检索结果-南通市图书馆

作者：宋卓山东大学

学位级别：硕士

量子干涉[quantum interference (QI)]可以改变体系的性质。诸如电磁诱导透明[electromagnetically induced transparency (EIT)]、电磁诱导吸收[elec-tromagnetically induced absorption (EIA)]、相干布居数囚禁[coherent population ... 详细信息

量子干涉[quantum interference (QI)]可以改变体系的性质。诸如电磁诱导透明[electromagnetically induced transparency (EIT)]、电磁诱导吸收[elec-tromagnetically induced absorption (EIA)]、相干布居数囚禁[coherent population trapping (CPT)]、自发辐射相消[spontaneous emission cancellation (SEC)]等,均是基于量子干涉。量子干涉有多种类型;其中,真空诱导相干[vacuum-induced coherence (VIC)]又称自发辐射诱导相干[spontaneously generated coherence (S-GC)],是一种源于体系与真空场相互作用的量子干涉。多能级体系中的量子干涉一直是一个研究热点。四能级Y型体系是一种常见的多能级体系,Y型体系中的量子干涉受到了广泛关注。本文运用产生函数方法(generating function method)研究了真空诱导相干对四能级Y型体系光子统计性质的影响,并从发射光子的角度考察了激光平面波与激光驻波作用在单个二能级原子上的平均力。在第一章,我们介绍了研究背景与研究现状,列举了一些常见的量子干涉,介绍了光子统计、产生函数方法与已有的对Y型体系中量子干涉效应的研究。在第二章,我们介绍了密度矩阵理论,推导了单原子多能级体系的主方程与二能级原子在激光场中受到的平均力。在第三章,我们研究了Y型体系中的VIC。我们在Y型体系的基态与中间态之间加一个探测场,在中间态与两个高激发态之间各加一个控制场,并假设由中间态到两个高激发态的跃迁通道之间存在VIC。我们发现,VIC可以使Y型体系对探测场透明或出现超窄吸收谱线(ultra-narrow absorption lines)。用缀饰态理论对结果进行分析,我们发现体系对探测场的透明源于VIC引起的相干布居数囚禁(CPT)。我们还研究了运动的Y型体系的光子统计性质,考察了激光场的波矢不匹配(wave-vector mismatch)对探测场吸收线型的影响。在第四章,我们研究了二能级原子受到的激光场施加的平均力。激光场对二能级原子的平均力可以写成平均发射光子数(N)与(N)对时间的各阶导数的函数。由于平均力不易测得,而平均发射光子数等光子统计量可以在实验中测得,所以本文的结果提供了一种实验测量二能级原子受到的激光场施加的平均力的思路。在第五章,我们对论文进行了总结,并作出展望。

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非线性光学量子计算中的互相位调制研究

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作者：唐广应山东大学

学位级别：硕士

量子计算科学是现代量子物理最重要的应用之一。在量子计算中,量子相干和量子纠缠已经被证明可以加快某些特定问题的计算速度,比如,在密码学领域中打破RSA标准,或者由建立简单的计算设备比如模拟机,特定程序的计算器等。量子光学计算包... 详细信息

量子计算科学是现代量子物理最重要的应用之一。在量子计算中,量子相干和量子纠缠已经被证明可以加快某些特定问题的计算速度,比如,在密码学领域中打破RSA标准,或者由建立简单的计算设备比如模拟机,特定程序的计算器等。量子光学计算包括线性光学量子计算（LOQC）和非线性光学量子计算（NLOQC）,而光子作为光学量子计算的量子比特,由于其自身稳定性,被认为是合适的量子信息传递的备选载体。基于克尔非线性（Kerr Nonlinearity）的互相位调制（XPM）是一些量子逻辑门的物理基础,比如CNOT逻辑门,因此互相位调制对于非线性光学量子计算是非常关键的。目前,对互相位调制的研究从连续场驱动,强耦合,半经典动力学向脉冲泵浦的,少光子量级的和全量子化的模型发展。电磁诱导透明（EIT）已经被证明在产生巨克尔非线性效应上是有效的,尤其是双电磁诱导透明机制。然而,最近有研究指出基于电磁诱导透明的互相位调制在产生了巨互相位调制的同时不能产生高保真度的逻辑门。在这篇论文中,我们详细研究了这个问题。特别地,我们指出了在量子计算中,对于有效的互相位调制逻辑门有四个评判标准。第一个评判标准是巨非线性,对于这一点,电磁诱导透明是个很好的机制。第二个评判标准是互相位调制应该基于单光子量级或少光子量级,因为在量子计算中,一般单光子是作为量子比特出现的。第三个评判标准是脉冲传播时间的一致性,这个条件可以由双电磁诱导透明满足。最后一个评判标准是输入输出的保真度足够高,然而在目前没有有效的机制满足这个条件。进一步,针对高保真和互相位调制间的矛盾,我们探讨了自发辐射诱导相干（SGC）在互相位调制中的效应,我们发现自发辐射诱导相干是一个很有效的机制,对构建量子逻辑门有一定的发展潜力。

