碳和氧掺杂紫磷烯作为双极磁性半导体材料的理论预测

紫磷烯是一种结构稳定且具有优异光电特性的新型二维材料,研究掺杂效应有助于理解其物理本质,对进一步开发纳米电子器件具有重要意义.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了非金属元素B,C,N,O掺杂单层紫磷烯的电磁性质.计算结果表明,B和N掺杂之后没有产生磁性,体系依旧表现为非磁性半导体;而C和O掺杂导致体系发生自旋劈裂,紫磷烯由非磁性半导体转变成为双极磁性半导体,其自旋密度主要分布在磷原子和间隙区域内而非杂原子上.电场调控氧掺杂紫磷烯可使其载流子的自旋极化方向发生反转,当施加一定大小的正向或反向的静电场时,能带色散程度变强,氧掺杂紫磷烯转变成100%自旋极化向下或向上的单自旋半金属磁体.基于氧掺杂紫磷烯材料设计的场效应自旋滤通器可利用改变门电压方向的方法实现电流自旋极化方向的反转,表明氧掺杂紫磷烯有望成为二维自旋场效应晶体管、双极磁性自旋电子学器件、双通道场效应自旋滤通器以及场效应自旋阀的理想候选材料.     

CaSH分子高精度电子结构计算及用于激光制冷目标分子的理论分析

作为非对称多原子分子制冷的一个重要目标分子,CaSH的冷却有望打破双原子分子及线性三原子分子在激光冷却中的技术局限.本文使用高精度的EA-EOM-CCSD (electron attachment equation-of-motion coupled cluster singles and doubles)方法,通过cc-pVXZ/cc-pCVXZ(X=T,Q)系列基组外推至基组极限,得到了CaSH基态和3个最低激发态精确的几何结构及基态到激发态的跃迁能.其中,基态X²A’几何结构参数分别为R_CaS=2.564?;R_SH=1.357?;∠CaSH=91.0°;从X²A’到?²A’,B²A"和C²A’的垂直激发能分别为1.898,1.945和1.966 eV,与已有实验符合得很好.进一步,在3ζ级别基组上,计算了该分子4个最低电子态的势能面,并通过求解核运动方程给出CaS键伸缩、CaSH弯曲两个振动模的频率.最后,理论计算给出的X     

基于多面体重叠网格的多体分离计算分析

分离问题在航空航天领域频繁出现,对各类运载火箭、飞行器等完成任务使命至关重要,并事关主体/分离体的安全。基于带边界层加密的多面体网格、重叠网格和刚体六自由度运动方程,利用CFD数值模拟方法,对某标模外形开展了多体分离数值模拟,研究了不同初始弹射力对多体分离安全性的影响,从纵向和横航向两方面分析了标模的分离特性及与弹射力的关系,对工程研究有一定的参考作用。     

EAST装置上W波段多道极向相关反射仪的研制

在EAST装置上安装了X模极化W波段多道相关反射仪,用于测量等离子体芯部密度涨落。该诊断利用低损耗(<3dB)多工器将4个不同频率(79.2GHz,85.2GHz,91.8GHz和96GHz)的微波耦合在一起,通过同一个天线发射。反射波由两个极向分离(～5cm)的天线接收,通过下变频技术实现外差测量。通过对两个极向天线接收的信号进行相关分析,获得芯部湍流垂直速度。对2018年低约束模式(L模)放电进行分析发现,在电子回旋共振加热(ECRH)等离子体中,芯部湍流垂直速度在电子逆磁漂移方向。而在注入同向中性束(co-NBI)后,芯部湍流垂直速度变为离子逆磁漂移方向。     

NO分子宏观气体热力学性质的理论研究

采用量子统计系综理论,研究了基态NO分子宏观气体摩尔熵、摩尔内能、摩尔热容等热力学性质.首先应用课题组前期建立的变分代数法(variational algebraic method, VAM)计算获得了基态NO分子的完全振动能级,得到的VAM振动能级作为振动部分,结合欧拉-麦克劳林渐进展开公式的转动贡献,应用于经典的热力学与统计物理公式中,从而计算得到了1000-5000 K温度范围内NO宏观气体的摩尔内能、摩尔熵和摩尔热容.将不同方法计算得到的摩尔热容结果分别与实验值进行比较,结果表明基于VAM完全振动能级获得的结果优于其他方法获得的理论结果.振动部分采用谐振子模型对无限能级求和计算热力学性质的方法有一定的局限性,应当使用有限的完全振动能级进行统计求和.     

