TiGen-(n=7~12)团簇的光电子能谱及密度泛函理论研究

利用光电子能谱及密度泛函理论计算对TiGe_n^-(n=7~12)团簇的几何结构及电子特性等进行了系统研究. 对于TiGe_n^-负离子及中性TiGe_n,在n=8时出现了钛原子半内嵌的船型结构;在n=9~11时,新增的锗原子加盖到这种船型结构上,逐步形成钛原子完全内嵌的结构. TiGe₁₂^- 团簇具有一种钛原子内嵌的变形六棱柱结构. 自然布居分析结果显示,对于n=8~12的TiGe_n^-/0 团簇,随着内嵌结构的形成,有电子从锗原子转移到钛原子,说明其电荷转移方式与结构演变密切相关.     

双模腔场中具有不同耦合常数的两原子多光子辐射谱

研究了与双模腔场具有不同耦合常数的两个二能级原子的多光子辐射谱,给出了双模多光子辐射谱的一般表达式.结果表明,当双模腔场分别处于不同数态时,虽然两原子与双模腔场之间具有不同的耦合常数,但对于任意的N₁和N₂(N_i(i＝1,2,)为模i腔场被每个原子吸收或发射的光子数),辐射谱总是关于共振频率ω₀对称分布;并且,当N₁＝N₂时,对于任意的数态光子数n₁和n₂交换,辐射谱不变.上述特点用解析方法给予了解释.计算了非简并双光子情况下的辐射谱,并得到了一些新结果.双模腔场中单原子及具有相同耦合常数的两原子辐射谱可从本文结果分别做为特例而得到.     

正交LiMnO2中的重入自旋玻璃行为

用水热技术合成了单相正交LiMnO₂(o-LiMnO₂)粉末，X射线衍射表明其空间群为Pmnm.X射线衍射精修结果指出该材料存在少量的阳离子无序，但这种无序对材料的磁性没有表现出明显的影响.静态和动态的磁性研究结果表明o-LiMnO₂中存在重入自旋玻璃行为，即在T≤T_C≈118K，反铁磁态转向铁磁态，在T≤T_f≈50K，铁磁态又转向自旋倾斜玻璃态.     

异质富勒烯C19M(M=Cr,Mo,W)的结构和电子性质的计算研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在LANL2DZ基组水平上, 优化了C₁₉M(M=Cr,Mo,W)团簇的几何结构, 得出了它们的基态构型, 并研究了基态结构的物理化学性能.结果表明: 不同的M原子替换后, C₁₉M的动力学稳定性相差不大, 而热力学稳定性随着M原子序数的增加而逐渐升高; 通过对C₁₉M的前线轨道分析发现, M原子对各个轨道均有一定的贡献, M原子对各个轨道的贡献大致随着M原子序数的增加而增加, C₁₉M中金属原子M(M=Cr,Mo,W)上集中了大量的正电荷; C₁₉M的芳香性随着M原子序数的增加而减弱.     

多模光场与二能级原子相互作用的纠缠交换与保持

利用全量子理论，研究了M个二能级原子分别与M个多模光场依赖于强度耦合的相互作用过程.结果表明，控制原子穿越腔场的时间，能够实现量子纠缠信息的传递与保持，即t₁=π/(2λ)时，原子和腔场中的纠缠态可以相互交换，其结果利用数值计算原子纠缠度得以证明；当t₂=π/λ时，原子和腔场中的纠缠态可以各自保持.     

用节点变分的代数方法研究双原子体系的完全振动能谱和离解能

对于使用实验数据作为原数据进行的数值计算, 由于实验误差的普遍存在, 在数值计算过程中可能存在对实验误差的放大效应, 使得微小的实验误差对数值计算的结果产生明显影响. 因此本文通过在AM (algebraic method) 方法中加入用以抵消实验误差的微小变分项δE, 从而将AM改进为节点变分的代数方法VAM (variational algebraic method). 该方法具有更广泛的适用范围, 尤其对处理那些实验数据较少、 误差较大、 已知的实验振动能级远离体系离解能的双原子体系效果明显. 本文利用VAM方法研究了AM方法难以处理的5¹Π_u⁷Li₂, (6d)¹Δ_g Na₂, (7d)¹Δ_gNa₂ 和5¹∑⁺ NaK 等不同碱金属双原子分子的完全振动能谱与离解能, 不但得到了与实验数据精确相符的理论结果, 还正确地预言了许多由于实验条件与技术原因而未能测得的物理数据. 充分表明了VAM 方法的可行性与正确性. 此处对数值误差的分析和物理思考对其他精确的数值计算 或数值模拟研究也有积极的参考意义.     