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三原子分子反应的绝热与非绝热的动力学计算

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作者：孙兆鹏山东大学

学位级别：硕士

近年来,理论和实验上对化学反应动力学的研究已经深入到分子层面上。对化学反应动力学的研究不仅能够加深对化学反应本质的了解还能进一步加深对微观分子碰撞的认识。在这里,我们利用含时波包法对O+D2(v=0,j=0)→OD(v',j')+D和C+H2(v=0,... 详细信息

近年来,理论和实验上对化学反应动力学的研究已经深入到分子层面上。对化学反应动力学的研究不仅能够加深对化学反应本质的了解还能进一步加深对微观分子碰撞的认识。在这里,我们利用含时波包法对O+D2(v=0,j=0)→OD(v',j')+D和C+H2(v=0,j=0)→CH(v',j')+H反应体系进行研究,得到了反应几率、积分截面等动力学信息。激发态碳原子和氢分子的反应在燃烧化学和天体化学中起着重要的作用,对该体系的理论和实验的研究一直都在不断进行。除此之外,反应C+H2由于在势能面上存在一个很深的势阱,往往被作为一个插入反应来研究。即,C原子以垂直的方式同H2分子碰撞发生反应。并且,该反应被认为是一个“干净”的插入反应,即其在共线的反应路径上存在较高的势垒,导致抽替反应几乎不可能发生。在这里我们利用含时波包法在新的势能面上对该反应进行研究,得到了初始态固定的积分截面与速率常数。我们的计算包括了所有的角动量在z轴上的投影。在室温下,计算所得的速率常数同实验结果符合的很好。O(1D)+H2反应是研究基元反应的基准。由于该反应的电子态在无穷远处是五度简并的,故反应过程是比较复杂的。当反应原子分子在相互靠近时,简并态将被打破并导致五个不同的势能面。在线性构型上,存在一个∑态,二度简并的Ⅱ态以及二度简并的△态。因为△态就有强烈的排斥性,故只有三个电子态对总反应有贡献。反应O(1D)+D2作为最重要的同位素反应,准经典轨线方法(QCT)以及有限的量子计算方法都曾研究过该体系。然而,由于经典方法不能处理量子效应,特别是在低能时其计算结果往往不可信,并且近来的量子计算仅限于总角动量J=0,故有必要对该体系进行J>0的精确量子计算。在这里,我们在DK势能面上分别对绝热的1A′和1A″以及非绝热的2A′/1A′反应路径进行了动力学计算,得到了反应几率,积分截面和速率常数。由于氘原子的质量几乎是氢原子的两倍,故计算中需要更多的基函数和格点。这在没有近似的情况下获得精确的动力学信息而言仍然是个挑战,为了积分截面收敛到0.28cV,我们利用切比雪夫波包法计算了总角动量值从0到50对应的反应几率。计算结果同准经典轨线以及实验的结果符合的很好。同反应O+H2的结果比较,得到了动力学同位素效应(k(D)/k(H)),在温度大于100K的值0.77±0.01同实验结果0.81符合得很好。本论文共包括五章,我们的主要工作将放在第三章和第四章。在第一章我们简要介绍了分子反应动力学的研究内容以及近几十年的发展。第二章详细介绍了含时波包理论。在第三章中我们首先检测了新的C+H2势能面并进行了动力学计算,进一步加深了对该反应的了解。第四章中,我们对O+D2体系的两个绝热势能面和一个非绝热势能面上进行了动力学计算,发现了非绝热效应在该反应中起着重要的作用。最后一章给出了结论和展望。

