低维材料物性的非均匀应变调控

探索低维材料的新奇物性是当前凝聚态物理和材料科学基础研究的一个重要前沿.应变是调控低维材料物性的一个重要手段.相比于块体材料,低维材料通常具有良好的力学柔韧性,并表现出敏锐的结构-电子响应关系,因此可以通过结构变形对材料电子性质进行有效调控.本文主要目的是介绍二维材料中通过非均匀应变获得新奇物性的研究进展.主要讨论两个效应,即赝磁场效应和挠曲电效应.具体来说,通过解析理论、实验进展、计算模拟以及围绕这些效应的应用等方面介绍相关研究进展.从计算模拟的角度看,由于非均匀应变破坏了晶体的平移对称性,基于周期性边界条件的量子力学计算方法如第一性原理不再适用.本文将介绍一个专门用来模拟非均匀应变的原子级计算方法,即广义布洛赫方法,并简要介绍该方法的一些具体应用.     

平面应变问题广义有限元法

结合广义有限元和理性有限元,针对平面应变问题提出一种广义四边形单元.该单元考虑泊松效应,以节点位移自由度约束弹性力学平面应变方程的半解析解,构造单元位移模式的附加项,较准确地反映真实位移场,提高了单元的计算精度.首先推导广义单元及其等参单元的形函数,之后设计分片试验和数值算例来验证单元的精度,数值算例表明,在规则和非规则网格下新单元计算精度均优于传统有限元和广义有限元.新单元精度高且易于程序实现,可应用于实际工程的结构分析.     

基于微观结构计算晶体宏观弹性应变场

基于晶体的微观结构提出了一种计算晶体宏观弹性应变场的方法,将该方法应用于金属晶体Fe,得到的应变场与连续介质理论预测结果吻合地很好,从而证明了该方法的准确性.以该方法为基础,进一步考虑无限小应变与有限应变的差值,发现应变差值在晶体剧烈变形区域内较强,对金属晶体Cu位错应变场的计算表明这种应变差异可以用来描述位错的运动状态和芯域结构.该方法可为评估晶体缺陷附近应变状态提供依据.     

基于微观结构计算晶体宏观弹性应变场

基于晶体的微观结构提出了一种计算晶体宏观弹性应变场的方法,将该方法应用于金属晶体Fe,得到的应变场与连续介质理论预测结果吻合地很好,从而证明了该方法的准确性.以该方法为基础,进一步考虑无限小应变与有限应变的差值,发现应变差值在晶体剧烈变形区域内较强,对金属晶体Cu位错应变场的计算表明这种应变差异可以用来描述位错的运动状态和芯域结构.该方法可为评估晶体缺陷附近应变状态提供依据.     

应变对纤锌矿结构GaN电子结构及光学性质的影响

使用第一性原理密度泛函理论（DFT）框架下的广义梯度近似（GGA+U）方法计算单轴应变对纤锌矿结构GaN的键长、差分电荷密度、电子结构以及光学性质的影响.结果表明：带隙随应变的增加而减小,压应变在（-1%~-3%）范围内变化时带隙变化不明显,压应变超过3%时带隙随应变的增大显著减小.光学性质研究表明,应变对介电函数虚部峰的位置和大小都产生影响,静态介电常数随应变的增大而增大;应变使GaN的吸收系数减小.     

多模声波导结构光纤的应变与温度系数计算方法

在基于布里渊拍频谱功率测量的分布式光纤传感中,提出对多模声波导结构光纤的应变与温度系数进行理论计算的方法。布里渊拍频谱的功率与光纤的有效折射率、杨氏模量、泊松比、声光有效面积等参数有关,这些参数会随光纤中应变和温度改变。通过建立应变和温度与布里渊拍频谱功率之间关系,可在已知光纤的折射率分布的情况下,从理论上推导出多模声波导结构光纤的布里渊拍频功率-应变系数和布里渊拍频功率-温度系数。以大有效面积光纤(LEAF)为例,计算了光纤的应变和温度系数,并与实验测量结果进行比较。结果表明,使用该方法得到的理论计算结果与实验值相吻合,验证了该计算方法的有效性。     

