基于人工局域表面等离激元的高灵敏传感研究进展（特邀）

人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式,在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性,并且与平面印刷电路工艺兼容,易于和信号检测电路、无线通信电路集成,因此在小型化便携式的物联传感领域展现出广阔的应用前景。本文重点介绍人工局域表面等离激元传感的新原理、相关技术及典型应用。在传感新原理方面,讨论了新型人工局域表面等离激元的谐振结构、电磁模式、以及涡旋波传感原理;在传感指标提升技术方面,探讨了模式间耦合和有源放大两种传感增强方法;在应用探索方面,回顾了人工局域表面等离激元在溶液浓度传感、细胞传感和力学量传感等方向的代表性工作,介绍了小型化人工局域表面等离激元传感系统的最新进展。最后,对人工局域表面等离激元传感的发展趋势进行了讨论和展望。     

Cu/CeO2上可见光辅助热催化合成NH3:H2O存在下NO通过CO还原的途径(英文)

NH₃不仅是关键的工业化学原料,而且是未来可再生能源的无碳燃料和可运输的载体.目前,工业合成NH₃仍然以传统的Haber-Bosch反应为主,需要300-500°C的高温和20-30 MPa的压力.为克服这些缺点,研究者设计了NO-CO-H₂O反应体系.在该反应中,通过有毒气体CO在H₂O存在的条件下将NO还原成NH₃,这是一种近乎理想的生产NH₃的方法.目前,已经报道了Pt/Al₂O₃在NO-CO-H₂O反应中具有较高的NH₃选择性,但反应温度(400°C)仍然较高,不利于实际应用.因此,在低温条件下引入光照,通过光辅助热催化NO-CO-H₂O反应来获得NH₃产品,是一种极具发展潜力的方法.研究人员通过密度泛函理论(DFT)研究发现, Cu在NO还原反应中具有很高的活性和NH₃选择性,且Cu在水煤气(C...     

非线性科学中的对称性研究及其应用

自1990年宁波大学非线性科学课题组完成非线性系统对称性约化的第1个对称性专题研究以来, 宁波大学的非线性科学研究,特别是非线性系统的对称性研究成为一个特色, 引起了同行的广泛关注. 宁波大学非线性科学团队在对称性研究方面的主要进展有: 递推算子的因式化和逆递推算子及逆对称和逆可积梯队、形式级数对称法、非局域对称及其局域化、达布变换和非局域对称、条件对称和分离变量法、对称群直接法、群不变非线性系统分类、超对称和玻色化、留数对称、从对称性到达布变换、非局域对称的对称性约化和相容Riccati展开法、完备对称和可积性、大气和海洋系统中的对称性应用、离散对称和多地物理学、局域对称和非局域对称的对偶及可积系统的正梯队和负梯队的对偶等.     

液态水微观结构研究的新进展

液态水有很多奇异特性.近年来,对液态水以何种微观结构形式存在的问题争议激烈.文章介绍了当前对水的微观结构的一些研究及其进展,讨论了液态水中的氢键模式与水的结构关系,进而用一个简化模型探讨了氢键的取向性与强弱性对水的异常行为的作用.     

光在一维周期结构中的分布和局域化

运用传播矩阵对不同种类的一维周期结构(periodic structure, PS)中的光场分布和局域化进行了理论分析．结果表明: 当光以禁带频率入射到PS上时,绝大部分光被反射,在PS中是以衰减的驻波形式存在的．需要强调的是,当光以禁带带边频率入射时,光场在PS中有显著的局域化,在介质中引入适当的缺陷可以极大地增加这种局域化程度．另外,当光从掺杂有特定缺陷层的PS的左右两个不同界面入射时,可引起光场在PS中不同的分布,这对通过光的非线性调制实现的光学二极管非常有用.在线性吸收的PS中光强随光进入介质的厚度及消光系数的增加迅速衰减．     

强非局域介质中基于古依相位的旋转涡旋光孤子

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的修正Snyder-Mitchell模型讨论了两束共线(即光束中心和传输方向都相同)拉盖尔-高斯型光孤子(CLGS)构成的涡旋光孤子传输过程。在一定条件下,涡旋光束在传输过程中,光束截面光斑发生旋转现象,但光束的束宽保持不变,称之为旋转涡旋光孤子。涡旋光孤子旋转的现象可以通过叠加光场中的古依相位来解释。结果展现了几个旋转涡旋光孤子在传输过程中的旋转现象和强非局域介质中多环形旋转涡旋光孤子的传输。     

MgH分子X2Σ+,A2Π和B2Σ+电子态的势能函数

利用QCISD(T),SAC-CI方法和cc-pVQZ,aug-cc-pVTZ,6-311 G及6-311 G(3df,2pd)基组,对MgH分子的基态X2Σ ,第一简并激发态A2Π和第二激发态B2Σ 的结构进行优化计算.通过对4个基组计算结果进行比较,得出6-311 G(3df,2pd)基组为最优基组.使用6-311 G(3df,2pd)基组和QCISD(T)方法对基态X2Σ ,SAC-CI方法对激发态A2Π和B2Σ 进行单点能扫描计算,然后采用Murrell-Sorbie函数及修正的Murrell-Sorbie C6函数进行拟合,得到了相应电子态的势能函数参数和对应的光谱常数.计算结果表明,用修正的Murrell-Sorbie C6函数计算得到的MgH分子基态和第一简并激发态的光谱常数ωe,ωexe,Be,αe与实验数据吻合很好.表明修正后的Murrell-Sorbie C6函数能更为准确地描述MgH分子的基态和第一激发态的势能函数.     

托卡马克中局域磁扰动引起的高能量离子损失研究

基于单粒子导心运动代码ORBIT，采用测试粒子模拟方法，研究了托卡马克等离子体内部不同径向位置处局域磁场扰动对高能量离子的损失的影响。研究表明，在局域磁扰动主要分布在某磁面附近、其环向具有类似纹波场形式下，可造成一些靠近等离子体中心区域的高能量离子损失，但对靠近等离子边界的离子损失影响相对不大。这些损失的高能量离子均为捕获离子，离子的投掷角越大就越容易损失。此外，造成高能量离子最大损失率的局域场径向位置与这些损失离子的初始径向位置通常存在一定的偏移，而且这个偏移与这些离子的能量密切相关。当局域场出现在某些位置时，能量较低的离子会有一定的损失，能量较高的离子反而不会损失。     

田字形地震超材料甚低频宽带隙机理

在地球中传播的地震波主要有体波和表面波,而表面波中Rayleigh波对建筑物造成的破坏最为强烈。针对Rayleigh波的振动控制,提出一种田字形超材料结构。相比于传统的地震超材料,这种超材料屏障是由外部口字形框体内部嵌套十字形柱体组成,形成4个可填充区域,其外部框体采用部分埋入的方式,具有高强度、强稳定性、填充方式灵活的特点。应用有限元法计算了田字形超材料的能带结构和传输特性,并通过分析带隙边界处模态振型可知,带隙的打开是由于柱体的局域共振。结合带隙机理可知,柱体结构中土壤填充量不同可改变柱体的质量,形成不同的谐振频率,产生甚低频带隙。为进一步拓宽带隙,设计研究了正、负梯度的质量填充方式,均可得到3.3~13.1 Hz甚低频宽带隙,在谐振频率范围内两者的隔震方式分别为Rayleigh波彩虹捕获和Rayleigh波到体波的转化。最后,采用EI-Centro地震波对填充屏障进行了时程验证,加速度最大幅值衰减超过80%,为地震超材料在减震隔震方面应用提供了新的设计思路和方法。     

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.