生物分子模拟中的静电计算

在分子尺度上对生物系统的研究主要通过模拟生物分子间的相互作用来完成.在众多的分子间相互作用中,静电相互作用及其重要,对它的定量计算是了解生物分子的溶剂化效应、生物分子折叠和酶催化作用等的一个中心课题.本综述着重介绍用于计算溶剂化效应的泊松-玻尔兹曼模型,包括模型的理论基础、发展历程、数值求解方法、及在分子生物学研究中的应用等.同时,也介绍泊松-玻尔兹曼模型的一种近似模型,广义玻恩模型.     

拓扑近藤绝缘体SmB6中的奇异电子性质

拓扑近藤绝缘体是一种本征的强关联拓扑电子体系,其体能隙来源于近藤关联效应。自2010年拓扑近藤绝缘体的理论概念被提出后,六硼化钐(SmB6) 作为第一种被预测为拓扑近藤绝缘体的材料在这十多年中被多种实验手段反复研究验证,被广泛接受认为是第一种拓扑近藤绝缘体。在这篇综述中,我们回顾了关于SmB6 的一些重要实验结果,比如电输运测量,角分辨光电子能谱(ARPES), 表面形貌分析(STM) 等,并论述了如何通过这些关键的实验证据证实SmB6 的拓扑近藤绝缘物相。同时,我们也展示了SmB6 这一关联电子体系的其他奇异物性,包括中间价态在表面和体内的分离现象,以及量子振荡发现的体振荡信号等等。这些性质表明我们对SmB6 这一材料的理解仍然不充分,其中还有更为丰富的物理值得挖掘。     

气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形,再用5 keV的低能团簇离子优化表面.结果表明,在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV的高能团簇处理相比,两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度,两者分别为1.05 nm和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象,揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系,及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上,引入了二维功率谱密度函数,以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明,经任何能量的团簇离子轰击的表面,在0.05—0.20μm波长范围内,团簇轰击都能有效地降低粗糙度,而在0.02—0.05μm范围内,则出现了粗化效应,这是由于形成了半球形离子损伤,但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.     

基于KPCA-K-means++和GA-LMS模型的改进RBF神经网络室内可见光定位

针对室内可见光定位接收光功率不均匀、定位精度低等问题,提出一种自适应花授粉定量式灯源优化方案结合改进径向基函数(RBF)的神经网络接收信号强度指示(RSSI)可见光定位方法.所提方法采用自适应花授粉算法优化发射器的光照强度;通过基于改进RBF神经网络的RSSI定位方法处理接收到的均匀光信号,实现精确有效定位.利用核主成分分析K-means++(KPCA-K means++)聚类模型对RSSI样本值进行预处理,得到最优聚类数目和聚类中心,作为隐含层神经元个数和中心值.通过遗传算法-最小均方(GA-LMS)模型对RBF神经网络参数进行寻优.仿真结果表明,在9 m×12 m×3.5 m的室内环境中,接收光功率为 28.6 dBm～-25.1 dBm,定位误差小于0.1m.因此,所提改进后的可见光定位方法具有定位精度更高、实用性更强等优点.     

双背景法扣除溶剂水峰及蛋白质热变性的研究

研究蛋白质水溶液的红外光谱(IR)谱时,由于溶剂水的强吸收与蛋白质的吸收峰会发生严重重叠,极大地干扰对蛋白质吸收峰的识别、定性、定量和结构分析.尝试利用杂化光谱法扣除溶剂水峰.采用双背景方法,用空白ATR晶体(背景样品1)与ATR水层(背景样品2)合成了单光束杂化背景谱,通过控制对背景样品1和背景样品2的扫描次数,合成...     

基于VHTRC的棱柱式高温气冷堆核设计程序验证北大核心CSCD

高温气冷堆是国际公认的固有安全性高的反应堆堆型。针对高温气冷堆包覆颗粒燃料引入的燃料组件的双重非均匀性以及棱柱式堆芯布置的非均匀性和强空间耦合效应,提出基于蒙特卡罗均匀化-确定论输运方法的RMC-SaraGR程序系统作为棱柱式高温气冷堆的核设计程序。基于日本棱柱式高温气冷堆临界实验装置VHTRC基准题,针对此套核设计程序系统开展了均匀化模型研究和初步验证。研究结果表明,基于蒙特卡罗均匀化方法,采用全堆模型、合适的能群结构和分区方式产生组件群常数,并经过超级等效均匀化方法进行等效均匀化修正,可以保证堆芯多群均匀计算具有较高的计算精度。     