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量子隧穿时间定义及纠缠轨线方法描述

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作者：张鼎山东大学

学位级别：硕士

量子隧穿现象是量子力学有别于经典力学的一个重要现象,量子隧穿时间的研究有助于进一步理解量子隧穿过程。在量子隧穿过程中粒子进出势垒的时间无法得到,因此探索粒子在隧穿过程中运动的时间是一个具有挑战性的问题,不同物理学家利用... 详细信息

量子隧穿现象是量子力学有别于经典力学的一个重要现象,量子隧穿时间的研究有助于进一步理解量子隧穿过程。在量子隧穿过程中粒子进出势垒的时间无法得到,因此探索粒子在隧穿过程中运动的时间是一个具有挑战性的问题,不同物理学家利用不同方法从不同角度描述粒子的隧穿时间,例如相时间（Phase Time）、BL时间、PM时间、居留时间、拉莫时间等,在合适的初始条件下都能描述隧穿时间。从经典角度而言粒子在隧穿过程中由能量守恒可以得到粒子此时的动量为虚动量,部分物理学家认为势垒中粒子运动的时间可能是复数形式,Sokolovski、Baskin和Yamada等人利用费曼路径积分等方法计算出复数形式隧穿时间。拉莫钟、阿秒钟、光子干涉等方法都能在实验上测量量子隧穿时间。纠缠轨线方法能够模拟粒子在量子隧穿过程中演化过程,在相空间中可以直接描述粒子进出势垒的时间,利用透射粒子进出势垒的时间差得到隧穿时间。在Eckart势下,粒子的隧穿时间、反射时间、居留时间随粒子初始能量有着不同的变化趋势,隧穿时间随粒子初始能量增大而减小,反射时间随粒子初始能量增大而增大,居留时间先随粒子初始能量增大而增大到达最大值后随粒子初始能量增大而减小。不同隧穿时间随粒子初始能量改变的变化趋势不同。利用平面波穿过势垒时的相位改变描述隧穿时间,该方法更适用于粒子能量低于势垒的情况,且计算相对简便,对于复色波的隧穿时间可以用态叠加原理与该方法结合进行计算,不同的势垒、不同的初始条件都会影响量子隧穿时间,在方势垒下类相时间相比其他隧穿时间更易受粒子能量的影响,在δ势中类相时间、相时间、PM时间、居留时间在粒子初始能量较大时均为0,利用类相时间描述隧穿时间时一般随粒子初始能量的增大而减小。隧穿时间问题的研究已有很大进展,描述隧穿时间的方法也多种多样。对于经典禁区粒子的具体运动模式难以直接描述,且虚数动量的理解不够深入,用来隧穿时间的描述方法较多。在接下来的研究中可以深入探索经典禁区粒子的运动模式以及利用现有的隧穿时间表达形式统一描述量子隧穿时间。

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单量子体系的相干性及光子统计研究

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作者：王东升山东大学

学位级别：硕士

光与物质的相互作用是现代原子分子光物理和量子控制等的重要研究内容。以激光、激光制冷、原子力探针扫描仪等为标志的实验技术,以及以玻色-爱因斯坦凝聚、电磁诱导透明等为代表的光-物质相干现象使量子力学的研究深入到了纳米尺度和... 详细信息

