双分散颗粒体系在临界堵塞态的结构特征

堵塞行为是颗粒体系中一种常见的现象,其力学性质与堆积结构的关联非常复杂.本文采用离散元法研究了由两种不同半径颗粒组成的二维双分散无摩擦球形颗粒体系在临界堵塞态所呈现的结构特征,讨论了大小颗粒粒径比与大颗粒百分比对临界堵塞态的影响.数值模拟结果表明,当粒径比小于1.4时,临界平均接触数与大颗粒百分比关系不大,当粒径比大于1.4时随着大颗粒百分比的增大临界平均接触数先减小再增大.而临界体积分数在粒径比小于1.8时随着大颗粒百分比的增加先减小后增大,大于1.8时又基本不随大颗粒百分比而变化.大颗粒百分比在接近0或1时,系统近似为单分散体系,临界平均接触数与体积分数基本不随半径比的增大而变化;在接近0.5时,临界平均接触数随着半径比的增大逐渐减小,而临界体积分数则是先减小后增大.文中对大-小颗粒这一接触类型的百分比也进行了探讨,其值随着大颗粒百分比的增大呈二次函数的变化趋势,粒径比对这一变化趋势只有较小的影响.     

二维无摩擦颗粒体系中阻塞态的压缩过程

数值模拟无摩擦圆盘形颗粒体系的压缩过程,对单分散、双分散、线性作用、赫兹作用等进行对比.数值模拟表明:单分散体系容易晶格化,其临界填充率φC与临界平均接触数ZC都大于双分散的情形.以临界阻塞态为基准,阻塞态在压缩过程中的平均接触数增量ΔZ以及平均重叠量δ随填充率增量Δφ的变化与模拟条件几乎无关,压强P与Δφ的关系决定于作用力的形式,它们都能用幂律关系进行很好的拟合.     

各向同性压缩过程中圆盘体系的基本性质

结合理论分析与数值模拟研究仅有线性排斥力的二维无序圆盘体系在准静态各向同性压缩过程中的基本性质.引入平均约化重叠量、约化压强等概念,基于微观的力学分析,导出约化压强与体系的组成成分、几何统计量及形变统计量之间的关系.基于数值模拟结果,讨论平均接触数增量、各种接触类型的百分比、平均约化重叠量、约化压强等物理量在大范围压缩的过程中随体积分数增量的变化,给出一个形式简洁的近似约化压强公式.模拟结果表明圆盘体系在远离临界阻塞态及接近临界阻塞态时的压缩响应不同.     

两种类粒子间的聚集与完全湮没竞争过程的标度行为

考虑一个由两种类粒子组成的系统,同种类粒子相遇时发生不可逆的聚集反应;不同种类的粒子相遇时,则发生不可逆的完全湮没反应.利用Mont-Carlo模拟各种参数条件下的粒子聚集-完全湮没竞争过程,分析了聚集速率、湮没速率以及初始浓度分布对系统动力学行为的影响.模拟结果表明:1)粒子大小分布总是满足一定的标度律;2)当两种粒子的聚集速率都等于湮没速率的2倍时,粒子大小分布的标度指数与粒子初始浓度分布有关;3)其余情况下,标度指数则取决于反应速率的相对大小.此外,当两种粒子的聚集速率都大于或等于湮没速率的两倍,系统的所有粒子将完全湮没;当且仅当至少一种粒子的聚集速率小于湮没速率的两倍,聚集速率较小的那一种粒子才可能最终保存下来.模拟结果与已报道的理论分析结果符合得较好.     

自驱动颗粒体系中的熵力

在许多纳米复合材料体系中熵力(entropy force)是普遍存在的,但由于熵力的存在会导致纳米颗粒的凝聚从而降低其许多性能,因此在大多数情况下熵力的存在对体系并无益处,所以研究如何减小熵力对体系的影响是非常重要的.不带角速度的自驱动粒子在熵力作用下会集聚在纳米颗粒(或者纳米棒)周围,这会对纳米颗粒(或者纳米棒)产生很大的相互作用力.对于纳米颗粒,在不带角速度的自驱动粒子体系中存在着非常大的排斥力.而对于纳米棒,由于纳米棒内外的不对称性,使得两个纳米棒之间会产生吸引-排斥转变,同时这个吸引-排斥转变与纳米棒之间的距离有关.当自驱动粒子加上一个自转角速度ω之后,熵力的作用就大大减弱,纳米颗粒不再集聚.研究结果有助于对非平衡态下纳米颗粒(或纳米棒)之间熵相互作用力的认识.     

