肌球蛋白Ⅵ分子马达周期势场下的弹性扩散模型

肌球蛋白Ⅵ分子马达因其特殊的结构及胞内功能,其动力学原理成为研究的热点. 从肌球蛋白Ⅵ自身结构和实验现象出发,建立其弹性扩散模型,并通过Monte Carlo方法分析了肌球蛋白Ⅵ满足朗之万方程的随机动力学行为. 结果表明,在环境噪声作用下,具有弹性势能和轨道周期势能的肌球蛋白Ⅵ可以进行梯跳运动和有效的输运,但负载力会减弱分子马达系统的输运能力;当弹性系数一定时,弹性链越长平均速度越小,当弹性链长度一定时,合理选择弹性系数平均速度可达到最大值;另外,负载力的存在使肌球蛋白Ⅵ在接触位点的平均驻留时间呈指数增加. 关键词： 分子马达 肌球蛋白Ⅵ 朗之万方程 弹性扩散模型     

基于冲击力模型的分子马达动力学分析

从分子马达输运特点和实验现象出发,建立满足朗之万方程的冲击力模型,分析分子马达定向输运的动力学行为.研究发现:在合适的冲击力和噪声强度的共同作用下,分子马达可以稳定的梯跳跃迁运动和有效的输运;分子马达在轨运动的方向由冲击力的方向决定;另外,虽然在不同的噪声强度时平均速度都不为零,但是整个分子马达系综的高效输运对噪声强度有一定的选择性;系综的平均速度随着负载力的增大而减小,甚至会产生反方向的运动.     

基于三磷酸腺苷调节的分子马达单向能量跃迁模型

分子马达的梯跳运动和在过阻尼溶液中动力学原理尚未揭示清楚, 从分子马达输运特点和实验现象出发, 构建满足朗之万方程的单向能量跃迁模型, 并通过Monte Carlo方法分析了分子马达的随机动力学行为. 结果表明, 在合适的跃迁能量作用下, 分子马达可以利用噪声进行稳定的梯跳运动和有效的输运, 但负载力会减弱分子马达系统的输运能力; 轨道周期势虽影响分子马达速度的大小但不会改变其运动方向, 分子马达运动方向由跃迁能量决定; 另外, 虽然在不同的噪声强度时平均速度不为零, 但是分子马达系统的高效输运对噪声有一定选择性. 关键词： 分子马达 能量跃迁 朗之万方程 噪声强度     

布朗马达的非均匀高斯跃迁模型

提出了布朗马达的非均匀高斯跃迁理论，用布朗粒子在多态之间的跃迁模型描述分子马达的定向运动.假定跃迁速率与位置有关，且在跃迁点附近具有高斯函数形式，将布朗粒子在x处的概率密度Pm(x,t)在跃迁点附近展开，可以进行任意阶的近似计算.这一理论涵盖了以往的定点跃迁模型和均匀跃迁模型.作为具体例子，研究了系统在两态之间的跃迁问题.假定在一个周期内有两个跃迁点，讨论了布朗粒子定向运动产生的概率流随温度、跃迁速率和 跃迁宽度的变化关系. 关键词： 布朗马达 高斯跃迁 概率流     

气泡与弹性膜的耦合效应数值模拟

本文在前人研究的基础上,计入浮力、表面张力、不同流体密度比等因素对弹性膜附近气泡运动的影响,结合不可压缩理想流体理论,建立气泡与弹性膜耦合动力学数值模型,采用边界元方法进行求解,计算值与Turangan等的实验结果符合良好.通过对弹性膜附近气泡运动的数值模拟,详细分析了弹性膜两侧为同种密度液体以及不同密度液体时气泡的运动,随后又分析气泡在弹性膜和浮力的共同作用下气泡的射流特性.旨在为相关气泡与弹性膜相互作用特性的研究提供参考. 关键词： 弹性膜 边界元法 气泡 浮力     

基于圆柱体骰子三面概率落地均匀性探究

传统硬币正反面落地概率分别趋近于1/2,而侧面落地概率几乎为0.本文为了探究新型圆柱形骰子三面落地概率均匀的影响因素,从力学角度对圆柱形骰子发生弹性碰撞和非弹性碰撞的运动过程进行了理论分析,将影响落地概率均匀性的因素分为圆柱形骰子自身的物理和几何特征以及外部影响因素,通过建立各类圆柱形骰子模型,采用控制变量法进行实验,并应用软件进行仿真模拟,所得实验结论和仿真结论与理论分析吻合.研究表明骰子厚度直径比、接触面材质硬度、抛掷高度及圆柱体重心线与竖直方向向量夹角是影响落地概率均匀性的主要因素.     