光与物质的相互作用是现代原子分子光物理和量子控制等的重要研究内容。以激光、激光制冷、原子力探针扫描仪等为标志的实验技术,以及以玻色-爱因斯坦凝聚、电磁诱导透明等为代表的光-物质相干现象使量子力学的研究深入到了纳米尺度和单量子体系,这不仅突破了系综平均的局限,同时在理论上激发了对量子开放体系的研究。目前,诸多理论方法被发展出来,包括量子主方程（master equation）＞量子跳跃（quantum jump）、量子轨线（quantum trajectory）、相容历史（consistent history）、量子测量理论（如Kraus representation）等。量子相干性被认为是量子体系的关键性质,不同的相干性导致了很多新奇的量子效应,比如电子双缝干涉、纠缠光子、量子霍尔效应等。自发辐射诱导相干性是一种由自发辐射系数所导致的相干性,在原子相干性研究中占有重要的地位。在光-物质体系中,光场和物质都具有相干性,且二者具有统一的基础。为了同时描述物质（原子、分子、量子点等）和光场的相干性,通过引入密度矩阵所对应的特征函数,光子的量子统计效应以及各高阶统计量等就可以被描述。在本论文中,我们采用产生函数方法研究光与物质的相互作用体系的相干性和光子统计性质。我们讨论了被广泛研究的包括砷化镓量子点（GaAs）和铷原子（Rb）在内的单量子体系的相干性,并讨论了相关实验验证。在第一章,我们介绍了单量子体系相干性的研究背景和发展历史,在单量子尺度上的精确控制已成为现代量子理论和量子技术的核心。我们讨论了一些常见的重要的原子相干现象,包括量子拍、相干粒子数囚禁等;在理论上,我们简要介绍了几种可以用来描述光子相干性和统计的方法。在第二章,我们介绍了量子开放体系的理论基础。我们首先讨论了密度矩阵和相关的特征函数以及分布函数等的性质。然后,我们讨论了体系演化的Liouville方程、Lindblad方程、Kraus表象理论以及光-物质相互作用体系的产生函数方程,并介绍了高阶统计量。在第三章,我们集中研究了自发辐射诱导相干（SGC）。首先,我们介绍了SGC的物理基础和相关研究背景,比如暗共振、自发辐射消减以及自发辐射相干的模拟方法等。然后,我们详细讨论了单量子多能级体系中的量子拍现象,以及V型三能级体系在脉冲激发下和超精细三能级体系在连续场驱动下的性质。在第四章,我们研究了四能级体系中的电磁诱导透明现象（EIT）和SGC效应。我们介绍了EIT的相关效应,包括光速减缓、光放大、多透明窗等,以及EIT的理论基础,包括暗极化子和去退相干子空间（DFS）理论。然后,我们在失谐空间中分析了双Λ型四能级体系的EIT结构和Mandel’s Q参量所反映的光子统计性质。研究表明,SGC效应可以导致一种真空协助透明现象[Vacuum-assisted Transparency （VAT）],我们详细分析了其动力学机制。在第五章,我们研究了N型四能级体系中的巨克尔效应[Giant Kerr Ef-fects （GKE）]和SGC效应。同样,我们首先介绍了GKE的理论基础和相关应用,诸如量子逻辑门、光学开关等。然后,我们讨论了外加控制场和开关场对非线性克尔吸收和AT （Autler-Townes）分裂的控制。我们发现,SGC效应可以导致非线性克尔吸收的消失,这说明体系中暗态可以被SGC所恢复。另外,我们还讨论了光学开关过程中对应的光子反聚束效应。在第六章,我们给出简要的总结和展望。在展望中,我们主要讨论了SGC效应在最近的一些发展、纠缠光子对的统计性质、不同能级结构中的原子相干性以及产生函数方法的应用与推广。在第七章附录中,我们介绍了所用到的铷原子的能级结构,以及对主方程的检验规则。

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强激光场中三原子分子的线性熵

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作者：奚相恺山东大学

学位级别：硕士

本文主要采用动力学李代数方法研究直线型三原子分子在含时激光场中的演化性质。激光场中分子的演化特性的理论研究是目前分子动力学领域的一个热门课题。分子动力学是结合了物理、数学和化学综合技术的一门新兴边缘学科。它是一套分... 详细信息

