衍射极限尺度下的亚波长电磁学

作为波的本性之一,衍射是现代物理学的重要研究内容.衍射导致自由空间中波的能量不能被无限小地聚集,从而为成像、光刻、光存储、光波导等技术设定了一个原理性的障碍——衍射极限.对于电磁波和光波而言,尽管通过提高介质的折射率可以压缩衍射效应,但由于自然界中材料的折射率有限,该方法存在很大限制.近年来,随着表面等离子体光学的兴起,表面等离子体在超越传统衍射极限方面的能力和应用前景受到了学术界的关注.本文从亚波长电磁学的角度出发,介绍衍射极限研究的历史,综述了突破衍射极限的理论方法.首先,利用金属介质表面等离子体激元的短波长特性,可将等效波长压缩一个数量级以上,在纳米尺度实现光波的聚焦或定向传输;更进一步,通过人为设计超构材料和超构表面,利用结构化金属和介质中的局域谐振、耦合等特殊电磁响应,可实现亚波长局域相位调制、超宽带色散调控、近完美吸收、光子自旋轨道耦合等,从而突破传统理论的诸多局限,为下一代电磁学和光学功能器件奠定重要基础.     

量子围栏中的表面电子态

将量子围栏作为二维无限深势阱来处理,用定态Schr dinger方程求出其波函数,并对围栏中的表面电子状态进行了讨论,最后在这一理论模型基础之上用MATLAB 6.1对模型计算结果进行了模拟和讨论,较好地解释了量子围栏中的表面电子所展现出的波动现象.     

用于高电荷态离子与表面相互作用研究的原子物理实验平台

在重离子加速器国家实验室ECR离子源上,成功组建了用于高电荷态离子与表面相互作用研究的原子物理实验平台;利用该实验平台,研究了用不同电荷态和不同速度的高电荷态离子与不同表面相互作用的可见光和X射线发射的情况,同时还研究了高电荷态Xe离子轰击晶体材料所引起的材料性质和表面结构变化的情况.     

高电离态离子与表面相互作用的研究

简要描述了慢速(v＜vBohr)高电荷态离子与表面相互作用过程中的电子、光子发射过程.介绍了用于高电荷态离子与表面作用实验研究的目前兰州近物所的实验装置和取得的一些初步实验结果.     

固体表面上流动膜沸腾与液滴蒸发机理研究的新进展

当单个液滴落在温度超过某一临界值的炽热固体表面上时,液滴会像弹性球一样跳跃,并伴随着液滴表面蒸发而滴径逐步缩小.这种现象由J.G.Leidenfrost在1756年所发现,是物理学上著名的“球化态”奇异现象,称为Leidenfrost现象.出现此现象的热表面临界温度则称为 Leidenfrost温度(LFT).不同液体在不同压力下和不同表面状况的LPT是不同的.常压下水在一般平整度的钢铁表面上的LFT大约为300℃.液滴大小不同时所呈现的Leidenfrost现象也会有差异.滴径较大的液滴撞击温度超过LFT的热表面时,将克服表面张力的制约而伸展成圆盘状,悬浮在炽热固体…     

无序世界与物理学

 我们的物质世界,到处是有序和无序世界.然而,稍细观察不难发现周围世界的无序性是更普遍而有序性只不过是局部的或特殊的.人们对这一无序性的研究历史悠久,但遇到的困难很大,直到本世纪50年代还看不出多大进展.自从量子力学发展以来.物理学工作者就开始对有序的晶体材料进行了研究,并确立了它的物理学基础.但对无规则的无序系统的研究直到1958年安德逊(Anderson)发表他的一篇著名论文开始到1968年才引起了众多科学家的重视.很快就成了物理学中的一个热门课题.     

WO_3(001)表面活性氧物种的理论研究

采用第一性原理结合周期性平板模型的方法,对O_2在完整和缺陷WO_3(001)表面的吸附行为进行了研究.结果表明:WO_3(001)完整表面上吸附态的O_2不易成为表面氧化反应的活性氧物种,当吸附质与表面作用时,将优先与表面晶格氧(O_t)成键,进而形成表面缺陷态,体系呈现金属性,电导率增大.比较O_2在缺陷表面上各吸附构型的吸附能发现,O_2的吸附倾向于发生在缺陷位置(W_v)上,且表现为氧气分子中的两个氧原子均与缺陷位W_v作用,形成新的活性氧物种(O_2~-);吸附后表面被氧化,电导率降低.     