准二维湿颗粒体系融化过程中的结构与缺陷

研究颗粒体系中的结构与缺陷对于研究固-液融化的物理机制具有重要的价值.本文实验研究了垂直振动下单层湿颗粒在固-液融化过程中的结构与缺陷.根据实验及理论分析构建了湿颗粒体系的接触模型,量化了准二维湿颗粒体系融化过程中颗粒的结构变化.然后以颗粒为点建立Voronoi图对颗粒体系的相转变进行研究,并引入了局部体积分数来确...     

超形变奇-奇核194Tl中的双堵塞效应

采用处理含有对力的推转壳模型的粒子数守恒方法研究了A～190区奇奇核194Tl中6条超形变带. 计算结果与实验符合得非常好. 根据我们的PNC计算结果,分别指定了194Tl的6条超形变带的组态,详细分析了质子和中子的堵塞效应对转动惯量的影响. 转动惯量随转动频率的变化主要来源于高N闯入壳(对中子N=7,对质子N=6)的贡献,而其他大壳对转动惯量的贡献基本上不随转动频率变化.     

离散颗粒层被横向推移过程中的力学行为研究

研究发现,颗粒物质层被匀速推移挤压过程中,所需推移力先以线性规律增加,在某一确定点后,则会以指数规律增加.而颗粒物质是由众多离散颗粒组成的软凝聚态物质,其宏观上反映的是离散颗粒的个体性质和凝聚态物质的集体效应.颗粒与颗粒之间以及颗粒与边界之间的细观尺度接触力链的构成以及演变规律将会直接影响各种宏观受力情况,其摩擦力与挤压力便是力链的主要构成形式.围绕着定量描述细观力链特征,从而揭示力的变化规律这一目标,采用计算机模拟的方法,依照球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论,对重力作用下不同数目的三维等径球体颗粒层的推移情况进行了离散元仿真模拟,量化分析了推移力变化规律、各摩擦力变化规律以及力链分布规律,发现摩擦力与挤压力在颗粒堆积的不同阶段对力链的构成起到了不同的主次作用,使得力链发生强弱演变,从而发现了推移颗粒物质层时推移力的变化规律及原因.这些结果有利于从力链角度揭示颗粒内部和颗粒与各边界之间的受力情况.     

双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却研究

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器（OPA）的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱,基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA,使腔场内形成强烈的非线性压缩效应,量子反作用加热过程得到有效抑制,系统净冷却率得到显著提高。此外,讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数,声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。     

杂环化合物DADDCI在H2O/DMSO溶剂体系中的光谱及聚集行为

化合物6-苯胺基-5H-2,3-二硫杂-5,7-二氮杂环戊二烯并[c,d]茚-1,4-二甲酸二乙酯(DADDCI)是本实验室合成的新型硫氮杂环化合物.通过吸收、荧光光谱,结合理论计算,研究了该化合物在溶剂DMSO/H2O中的结构和聚集性质.结果表明,在DMSO中,化合物的苯环与并噻吩共平面,易形成H-聚集体致使荧光强度相对较弱,在H2O含量为66％-70％时,化合物形成J-聚集体,吸收峰明显红移,从390nm到444nm,伴随着荧光峰强度迅速增强至7倍以上,此时可明显观察到体系呈凝胶状.结构优化证实,化合物与H2O之间的氢键复合物取代与DMSO形成的复合物后,化合物的苯环与主平面之间发生扭转,二面角达86°.形成J-聚集体后,化合物的结构被固定,灵活性降低,分子中亚胺N接受质子的能力及胺N上的氢质子离域能力明显下降,化合物的吸收光谱受酸碱的影响程度明显降低.     

二维颗粒流从稀疏态到密集态的临界转变

研究了斜槽中的二维颗粒流由稀疏到密集转变的临界现象.在二维颗粒槽的入口流量Q₀和出口尺寸d固定的条件下，记录并统计了稀疏流转变为密集流所经历的时间.研究发现，在统计时间内转变不发生的概率C(t)随时间指数衰减，其衰减的特征时间尺度α^-1(d)可以很好地由幂律函数a(d_c-d)^-γ来拟合，其中d_c为临界开口尺寸.此临界尺寸的存在确定了稀疏流到密集流转变的临界现象. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 非平衡态相变 几何相变     

Anisotropic finite-size scaling analysis of a two-dimensional driven diffusive system

The standard two-dimensional uniformly driven diffusive model is simulated extensively for much larger systems with a multi-spin coding technique. The nonequilibrium phase transition is analyzed with anisotropic finite-size scaling both at the critical point and off the critical point. The field-theoretic values of critical exponents fit the data well at and aboveT _c . BelowT _c the scaling is rather difficult and the results are not conclusive.     