本文主要采用动力学李代数方法研究直线型三原子分子在含时激光场中的演化性质。激光场中分子的演化特性的理论研究是目前分子动力学领域的一个热门课题。分子动力学是结合了物理、数学和化学综合技术的一门新兴边缘学科。它是一套分子模拟方法,该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系综中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。分子动力学是研究分子的微观结构和宏观性质的关系,而其结构和特性与分子的熵有密切的联系。使用超短红外脉冲激光可以使分子的强键断裂而弱键保持不变,从而实现分子的选键解离。并且不断有新的类似实验报道,这些实验事实均与分子的非线性光学性质、非绝热效应和振转模式相互作用有关。由此可见研究分子与激光场的相互作用的意义。分子在强激光场中的震动是非简谐振动,由于外场很强,以至于一般的微扰理论失效,求解这类问题的薛定谔方程因计算量太大而出现困难。七十年代末期至八十年代初期,随着大型高速电子计算机的出现,应用有效的数值模拟方法,分子熵的理论研究发展迅速,出现了包括李代数理论在内的多种方法。具体的理论描述方法有全量子、经典和半经典描述。研究表明,半经典和全量子描述在强场的情况下是等价的,文中即采用了半经典描述表征分子体系是量子化的,外场以经典形式来表示。李代数是挪威数学家Marius Sophus Lie在19世纪后期研究连续变换群时引进的一个数学概念,它与李群的研究密切相关,“李代数”这个术语是1934年由外尔引进的。李群和李代数理论是其在研究微分方程的求解过程中首先提出来的,其方法随着矩阵力学的建立而被引入,并在五十年代广泛应用于基本粒子量子力学,八十年代Iachello和Levine等人将李代数方法从原子核物理领域成功移植到分子物理领域。随着时间的推移,李代数在数学以及古典力学和量子力学中的地位不断上升。李代数的理论不断得到完善和发展,其理论与方法已渗透到数学和理论物理的许多领域。最近几年,含时动力学李代数方法的应用得到了发展,应经广泛用于研究在分子物理、核物理和量子光学等领域内的问题,并成功的对多原子分子的振动激发和势能面问题作了研究。本文研究了线性三原子分子与激光场相互作用过程中分子线性熵的演化规律,讨论了系统初态对分子线性熵的影响。通过对具体分子熵的演化的研究,结果表明本文中给出的理论方法在处理分子在强场中的动力学问题上时有效的,可以进一步推广。文中仅研究了线性三原子分子的熵的演化,如果考虑其他方面例如转动的影响,就能获得更丰富的动力学信息,并可用此方法研究四原子分子的熵的演化,为以后的进一步工作奠定了理论基础。论文内容分为四章： 1.第一章为综述,介绍了分子熵的概念和研究发展现状,重点介绍了李代数方法,并说明了其在研究此问题上的优势。 2.第二章为理论基础,介绍了主要的理论概念及公式推导过程,介绍了二次非谐振子模型,利用此模型给出体系总哈密顿量,得到体系的时间演化算子表达式,给出熵的表达式。 3.第三章给出了线性三原子分子在激光场中熵的演化的研究。主要探究如何使用数值计算来获得分子的熵及其演化,并对熵的演化作出相应分析。 4.第四章为结束语,给出了研究工作的结果,提出了理论方法进一步发展的方向,对其的应用前景进行了展望。

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二维M2Se2(M=Al，Ga，In)和Ge2As4S2材料非绝热效应探讨

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作者：杨锐山东大学

学位级别：硕士

1959年费曼提出的对层状材料的畅想激励了人们对二维材料的探索,直到2004年石墨烯的问世使二维层状材料的研究掀起一股热潮。与三维材料相比,二维材料因其较大的比表面积、较高的载流子迁移率以及较强的各项异性等优良特性广泛应用于光... 详细信息

