氢脉泽中Majorana跃迁的分析:单态选择与束光学

分析了氢脉泽中Ｍａｊｏｒａｎａ跃迁和双聚焦束光学系统。在这种态选择器中利用双聚焦造反器以使氢原子极化方向反转的Ｍａｊｏｒａｎａ跃迁,去掉振荡所不需要的原子。通过计算反转磁场中氢原子自旋的跃迁几率而得到原子极化的反转几率,可有效地除去不需要的原子。并分析了束光学系统的结构,实现了氢原子的单态选择。     

自旋极化原子氢研究的新进展

本刊去年第10期638页曾报道自旋极化原子氢(H↓)的研究进展,当时指出已能在实验室中获得一定数量的稳定的H(↓)气体,密度可达～10 17个原子·厘米-3. KaraH等[1]曾在理论上预见到原子中电子磁矩的偶极相互作用将导致自旋极化氢的三体复合.而三休复合的速率比两体弛豫引起的衰变     

自旋相关的电子隧穿和自旋极化

研究了电子的自旋相关的隧穿和极化。在外加磁场的作用下，自旋向上的电子与自旋向下的电子具有不同的隧穿系数。当电子的自旋方向与磁场方向相反时，其隧穿概率受到磁场的抑制而变小；反之，当两平行时，电子的了隧穿系数增大。这种差异可以用本中定义的自旋极化率来表示。本对不同磁场下的自旋极化率进行了计算，结果也表明当电子的动能较小，这种自旋极化的效应越显。     

垂直自由层倾斜极化层自旋阀结构中的磁矩翻转和进动

在理论上研究了垂直自由层和倾斜极化层自旋阀结构中自旋转移矩驱动的磁矩翻转和进动.通过线性展开包括自旋转移矩项的Landau-Lifshitz-Gilbert方程并使用稳定性分析方法,得到了包括准平行稳定态、准反平行稳定态、伸出膜面进动态以及双稳态的磁性状态相图.发现通过调节电流密度和外磁场的大小可以实现磁矩从稳定态到进动态之间的转化以及在两个稳定态之间的翻转.翻转电流随外磁场的增加而增加,并且受自旋极化方向的影响.当自旋极化方向和自由层易磁化轴方向平行时,翻转电流最小;当自旋极化方向和自由层易磁化轴方向垂直时,翻转电流最大.通过数值求解微分方程,给出了不同磁性状态磁矩随时间的演化轨迹并验证了相图的正确性.     

原子物理二题

1.氢原子和氧原子都是顺磁性的,氢气和氧气是顺磁性的还是抗磁性的?为什么? 氢原子和氧原子的基态分别是2S1、3P2,它们的J值均不为零,所以都是顺磁性的。氢气和氧气的磁性是由氢分子和氧分子决定的,由原子物理中关于分子态的描述,(加上一些简单的量子力学知识)得O2、H2的电子排布如表1。再由与求原子基态类似的方法求出上述气体的分子基态(在最后一栏)由此看出,氢分子的总角动量(即与原子态J相应的分子态的∑的右下标的值)为零,而氧分子的总角动量不为零,即存在固有的磁偶极矩,所以氢气是抗磁性气体,而氧气则是顺磁性气体。表中还列出了N…     

磁共振系统中自旋极化过程的时间特性

本文从理论上和实验上分析了铷原子在静磁场和射频磁场作用下激光抽运磁共振系统中极化过程的时间特性。在我们的实验中,构建了简单的激光抽运实验平台,并通过记录探测光的透射强度监测铷原子的极化状态。射频场关闭时,铷原子通过吸收圆偏共振探测光实现极化,透射光强度达到最大。打开共振射频磁场,极化状态被破坏,即原子会退极化并重新吸收探测光,透射光强度减弱。实验结果表明,探测光功率会影响铷原子实现极化的过程。探测光功率越大,完成极化所需的时间越短。在70μW到200μW的探测光功率范围内,铷原子完成自旋极化的时间由33.93 ms缩短到23.37 ms。基于三能级系统的密度矩阵理论数值分析,有力地支持了所提供的实验数据。     

含锰钢表面氢原子/氢分子吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氢原子和氢分子在纯铁表面和锰原子掺杂表面的吸附与解离行为.研究结果表明,氢原子可在纯铁(001)表面稳定吸附,吸附能按照顶位,桥位和心位依次增强;而溶质原子锰降低了氢原子距离表面的位置并强化了氢原子的吸附行为.氢分子在纯铁表面的吸附解离行为取决于氢分子距离模型表面的初始距离和初始空间构型.氢分子平行于纯铁(001)表面时,距离心位1.2?发生解离,而桥位、顶位均不会发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位0.6?、顶位1.0?发生解离,心位不会发生解离.氢分子平行于锰掺杂纯铁(001)表面时,距离桥位0.6?、顶位0.7?、心位1.2?发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位、心位0.8?发生解离,而顶位放置氢分子不发生解离.归纳可知,锰溶质原子掺杂会增加铁基体表面氢原子和氢分子的吸附作用并促进氢分子发生分解.     

