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Proton radiation effects on high-speed silicon Mach-Zehnder modulators for space application

Science China(Information Sciences) 2022年第12期65卷 301-312页

作者： Changhao HAN Zhaoyi HU Yuansheng TAO engang fu Yandong HE Fenghe YANG Jun QIN Xingjun WANG State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks School of Electronics Peking University State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology School of Physics Peking University Institute of Microelectronics School of Integrated Circuits Peking University Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics Frontier Science Center for Nano-optoelectronics Peking University Peng Cheng Laboratory

In this paper, performance degradation effects on high-speed silicon Mach-Zehnder modulators under proton radiation were investigated for future space environment applications. The test devices were exposed to 3-MeV protons of three fluence levels(5×1013, 2×1014, and 5×1015ions/cm2), which is comparable to the radiation amount for operating in a harsh space environment after several decades. The performance of the silicon modulator after radiation was characterized in terms of modulation efficiency and eye *** results illustrate that the modulation efficiency is significantly reduced after proton radiation and shows an obvious decrease with increasing radiation fluence. The extinction ratios of the on-off keying(OOK) eye diagram are obviously dropped with increasing radiation fluence and correspond well to modulation efficiency degradation. furthermore, three representative states for data transmission are demonstrated under three fluences, from still working to the critical state and eventually complete fail. Displacement damage and ionization damage are the two major mechanisms during proton radiation, which lead to the bulk defects and accumulating defect charges and cause performance degradation of silicon Mach-Zehnder modulators.

关键词： silicon Mach-Zehnder modulator proton radiation space application silicon photonics optical communication

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Tuning the release rate of volatile molecules by pore surface engineering in metal-organic frameworks

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Chinese Chemical Letters 2021年第6期32卷 1988-1992页

作者： Hongwen Chen Huaqiang Chen Bo Zhang Liming Jiang Youqing Shen engang fu Dan Zhao Zhuxian Zhou Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of Ministry of Education and Center for Bionanoengineering College of Chemical and Biological EngineeringZhejiang UniversityHangzhou 310027China State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology School of PhysicsPeking UniversityBeijing 100871China Key Laboratory of Macromolecular Synthesis and functionalization of Ministry of Education Department of Polymer Science and EngineeringZhejiang UniversityHangzhou 310027China Department of Chemical&Biomolecular Engineering National University of SingaporeSingapore 117585Singapore

Encapsulation and controlled release of volatile molecules such as fragrances in a designed manner is important but challenging for the flavor and fragrance ***,we report the tuning release of volatile molecules by postsynthetic modification of an amine-terminated metal-organic framework(MOF)MIL-101-NH_(2).By amidation,we obtained three MIL-101 MOFs,the trimethylacetamideterminated TC-MIL-101,the benzamide-terminated BC-MIL-101,and the oxalic acid monoamideterminated *** the MOFs can efficiently encapsulate volatile ***,we demonstrate that the release profile of volatiles can be widely tuned to sustain the release in several days to months and even over a year using different modified MIL-101 *** show that the release profiles are correlated with the binding energies between the guest volatiles and pores in *** pore diffusion and the synergistic transport are the rate-limiting step of the guest molecules from the modified MOFs.

关键词： Metal-organic frameworks(MOFs) Postsynthetic modification Encapsulation and sustained-release Fragrances Host-guest interaction

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Defect engineering of molybdenum disulfide through ion irradiation to boost hydrogen evolution reaction performance

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Nano Research 2019年第7期12卷 1613-1618页

作者： Cheng Sun Peipei Wang Hao Wang Chuan Xu Juntong Zhu Yanxia Liang Ying Su Yining Jiang Wenqi Wu engang fu Guifu Zou Soochow Institute for Energy and Materials Innovations & Key Laboratory of Advanced Carbon Materials and Wearable Energy Technologies oj Jiangsu Province Soochow UniversitySuzhou 215006China State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology School of PhysicsPeking UniversityBeijing 100871China

The inert basal plane of molybdenum disulfide (MoS2) restrains its further hydrogen evolution reaction (HER) *** work attempts ion irradiation to activate inert basal plane of MoS2 nanosheet to improve its electrocatalytic *** results demonstrate the sulphur vacancies generated by ion irradiation on the basal plane of MoS2 mainly boost the efficiency of HER *** moderate fluence of carbon ion irradiation gains the optimum HER performance with an onset potential of 77 mV and Tafel slope of 66 mV/dec.