1959年费曼提出的对层状材料的畅想激励了人们对二维材料的探索,直到2004年石墨烯的问世使二维层状材料的研究掀起一股热潮。与三维材料相比,二维材料因其较大的比表面积、较高的载流子迁移率以及较强的各项异性等优良特性广泛应用于光电探测器、光催化、太阳能电池以及器件等领域。特别是过去几十年里,基于二维材料的光催化剂被广泛研究,比如过渡金属硫族化物、石墨相氮化碳、六方氮化硼、磷烯材料等。与此同时,在光物理与光化学中非绝热效应也逐渐被重视,并被认为是影响材料性能的一个重要因素。为了更加全面地预测二维材料的光催化性能,我们除了利用第一性原理计算的模拟方法研究二维材料的基本光催化性质外,还利用混合量子和经典的非绝热分子动力学方法进一步探讨了非绝热效应在激发态载流子动力学中的影响。与实验相比,这种模拟计算的方法具有低成本、高效率和高安全系数的优势。本文设计了二维M2Se2(M=Al,Ga,In)和Ge2As4S2单层材料,通过第一性原理计算和非绝热分子动力学模拟预测了其电子-空穴复合动力学过程和光催化性能,主要进行以下两个方面的研究,并得到相应的结果:1、基于第一性原理和密度泛函理论,对二维M2Se2(M=Al,Ga,In)材料结构优化得到稳定构型后进行前期的光催化性质研究。通过基于绝热近似的分子动力学模拟图像,发现它们在常温和高温下都是稳定的;随后又通过计算得到它们的功函数与内聚能,与磷烯对比后证实它们同时具有化学稳定性与能量稳定性。利用HSE06杂化泛函得到M2Se2(M=Al,Ga,In)材料的能带结构是间接带隙半导体,其带隙值与施加微小应变后的带边位置均满足光催化水解制氢的条件。同时,我们也观察到适当的应变可以增强材料对可见光的吸收。最后,通过形变势理论得到二维M2Se2(M=Al,Ga,In)材料的载流子迁移率可以达到104cm2V-1s-1,高于硅的载流子迁移率。以上发现表明了二维M2Se2(M=Al,Ga,In)材料具有良好的光催化性能,是一种高效的光催化剂,有望在光电与光催化领域中应用。2、基于密度泛函理论,我们研究了 Ge2As4S2单层材料基本的光催化性质和非绝热效应。它是通过对GeP3进行相邻元素替换得到的,与GeP3具有相似的晶体结构。利用VASP软件包对Ge2As4S2单层优化后得到稳定构型,并在此基础上进行了从头算分子动力学模拟、内聚能和功函数的计算,计算结果均表明Ge2As4S2单层具有稳定的结构。基于第一性原理计算,我们研究了 Ge2As4S2单层的电子性质、光学性质、载流子迁移率和应变工程。研究结果表明Ge2As4S2单层是一种直接带隙半导体,具有理想带隙值、带边位置以及较高的可见光光吸收系数,载流子迁移率更是高达106 cm2V-1s-1量级。而且不同方向不同电荷之间表现出强各向异性,有利于电子—空穴的分离。为了进一步探讨其非绝热效应的影响,我们利用非绝热分子动力学模拟得到Ge2As4S2单层的非绝热耦合强度以及载流子寿命,发现其价带顶和导带底之间的电子-空穴复合过程较为缓慢,光生载流子寿命较长,有利于提高光催化效率,实现光催化等领域的应用。

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四链DNA与药物结合模式的研究

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作者：谌占航山东大学

学位级别：硕士

晶体衍射实验和核磁共振成像实验结果显示,一些富含鸟嘌呤的DNA单链内部或多条DNA单链之间可以相互结合,形成一种富含鸟嘌呤的四聚体结构,这种结构被称为四链DNA,构成该形式DNA的单层鸟嘌呤结构叫做G四聚体。在每个G四聚体中,鸟嘌呤的... 详细信息