推动人类文明与进步的物理学 量子理论（三）

化学健是分子中各原子结合成分子的力。1927年，海特勒和伦敦用量子力学理论计算了氢分子中的健能，表明氢刍是由两个氢原子的电子在同一分子轨道中自旋配对（自旋取相反方向）合能量降低而成。     

自旋—轨道耦合下冷原子的双反射

随着中性冷原子气体的人造自旋-轨道耦合的实验实现,近年来人们开始关注与之相关的可能应用,其中包括自旋-轨道耦合下原子反射镜的研究.本文在前人研究的基础上,考虑一束自旋-轨道耦合的冷原子气体入射到有限高势垒的情形,通过将部分反射和全反射情况进行对比,发现了与之前研究不同的性质.我们发现,在全反射条件下,反射原子的极化率随入射角变化较大,而随自旋-轨道耦合强度和原子入射能量的变化较小.但在发生部分反射的情况下,反射原子的极化率不仅随入射角变化较大,随自旋-轨道耦合强度和原子的入射能量变化也十分明显.我们仔细研究了自旋-轨道耦合原子气体的反射性质并讨论了其可能的应用.     

H原子在δ-Pu(100)面吸附行为的周期性密度泛函理论研究

采用密度泛函理论结合平板周期性模型研究了H原子在δ-Pu(100)面上的吸附行为.方法为广义梯度近似(GGA),同时考虑了自旋极化和无自旋极化两种情况.通过对不同吸附位置的吸附能和平衡几何结构比较发现, 吸附属于较强的化学作用, 心位吸附最稳定,桥位次之,顶位最不稳定.在无自旋极化水平,H原子吸附位距离Pu表面0.063 nm,吸附能-3.16 eV.考虑自旋极化时,H原子位于Pu表面正上方0.060 nm处,吸附能为-2.26 eV.与H配位的Pu原子数目是决定吸附过程的主要因素,配位的Pu原子数目越多,吸附越稳定.Mulliken电荷布局分析表明H和Pu表面的作用主要发生在第一层,另外两层几乎没有影响.H原子在钚表面的吸附造成了钚金属表面功涵的明显增加.     

自旋极化氢原子(H↓)系统中气体超流的可能性及其声学性质

将自旋极化氢原子(H↓)系统作为弱作用玻色系统处理,基于硬球近似和Isihara有限温度理论,讨论了发生气体超流的可能性及两种声模式,强调了声测量技术对研究H↓系统的重要性。 关键词：     

流动系统中的激光增强固体和液体129Xe核磁共振信号

在流动系统中,用半导体阵列激光器在低磁场下抽运Cs原子,由自旋交换碰撞产生极化的129Xe气体,在SY80M核磁共振谱仪中,冻成固体和液体后的极化度分别为216%和145%,和相同条件下未光泵的129Xe极化度相比,分别增强6000和5000倍.为将激光增强固体和液体129Xe用于量子计算提供了基础和可能.并对输运和相变过程中极化损失作了讨论 关键词： 光泵 激光极化 核磁共振信号 光和原子相互作用     

低场流动系统中激光增强液体129Xe的辐射阻尼信号

通常只有当样品的自旋浓度很大(如水中的质子), 强磁场和使用高分辨率谱仪的条件下, 辐射阻尼现象才能被观测到. 但是我们利用激光增强原子极化的方法, 使液态129Xe极化度提高到1.45%, 相同条件下比未激光极化的极化度增强5 000倍, 因此我们能在低磁场流动系统中观测到液态129Xe的辐射阻尼.     

稀自旋极化氢气体中发现自旋波

自旋波是凝聚态物质中很普遍的现象.如果一个原子的自旋偏离最优的取向,由于相邻原子目旋间的关联,这种局部的偏离会象波一样在介质中传播.已在很多系统中观察到自旋波的存在,例如铁磁、反铁磁、亚铁磁材料以及极低温下的液体～3He系统.由于目旋间的关联是一种量子力学的交换作用,来源于相邻原子波函数有相当的交叠,按照量子统计的原理,需要考虑全同粒子对总波函数对称性的要求.因此,很长时间人们一直认为,在稀的原子之间相距甚远的系统中,自旋波是不存在的.令人惊奇的是,1984年美国Cornell大学D.M.Lee的小组却在稀的自旋极化氢气体中证实…     

