浅谈广义相对论的创立之一 等效原理的发现与应用

简述了惯性质量同引力质量相等的经典实验;介绍了爱因斯坦发现等效原理的思路历程;说明了等效原理在分析引力场中时间延缓,星光谱线的引力红移和光线偏转等问题上的应用.     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.     

氩-碳-硅等离子体热力学性质和输运系数计算

计算了广温度范围(300—30000 K)和广压力范围(0.1—10 atm, 1 atm=101.325 k Pa)下,不同混合物比例、碳和硅蒸气浓度的局域热力学平衡(LTE)和化学平衡(LCE)的氩-碳-硅等离子体组分、热力学性质和输运系数.等离子体气相平衡组分使用质量作用定律计算,同时凝聚相组分采用相平衡的方法计算.输运系数的计算包括黏度、电导率和热导率,使用拓展到高阶近似的Chapman-Enskog方法.采用文献中较新的数据得到了较为准确的碰撞积分,导出了Ar-C-Si等离子体的输运系数.结果表明,在相变温度以下,凝聚态物种的引入导致Ar-C-Si等离子体的热力学性质、输运系数与纯Ar等离子体接近,在相变温度点则会产生不连续点.压力、碳/硅蒸气浓度和比例对等离子体热力学性质和输运系数具有较大影响.最终计算值与文献数据对比符合良好,有望为氩-碳-硅等离子体传热流动数值模拟提供基础数据.     

基于深度学习的HL-2A装置ELM实时控制系统的研制

利用HL-2A装置已开发的基于深度学习的边缘局域模(ELM)识别算法和超声分子束注入(SMBI)等ELM缓解设备组成了一个ELM实时识别和控制系统。该系统实时采集相关的输入数据,通过神经网络计算分析,输出识别信号,当检测到存在连续ELM时,触发SMBI以缓解ELM。在HL-2A装置放电实验期间对ELM实时控制系统进行了测试,识别效果明显,在1ms控制周期中,达到了ELM的实时缓解与控制。     

非轴对称五模超材料低频声波调控分析*

为实现轻质材料对低频声波的有效调控,在传统对称双锥五模超材料构型的基础上,以引入掺杂材料、飞镖型结构的方式构造了具有局域共振特性的非轴对称五模超材料单胞,通过能带分析发现其具有较宽的单模区域与低频性更优的声子禁带。此外还探究了飞镖结构节点圆半径、锥角和掺杂材料模量对能带结构与品质因数的影响。研究结果表明,单胞品质因数随着掺杂材料杨氏模量的提升而增大,单胞对低频声波的调控能力随着结构对称性的降低而变强。所设计的非轴对称单胞单模区域绝对带宽增大到原来的2.5倍,第一带隙相对带宽提升了57％。这为用于低频声波调控的五模超材料单胞构型设计提供了思路。     

空间位移PT对称非局域非线性薛定谔方程的高阶怪波解

利用Kadomtsev-Petviashvili(KP)系列约束方法和双线性方法,构造了空间位移宇称-时间反演(PT)对称非局域非线性薛定谔方程的高阶怪波解.任意N阶怪波解的解析表达式是通过舒尔多项式表示的.首先通过分析一阶怪波解的动力学行为,发现怪波的最大振幅可以大于背景平面三倍的任意高度.分析了对称非局域非线性薛定谔方程中的空间位移因子x₀在一阶怪波解中的影响,结果表明其仅改变怪波中心的位置.另外,研究了二阶怪波解的动力学行为以及怪波模式,然后给出了N阶怪波模式与N阶怪波解的解析表达式中参数之间的关系,进一步展示了高阶怪波的不同模式.     

