脑功能磁共振成像在人类嗅觉研究中的应用

在人类的5种主要感觉中,嗅觉是最广泛、古老、直接和内在的感觉.这些特性使人们对人类嗅觉的研究异常艰难,以致于直到今天人们对嗅觉的功能仍不清楚,而对大脑的功能机制所知更少.与其他基于物理原理的方法一样,磁共振成像技术的广泛应用极大地推动了整个生命科学的发展.脑功能磁共振成像的优势(高分辨率、高对比度、无损性和无放射性等)为人们研究嗅觉高级中枢以及与嗅觉相关行为的脑机制等提供了强有力的技术手段.文章在简单介绍嗅觉知识的基础上,着重讨论了近十年来,脑功能磁共振成像技术在人类嗅觉研究中所取得的成果.     

Spintronic properties of the Ti2CoB Heusler compound by density functional theory

The electronic structure and magnetic properties of the Ti₂CoB Heusler compound with a high-ordered CuHg₂Ti structure were investigated using the self-consistent full potential linearized augmented plane wave (FPLAPW) method within the density functional theory (DFT). Spin-polarized calculations show that the Ti₂CoB compound is half-metallic ferromagnetic with a magnetic moment of 2 μ_B at the equilibrium lattice constant, a=5.74 Å. The Ti₂CoB Heusler compound is ferromagnetic below the equilibrium lattice constant and ferrimagnetic above the equilibrium lattice constant. A large peak in majority-spin DOS and an energy gap in minority-spin DOS are observed at the Fermi level, yielding a spin polarization of 100%. A spin polarization higher than 90% is achieved for a wide range of lattice constants between 5.6 and 6.0 Å.     

基于密度泛函理论的C_(24)H_(38)O_4分子外场效应研究

各种环境毒物危害着人类的健康,塑化剂更是破坏了食品安全.为研究外电场对塑化剂主要成分之一C_(24)H_(38)O_4(邻苯二甲酸二辛酯,dioctyl phthalate,DOP)的影响,采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311G(d,p)基组水平上优化了不同静电场0—0.0125 a.u.(0—6.4278×10~9 V/m)作用下DOP分子的基态几何结构,在此基础上利用同样的方法计算了DOP分子的电偶极矩和分子总能量,最后利用含时密度泛函理论在同一基组下研究了不同外电场对DOP分子紫外-可见(UV-vis)吸收光谱产生的影响,并与实验测得的光谱图进行了比较.结果表明:分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加,而分子总能量随着外电场的增强先增加而后急剧减小;DOP分子激发态的振子强度随着外电场的增强而减小,UV-vis吸收峰显著红移.     

基于第一性原理的新型非线性光学晶体探索

非线性光学晶体能对常见波段的激光进行频率转换,从而获得宽波段、可调谐的激光光源.此类光电功能材料在军事和民用领域具有重要的战略价值和应用价值.经过30多年的发展,应用于可见光及邻近波段的非线性光学晶体技术已经基本成熟,但深紫外和中远红外波段的非线性光学晶体技术的发展仍存在诸多不足,还需要在这些波段进行新型优质的非线性光学晶体探索.近年来,为了改变传统低效的"炒菜式"实验探索,加快新材料研发速度,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法在新型非线性光学晶体探索中得到了广泛的应用.本文总结了近几年深紫外和中红外波段非线性光学晶体的新进展,通过介绍几种新型非线性光学晶体材料的研发过程,突出了第一性原理计算在新材料探索过程中起到的关键作用;探讨了非线性光学晶体研发的研究难点与趋势,以及第一性原理方法在未来新材料探索中的重点攻关方向.     

低维铁电材料研究进展

铁电材料是一类重要的功能材料,铁电元件的小型化、集成化是当今铁电材料发展的一大趋势.但是尺寸效应、表面效应等的存在制约了传统块体铁电材料在纳米尺度下的应用,因而低维度纳米材料中的铁电性能研究成为当前材料科学领域的研究热点之一.本文综述了近年来理论和实验上关于低维铁电材料的探索,包括二维范德瓦耳斯层状铁电材料、共价功能化低维铁电材料、低维钙钛矿材料、外界调控以及二维"铁电金属"等材料的理论预言与实验铁电性的观测;也提出一些物理新机制来解释低维下的铁电性;最后对该领域今后的发展进行了展望.     

Fe掺杂ZnSe团簇结构和磁性质

采用密度泛函理论研究了Fe原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)12团簇的结构、电子性质和磁性质.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,外掺杂团簇是最稳定结构;而双掺杂时,内掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自Fe-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Se原子上也产生少量自旋.不同掺杂团簇的总磁矩不同,在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值.     

外场作用下C12H4Cl4O2的分子结构和电子光谱研究

各种环境毒物危害着人类的生产生活,二噁英更是严重危害人类的健康.C₁₂H₄Cl₄O₂（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin,TCDD）是二噁英中毒性最强的化合物,也是目前已知毒性最强的污染物.为研究TCDD外场效应,采用密度泛函理论方法优化了不同静电场0–0.025 a.u.（0–1.2856×10¹⁰ V/m）作用下TCDD分子的基态几何结构,得到了分子总能量;在此基础上,采用含时密度泛函理论方法对TCDD分子的紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱在不同外电场下的变化进行了研究.结果表明：分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子总能量随着外电场的增强而减小;伴随着外电场的增强,分子激发态的摩尔吸收系数逐渐减小,UV-Vis吸收峰显著红移.     

GaN基薄膜半导体材料不同非线性效应的竞争关系

采用金属有机化合物化学气相沉积方法生长了未掺杂GaN,p型Mg掺杂GaN,InGaN/GaN多量子阱等薄膜半导体材料,研究了其在800 nm飞秒激光激发下的非线性光学性质.实验结果表明,在800 nm飞秒激光激发下,多光子荧光、二次谐波等非线性光学信号之间存在着竞争关系,反映出不同非线性光学信号对激发光的能量分配存在着竞争,并通过其非线性光学信号强度与激发强度之间的依赖关系进行了验证.同时,本文对其竞争机理进行了初步探究.     

Materials with a desired refraction coefficient can be made by embedding small particles

A method is proposed to create materials with a desired refraction coefficient, possibly negative one. The method consists of embedding into a given material small particles. Given n₀(x), the refraction coefficient of the original material in a bounded domain , and a desired refraction coefficient n(x), one calculates the number N(x) of small particles, to be embedded in D around a point xD per unit volume of D, in order that the resulting new material has refraction coefficient n(x).     

First-principles study of structural evolution of medium-sized Si<Subscript>N</Subscript> clusters (41 N 50) within stuffed fullerene cages

The stuffed fullerene structures of medium-sized Si_N ( ) clusters have been systemically studied using the all-electron density functional theory with gradient correction. For each cluster size, fullerene cages with different topologies and filled by different number of atoms were constructed and optimized to find the lowest-energy structure. The core atoms filled in the fullerene cages tend to form cage-like structures that resemble structural character of bulk diamond fragments. The size-dependent physical properties such as binding energies, electronic gaps, and ionization potentials have been discussed. Si₄₅ exhibits relatively higher stability that can be associated with the low chemical reactivity observed by experiment.