LiO2(C2V，X2A2)分子的结构与势能函数

使用二次组态相互作用方法，在aug-cc-pvtz基组水平上对LiO₂(C_2V，X²A₂)基态分子进行了几何优化，得到了它的平衡几何构型和力常数.根据原子分子反应静力学原理得到可能的电子状态和离解极限.应用多体展式理论方法推导出了LiO₂(C_2V，X²A₂)基态分子的解析势能函数.     

重离子轰击Ta靶引起的多电离效应

在兰州重离子加速器国家实验室分别测量了H⁺, He²⁺, Ar¹¹⁺和Xe²⁰⁺离子轰击Ta表面过程中辐射的X射线谱, 并得到了Ta特征X射线谱中M_γ (M₃N₅)和N_αβ (M_4,5N_6,7)线的强度, 即I_γ和I_αβ. 分析结果表明, 强度比值I_γ/I_αβ 随着入射离子原子序数的增加而显著增加, 这是由于碰撞过程中Ta原子的多电离效应使M₃支壳层的荧光产额ω₃产生了显著增强.     

Sr掺杂Eu1-xSrxMnO3体系的核磁共振和磁结构研究

对Eu_1-xSr_xMnO₃ (x=0.4, 0.5, 0.6, 0.7) 体系的磁结构进行了系统的研究. 通过核磁共振实验, 磁化测量, 并结合电输运测量结果表明, Sr的掺入使得 EuMnO₃反铁磁母相中出现铁磁相. 铁磁相和反铁磁相的竞争导致样品在低温下的自旋玻璃行为.分析认为, Eu_0.4Sr_0.6MnO₃和Eu_0.3Sr_0.7MnO₃的磁结构在低温下呈现更加复杂的特征, 主要源于铁磁团簇的形成以及无序相的存在.     

密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究

用B3LYP/LANL2DZ方法对Zr_nPd(n =1—13)团簇的平衡几何结构、能量、频率、电子性质和磁性进行了计算.研究表明,Pd原子位于表面的异构体更为稳定,其中Zr₇Pd,Zr₁₂Pd团簇稳定性高,是幻数团簇,此外,相对于Zr_nCo与Zr_nFe团簇,Zr_nPd团簇参与化学反应的能力较弱,化学稳定性更     

Frenkel-Kontorova模型中垫底势对最大静摩擦力的影响

用一维Frenkel-Kontorova模型,对相互接触的两个单原子分子链具有相对运动趋势时所产生的最大静摩擦力进行了研究.分别在相邻原子的距离与周期势场的周期比b/a为可公度(commensurate)、黄金分割(golden mean)、螺旋分割(spiral mean)三种情况下,描述了特殊垫底势力的振幅A与分子链静摩擦力的关系,在特殊垫底势力的作用下上层原子链弹性系数K对静摩擦力的影响.研究表明,垫底势力的形式对静摩擦力的大小有很重要的影响. 关键词： Frenkel-Kontorova模型 静摩擦力     

Frenkel-Kontorova模型中垫底势对最大静摩擦力的影响

用一维Frenkel-Kontorova模型,对相互接触的两个单原子分子链具有相对运动趋势时所产生的最大静摩擦力进行了研究.分别在相邻原子的距离与周期势场的周期比b/a为可公度(commensurate)、黄金分割(golden mean)、螺旋分割(spiral mean)三种情况下,描述了特殊垫底势力的振幅A与分子链静摩擦力的关系,在特殊垫底势力的作用下上层原子链弹性系数K对静摩擦力的影响.研究表明,垫底势力的形式对静摩擦力的大小有很重要的影响.     

Towards a statistical theory of solid dry friction

Wearless dry friction of an elastic block of weight N, driven by an external force F over a rigid substrate, is investigated. The slider and substrate surfaces are both microscopically rough, interacting via a repulsive potential that depends on the local overlap. The model reproduces Amontons’s laws which state that the friction force is proportional to the normal loading force N and independent of the nominal surface area. In this model, the dynamic friction force decays for large velocities and approaches a finite static friction for small velocities if the surface profiles are self-affine on small length scales.     