CeO2(100)极性面结构与活性的密度泛函理论研究

CeO2是一类使用非常广泛的稀土氧化物催化材料,在许多重要的催化反应过程,如机动车尾气净化、水汽转换、石油裂解等,表现出很高的活性.大量研究表明,CeO2的高活性来源于其表面晶格氧,正是由于这些晶格氧能够直接参与氧化反应,同时反应留下的氧空位又能够被气相氧分子吸附填补,因而体现出很好的储放氧催化性能.目前多数研究采用CO氧化为模型反应,研究了CeO2常见的(111)和(110)晶面的晶格氧活性,但对于其另外一种重要低指数晶面(100)的结构和活性研究却非常有限.需要指出的是,CeO2(100)是一种极性表面,这给该表面的模型构建和理论研究带来了困难.为了深入了解这种极性表面的结构稳定性和催化活性,本文运用在位库仑力校正的密度泛函理论(DFT+U)方法系统研究了CeO2(100)极性面的可能结构及相关稳定性,并且深入分析了CO在该表面上的吸附和反应.本文首先利用板层模型尝试构建稳定的CeO2(100)极性面结构,方法是在保证整个板层化学计量配比完整的前提下,在表层或体相去除氧原子,同时使得整个板层上下对称不存在极性以利于计算.通过计算发现,在CeO2(100)表层分布氧空位的结构比体相中分布氧空位的结构要稳定,同时,氧空位的分布越接近表面,CeO2(100)面的结构稳定性就会越高,其最稳定的结构是将表层满覆盖氧离子移除一半.对CeO2(100)面不同结构的稳定性及相关电子结构分析表明,CeO2(100)表层满覆盖的氧离子间存在很强的相互排斥作用,因此倾向于降低表面氧浓度来提高表面的稳定性.另外,这种相互作用会降低相邻氧离子的价态,并能引起体相铈离子在整体表面维持完整的化学计量比的情况下,仍能出现局域4?电子而被还原为三价铈.随后我们研究了CO在CeO2(100)最稳定和次稳定表面上的氧化反应.发现CO在不同CeO2(100)表面的氧空位处吸附较强,另外,CO在CeO2(100)最稳定结构上可与表面晶格氧反应形成吸附的CO2中间物种,中间物种可直接解离成气相CO2,也可以继续与表面晶格氧反应形成碳酸盐.而在CeO2(100)次稳定表面上,CO很难与表面晶格氧形成吸附的CO2中间态,而直接产生气态CO2.     

原子力显微镜中化学成键对力的贡献

迄今非接触原子力显微镜已经成为一个非常强大的工具. 它不仅能够得到表面的原子周期结构,还能给出分子内部的化学键信息. 针尖和样品之间的相互作用是原子力显微镜的有效信号,主要包括三种,即范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用和化学键相互作用. 本文在生长于Si(111)-7×7 的铅薄膜上测量了针尖和样品之间的化学键相互作用. 通过获取该相互作用随偏压的变化,并且利用抛物线拟合有效局域接触势的位置,我们发现它是随着针尖和样品之间距离的增大而减小的. 这种趋势来自于针尖和样品之间波函数的交叠. 从而可以得到电子的衰减长度. 我们还测量到了该衰减长度随着铅薄膜厚度的变化会发生振荡,这种振荡归因于平顶楔形铅岛内电子的量子尺寸效应.     

非晶态镍硼酸盐结构的EXAFS研究(英文)

由摩尔比分别为1:2和1:8的NiCl2·6H2O和Na2B4O7·10H2O作为反应物,合成两种非晶态镍硼酸盐,同时通过水热法合成β-Ni(OH)2.化学分析和热重-微商热重法(TG-DTG)分析结果确定两种非晶态镍硼酸盐的分子组成分别为NiO·0.8B2O3·4.5H2O和NiO·B2O3·3H2O.激光拉曼(Raman)实验结果表明镍硼酸盐样品中主要存在的硼氧阴离子为B3O3(OH)52-和B2O(OH)62-.同步辐射扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)方法对样品进行结构解析,通过数据拟合给出样品中Ni原子周围近邻配位原子种类、配位数以及原子间距离.用不同晶体结构作为标准对两种非晶态镍硼酸盐进行拟合的结果表明,样品中Ni原子周围局域结构与Ni3B2O6晶体(ICSD No.31387)中的吻合较好.Ni原子周围配位原子为O、B和Ni,对于NiO·0.8B2O3·4.5H2O,配位数分别为5.7、3.8和3.8,配位距离分别为0.208、0.263和0.311 nm;对于NiO·B2O3·3H2O,配位数分别为6.0、4.0和4.0,配位距离分别为0.207、0.262和0.310 nm.     

Ni2+掺杂到氟化物钙钛矿中的局域结构畸变和基态分裂的理论研究

基于双自旋轨道耦合系数模型并结合完全能量矩阵的方法,研究了AMF₃(A=K, Rb; M=Zn, Cd, Ca):Ni²⁺和K₂ZnF₄:Ni²⁺体系中Ni²⁺的基态分裂和局域结构． 通过模拟光谱和电子顺磁共振(EPR)谱,结果显示在研究氟化物络合分子的能级精细结构和局域结构畸变时,配体F^-对体系的自旋轨道耦合机理的影响不可忽略,同时讨论了EPR参量随夹角、自选轨道耦合、平均参量以及偏离参量的变化规律.