Benford analysis of quantum critical phenomena: First digit provides high finite-size scaling exponent while first two and further are not much better

Benford's law is an empirical edict stating that the lower digits appear more often than higher ones as the first few significant digits in statistics of natural phenomena and mathematical tables. A marked proportion of such analyses is restricted to the first significant digit. We employ violation of Benford's law, up to the first four significant digits, for investigating magnetization and correlation data of paradigmatic quantum many-body systems to detect cooperative phenomena, focusing on the finite-size scaling exponents thereof. We find that for the transverse field quantum XY model, behavior of the very first significant digit of an observable, at an arbitrary point of the parameter space, is enough to capture the quantum phase transition in the model with a relatively high scaling exponent. A higher number of significant digits do not provide an appreciable further advantage, in particular, in terms of an increase in scaling exponents. Since the first significant digit of a physical quantity is relatively simple to obtain in experiments, the results have potential implications for laboratory observations in noisy environments.     

直接相关函数对双模晶体相场模型相图的影响

研究了直接相关函数峰宽及 k=0处峰对双模晶体相场模型相图的影响. 结果表明, 随着峰宽的增加, 有序相的相区范围不断增大. 而增大峰宽比可使体心立方(bcc)相区范围缩小, 面心立方(fcc)相区范围大幅增加.直接相关函数 k=0峰的引入则使相图被压缩, 两相共存区变窄, 液相稳定区域增加. 关键词： 晶体相场模型 双模近似 相图 直接相关函数     

三质点单自由度非线性振动特性分析

设计一个非线性振动实验装置，建立系统的动力学方程，用计算机数值计算并画出相图和运动图，对非线性振动的性质进行了分析。     

一种非线性动力学系统混沌现象的深入研究

本文在实验教学中引入一种非线性混沌摆系统,通过调节混沌摆的驱动力周期演示了该非线性动力学系统出现混沌现象的过程,从而让学生了解混沌现象的参数敏感性、相图特点、频谱特性等基本特性.为了进一步了解该混沌摆的特性,本文建立了该非线性摆系统的简化动力学方程,在数值上对其进行了研究.基于动力学方程的数值模拟,克服了实验上相关参数定量改变困难、摆动稳定性不易控制、实验时间周期长等问题.在数值模拟中,通过改变不同参数得到了相图、频谱图以及分岔图,比较深入详细地对这种混沌摆的相关特性进行了描述,也有利于学生加深对混沌摆的理解.     

Calculation of the photoelectron spectra under a scaling transform

By solving the time-dependent Schro¨dinger equation, the dependence of photoelectron energy spectra on the binding energy of targets, wavelength and the intensity of laser pulse is exhibited and a scaling law of kinetic energy spectra of both the direct and the rescattered photoelectrons is concluded. The scaling law provides a convenient tool to determine the equivalent photoionization process of various atoms or molecules in various laser fields. The verification of the scaling law by independent methods provides incontestable support to the validity of the scaling law.     

高斯白噪声对神经元二维映射模型动力学的影响

从神经元二维映射模型出发，用高斯白噪声模拟了神经元的噪声环境，进而研究了高斯白噪声对参数空间相图的影响.研究发现，噪声可以提高系统的可兴奋性.通过数值模拟研究了噪声引起的相干共振现象.结果表明，只有当系统参数选取在静息区域且接近连续点火和静息状态分界线时才可以得到相干共振现象. 关键词： 高斯白噪声 神经元二维映射模型 相图 相干共振     

The possibility of re-entrant phenomena induced by a transverse field in ultra-thin transverse Ising films

The phase diagrams and temperature dependences of magnetizations in ultra-thin transverse Ising thin films are studied by the use of both the effective-field theory with correlations (EFT) and the mean-field theory (MFA). Novel features, such as the possibility of re-entrant phenomena, are obtained for the magnetic properties in such systems with a zero transverse field at the surfaces, when the EFT is applied to them, although such features could not be found from the use of the MFA. When the transverse field at the surfaces takes a finite value, however, the re-entrant phenomena could not be found from the both formulations of the EFT and the MFA. Similar phenomena are then obtained in the phase diagrams by using the MFA and the EFT.     

The correlation functions near intermittency in a one-dimensional Piecewise parabolic map

Piecewise parabolic maps constitute a family of maps in the fully developed chaotic state and depending on a parameter that can be smoothly tuned to a weakly intermittent situation. Approximate analytic expressions are derived for the corresponding correlation functions. These expressions produce power-law decay at intermittency and a crossover from power-law decay to exponential decay below intermittency. It is shown that the scaling functions and the exponent of the power law depend on the kind of the correlations.