金纳米粒子光学性质中的尺寸和形状效应

纳米尺度的金属及半导体呈现出特殊的光学、电学及磁学性质,采用近年发展起来的离散偶极近似(DDA)的方法,我们分析了金纳米粒子的尺寸及形状对其光学性质的影响。粒子周围介质的影响在文中亦作了分析。计算结果显示,金纳米粒子的等离子体吸收带同时受到粒子尺寸和形状的影响,但来自形状的影响更为明显。与米氏理论及扩展的甘氏理论相比较,DDA方法在粒子尺寸不再远小于入射光波长的时候更准确,并能应用于任何形状的纳米粒子。理论计算与实验结果能较好的吻合。     

碳纳米粒子悬浮液光限幅性能数值模拟

碳纳米粒子悬浮液具有良好的光限幅性质,是一种优良的宽波段光限幅材料。通过热传导方程和米氏散射理论建立了微气泡半径与入射光能量、碳纳米粒子悬浮液散射系数和透过率的理论模型。采用Matlab数值模拟了散射系数随微气泡尺寸因子的变化关系,碳纳米粒子悬浮液光限幅性能随入射光能量的变化规律。研究了气泡尺寸因子、入射激光能量以及波长对碳纳米粒子悬浮液光限幅特性的影响。研究发现当激光能量达到一定值时,微气泡的半径保持恒定,不再随入射激光能量的增加而增加。微气泡尺寸的增大对碳纳米粒子悬浮液的透过率有着显著的影响。同时,碳纳米粒子悬浮液对不同入射光波长和光能表现出不同的光限幅性能。研究结果为实验研究提供了理论指导。     

微纳粒子光学散射分析

为实现利用光学方式对微纳尺度粒子性质的研究,探讨了亚微米线及亚微米球对光电磁波的散射效应.微纳米尺度粒子的光学散射,散射粒子尺寸与入射光波长尺寸可满足米氏(Mie)散射条件.利用Matlab数值模拟的方式,将分析结果以模拟图的形式清晰地展现出来.满足尺寸条件的层状粒子以及任意多个散射粒子存在时对电磁波的散射都可采用Mie散射分析方法,并且针对多粒子散射,分析了散射体位于不同位置时对散射造成的影响.通过分析光学散射光场相关的微分散射截面及近场散射电磁场分布,可得出散射光场随散射角度的变化趋势,以及散射光场受各类因素的影响,包括入射光偏振态、散射粒子尺寸、散射粒子结构及粒子构成层数、散射粒子数量等的影响,也包括一些隐含因素对散射光场的影响,如散射粒子与周围介质的相对折射率.本文的科学意义体现在:与入射光波长尺寸可比的亚微米尺度的粒子,可用作传感器,对于其位移的探测可通过光学方式来实现,而由于粒子本身特性对散射光的影响具有一定的参考价值,从而使通过光学方式对机械位移的读出具有更高准确度.研究结果对于光学方式探测亚微米线机械振动具有指导意义.     

J／ψ粒子的发现

本文回顾了Ｊ／ψ粒子的发现过程，分析了这项发现对粒子物理学发展的重大意义，并对发现Ｊ粒子的产生实验、发现ψ粒子的形成实验及发现γ粒子的实验进行了简要的评述．     

复合气溶胶粒子光学特性的数值计算

大气气溶胶是地—气系统中的重要组成部分.气溶胶的光学参量是评估大气环境、研究气溶胶辐射气候效应的重要影响因子,也是研究大气激光传输特性的重要参量.根据物质的电结构,将复合气溶胶粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了球形、椭球形以及层状复合气溶胶粒子的消光截面、吸收截面和不对称因子等光学参量随波长变化的数值结果,并对比分析了椭球形状单一和复合气溶胶粒子光学参量的值.结果显示,入射光波长、气溶胶粒子的形状以及气溶胶粒子的成分都将影响气溶胶粒子的光学特性.研究结果可为大气光学、气溶胶气候辐射强迫效应、大气激光传输等与气溶胶粒子相关领域提供一种有效的研究方法和基础.     

