源（CNS）为代表的先进实验平台为原子核物理实验研究提供了理想的机遇。新的实验技术手段将明显拓展在这些大型核科学装置上开展实验研究的深度与广度。极化氦三靶做为其中具有独特优势的研究手段,必将具有广阔的应用前景。     

基于光谱双向反射分布函数的纤维物证鉴别

根据Locard的交换理论,纤维证据可以帮助重建犯罪事件。通常,纤维物证的鉴定采用的是化学成分分析方法,但该方法会破坏物证的完整性。本文基于光谱双向反射分布函数(BRDF)理论,建立了相关测试和分析方法,以解决纤维物证留存的长效性。针对三组纤维样品(每组包含6种同色不同材质的纤维样品)建立分析案例的方法,采用一阶微分和差分法提取光谱特征,分析光谱BRDF数据;依据光谱曲线提取拟合函数和残差系数,进行差异化比较;然后在物理机制上通过建立Davis模型模拟光谱BRDF曲线,实现了案例中的物证与可疑结果的有效判定。实验结果为纤维物证特征的鉴别提供了一种有效且无损的探测技术和分析方法,对刑侦分析和嫌疑人定罪具有重要意义。     

铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置

铁磁 /反铁磁交换偏置在巨磁电阻器件中具有重要的应用 ,引起了物理学及材料学等领域内广大科学家的浓厚兴趣。本文首先阐述了交换偏置的基本性质 ;然后简述了交换偏置的实验研究方法 ;最后 ,着重介绍了几种主要的理论模型。     

质子交换MgO:LiNbO3波导的双层结构

本文报导MgO:LiN_bO₃质子交换波导X射线双晶衍射和红外吸收的实验结果。这些结果表明质子交换波导由浅表面层和深表面层构成。浅表面层是一个连续应变层,有着大量随机排列的O—H—O形式的缔合OH^-基团。深表面层是一个均匀应变层,其内H⁺以自由OH^-基团形式出现。质子交换波导折射串不稳定性与双层结构中的结构驰豫密切相关。通过对质子交换过程的分析,提出两条避免双层结构的途径,其一为降低交换剂中的H⁺浓度,另一条是采用有限源工艺。     

磁镊结合DNA发夹的方法在RecA蛋白介导的同源重组机制研究中的潜在应用

同源序列识别与链交换过程是同源重组领域的重要研究方向.RecA蛋白作为重组酶家族的重要成员而一直被广泛研究.利用smFRET以及传统磁镊、光镊等技术,人们对同源重组过程的分子机制有了较深入的了解,然而,这些技术无法同时兼顾大量程与高精度的需求.本文提出一种传统磁镊结合DNA发夹结构的研究方案,并以大肠杆菌中的RecA介导的同源重组过程为例来阐述该方法的优点.使用本实验方案,我们实时观察到以下过程:1)RecA介导的链交换平均速度与已有结果一致,但并非匀速,而是以台阶式的跳变进行;2)直接观察到RecA第二结合位点与被置换链的动态相互作用过程,测量到第二结合位点与被置换链之间的结合力为3.0 pN,与光镊结合磁镊测量出的结果相符;3)能够区分链交换的方向性并观察到按照不同方向进行链交换的反应细节.本文提供了一个可以兼顾精度和测量范围的实验方法,并以RecA蛋白为例设计实验验证了其可靠性.磁镊结合DNA发夹结构的方法具备用于研究RecA或其他同源重组蛋白工作机理的潜质.因此,本文的工作有望成为单分子生物学领域研究同源重组过程的一个重要方法.     

褐煤腐植酸中微量金属元素的赋存状态

以褐煤为原料,采用碱溶酸析法提取腐植酸,光栅摄谱法定性确定含有金属元素钙、铝、铜和钛.采用逐级提取分离法将腐植酸中金属元素分为：可交换态、碳酸盐结合态、氧化物结合态、有机物结合态、残渣态;采用ICP-AES定量测定腐植酸中微量金属元素的赋存状态.结果表明：残渣态铜占99.13％;有机物结合态铝占74.84％、残渣态铝占21.05％;有机物结合态钛占9.04％、残渣态钛占80.18％;可交换态钙占14.14％、有机物结合态钙占11.82％、残渣态钙占68.27％.所以,腐植酸中的铜主要是以残渣态存在,钛和铝主要是以有机物结合态和残渣态存在,钙主要是以可交换态、有机物结合态和残渣态存在.可交换态和氧化物结合态中的金属离子主要是钙、次之是铝;有机物结合态中的金属离子主要是钙、次之是铝和铜;有机物结合态中的金属离子主要是铝、次之是钙.     

