石墨烯形核初期Cu(111)面上C_xH_y团簇生成的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一原理计算方法,我们研究了Cu(111)表面上石墨烯成核生长过程中CxHy小团簇的吸附和生成行为.计算结果表明:随着氢原子饱和度、氢原子个数的增大,CxHy团簇的形成能减小,碳原子与铜表面的平均距离增加,C-C键的平均键长呈增大趋势.然而,当生成的CxHy团簇具有空间对称结构时,在一定程度上打破了上述规律性.令人惊奇的是,形成的C3H4和C3H5对称团簇具有类似石墨烯的空间结构,这类结构可能在石墨烯的形成过程中起着重要的作用.     

按稳定性要求确定最优控制中的反馈矩阵和权矩阵

基于二次型性能指标的最优控制问题,是首先给定权矩阵(Q),确定最优反馈增益矩阵(F),使性能指标为极小。而稳定控制一般首先给定特征值(λ),然后确定反馈增益矩阵(F),使闭环系统具有满意的稳定性。许多学者研究了最优控制和稳定控制的对应关系。他们提出的方法,有的虽然可以用于多输入系统,但计算过程是相当复杂的。本文提出了根据反馈增益矩阵(F)推算与此相应的最优控制的权矩阵(Q)的直接计算方法,对于单输入的控制系统其计算是非常简单的。     

可控硅桥两侧电量的数理方程组及交流侧的等值谐波导纳计算

作者根据稳态开关函数和脉动开关函数理论,建立了一整套用来表征可控硅桥两侧电量之间关系的数理方程式组,并由此导出了轧机可控硅桥交流侧的等值谐波导纳的计算公式.     

四川盆地F气田页岩气层高产地质要素分析

根据四川盆地F气田下志留统龙马溪组—上奥陶统五峰组岩心实验和测录井资料研究发现,富有机质页岩区内分布稳定,与美国Barnett、Marcellus页岩具有相似的地质特征;页岩气层每百米水平段平均无阻流量在5.0×104 m3/d以上,气层高产主要受厚度、有机质丰度、储层物性、含气量、气测烃含量、地层异常高压等地质因素控制。气层自身内在地质条件为其高产奠定了良好的物质基础,为今后国内页岩气勘探作业者在四川盆地及中上扬子地区寻找类似气藏提供了有益参考。     

基于微机电系统洛伦兹平台角速度估计

针对洛伦兹惯性稳定平台对高带宽和高精度角速率需求,提出了基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)组合传感器的最优速度估计算法.MEMS组合传感器由陀螺仪和加速度计组成,MEMS陀螺仪由于自身特性在速度估计中提供低频速度信息,而加速度计则提供高频信息.最优估计器通过将低频信号与高频信息融合,采用最优控制与估计算法进行速度解算与估计.实验表明,频率在20 Hz内,运动角度在±60°内,MEMS组合传感器速度拟合周期不超过5％,稳定拟合误差不超过7.5％,可以满足平台稳定偏转控制需求.最优状态估计器能在时域与频域上提供无差、高性能的角速度信号.     

页岩吸附与解吸气量实验测量实例研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富有机质页岩中,含气量的大小受页岩储层压力、温度、矿物类型、物性、湿度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,通过F页岩气田龙马溪组-五峰组页岩心等温吸附、解吸实验测量实例研究,得到结果:利用等温吸附线法是获得饱和吸附体积VL和朗氏压力PL的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小,不能代表真实的地层游离气量占比;页岩VL与样品的TOC成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

超过饱和固溶W-B合金力学性质的第一性原理研究

针对小原子元素在金属合金中可同时提高硬度和韧性的现象,本文采用基于第一性原理方法,研究了W-B合金的超过饱和固溶结构和力学性能.计算结果表明：无论是几何结构的晶格畸变,还是热力学上的结合能,B原子以置换形式固溶于W晶体中均优于其他固溶形式,这主要是由于置换B原子与周围W原子形成以共价型为主兼有离子型的键合作用.在合金中添加B元素虽然降低了合金材料的弹性模量,杨氏模量由414.34 GPa降低至338.36 GPa,但却显著增加了材料的韧性,B/G值由1.97提高到2.30(纯W晶体相较于B含量6.25 at.%时).并且合金的各向异性显著地减弱.另外,合金中B元素的添加,还使得材料理想剪切强度和最大应变值也得到了增加,分别由原来的19.981 GPa和0.187增加至21.814 GPa和0.209.这说明B元素在W合金中的超过饱和固溶不仅增加了合金的强度,还提高了合金的韧性.     

二维激子极化激元凝聚中涡旋叠加态稳态及动力学特性研究

利用分步Crank-Nicolson方案的虚时和实时有限差分方法求解耗散系统的Gross-Pitaevskii(GP)方程,研究了二维激子极化激元凝聚(exciton-polariton condensates)体系中正反涡旋叠加态的稳态结构并直观地验证这种稳态结构在半导体微腔旋转下的稳定性和动力学特性.通过虚时和实时演化相结合的方法求解出几种角动量情况下所对应的稳定涡旋叠加态.然后利用实时演化方法研究在半导体微腔旋转的情况下,正反涡旋叠加态的稳定性及其旋转角速率和半导体微腔旋转角速率之间的定量关系.最后研究了单涡旋态在半导体微腔旋转时形成涡旋阵列的动力学过程,并给出了泵浦光宽度和增益项对涡旋阵列结构的影响.研究表明,系统的泵浦,损耗和增益对稳定性和动力学特性有重要影响.     

锂电池中的计算物理学

从计算物理学角度深入解析与锂电池特性关联的物理基础,对优化锂电池的设计并推动其发展具有重要的指导意义。文章系统总结了锂电池中物理现象与物理原理的对应关系,通过分析物理模型及其作用机制,勾勒出锂电池模型的物理图像,提炼出相关描述因子及其计算物理方法。针对锂电池中科学问题的计算、模拟与仿真多尺度技术的发展,以及近年来基于机器学习与高通量计算方法的研究进展,可以预见多尺度模拟与高智能计算技术的结合将极大地推进锂电池的快速发展。在锂电池的仿真研究中,确立计算方法尺度、科学基础理论、储能机制与系统的物理形态、仿真与实践的物理关系及科学基础与工程应用构造的五维一体化锂电池分析体系,无论对揭示锂电池中基本物理原理、电池本质属性、计算物理学之间的科学关系,还是对发展基于物理基本原理模型的电池体系构效关系和调控方法,都具有里程碑式的意义。     

An Atomic Magnetometer with Spin-Projection Noise Proportional to (T_2)~(1/2)

There is a comm on sense view for atomic magnetometers that their spin-projection-noises(SPNs) are inversely proportional to (T_2)~(1/2), where (T_2)~(1/2) is the transverse relaxation time. We analyze the current atomic magnetometer types and give a counter-example of this common sense, which is the all-optical spin precession modulated threeaxis atomic magnetometer proposed by our group in 2015. Unlike the other atomic magnetometers, the SPN of this kind of atomic magnetometers is proportional to (T_2)~(1/2) due to the fact that the scale factor between P_x and B can be unrelated to the transverse relaxation time T_2. We demonstrate this irrelevance experimentally and analyze the SPN theoretically. Using short-pulse ultra-high power laser to fully polarize the atoms, the phenomenon that SPN decreases with T_2 may also be demonstrated experimentally and a new tool for researching SPN in atomic magnetometers may be realized.