23 Na磁共振成像的初步实验研究

介绍了用于²³Na磁共振成像实验的收发一体表面线圈的设计、制作原理与实际制作. 用制作的²³Na表面线圈在Bruker Biospec 47/30磁共振成像仪上采集了不同浓度NaCl溶液,盐腌制鹌鹑蛋和大鼠头部的²³Na密度像,为深入开展23Na磁共振成像的生物医学应用研究奠定基础.     

As吸附在InP(110)表面电子性质的理论研究

利用形式散射的格林函数方法，研究了As在InP(110)表面不同吸附结构的电子性质.体材料采用实用的经验紧束缚近似方法的哈密顿，分别计算了As-P交换作用和形成外延连续层结构表面态的性质，指出了表面态和表面共振态产生的原因.在计算中，一些表面紧束缚相互作用参数进行了调整，所得结果好于其他理论方法. 关键词：     

6H-SiC(0001)-6√3×6√3R30°重构表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(SRARPES)对6H-SiC(0001)-6√3×63√R30°重构表面的电子结构和表面态进行了研究.通过鉴别价带谱中来自于体态的信息,可以推断出重构表面的费米能级位于体态价带顶之上(2.1±0.1)eV处.实验测出的体能带结构与理论计算的结果较为符合.在重构表面上发现三个表面态,分别位于结合能-0.48 eV(S0),-1.62 eV(S1)和-4.93 eV(S2处.沿着表面布里渊区的高对称线ΓKM方向,测量了相关表面态的能带色散,只有表面态S0(-0.48 eV)表现出了所希望的6√3×6√3 R30°重构周期性.根据实验现象,可以认为,表面态S0应归结于重构表面的C-C悬键,而表面态S1则由重构表面未钝化的C悬键所导致.     

现代经济学领域中的物理学

 从表面上看,物理学与经济学似乎风马牛不相及,它们往往被看成是毫不相干的两个范畴系统。但是,由于物理学的思想、研究的规律以及科学方法论,具有极大的普遍性。因此,可以认为物理学既是一切自然科学的基础,又涉及人文科学、社会科学诸学科。根据物理学的基本原理发展而成的现代技术,极大地影响着人类的生活,这就使得物理学与社会经济学有着这样或那样的联系。例如,在现代物理学直接影响下,非线性经济学和知识经济应运而生。     

太赫兹波段表面等离子光子学研究进展

表面等离子光子学是研究金属、 半导体纳米结构材料独特的光学特性, 是目前光子学中最有吸引力、 发展最快的领域之一. 伴随着微/纳制造技术与计算机模拟技术的进步, 表面等离子光子学在可见光、 红外、 太赫兹以及微波频域得到了广泛研究, 在高灵敏生化传感、 亚波长光波导、 近场光学显微、 纳米光刻等领域有潜在的应用价值. 特别是人工超材料的发展, 为自然界长期缺乏响应太赫兹波的材料和器件奠定了基础, 从而也促进了太赫兹波段表面等离子光子学的研究. 本文从太赫兹表面等离子波的激发、 传导、 最新应用及未来发展趋势等几个方面进行了回顾和讨论, 将最新研究成果展示给读者.     

不同密度氢吸附金刚石(100)表面的微观结构

利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了金刚石(100)表面不同氢吸附密度的平衡态几何结构和态密度.结果表明对于2×1构型,在平行和垂直表面两个方向上发生弛豫,而1×1构型仅在垂直表面方向上发生弛豫.另外,清洁2×1,2×1 ∶0.5H和1×1 ∶1.5H表面,带隙中存在空表面态;而对于1×1 ∶2H和2×1 ∶H两种表面结构,空表面态上移进入导带,带隙中不存在表面态.结合电荷密度分布,探讨了金刚石(100)不同构型和氢吸附密度表面的表面态诱发机理. 关键词： 氢吸附 金刚石 弛豫 表面态     

关于理想模型及其在物理学中的作用

中学物理和大学物理所研究的对象,严格说来大都是理想模型.研究理想模型所遵循的规律,为解决实际中大量复杂的物理问题奠定了基础.因此,建立理想模型不仅是物理学的研究方法,也是大、中学生学习物理时必须掌握的一种重要思维方法.     