磁性夹层交换耦合中传导电子的间接交换作用分析

应用量子干涉理论和第一性原理研究了Co/Cu/Co夹层结构在[100]和[110]取向上振荡交换耦合及对磁层厚度的依赖,对夹层交换耦合振荡的计算结果表明：当相应的周期不变时,磁性层（Co）厚度的变化将导致在不同的RKKY振荡特征中势的再分配,磁层厚度发生变化时,磁性层上电子结构也发生变化,当磁性层较厚时,交换耦合仅在某一渐近值附近有一小的振荡。耦合振荡的周期、振幅和相位的测量与实验相一致,也与Barnas和Bruno 理论吻合。     

半导体/磁性d波超导隧道结中的散粒噪声

考虑到磁性d波超导体中的能隙与磁交换能的依赖关系,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,利用Blonder-Tinkham-Klapwijk理论方法研究半导体/磁性d波超导隧道结中的散粒噪声.计算结果表明:磁性d波超导结中的磁交换能h0可导致散粒噪声在零偏压处的双峰和能隙处的峰出现劈裂,劈裂的宽度为2h0;磁交换能h0同时对散粒噪声及噪声功率与平均电流的比值有抑制作用.     

密度矩阵理论在动态NMR中的应用

在交换影响可观测得到的温度范围内作定态全线型拟合是确定速率常数和活化参数的最佳方法。对弱偶合交换体系,理论线型可用改型的Bloch方程计算,但强偶合体系就需作全密度矩阵处理。本文的目的是说明如何用密度矩阵方法计算线型。内容包括密度矩阵的基本理论,以及密度矩阵理论在分子内和分子间交换体系的NMR线型计算中的应用。     

磁光效应的各向异性和非线性特性

应用经典电磁场理论和（间接）交换作用有效场概念，推导了顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性介质中的磁光效应及其温度特性。理论分析表明，法拉第磁光效应具有各向异性特性；法拉第旋转不仅与顺磁性和铁磁性介质中的磁化强度Ｍ或反铁磁性和亚铁磁性介质中的次晶格磁化强度Ｍｉ的非线性项有关，而且还应与Ｍ或Ｍｉ的高次项有关。（间接）交换作用是导致磁光效应、磁光效应各向异性以及它们的复杂温度特性的重要原因。理论较为圆满     

磁性夹层交换耦合中传导电子的间接交换作用分析

应用量子干涉理论和第一性原理研究了Co/Cu/Co夹层结构在[100]和[110]取向上振荡交换耦合及对磁层厚度的依赖,对夹层交换耦合振荡的计算结果表明:当相应的周期不变时,磁性层(Co)厚度的变化将导致在不同的RKKY振荡特征中势的再分配,磁层厚度发生变化时,磁性层上电子结构也发生变化,当磁性层较厚时,交换耦合仅在某一渐近值附近有一小的振荡.耦合振荡的周期、振幅和相位的测量与实验相一致,也与Barnas和Bruno理论吻合.     

质子交换膜中的传质分析

质子交换膜燃料电池是最有应用前景的汽车动力替代系统。质子交换膜中的传质是质子交换膜燃料电池性能的控制因素之一。论文从宏观和微观角度分析了质子交换膜中的质子和水分的传递机理,分析了操作参数对质子在质子交换膜中传递的影响。研究发现:外载荷对质子和水分在质子交换膜中的传递有很大影响;（H₅O₂）⁺是水合质子的主要结构形式;通过（H₅O₂）⁺中氢氧键不断形成与断裂,电荷在质子交换膜中得以传递。研究结果对理解质子交换膜中的传质机理及其推广应用具有积极意义。     

温稠密参数下的双流不稳定性分析

温稠密物质状态是惯性约束聚变过程及天体演化过程中的重要物质发展阶段。随着密度的增加,量子效应逐渐显现并导致包括温稠密参数下集体激发行为与经典等离子体模型之间出现差异。密度泛函动理学方法是基于含时密度泛函理论建立的统计模型,并依据Wigner分布函数(相空间量子力学)发展的动理学输运方法,可以有效弥补经典等离子体理论对量子效应的忽略。基于密度泛函动理学方法,发现温稠密特征参数内费米狄拉克分布、交换关联效应、量子衍射效应等性质都对双流不稳定性起到抑制作用。密度泛函动理学方法有望为等离子体视角研究温稠密系统输运性质提供第一性的理论平台。