土壤水分去除算法的田间原位光谱反演棉田有机质

田间原位可见-近红外光谱(VIS-NIR)能够有效的提高土壤属性的检测效率,但由于原位土壤中水分因素的影响,土壤属性的预测精度很难达到预期。如何有效去除土壤中的水分对土壤其他属性光谱预测的影响,是利用田间原位光谱高精度预测土壤属性所面临的难题,也是土壤光谱技术由室内转向田间的突破口。该问题的有效解决,可减除土壤样品的采集与室内预处理等过程,实现土壤属性的田间原位光谱测定。以新疆南部地区阿拉尔垦区十二团棉田为研究区,采用网格采样法共采集了116个0～20 cm深度的表层土壤样品,剔除1个异常值样品,得到115个有用样品,利用SR-3500型便携式地物光谱仪采集了231个样点的田间原位光谱数据,土样经风干、研磨和过筛等处理后测定其室内光谱和有机质含量。利用Kennard-Stone算法将115个土样分为69个转换子集及46个预测集,采用外部参数正交化法(EPO)、光谱直接转换法(DS)及光谱间接转换法(PDS)三种去除水分算法结合原位光谱反射率(R)、反射率一阶微分(R′)、反射率对数(LOG(R))以及反射率倒数(1/R)四种数学变换方式,运用随机森林(RF)模型进行不同组合模型的构建及精度评价。结果表明：(1)土壤有机质含量越高,土壤光谱反射率越低。土壤田间原位光谱反射率低于土壤室内光谱反射率;(2)室内光谱反射率与土壤有机质含量之间的相关性大于田间原位光谱,室内光谱经一阶微分变换后与土壤有机质含量之间的相关性显著提升。(3)土壤室内光谱反射率模型预测精度(R2=0.86, RPD=2.08, RMSE=1.55 g·kg-1, MAPE= 0.14)高于田间原位光谱反射率模型(R2=0.71, RPD=1.49, RMSE=2.17 g·kg-1, MAPE=0.20)。在去除水分算法模型中,以EPO一阶微分模型去除水分效果最好,决定系数R2由0.71提高到0.83,RPD由1.49提高到2.04,RMSE由2.17 g·kg-1降低至1.58 g·kg-1,MAPE由0.20降低至0.14。本研究实现了去除土壤水分因素的影响,提高了田间原位光谱预测土壤有机质的精度,为南疆棉田大尺度土壤有机质的预测及土壤肥力的评价提供了重要的参考。     

由超辐射引起的迁移率边和重返局域化

研究了束缚在梯子形光晶格中的中性原子与高精度腔耦合的系统,发现由超辐射引起的准周期调制可以导致迁移率边和重返局域化现象的出现.在平均场近似下,超辐射现象可以引起两种不同频率的准周期调制,它们可以由腔场和泵浦场有效调节.在本文的观测范围内,当高频调制强度小于某一临界值时,系统随着低频调制强度的增加经历一次局域转变.通过数值求解分形维度、密度分布、平均参与率、平均逆参与率以及标度分析,证明了局域转变历经的临界相区存在迁移率边;当高频调制强度大于临界值时,随着低频调制强度的增强,系统依次经历完全扩展相-临界相-完全局域相-临界相-完全局域相,这是一个典型的重返局域化现象.最后给出了局域化相图.该研究结果为超辐射相变和重返局域化现象的研究建立了联系,也为重返局域化的研究搭建了新的平台.     

低密度Co-Ni-Al-Mo-Cr-Ti/Nb/Ta系列高温合金方形γ/γ′共格组织设计及其稳定性

利用团簇成分式方法设计系列低密度Co基高温合金[Al-(Co₈Ni₄)]((Al_0.5(Ti/Nb/Ta)_0.5Mo_0.5)(Mo_0.5Cr_0.5Co_0.5))(=Co_8.5Ni₄Al_1.5Mo_1.0Cr_0.5(Ti/Nb/Ta)_0.5),采用真空非自耗电弧炉制备合金铸锭,并对其在1300℃固溶15h,在900℃下进行长期时效处理,进而对时效态样品进行微观组织表征和力学性能测试.结果表明,当Ti/Nb/Ta,Ti/Nb和Ti/Ta以等物质的量比匹配时,3种合金的微观组织均表现为立方形γ’相均匀地分布在γ基体中,这取决于合金适中的γ/γ’点阵错配度(0.27%—0.34%).在900℃长期时效过程中,3种合金中的γ’相均具有较小的粗化速率,且合金的显微硬度随时效时间基本不发生变化(27...     

纳米孪晶界对可动位错演化特性与金属Al强化机理探究

位错是金属塑性变形普遍形式,对其可动位错演化特性与规律探寻并充分利用,将在金属强韧化提升中有着潜在基础前瞻性研究价值.本文基于分子动力学法对金属Al塑性变形的可动位错迁演特性展开研究,洞悉纳米压痕诱导的可动位错与孪晶界面间作用规律,揭示出金属强化微观机制,并分析单层孪晶界高度与多层孪晶界层间距对可动位错迁演、位错密度、硬度、黏着效应的影响.研究发现:高速变形下的金属非晶产生和密排六方结构的出现会协同主导Al基塑性变形,而孪晶界会阻碍可动位错滑移、诱导可动位错缠绕及交滑移产生,在金属承载提升中扮演了位错墙和诱导位错胞形成的微观作用.通过在孪晶界形成钉扎位错和限制位错迁移,在受限域形成高密度局域可动位错,显著强化了金属硬度和韧性,降低了卸载时黏附于探针表面的原子数.结果表明:Al基受载会诱导上表面局部非接触区原子失配斑出现;单层孪晶界高度离基底上表面距离减小时,位错缠绕和交滑移作用越明显,抗黏着效应也随之下降;载荷持续增加会诱驱孪晶界成为位错萌生处与发射源,并伴随塑性环的繁衍增殖.