晶体衍射实验和核磁共振成像实验结果显示,一些富含鸟嘌呤的DNA单链内部或多条DNA单链之间可以相互结合,形成一种富含鸟嘌呤的四聚体结构,这种结构被称为四链DNA,构成该形式DNA的单层鸟嘌呤结构叫做G四聚体。在每个G四聚体中,鸟嘌呤的碱基可以与相邻碱基配对并通过多个氢键相互连接,使其在近似生物细胞环境下能够保持稳定。通过分析大量实验数据,研究人员发现四链DNA结构广泛分布在人体基因组的一些重要的基因调节区,比如基因启动子、基因体以及非翻译区。最重要的,在染色体的末端(端粒)上,同样存在这种四链DNA结构。Balasubramanian研究小组最近的研究结果显示端粒处的四链DNA仅有比较低的占有率(25%),但是这部分四链DNA却引起了人们广泛关注。研究人员对端粒上的四链DNA结构的兴趣逐步提高,其原因是一些研究结果发现提高G四聚体结构的稳定性可以抑制端粒酶对端粒结构的修复和延长作用。实验结果显示,一些配合基与四链DNA相互作用时,可以起到端粒酶抑制剂的作用,而85%的癌细胞生长和扩散都依赖于端粒酶作用下端粒的持续生长,因此四链DNA被认为是未来抗癌药物研究的潜在靶点,而识别四链DNA并能起到抑制剂作用的药物研究也逐步升温。目前在临床治疗中广泛使用的抗癌药为蒽环类化合物阿霉素和正定霉素。这两种药物均作为化疗药物在市场上出现。阿霉素和正定霉素分子均有一个蒽环和一个糖基组成,主要作用机理为药物分子通过嵌入到癌细胞DNA的内部,阻止DNA的转录与复制,并最终造成癌细胞的死亡。 2003年Clark团队通过晶体X射线衍射方法首次测得了平行四链DNA与药物正定霉素相互结合的复合物结构。衍射图像显示,所有的药物分子均结合在四链DNA的顶端,通过π-π相互作用和G四聚体的碱基相结合。他们的实验结果揭示了第一种四链DNA的识别模式：顶端结合模式。那么顶端结合模式是否是四链DNA唯一的识别模式,双链DNA中其他的识别模式是否可以在四链DNA中存在,这些问题都尚未解答。为了解答这些问题,我们对四链DNA和药物分子的结合过程进行了分子动力学模拟。模拟在水环境下进行,初始状态下四链DNA和药物分子相互独立。分析模拟所得到的轨迹,我们发现除了得到与实验结果相似的顶端结合模式之外还有新的结合模式出现,我们称其为称作凹槽结合模式。为了验证这些结合模式的稳定性并消除药物分子的影响,我们又以两种结合模式的代表结构为初始构型进行了100ns的模拟。本文一共分为四章。第一章介绍了本论文的研究背景及意义。第二章为模拟系统的简单介绍并详细描述了轨迹分析过程。第三章我们对平行四链DNA和药物的结合过程进行了多次模拟,并分析了所得轨迹,得到了两种主要的结合模式。最后我们对本论文进行了总结和展望。

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二维材料非绝热分子动力学探讨

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作者：岳宪珂山东大学

学位级别：硕士

石墨烯材料的出现,引发了对二维材料研究的热潮,在光催化、光电器件和太阳能电池等领域得到了人们极大的关注。二维材料多孔的结构和较高的比表面积,使其具有优异的物理化学特性。同时,较高的的电子-空穴迁移效率和丰富的吸附中心位点... 详细信息

石墨烯材料的出现,引发了对二维材料研究的热潮,在光催化、光电器件和太阳能电池等领域得到了人们极大的关注。二维材料多孔的结构和较高的比表面积,使其具有优异的物理化学特性。同时,较高的的电子-空穴迁移效率和丰富的吸附中心位点使得二维材料在光催化和光伏器件领域展现出较高的应用价值。非绝热动力学通常与激发态载流子动力学和光物理有关,包括电荷和能量转移,以及载流子的解离和电荷复合。理解二维材料中的非绝热分子动力学过程对于提供载流子的形成、演化和衰变的准确描述至关重要。通过非绝热分子动力学研究二维材料的层间电荷和电子-空穴转移过程将有利于二维材料的开发。本文研究了 B4C3/g-C3N4异质结和同主族元素掺杂绿磷体系,通过第一性原理计算和非绝热分子动力学模拟方法研究了二维材料的电荷转移过程以及光催化性能,主要为以下两个方面的内容:1.采用非绝热分子动力学模拟方法,研究了 B4C3/g-C3N4异质结构界面上光激发载流子的动力学过程。研究发现,在太阳光照射下,g-C3N4层的电子会从价带激发到导带,并转移到B4C3层中。对于电荷转移过程,主要的贡献是由不同状态之间的直接电荷跃迁或隧穿引起的非绝热过程,而不是绝热过程。这种行为在光生电子-空穴分离过程中是有效的,并有效地延长了光激发载流子的寿命。B4C3/g-C3N4异质结构较高的电荷转移效率和载流子寿命,使其在光伏领域有广泛应用前景。非绝热分子动力学模拟对于寻找新型光催化二维材料有较高的应用价值。2.采用第一性原理计算研究绿磷材料的光催化性能,并运用非绝热分子动力学模拟方法,分析了单原子掺杂绿磷体系的电子-空穴复合过程。通过光学性质研究,绿磷原胞以及单原子掺杂绿磷体系在可见光区域内表现出较强的光响应性能。原胞和掺杂体系的光吸收峰比较接近,这表明掺杂同主族元素并不会影响绿磷材料的光吸收性能。绿磷单层的载流子迁移率为4.88 × 104 cm2V-1s-1。对电子-空穴的复合过程研究表明,单原子掺杂会缩减载流子寿命。较高的载流子迁移率和较强的光响应性能,使得绿磷材料有望应用于光催化领域。