Sb吸附在InP(110)表面电子性质的理论研究

利用形式散射的格林函数方法,研究了Sb在InP(110)表面单层吸附时的电子性质．分别计算了清洁的InP(110)弛豫表面和InP(110)-Sb(1ML)体系的表面态的性质,指出了表面态和表面共振态产生的原因．所得结果与实验相符. 关键词：     

经典力学中的稳定性问题

非线性现象的研究,近年来在物理学的发展中占有越来越重要的地位,它包括了物理学的几乎所有分支,从力学、电学、光学到等离子体物理、固体物理以及基本粒子理论等等.由于在非平衡相交、孤立子及湍流理论等方面解决了历史上所遗留的许多重大问题和预言了很多新的现象,显示了这种研究在理论和实践上的巨大价值,人们的兴趣更加高涨.因此,在理科的基础课程中适当增加有关非线性现象的基本知识是很有必要的. 非线性现象的描述工具是非线性方程.由于非线性微分方程严格求解很困难,从定性方面来研究它的解的一般形态就成了有效手段之一,稳定性分析…     

磁耦合效应对半无限超晶格中表面电子态的影响

在有效质量近似理论下，采用有效垒高方法，研究了在沿超晶格生长方向加一有限磁场时磁耦合效应对半无限半导体超晶格中表面电子态的影响.当考虑超晶格中阱层和垒层之间电子有效质量的差别时，沿超晶格生长方向的磁场将导致磁耦合效应的出现.研究结果表明，磁耦合效应不仅引起表面电子能级的量子化，而且表面电子能级的大小及其在表面附近的局域程度也依赖于磁场的大小和朗道指数.此外，研究表明布洛赫波数的虚部可以作为一个衡量表面电子态局域程度的物理量. 关键词： 超晶格中的电子态 表面态 磁场     

GaAs(111)表面硅烯、锗烯的几何及电子性质研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 系统研究了硅烯、锗烯在GaAs(111) 表面的几何及电子结构. 研究发现, 硅烯、锗烯均可在As-中断和Ga-中断的GaAs(111) 表面稳定存在, 并呈现蜂窝状六角几何构型. 形成能计算结果证明了其实验制备的可行性. 同时发现硅烯、锗烯与GaAs表面存在共价键作用, 这破坏了其Dirac电子性质. 进一步探索了利用氢插层恢复硅烯、锗烯Dirac电子性质的方法. 发现该方法可使As-中断面上硅烯、锗烯的Dirac电子性质得到很好恢复, 而在Ga-中断面上的效果不够理想. 此外, 基于原子轨道成键和杂化理论揭示了GaAs表面硅烯、锗烯能带变化的物理机理. 研究结果为硅烯、锗烯在半导体基底上的制备及应用奠定了理论基础.     

Co/Cu(111)薄膜生长和退火过程中的扩散

利用同步辐射角分辨光电子能谱和俄歇电子能谱研究了CoCu(111)分子束外延薄膜在生长和退火过程中的电子结构.实验发现:随着Co膜厚度的增加,Cu的sdz2杂化带能级位移相应增大,证实了界面间发生了互混;退火过程中存在表面扩散,而非通过界面的体扩散.并把这两种不同过程的扩散的内在动力归结为Co的表面自由能显著大于Cu的表面自由能 关键词： 表面扩散和界面混合物形成 固体表面能 表面态和能带结构     

无序二元合金(Ni_xCu_(1-x))表面CO吸附及对表面偏析的影响

根据计算机编程构造出了存在和不存在表面偏析的无序二元合金NixCu1 -x(x =0 4 )的原子集团模型 ,然后按覆盖度θ=0 5 ,构造出了CO表面吸附的模型 ,应用Recursion方法计算了CO在NixCu1 -x(存在偏析和不存在偏析时 )合金表面不同位置 (顶位和芯位 )吸附的电子结构 .由此得出 :1 )CO在顶位吸附时较稳定 ;2 )CO吸附使合金表面态密度峰降低 ,带宽加宽 ,使d轨道的局域性变弱 ;3)CO的吸附抑制了Cu在表面富集 ,从电子层次上解释了CO吸附于NixCu1 -x对合金表面偏析的影响机理