第一性原理研究[111]晶向硅纳米线电子结构,光学性质与压阻特性的应变效应

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法计算研究了单轴应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构、光学性质以及压阻性质的影响.能带结构和光学性质的结果表明:压应变导致硅纳米线的带隙明显线性减小,且使其由直隙半导体转变为间隙半导体,而施加拉应变后硅纳米线仍为直隙半导体材料,但是带隙略有减小,且价带顶附近的能带线产生了较为复杂的变化.由于能带的应变效应导致其光学性质也相应发生了较大改变:拉应变使硅纳米线的介电峰出现宽化现象,低能区内的光吸收增强,静态折射率和反射率峰值增大,而压应变的效果则相反.结合能带结构与压阻系数计算模型得到的压阻特性结果表明:随着压应变的增加压阻系数单调减小,这主要归因于空穴浓度随压应变显著变化引起的;而拉应变作用时,压阻系数呈现波动趋势,这主要是由于空穴有效传输质量的增加程度和载流子浓度的增加程度不同而相互竞争导致的.上述计算结果表明,设计基于硅纳米线的光电和力电器件时,需考虑其应变效应.     

等价分布源方法新发展

本文以广义Lighthill方程和广义Green函数为基础给出任意截面管道声传播计算模型,同时应用等价分布源方法建立了包含声衬影响的声传播模型,该方法避开了复杂的管道特征值计算,并在此基础上以积分变换发展了等价分布源方法,免去了声源及观察点匹配时产生的奇异性,使该方法大大简化,易于工程实际计算.此外,本文还给出了特殊截面管的算例.     

FBG应变传感器应力疲劳极限传感寿命评估方法

光纤光栅应变传感器在应力疲劳作用下不可避免地出现性能衰退,为了评估其极限传感寿命,从光纤光栅传感原理出发,理论推导了应力疲劳作用引起的满度相对误差表达式,以工业仪表精确度等级作为传感器的极限状态阈值,提出了基于等强度梁的极限传感寿命测试方法.利用该方法评估了高桩码头结构健康监测应用环境中光纤光栅应变传感器的极限传感寿命,以满度相对误差变化4%作为极限失效阈值,对4支传感器进行了1.32亿应力疲劳实验.当疲劳至1.32亿次时,2支传感器达到极限传感寿命,1支传感器接近极限传感寿命,即极限传感寿命约为1.32亿次.实验结果表明,提出的方法能有效地测试不同结构健康监测需求下,光纤光栅应变传感器的应力疲劳极限传感寿命.     

N,Sb和单分子层数对GaAs/GaInNAsSb超晶格性能的影响

用Keating的价力场 (valenceforcefield)模型和蒙特卡罗方法计算了GaAs GaInNAsSb超晶格中键的分布、原子的精确位置以及应变 .用折叠谱法 (foldedspectrummethod)结合Williamson经验赝势法计算了GaAs GaInNAsSb超晶格应变条件下的电子结构 .讨论了N和Sb原子以及超晶格单分子层数对电子结构的影响 .发现导带底电子态在N原子周围的局域化减小了光跃迁矩阵元 ,从而影响了该超晶格的发光性能 .计算并讨论了超晶格的电子和空穴的有效质量 .     

Two-particle transfer reactions with heavy-deformed nuclei

Detailed calculations of two-particle transfer reactions on heavy, deformed nuclei are carried out within the framework of the macroscopic model for pair transfer and the sudden limit for rotational excitation. The marked structure that appears as a general feature of the angular distributions is explained as an interference of amplitudes that correspond to different orientations of the deformed nucleus. A comparison to recent data supports the existence of this structure.     

Characterization of fluctuating hydroxyl concentrations in?a?turbulent nonpremixed hydrogen–nitrogen jet flame

Two-point OH time-series measurements using a high-speed, laser-induced fluorescence system have been performed in a turbulent nonpremixed jet flame to obtain both radial and axial space–time correlations. Turbulent OH structures in such flames are found to undergo convection both axially and radially, but OH convection does not satisfy the ‘frozen-turbulence’ hypothesis owing to various turbulent interactions and chemical reactions. While axial OH convection occurs at approximately the local mean bulk velocity, radial convection is largely compromised by strong turbulent mixing along the same direction. The hydroxyl integral length scale can be interpreted as the typical dimension of a convective OH structure, which is axially elongated and becomes more isotropic in the post-flame region. The hydroxyl integral time scale can be interpreted as approximately the ratio of an axial integral length scale to a corresponding local mean flow velocity. In general, macroscale fluctuations of OH are dominated by large-scale turbulence, with little contribution from small-scale turbulence and OH chemistry.     

Tests for the charm changing charged current in lepton-hadron scattering

Starting from a weak charged hadronic current whose ΔC = 1 part is a general mixture of vector and axial vector currents, we work out experimental distributions of interest in inclusive and semi-inclusive lepton-hadron processes. Detailed consequences for the Cabibbo, Glashow-Iliopoulos-Maiani and De Rujula-Georgi-Glashow currents are presented. Special importance of the measurement of hadron multiplicities in the low-x region as a tool to probe the chiral structure of the charm changing current is pointed out.     