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单分子体系发射光子统计性质的理论研究

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作者：彭勇刚山东大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,单分子科学和技术的概念应运而生。从1989年对单个染料分子吸收信号的探测算起,在不到20年的时间里,单分子技术得到了迅猛的发展,已经成为物理学,化学,生物学以及材料科学等的主要研究手段之一。单分子技术的优点在... 详细信息

随着科学技术的发展,单分子科学和技术的概念应运而生。从1989年对单个染料分子吸收信号的探测算起,在不到20年的时间里,单分子技术得到了迅猛的发展,已经成为物理学,化学,生物学以及材料科学等的主要研究手段之一。单分子技术的优点在于,它能在分子尺度上探测到系统的涨落现象,由于传统的光谱技术采用了系综平均而无法探测到这种涨落现象。通过对单分子发射荧光的分析,可以得到单分子周围环境分子的分布情况以及其动力学行为,这对生物学的研究有很大的帮助,比如:用单分子技术来研究蛋白质的折叠与去折叠过程等。由于单分子自身的热涨落现象,单分子荧光信号中总是包含大量的噪音。所以要从探测到的荧光信号中提取出有用的信息显得非常的必要,同时这个过程也相当的困难甚至不可能。目前用来分析单分子信号的方法主要有:主方程方法(速率方程方法),这种方法忽略了谱扩散,相干性以及非马尔可夫效应,是一种直观唯象的理论,量子跳跃(Quantum Jump)方法,到目前为止这种方法只用来讨论了简单的孤立二能级原子体系和三能级原子体系,而实际的单分子体系要比孤立的二能级或三能级体系要复杂的多,如:由环境分子导致单分子参数随时间的涨落现象。广义的Wiener-Khintchine方法,这种方法采用半经典的方法来处理光子记数统计过程,导致该方法不能用来处理系统发射光子的反聚束效应。Lévy Walk方法,一种随机方法,用来处理非稳态的过程等。产生函数方法,这种方法既能处理系统发射光子的聚束效应也能处理系统发射光子的反聚束效应。并且对具体的单分子体系很容易用广义的光学布洛赫方程(Generalized Optical Bloch Equations)对发射光子的统计特征参数进行数值计算。本文主要运用这种方法来讨论三能级单分子体系的发射光子的统计性质。对V型体系的“透明”现象,以及∧的电磁场诱导透明现象进行了说明,还引入两个辅助参数对两种不同的光子进行记数统计,对它们的发射光子平均数,Mandel参数Q以及光子之间的联合分布几率和边缘分布几率进行了计算。本文分为四章: 第一章:综述,对单分子的发展,单分子给物理,化学,生物学以及物质科学带来的影响作了比较简单的介绍,并对当前存在的几种理论方法进行了分析。第二章:密度矩阵理论,对密度矩阵的概念以及其运动方程进行了说明,特别是对后面将要用到的约化密度矩阵的概念及其运动方程进行了比较详细的说明,并且给出了分子和外场作用下的,在偶极近似下的密度矩阵描述。在引入约化密度矩阵后,从微观的相互作用出发得到了一般三能级体系的约化密度矩阵运动方程,以及如何由约化密度矩阵方程构造产生函数进行了详细的推导说明。第三章:结果及讨论,运用第三章中得到的产生函数方程讨论具体的三能级体系:V,∧,(?)型在外场作用下的发射光子的统计性质,着重讨论了V型体系在连续场作用下的线型和Mandel参数Q和在脉冲场作用下的发射光子平均数随时间的变化,Mandel参数Q随时间的变化以及不同光子之间的相关性和它们之间的联合分布几率以及边缘分布几率;讨论了∧体系单连续场作用下的线型和Mandel参数Q以及在双连续场(激光场和电磁场)作用下的电磁诱导透明(Electromagnetic Induce Transparency)现象;以及(?)型体系在连续场作用下的线型和Mandel参数Q。第四章给出了简短的结论。

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