采用液晶涂层测量介质流与壁面间剪切应力的定量模型与试验研究

流场中介质流与壁面间剪切应力的定量测量,在运动物体例如航天器等的表面流场观测与表面减阻等领域有重要意义.本文采用向列相液晶涂层技术针对介质流与固体壁面间的剪切应力展开定量测量.首先利用液晶弹性变形理论建立了向列相分子在剪切应力场作用下旋光性光强信号与剪切应力大小的定量模型;进而,在固体表面制备了5 CB与7 CB向列相液晶涂层,采用搭建的实验装置对不同剪切应力场下的测试涂层的光强进行了测试与理论模型的计算模拟,测试结果与定量模型相当吻合;进一步探讨了液晶涂层测试技术的极限剪切应力、灵敏范围以及涂层膜厚、分子弹性等关键影响因素.     

分数阶双头分子马达的欠扩散输运现象

研究具有幂律记忆性的细胞液中双头分子马达的定向输运现象,选取幂函数作为广义Langevin方程的阻尼核函数,建立了分数阶过阻尼耦合Brown马达模型,讨论了阶数及耦合系数对双头分子马达定向输运速度的影响. 仿真结果表明,分数阶过阻尼双头分子马达也会产生定向输运现象,并且在某些阶数下会产生整数阶情形所不具有的反向定向流. 当噪声强度固定时,输运速度随着阶数以及耦合系数的变化均会出现广义随机共振现象. 特别地,研究发现双头分子马达在记忆闪烁棘轮势中具有某些单头分子马达所不具备的运动特性,定向流的大小和方向由噪声与双头间作用力相互耦合控制. 关键词： 分数阶双头分子马达 欠扩散 定向输运 广义随机共振     

世界上最小的电冰箱

比利时和美国的两位科学家最近研制出一个由单手征的（或不对称的）分子组成的微观马达。当将这个马达放在两个具有不同温度的水容器之间时，马达自动地向一个方向运动来调整热的不均，这样就将热量从高温的水容器传输到低温水容器中。     

分子马达的三态周期跳跃模型

研究了在一维三态周期跳跃模型下分子马达的定向运动 .对于给定的任意初始分布 ,得出了与时间有关的几率分布的解析表达式 ,包括到达稳态之前的所有的瞬态过程 ,由此可获得马达在各个时刻的漂移速度v、扩散系数D以及描述马达随机性质的随机参数r(randomnessparameter ) .同时还计算了马达到达稳态所需要的特征时间 .并把计算结果同实验进行了比较 .     

Operation of pulsed dye laser with an intracavity phase step

Effects of an intracavity phase step on the spectral and spatial characteristics of pulsed dye laser radiation are studied. In the broadband operation regime of the dye laser, the lasing spectrum was strongly, periodically modulated. In the narrowband regime, periodic alteration between TEM₀₀ and TEM₀₁-like beam profiles is observed on tuning the laser wavelength. Two different spectral periods of these effects are recognized. The shorter period corresponds to double passage and the longer one to apparent single passage of intracavity light through the phase step on a cavity round trip. Depending on the position of the phase step along the laser cavity, single-passage period, double-passage period, or a superposition of both periods appeared in the broadband emission spectrum and in the beam profile alteration sequence. These observations demonstrate several possibilities for the control of spectral, spatial, and phase characteristics of laser beams by simple intracavity phase elements.     

二维高超声速后台阶表面传热特性实验研究

高超声速后台阶流动是大气层内高速飞行器发动机设计、表面热防护以及高超声速拦截器红外成像窗口气动光学效应校正等诸多先进高超声速技术研发过程中所涉及的一类基础流动问题. 研究高超声速后台阶流动特性对有效提升飞行器综合性能, 进一步掌握高超声速流动机理具有重大基础 意义. 本文以二维高超声速后台阶流动为研究对象, 在KD-01高超声速激波风洞中测量了二维后台阶模型表面传热系数和表面静压, 并将实测台阶下游表面传热系数分布同采用高超声速边界层理论所得估计值进行了比较. 为进一步验证实验结果, 使用NPLS技术测量了其中一种实验状态下台阶周围流动结构. 研究发现, 对于二维高超声速后台阶流动, 台阶下游表面传热分布受台阶处边界层外缘流动特性的直接影响; 在台阶下游分离区和再附区内, 气体黏性占主导作用; 在台阶下游远场区域, 边界层流动特性趋同于平板边界层; 下游边界层基本结构取决于台阶处边界层相对厚度. 对高超声速后台阶流动, 若使用数值模拟方法研究气动热问题, 应当使用湍流模型.     