Evolution of Dissipative Anisotropic Expansion-Free Axial Fluids

A general study of non-static restricted class of axial system with anisotropic dissipative expansion-free fluid under geodesic condition is carried out. It is found that expansion-free model must be dissipative under geodesic condition to preserve axial symmetry. We also investigate this system without geodesic condition. Finally, the role of dissipation is explored via transport equation.     

Evolution of Dissipative Anisotropic Expansion-Free Axial Fluids

A general study of non-static restricted class of axial system with anisotropic dissipative expansion-free fluid under geodesic condition is carried out. It is found that expansion-free model must be dissipative under geodesic condition to preserve axial symmetry. We also investigate this system without geodesic condition. Finally, the role of dissipation is explored via transport equation.     

Wolter-I型聚焦镜热变形数值研究

为了给聚焦镜热控及支撑结构优化设计提供依据,对爱因斯坦探针项目中的后随X射线望远镜的镜片组进行了三维全尺寸建模与有限元分析.研究了轴向、径向两种温度梯度,以及有、无支撑结构对镜片组形变的影响,并对面形误差与温差范围的关系进行了探究.结果表明:对于无支撑结构,轴向温度梯度下面形误差与半径关系接近线性关系,径向温度梯度下则接近分段二次关系;支撑结构发生热变形时,会使镜片组产生与之对应的面形误差,令同相圆度误差转变为异相圆度误差,并使镜片组整体面型误差峰谷值增加32.25%~123.01%,均方根值增加4.13%~5.14%;对于有支撑结构,热致面形误差与温差成正比,温差每增加1℃,轴向温度梯度下,面形误差峰谷值与均方根值分别增加7.76μm、1.12μm,而对于径向温度梯度则分别增加9.67μm、1.60μm.聚焦镜片热致面形误差在一定情况下与镜片尺寸、温差成线性关系,并受到支撑结构变形的显著影响.     

TMT望远镜三镜系统的研究进展

介绍30 m望远镜（TMT）的相关背景以及我国在TMT项目中承担的任务。从TMT三镜系统的总体要求出发,论述了三镜系统的两个主要部分（M3CA和M3PA）的具体要求、技术难点以及初步方案。针对M3CA,介绍了底支撑方案和侧支撑方案,采用Kinematic的底支撑方案时其面形精度RMS可以达到109.7 nm,SlopeRMS为0.95μrad,采用Kinematic的侧支撑方案时其面形精度RMS＜15 nm,一阶谐振频率等于17.7 Hz,均达到了设计要求。针对M3PA,介绍了Tilt轴系和Rotator轴系的方案。最后,简要介绍了三镜控制系统（M3CS）的要求和目标。     

高速离心泵轴向力平衡方法研究

根据高速离心泵轴向力产生的原因提出了平衡孔与平衡管、斜齿轮传动和平衡鼓与平衡盘的组合结构等轴向力平衡方法,通过理论分析和设计实践,得出采用平衡孔和平衡管及斜齿轮传动是简单但又实用的高速离心泵的主要轴向力平衡方法。     

Axial Anomaly for Eguchi-Hanson Metrics with Nonzero Total Mass

We compute the Dirac indexes for the two spin structures k₀ and k₁ for Eguchi-Hanson metrics with nonzero total mass. It shows that the Dirac indexes do not vanish in general, and axial anomaly exists. When the metric has zero total mass, the Dirac index vanishes for the spin structure k₀, and no axial anomaly exists in this case.     

Strange form factors of the proton: a new analysis of the ν (ovrarr/BC) data of the BNL-734 experiment

We consider ratios of elastiv ν(ovrarr/BC)-proton cross sections measured by the Brookhaven BNL-734 experiment and use them to obtain the neutral current (NC) over charged current (CC) neutrino-antineutrino asymmetry. We discuss the sensitivity of these ratios and of the asymmetry to the electric, magnetic and axial strange form factors of the nucleon and to the axial cutoff mass M_A. We show that the effects of the nuclear structure and interactions on the asymmetry and, in general, on ratios of cross sections are negligible. We find some restrictions on the possible values of the parameters characterizing the strange form factors. We show that a precise measurement of the neutrino-antineutrino asymmetry would allow the extraction of the axial and vector magnetic strange form factors in a model independent way. The neutrino-antineutrino asymmetry turns out to be almost independent on the electric strange form factor and on the axial cutoff mass.