Frenkel-Kontorova模型中基底势振动的影响

基于一维Frenkel-Kontorova模型, 研究了振动的基底势对系统纳米摩擦现象的影响. 分别在相邻原子间的距离与周期势场的周期比为不公度(incommensurate)、可公度(commensurate)两种情形下, 探讨了基底势振动的振幅和频率对滞回现象(hysteresis)、最大静摩擦力以及超滑现象的作用机理. 两种情形下, 固定频率, 随着振幅的增大, 滞回区域的面积以及最大静摩擦力都将减小, 对于不同的频率, 减小的趋势不同. 系统甚至产生了超滑现象. 但当频率过大时, 振幅的改变不会影响滞回区域的面积以及最大静摩擦力的大小, 此时与基底不加振动时的情形一致; 当振幅固定, 随着频率的增大, 滞回区域的面积将增大, 对于不同振幅, 增大的趋势不同. 特别地, 对于某些固定的振幅, 最大静摩擦力随着振动频率的增大先逐步减小直至出现超滑现象, 再进一步增大频率, 最大静摩擦力又转而逐步增大. 这一现象类似于共振, 表明存在最佳的振动频率促进系统内所有原子的共同运动, 使得整个系统的最大静摩擦力几乎消失. 另外, 两种情形的区别是, 对于某些固定的频率(如ω= 0.5)和不同的小振幅, 不可公度情形往往具有相同的平均终止速度, 而可公度情形则不同, 表明相同前提下后者具有更复杂的动力学行为. 关键词： Frenkel-Kontorova模型 滞回 最大静摩擦力 超润滑     

Application of Two-Dimensional Frenkel-Kontorova Model to Nanotribology

The dry friction force between two contacting surface layers is studied. The upper layer is arranged on a two-dimensional square lattice and driven by an external driving force. The lower layer is approximated by a two-dimensional periodic substrate potential. This model, usually called two-dimensional Frenkel-Kontorova model, is applied to study the friction forces in this paper. The behaviors of different substrate potential strongly affect the static frictionforce. It is found that the system has strong anisotropic character. The possibility to obtain superlubricity is suggested.     

Systematic study of the effect of disorder on nanotribology of self-assembled monolayers

The adhesion and friction between pairs of ordered and disordered self-assembled monolayers on SiO2 are studied using molecular dynamics. The disorder is introduced by randomly removing chains from a well ordered crystalline substrate and by attaching chains to an amorphous substrate. The adhesion force between monolayers at a given separation increases monotonically with chain length at full coverage and with coverage for fixed chain length. Friction simulations are performed at shear velocities between 0.02-2 m/s at constant applied pressures between 200 and 600 MPa. Stick-slip motion is observed at full coverage but disappears with disorder. With random defects, the friction becomes insensitive to chain length, defect density, and substrate.     

基底支撑刚度梯度变化对石墨烯层间摩擦力的影响

基于纳米摩擦能耗理论,利用分子动力学方法建立了公度接触下支撑刚度梯度变化的石墨烯层间摩擦力模型,分析了基底质心刚度和支撑刚度梯度变化对基底和薄片各接触区摩擦能耗的贡献.结果表明:软边界区始终贡献驱动力;硬边界区贡献的摩擦力最大,且随着支撑刚度的增大,硬边界区对总摩擦的贡献比也越高.各接触区的摩擦力是薄片和基底之间的褶皱势和接触区产生的法向变形差两部分的共同作用.前者是公度接触下阻碍滑移的界面势垒和刚度梯度方向上不同刚度支撑原子热振动引起的势梯度;后者是接触边界过渡区两侧原子的非对称变形和自由度约束突变引起的非平衡边界势垒相耦合的结果.本文对研究公度接触下刚度梯度支撑的纳米器件的相对运动规律有指导意义.     

Elastic properties of several amorphous solids and disordered crystals below 100 K

We have measured the internal friction and speed of sound variation at temperatures between 60 mK and room temperature for amorphous CdGeAs₂, Polystyrene, and Stycast 2850FT epoxy, and the disordered crystals (ZrO₂)_0.89(CaO)_0.11 and (CaF₂)_0.74(LaF₃)_0.26. A comparison of our results with an extensive review of previously published data shows a remarkable similarity in the internal friction of disordered solids below ～5 K. The low temperature elastic behavior of these solids is adequately described by the standard tunneling model, from which one finds a nearly universal density of tunneling states for glasses. Internal friction above ～10 K for different materials, however, displays a wide range of magnitudes and temperature dependence that is far from universal. Attempts to directly link the tunneling states observed by internal friction at low temperatures to configurational states of localized oscillators existing at high temperatures must take into account this striking variation among disordered solids above 10 K.     

A Necklace of Wulff Shapes

In a probabilistic model of a film over a disordered substrate, Monte-Carlo simulations show that the film hangs from peaks of the substrate. The film profile is well approximated by a necklace of Wulff shapes. Such a necklace can be obtained as the infimum of a collection of Wulff shapes resting on the substrate. When the random substrate is given by iid heights with exponential distribution, we prove estimates on the probability density of the resulting peaks, at small density.AMS subject classification: 60K35, 60K37, 82B24, 82B41