复合气溶胶粒子光学特性的数值计算

大气气溶胶是地—气系统中的重要组成部分．气溶胶的光学参量是评估大气环境、研究气溶胶辐射气候效应的重要影响因子,也是研究大气激光传输特性的重要参量．根据物质的电结构,将复合气溶胶粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了球形、椭球形以及层状复合气溶胶粒子的消光截面、吸收截面和不对称因子等光学参量随波长变化的数值结果,并对比分析了椭球形状单一和复合气溶胶粒子光学参量的值．结果显示,入射光波长、气溶胶粒子的形状以及气溶胶粒子的成分都将影响气溶胶粒子的光学特性．研究结果可为大气光学、气溶胶气候辐射强迫效应、大气激光传输等与气溶胶粒子相关领域提供一种有效的研究方法和基础．     

介质中含孤立发光中心的纳米粒子的辐射寿命概率分布

含发光中心的纳米粒子在介质中随机分布,造成局域介质相对折射率的随机分布,导致了纳米粒子辐射寿命的涨落.分析纳米粒子数量在线度为发射光波长量级的体积内的概率密度,由此得出局域介质相对折射率的概率密度.通过纳米粒子辐射寿命对折射率的依赖关系,得到纳米粒子辐射寿命概率密度的解析表达.在此基础上,分析了Meltzer等人的实验中,含Eu³⁺离子的Y₂O₃粒子在甲醇溶液中辐射寿命的相对偏移量的涨落,并得出辐射寿命的不确定度(均方差)与纳米粒子体积、体积密度等物理量的关系.     

三维时域有限差分法计算金纳米粒子尺寸与SERS活性的关联

通过合成一系列不同粒径(16～160 nm)的金纳米粒子.观察到120～135 nm的金纳米粒子在632.8nm波长激发下具有最高的SERS活性,这与前人报道的电磁场理论及实验的结果不同.利用三维时域有限差分法对金纳米粒子的SERS活性与其尺寸以及入射光波长的关系进行模拟计算.在632.8 nm激发线下,金纳米粒子二聚体体系在粒径为110 nm左右具有最佳增强效应,其光电场耦合最强的热点处的增强因子高达109考虑到体系的平均SERS增强因子通常会比最大值低约2个数量级,计算得到的107的增强因子与实验测量值相符.同时对目前实验上尚难以合成的大尺寸的金纳米粒子进行模拟,结果表明受多极矩和大尺寸效应的影响在粒径220 nm时又出现SERS增强另一峰值.在325 nm的紫外激发线下,计算得到的增强因子仅为102.     

第一代伴随粒子靶管的研制

研究伴随粒子成像技术(API),就必须研制带有伴随粒子探测器的伴随粒子靶管,因而对D-T反应及其产物中子与α粒子的关系、伴随α粒子探测器及其输出电路等关键技术进行了研究。综合考虑不同类型的D-T中子发生器,制作了一个相对可靠、安全的D-T中子发生器。通过实验测试了多阳极光电倍增管(PSPMT)及其两种输出电路的性能,证明了SCDC输出电路路具有比DPC输出电更小的畸变和更高的位置分辨。实验验证了第一代带伴随粒子探测器的伴随粒子靶管的设计方案的可行性,测得伴随α粒子与中子在时间和位置上的关联,中子角度不确定度为7°,与理论相符。     

病毒增强纳米粒子的记忆

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员将纳米铂粒子与烟草花叶病病毒（TMV）结合，研制成功了一种新型的数字记忆装置，有关论文发表在Nature Nanotechnology，2006，1：72．     

WIMPs 暗物质

 暗物质是21 世纪宇宙学和粒子物理研究的热点问题。WIMPs 是一种流行的暗物质粒子候选者,即weakly interacting massive particles 的缩写,译为“弱作用重粒子”。目前我国计划中的暗物质粒子探测实验项目都是围绕着WIMPs 暗物质开展的。本文将详细地阐述与WIMPs 暗物质相关的基本问题,并力图澄清一些易于误解的概念。     

以太网芯片重离子单粒子效应试验

为评估和研究工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ在空间环境中的适应性,利用重离子源对芯片进行了单粒子试验。根据以太网芯片的结构和功能制订了单粒子实验方案,得出了实验数据,并对实验数据进行了整理和研究。实验和研究表明:工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ具有一定的抗单粒子辐射能力;在不同网络传输条件下,发生单粒子翻转的机率也不相同;在持续的单粒子辐射下,以太网芯片会发生电流阶跃,第二次电流阶跃时产生单粒子锁定,在工程应用中可以利用电流阶跃监测芯片的辐射水平。     

希格斯（Higgs）粒子

在现有的弱电统一理论中，认为应当存在自旋为零的粒子（Ｈｉｇｇｓ粒 ），并且通过“Ｈｉｇｇｓ机制”实现真空对称性自发破缺．这个理论的许多重要预言都得到了实验上广泛的证实，但始终没有找到在理论上起核心作用的Ｈｉｇｇｓ粒子本身．粒子物理学面临一个十分重要的课题．本文从理论和实验两个方面就这个问题进行了评述，其中包括介绍Ｈｉｇｇｓ机制和寻找Ｈｉｇｇｓ粒子的现状及意义．     