基于八面体理论的岩石循环加-卸载本构模型及修正

探究岩石的受力特点及破坏特性是研究岩石地下工程安全性的关键,诸多学者都期望能在岩石本构模型的研究上取得突破性进展。在此背景下,提出了一种能够描述循环加-卸载条件下岩石的本构模型。首先,假设岩石的微元强度服从八面体剪应力理论并且微元破坏服从Weibull概率公式,将岩石本构中的损伤变量以及岩石微元强度表达式里包含的损伤因子进行本构变换,得到关于应力、应变等其他表现加-卸载下岩石损伤本构模型的参数,表示出岩石微元强度和损伤变量,再将得到的岩石微元强度和损伤变量代入所提出的岩石本构模型中,并进行等式变换得到一个函数表达式。通过将其与实验数据进行拟合对比分析,得出修正后的拟合参数,将其代入函数式中,得到损伤本构模型的修正式。最后将拟合参数进行必要的敏感性分析,得出各拟合参数的实际物理意义。     

微通道板噪声因子与工作电压关系研究

为了解决微通道板噪声因子的测量问题,提出了一种测量像增强器光电阴极灵敏度和信噪比,从而测量出微通道板噪声因子的方法 .根据该方法,分别在不同阴极电压、微通道板电压以及阳极电压条件下测量了微通道板的噪声因子.测量结果表明,当阴极电压、微通道板电压以及阳极电压分别变化时,微通道板的噪声因子会随之变化.微通道板电压对噪声因子的影响最大,阳极电压的影响最小.微通道板电压每增加100 V,噪声因子大约增加0.11,而阳极电压每增加100 V,噪声因子大约增加3.3×10-4.微通道板工作电压提高,意味着电子碰撞能量提高,同时也意味着二次电子发射系数提高,而根据现有微通道板噪声理论,微通道板的噪声因子会减小,但实测结果却相反.造成这一矛盾的原因是在现有微通道板噪声理论中,仅仅考虑了二次电子发射系数、探测率、电子碰撞几率的因数,而未考虑到电子碰撞能量的因数,因此噪声理论需要进行修正.     

氧化铟掺铪红外透明导电薄膜

采用射频磁控溅射与退火工艺相结合的方法,分别在石英和硒化锌(ZnSe)衬底上制备了掺铪氧化铟(IHfO)薄膜,掺杂比例In2O3∶HfO2为98wt.%∶2wt.%.测试了薄膜的组成结构和3～5μm红外波段的光电性质,分析了退火温度、薄膜厚度和氧气流速对薄膜性能的影响.X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱表明,制备的IHfO薄膜具有氧化铟的立方体结构,掺杂铪并没有影响氧化铟的生长方向,但是减小了晶格间距,铪与铟外层电子形成新的杂化轨道.傅里叶变换红外光谱表明,随着退火温度的增加,IHfO薄膜在3～5μm波段的透过率逐渐下降,沉积在ZnSe衬底上的薄膜具有更平稳的透过率,厚度为100nm薄膜在3～5μm波段平均透过率为68%.测试霍尔效应表明,随着氧气流速的增加,IHfO薄膜电阻率逐渐增加,载流子浓度减小,霍尔迁移率变化不明显.晶界散射是影响IHfO薄膜迁移率的主要因素,当氧气流速为0.3sccm时,薄膜最佳电阻率为3.3×10~(-2)Ω·cm.与透可见光波段的导电氧化铟锡(ITO)薄膜相比,制备的IHfO薄膜可以应用在3～5μm红外波段检测气体,红外制导等领域.     

固态金刚石氮空位色心光学调控优化

在金刚石氮空位色心的高灵敏传感探测研究中,光学调控是氮空位色心实现高效光学初态制备及信息提取的关键.本文基于高浓度的金刚石氮空位色心系综检测展开,采用脉冲光学探测磁共振技术,系统地研究了激光初态极化时间、信息读取时间与激光功率的关联特性,并进一步研究了激光入射偏振角与传感信息精度的关系.探究了各个激光参数对高浓度金刚石氮空位色心系综[111]轴上光学探测磁共振谱中第一个共振峰的影响,并通过实验结果进行分析,最终选取在光功率密度为45.8 W/cm²下的最优实验参数(300μs的极化时间, 700 ns的读取时间,激光入射角为220°)进行了光学磁探测共振测试,与优化前的实验参数(极化时间为50μs,读取时间为3000 ns,入射角度为250°)相比,典型的磁检测灵敏度由21.6 nT/Hz1/2提升到5.6 nT/Hz1/2.以上研究结果表明我们已经实现光学精密调控的优化测量,这些研究结果也为高浓度氮空位色心系综精密调控实现温度和生物成像、量子计算及量子信息等领域调控传感检测提供了有效参考.     

Overview of finite elements simulation of temperature profile to estimate properties of materials 3D-printed by laser powder-bed fusion

Laser powder bed fusion(LPBF),like many other additive manufacturing techniques,offers flexibility in design expected to become a disruption to the manufacturing industry.The current cost of LPBF process does not favor a try-anderror way of research,which makes modelling and simulation a field of superior importance in that area of engineering.In this work,various methods used to overcome challenges in modeling at different levels of approximation of LPBF process are reviewed.Recent efforts made towards a reliable and computationally effective model to simulate LPBF process using finite element(FE)codes are presented.A combination of ray-tracing technique,the solution of the radiation transfer equation and absorption measurements has been used to establish an analytical equation,which gives a more accurate approximation of laser energy deposition in powder-substrate configuration.When this new analytical energy deposition model is used in in FE simulation,with other physics carefully set,it enables us to get reliable cooling curves and melt track morphology that agree well with experimental observations.The use of more computationally effective approximation,without explicit topological changes,allows to simulate wider geometries and longer scanning time leading to many applications in real engineering world.Different applications are herein presented including:prediction of printing quality through the simulated overlapping of consecutive melt tracks,simulation of LPBF of a mixture of materials and estimation of martensite inclusion in printed steel.