弱磁场下三阱光学超晶格中自旋为1的超冷原子特性研究

双阱光学超晶格中的超冷原子是近期冷原子物理领域的研究热点. 本文推广提出了实现三阱光学超晶格的方案, 并采用精确对角化的方法分别研究了弱磁场下对称三阱 光学超晶格中铁磁性和反铁磁性的自旋为1的原子系统的基态, 发现二者的相图很不相同: 反铁磁性原子对应的相图中没有沿磁场方向总自旋磁量子数为±2的基态, 而铁磁性原子对应的相图中可能有. 在负的二次塞曼能量区域, 铁磁性原子的相图中只有完全极化态. 分析了可控参数影响基态的物理本质. 由于这些量子自旋态可以通过调节外磁场和光势垒的高度非常简便而精确地控制, 适合用来研究自旋纠缠. 关键词： 三阱光学超晶格 自旋为1的原子 弱磁场     

超强磁场中核磁共振信号与屏蔽效应的理论研究

研究了超强磁场对于核磁共振样品中双原子分子中电子系统的哈密顿量的影响,并且给出了磁共振信号中由于外磁场与氢原子电子系统相互作用所产生的含有B02的修正项.基于核磁共振原理,获得了利用氢的NMR谱对超强磁场进行精确测量的理论依据,推导出了一种基于核磁共振技术的超强磁场测量公式,从而在理论上证明了对超强磁场进行精确测量是可行的.     

宇宙大爆炸中生成的氘气

在宇宙最初几分钟时的元素合成（大爆炸核合成）问题是核天体物理中的重要问题。这一合成过程产生的氘与氢的比值（D／H）是固定的，与我们在今天的宇宙中所看到的一样，大爆炸过程也产生了原初的轻的原子，这些原子又形成星体，根据加州理工学院的研究人员的研究结果，通过测量宇宙微波背景辐射被“宇宙黑暗年代”中存在的中性气体吸收的情况，可以计算出D／H比值。（“宇宙黑暗年代”大约处在大爆炸后十万年到十亿年之间．）氢和氘吸收不同波长的宇宙微波背景光子，这种测量需要观测由空间不同位置上氢与氘气体密度的变化所引起的吸收的微小涨落。例如，宇宙中具有高密度的氢原子区域比低密度区域要吸收更多的宇宙微波背景光子。     

外来原子替代碳的氟化石墨烯的磁性和电子性质

采用基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算,研究了在氟化石墨烯中少量C原子被M原子(M=B,N,Si,P)替代后原子片的磁性和电子性质.结果表明:不同原子掺杂后的氟化石墨烯的电子结构会发生很大的变化,并有很大的不同.掺杂B和P原子后,纳米原子片由半导体转变为金属,并且由非磁性转变为磁性;掺杂N原子后,材料则仍为半导体,但具有磁性;进一步讨论了掺杂原子浓度与磁性的关系.对于Si原子掺杂的氟化石墨烯原子片,其半导体性质不变,但禁带宽度也会发生改变.     

基于赫斯勒合金Co_2MnSi电极的磁性隧道结呈现巨磁阻效应（英文）

本文基于电子密度泛函理论计算和非平衡态格林函数技术研究了具有三明治结构的磁性隧道结构(非极化SrTiO_3薄层被夹在两个赫斯勒合金Co_2 MnSi电极之间)的自旋极化输运特性.理论计算结果清楚地表明磁平行组态的磁性隧道结呈现出几乎完美的自旋过滤效应.磁反平行组态的隧穿系数比磁平行组态的隧穿系数小几个数量级,导致体系的磁阻比高达10~6.电子结构计算分析表明该磁性隧道结的巨磁阻效应源自赫斯勒合金Co_2MnSi电极内在的半金属性、以及阻挡层和电极之间界面处过渡金属原子3d电子的显著自旋极化.     

功能化扶手椅型石墨烯纳米带异质结的磁器件特性

石墨烯在未来纳米电子器件领域具有广泛的应用前景, 但是基于扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)的磁输运性质的研究还比较少. 本文理论上提出AGNR边缘桥接过渡金属Mn原子, 再用双F 原子(或双H原子)饱和形成特殊化学修饰的纳米带(AGNR-Mn-F₂或AGNR-Mn-H₂), 并运用基于第一性原理和非平衡态格林函数相结合的方法对其磁输运性质进行理论计算. 结果表明: 这两种纳米带所构成的异质结(F₂-AGNR-Mn-H₂)具有优良的磁器件特性, 即在很宽的偏压范围内, 能实现100%的自旋极化, 且在P(在左右电极垂直加上相同方向的磁场)和AP构型(在左右电极垂直加上相反方向的磁场)时, 分别具有单自旋和双自旋过滤效应; 同时发现, 这种异质结也具有双自旋二极管效应, 它的最大整流比可达到10⁸. 此外, 改变开关磁场的方向, 即从一种磁构型变换为另一种磁构型时, 能产生明显的自旋阀效应, 其巨磁阻高达10⁸%. 这意味着这种特殊的异质结能同时实现优良的自旋过滤、双自旋二极管及巨磁阻效应, 这对于发展自旋磁器件有重要意义.