铀微粒样品源中总铀量的估计

本实验室拟采用ICP-MS与激光烧蚀进样系统相结合的技术进行粒子分析研究，实验中制备了铀微粒样品，为了保证实验室及环境的安全，需要知道制备的铀微粒样品量。本实验通过制备铀微粒样品，估算样品中的铀量，为将来开展钚粒子分析技术的实验安全提供数据。     

新物理的探索——非加速器粒子物理实验的进展

 近十年来,非加速器粒子物理实验的进展引人注目.实验设备规模宏大,建造费用猛增,实验运行周期变长.去年八月二日至八日在新加坡举行的第二十五届国际高能物理会议上,非加速器粒子物理实验及其有关理论的报告占相当大的比重,引起与会者的广泛兴趣.加速器产生的粒子束能量与亮度是可控的,粒子束种类、飞行方向和到达时间可由实验人员调节与控制.几十年来,这种粒子源实验手段在高能物理的飞速发展中起了巨大作用.但是,无论是粒子的能量还是粒子的种类,自然界存在的粒子源远比人工粒子源丰富多样.人们往往是在自然界找到了新粒子源,然后在加速器中产生它,并进行精密的测量.这样的例子是层出不穷的.例如,α、β与γ射线就是在天然放射源中找到的.正电子、μ介子和奇异粒子也是在宇宙线中首次发现的.     

金纳米粒子组装体系的表面增强拉曼光谱特性研究——表面粒子密度与拉曼光谱强度的关系

利用纳米粒子组装制备了金基底———巯基苯胺自组装膜偶联层———金纳米粒子的“三明治”结构,研究了表面粒子密度与偶连层分子的拉曼光谱强度的关系。实验结果显示,该结构对偶连层分子的拉曼光谱有很好的增强效应,增强因子可达１０５。在表面粒子密度较低时,拉曼光谱强度与表面粒子密度曲线呈线形,随着表面粒子密度的增加,曲线出现负偏差并在粒子密度较高区域出现一个平台。     

均匀椭球粒子对拉盖尔-高斯光束的散射特性研究

基于广义Mie理论, 研究了椭球粒子对在轴入射的拉盖尔-高斯光束的散射特性. 通过局域近似法求解椭球坐标系中的波束因子, 计算得到了波束因子之间满足的普遍关系. 对散射强度随椭球粒子不同尺寸参数和扁圆程度的变化特性进行了数值计算, 并针对不同拓扑荷时的散射强度进行了对比分析. 结果表明: 当椭球粒子尺寸在与入射光波长可比拟的范围内变化时, 散射强度随尺寸参数的增大而增大, 随椭球长短轴之比和拓扑荷的增大而减小. 本文的理论研究能够为拉盖尔-高斯光束在粒径测量、大气激光通信、 大气遥感等领域的应用提供更准确的粒子模型和参考价值. 关键词： 椭球粒子 拉盖尔-高斯光束 波束因子 散射强度     

HT-6M装置H模放电的中性粒子研究

HT-6M托卡马克通过边界欧姆加热实现了改善约束的H模，利用中性粒子测量方法成功地研究了等离子体H模放电的中性粒子变化．观察到边界欧姆加热H模放电期间从等离子体逃逸的中性粒子比纯欧姆加热明显减少；约束改善后等离子体中心热区的中性原子密度下降，得到了反映等离子体约束改善的中性粒子特征．实验结果与其他诊断进行了比较和讨论 关键词：     

氮化硅陶瓷层裂强度的研究

 用一级轻气炮冲击加载装置，对氮化硅陶瓷进行了冲击性能实验研究。发展了一种新的方法用于研究层裂特性，即通过在样品中埋设电磁粒子速度计来记录氮化硅陶瓷内部的层裂特性。该方法不同于常用的VISAR激光干涉法和锰铜计法，记录的是样品内部粒子速度的变化特征，位于层裂面后方的粒子速度计能清晰地表征材料的层裂特性。通过实验，得到了密度为3.12 g/cm³的氮化硅陶瓷的层裂强度为0.73 GPa，和Nahme等得到的强度较为接近，对称碰撞得到的裂片厚度与该次实验的飞片厚度相当。实验表明，电磁粒子速度计的方法可以用于研究非磁屏蔽材料的层裂特性。由于采用多个计进行记录，还得到了材料在弹性区内（1.8~3.6 GPa）的Hugoniot冲击绝热线。     

α粒子散射实验的计算机模拟

利用计算机的计算和作图功能对α粒子散射实验进行了模拟．由于采用了面向对象的编程语言C Builder，使得软件的使用非常简单，只要用户任意设定实验的参数，计算机就会模拟出α粒子在各种情况下的散射现象．便于学生对α粒子散射实验进行深入的研究。