实施物理设计性实验培养创新能力

围绕培养创新能力，讨论了物理设计性实验课题的选择及制定最佳设计性实验方案的原则，提出了物理实验课的教学重点。     

Electronic structures and topological properties of TeSe2 monolayers

The successfully experimental fabrication of two-dimensional Te monolayer films [Phys. Rev. Lett. 119 106101 (2017)] has promoted the researches on the group-VI monolayer materials. In this work, the electronic structures and topological properties of a group-VI binary compound of TeSe₂ monolayers are studied based on the density functional theory and Wannier function method. Three types of structures, namely, α-TeSe₂, β-TeSe₂, and γ-TeSe₂, are proposed for the TeSe₂ monolayer among which the α-TeSe₂ is found being the most stable. All the three structures are semiconductors with indirect band gaps. Very interestingly, the γ-TeSe₂ monolayer becomes a quantum spin Hall (QSH) insulator with a global nontrivial energy gap of 0.14 eV when a 3.5% compressive strain is applied. The opening of the global band gap is understood by the competition between the decrease of the local band dispersion and the weakening of the interactions between the Se p_x, p_y orbitals and Te p_x, p_y orbitals during the process. Our work realizes topological states in the group-VI monolayers and promotes the potential applications of the materials in spintronics and quantum computations.     

空间各向异性弹性问题的八节点理性单元

常规单元的插值函数通常仅考虑单元的几何形状与节点位置,而忽略了反映物理问题关键特性的物性参数,从而降低了其数值分析的效果。相反,理性有限元法是取问题微分控制方程的多项式基本解作为单元内的插值函数,其所形成的刚度阵与问题的物性参数紧密相关,因此它避免了常规有限元法对物理问题和数学问题的割裂,可显著提高数值分析的稳定性和精度。本文利用空间各向异性问题的基本解,构造出满足分片实验要求的八节点理性块体单元。数值算例表明,本文给出的理性单元不仅具有较高的求解精度,而且具有良好的数值稳定性,尤其是对较为畸形的单元反应不敏感。     

最优轨迹规划方法及其平动点航天器编队均衡耗能重构应用

由于均衡耗能航天器编队能够提高整体航天器编队服役时间,针对平动点航天器编队重构的均衡耗能最优轨迹规划问题,提出一种以状态、协态和控制三类变量插值为核心的求解非线性最优控制问题的新方法。基于连续时间表达的非线性最优控制问题通过变分原理转化为非线性方程组的求解,并进一步推导非线性方程组显示格式的Jacobi矩阵提高非线性方程组的计算效率。本文方法既满足最优控制理论的一阶必要条件又具有较大的收敛域;同时,不需要对协态初值准确猜测,避免了大规模非线性规划问题的求解。通过对中心航天器位置固定和无中心航天器两种情况的数值模拟,结果表明,本文方法对航天器编队重构轨迹规划问题能够达到均衡耗能的目标,具有一定的应用价值。     

荧光小分子2-氨基-5,6,7-三甲基-1,8-萘啶识别dsDNA中胞嘧啶凸出

双链DNA（dsDNA）中单碱基凸出结构（bulge structure）具有重要生物学意义,这种结构也是DNA靶向药物的目标部位之一.荧光小分子2-氨基-5,6,7-三甲基-1,8-萘啶（ATMND）能够通过氢键识别胞嘧啶（cytosine）,因而对dsDNA中凸出的胞嘧啶表现出明显的特异性结合.与其余三种凸出的碱基相比,ATMND与凸出部位胞嘧啶的结合伴随着ATMND荧光的明显猝灭,因而可以用于胞嘧啶凸出结构的识别.利用解旋温度测量、荧光、圆二色光谱对ATMND和存在胞嘧啶凸出结构的dsDNA相互作用进行了研究.荧光滴定结果表明ATMND和dsDNA中凸出部位未配对的胞嘧啶的结合常数K11=4.8×105M？1.通过对含胞嘧啶凸出结构的dsDNA与ATMND结合前后的解旋温度曲线进行解析,发现胞嘧啶凸出结构相邻碱基对凸出的胞嘧啶与ATMND的结合有较大的影响.荧光测量结果也表明ATMND荧光的猝灭效率与凸出结构相邻碱基的类型有关,当相邻碱基为鸟嘌呤（guanine,G）时,荧光猝灭效率最高.基于dsDNA中凸出的碱基对ATMND荧光猝灭效率存在明显差异这一现象,设计了探针DNA实现了乳腺癌相关基因（PGR gene rs3740753）中单核苷酸多态性（G/C变异）的荧光分型.     

紧凑型单能伽马射线源

基于高亮度电子束与超短强激光相互作用的逆康普顿散射X/γ射线源具有单色性好、能量可调、偏振可控等特点,在核安全及核安保领域具有广泛的应用前景。清华大学将研制国际上首套能量达MeV的紧凑准单能伽马源装置并开展包括先进辐射成像、基于核共振荧光的物质分析检测等应用工作。给出该光源设计方案,以及针对其关键性能指标进行的优化及光源最终性能指标。目前已完成光源的设计,正在进行部件的加工采购,预计将于2023年启动装置的安装调试工作,于2025年完成项目的调试和验收。     

Conservation of the particle-hole symmetry in the pseudogap state in optimally-doped Bi2Sr2CuO6+δ superconductor

The pseudogap state is one of the most enigmatic characteristics in the anomalous normal state properties of the high temperature cuprate superconductors. A central issue is to reveal whether there is a symmetry breaking and which symmetries are broken across the pseudogap transition. By performing high resolution laser-based angle-resolved photoemission measurements on the optimally-doped Bi₂Sr_1.6La_0.4CuO_6+δ superconductor, we report the observations of the particle-hole symmetry conservation in both the superconducting state and the pseudogap state along the entire Fermi surface. These results provide key insights in understanding the nature of the pseudogap and its relation with high temperature superconductivity.     

Lasing without inversion in a four-level diamond system

<正>We study the lasing without inversion in a four-level diamond configuration in the case of incoherent pumping field within the framework of the bare-state basis.With the strong fields limit,we obtain the approximate steady-state solution,and discuss the dependence of population distribution and system gain on probe detuning and auxiliary field Rabi frequency.     

带有拒绝的单机和同型机排序问题

研究了带有拒绝的单机和同型机排序问题. 对于单机情形, 工件的惩罚费用是对应加工时间的\alpha倍.如果工件有到达时间, 目标为最小化时间表长与惩罚费用之和, 证明了这个问题是可解的.如果所有工件在零时刻到达, 目标为最小化总完工时间与惩罚费用之和, 也证明了该问题是可解的.对于同型机排序问题, 研究了工件分两批在线实时到达的情形, 目标为最小化时间表长与惩罚费用之和.针对机器台数2和m, 分别给出了竞争比为2和4-2/m的在线算法.     

基于哈密顿动力系统新变分原理的保辛算法之二：算法保辛性质证明

文献[1]给出了哈密顿系统的一个新的变分原理,并基于此变分原理,通过选择一个时间步长两端不同广义位移或广义动量为独立变量,给出了四种不同类型的求解哈密顿动力系统的数值方法。本文将分别证明这四类数值方法都是保辛的数值方法。