台阶光栅衍射的傅里叶分析

提出了一种台阶光栅模型 ,并应用傅里叶光学方法推导出了反射式衍射光强的表达式。分析计算了衍射光强随台阶数、入射波长、衍射角和轮廓角 (闪耀角 )的变化关系。结果表明 ,台阶光栅能起到闪耀作用 ,台阶对衍射强度分布有影响 ,但不改变衍射光极大值的位置 ,随台阶数的增加 ,能量逐渐向闪耀方向集中。当台阶数等于 8时 ,其衍射效率可接近三角形闪耀光栅的衍射。台阶光栅衍射的傅里叶分析对光栅制作有一定的指导意义     

环带阶梯形光栅限幅器的光场分布

 设计了一种环带阶梯形光栅限幅器,理论推导并数值模拟了光束通过该限幅器后在限幅光阑平面上的光场分布,定量分析了光强分布随光栅参数的变化规律。结果表明:环带阶梯型光栅实际上是一种闪耀光栅,选择合适的结构参量,可使能量集中分布在偏离光阑中心较远且宽度较大的圆形环带上;亮环位置由光栅递增厚度、光栅周期等参量确定;衍射最亮环位置随光栅递增厚度的增加周期性改变,当递增厚度满足一定条件时,最亮环位置与入射激光波长无关,这对设计多波段的光限幅器比较有利。     

Angle step selection for geometrical-optics approximation in light scattering

On the basis of the Shannon sampling theorem, we present a relationship between the maximal scattering angle step and the radius of particles in the calculation of light scattering intensity distribution. For the first rainbow intensity application, the relationship between the maximal scattering angle step and radius of particles is derived from that between the ripple frequency and radius and refractive index of particles using this method. For the geometrical-optics approximation, the incident angle is used to calculate the scattering intensity distribution. To get the highest speed, the maximal incident angle step is necessary. The relationship between the maximal step of incident angle and radius of particles is deduced from the maximal scattering angle step equation. As indicated by our result, the maximal step of the incident angle is not a constant and it varies with incident angle.     

On propagation through long step tapers

In integrated optics, tapered waveguides usually possess step changes in waveguide width or other dimensions, due to lithographic limitations. We present a theoretical asymptotic analysis of the effect of these steps when compared with the ideal smooth taper. We present some figures for the size of the effect, conclude that the effect is significant in certain situation and that making the taper too long will reduce its performance, or in the worst instance cause the taper to function as badly as a butt join.     

台阶高度测量方法研究现状及进展

台阶高度测量是目前新提出的国际计量比对项目之一,当前的趋势是向纳米量级精度发展并尽量扩大测量范围。在分析现状和背景的基础上,大致归类了测量台阶高度的几种光学方法,着重介绍了其中绝对干涉方案的最新进展,从测量原理、测量精度以及量程等几方面比较了它们的优缺点。在此基础上提出以可调谐半导体激光器作为光源,采用可调合成波长链法实现纳米级精度毫米级量程的台阶高度测量,详细分析了方案的原理误差,得到最后的结论。     

Kinetic step bunching instability during surface growth

We study the step bunching kinetic instability in a growing crystal surface characterized by anisotropic diffusion. The instability is due to the interplay between the elastic interactions and the alternation of step parameters. This instability is predicted to occur on a vicinal semiconductor surface Si(001) or Ge(001) during epitaxial growth. The maximal growth rate of the step bunching increases like F4, where F is the deposition flux. Our results are complemented with numerical simulations which reveal a coarsening behavior in the long time evolution for the nonlinear step dynamics.     

一种补偿时间步长限制的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模型

 从碰撞次数的概率分布出发,推导出一种补偿蒙特卡罗碰撞模型,采用以正态分布计算得到的平均碰撞次数作为碰撞概率,来补偿传统方法中忽略的多次碰撞。通过模拟不同折合电场强度条件下He气放电产生电子的运动规律,验证了补偿蒙特卡罗碰撞模型的正确性。计算结果表明:补偿蒙特卡罗碰撞模型可以有效地提高计算效率,特别适用于高气压气体放电现象的粒子模拟。     

Improved performance of 4H-SiC metal-semiconductor field-effect transistors with step p-buffer layer

An improved 4H-SiC metal-semiconductor field-effect transistors (MESFETs) with step p-buffer layer is proposed, and the static and dynamic electrical performances are analysed in this paper. A step p-buffer layer has been applied not only to increase the channel current, but also to improve the transconductance. This is due to the fact that the variation in p-buffer layer depth leads to the decrease in parasitic series resistance resulting from the change in the active channel thickness and modulation in the electric field distribution inside the channel. Detailed numerical simulations demonstrate that the saturation drain current and the maximum theoretical output power density of the proposed structure are about 30% and 37% larger than those of the conventional structure. The cut-off frequency and the maximum oscillation frequency of the proposed MESFETs are 14.5 and 62 GHz, respectively, which are higher than that of the conventional structure. Therefore, the 4H-SiC MESFETs with step p-buffer layer have superior direct-current and radio-frequency performances compared to the similar devices based on the conventional structure.