关键词： MoS2 nanosheet ion irradiation electrocatalyst hydrogen evolution reaction sulphur vacancy

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掺铝氧化锌薄膜的红外性能及机制

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金属学报 2005年第3期41卷 333-336页

作者：付恩刚庄大明张弓清华大学机械工程系

采用中频交流磁控溅射氧化锌铝(ZnO+2％Al2O3)陶瓷靶材的方法制备了掺铝氧化锌ZAO(ZnO:Al)薄膜.利用红外光谱仪测试了薄膜的红外反射性能,研究了薄膜厚度、基体温度和氩气压力对ZAO薄膜红外反射性能的影响规律,确定了制备具有高红外... 详细信息

采用中频交流磁控溅射氧化锌铝(ZnO+2％Al2O3)陶瓷靶材的方法制备了掺铝氧化锌ZAO(ZnO:Al)薄膜.利用红外光谱仪测试了薄膜的红外反射性能,研究了薄膜厚度、基体温度和氩气压力对ZAO薄膜红外反射性能的影响规律,确定了制备具有高红外反射率的ZAO薄膜的工艺参数.

关键词：磁控溅射 ZAO薄膜红外反射

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Modification of short-range repulsive interactions in ReaxFF reactive force field for Fe–Ni–Al alloy

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Chinese Physics B 2021年第8期30卷 113-119页

作者： Huaqiang Chen Lin Lang Shuaiyu Yi Jinlong Du Guangdong Liu Lixia Liu Yufei Wang Yuehui Wang Huiqiu Deng engang fu State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology School of PhysicsPeking UniversityBeijing 100871China Department of Applied Physics School of Physics and ElectronicsHunan UniversityChangsha 410082China Department of Chemistry and Biology University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan InstituteZhongshan 528402China

The short-range repulsive interactions of any force field must be modified to be applicable for high energy atomic collisions because of extremely far from equilibrium state when used in molecular dynamics(MD)*** this work,the short-range repulsive interaction of a reactive force field(ReaxFF),describing Fe-Ni-Al alloy system,is well modified by adding a tabulated function form based on Ziegler-Biersack-Littmark(ZBL)*** modified interaction covers three ranges,including short range,smooth range,and primordial *** short range is totally predominated by ZBL *** primordial range means the interactions in this range is the as-is ReaxFF with no *** smooth range links the short-range ZBL and primordial-range ReaxFF potentials with a taper *** energies and forces are guaranteed to be continuous,and qualified to the consistent requirement in *** modified force field is applicable for simulations of energetic particle bombardments and reproducing point defects'booming and recombination effectively.

关键词： molecular dynamics force field modification Fe–Ni–Al alloy irradiation

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基于界面和纳米析出相材料的抗辐照损伤机制研究进展

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科学通报 2023年第9期68卷 1125-1140页

作者：杜进隆徐川付恩刚北京大学物理学院技术物理系北京100871 北京大学核物理与核技术国家重点实验室北京100871

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间... 详细信息

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间的演变往往造成材料组织结构的改变,从而引起材料性能的下降,甚至失效.具有更苛刻服役条件的先进反应堆急需具有更优异抗辐照损伤性能的结构材料.抗辐照损伤材料设计的本质就是通过成分和微观结构等设计来提高材料中载能粒子辐照所引入缺陷的湮灭能力,从而提高材料的抗辐照性能.基于界面的抗辐照损伤设计是近几十年抗辐照损伤材料设计的主要思路.本文从抗辐照损伤机理研究存在的挑战出发,主要综述了基于界面的抗辐照材料结构、成分设计及特点,已经提出的抗辐照损伤设计方案及相关机理,重点介绍了北京大学技术物理系核技术应用团队基于界面以及提出的循环溶解再析出的纳米析出相的抗辐照损伤材料设计及机理方面的研究进展,并对未来基于界面和纳米析出相抗辐照损伤设计的研究进行了展望.

关键词：核结构材料辐照损伤和效应界面纳米析出相抗辐照机制

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北京大学1.7 MV串列静电加速器的离子注入/辐照实验系统

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原子核物理评论 2021年第4期38卷 410-415页

作者：徐川付恩刚北京大学物理学院技术物理系核物理与核技术国家重点实验室北京100871

北京大学1.7MV串列静电加速器运行至今已有三十多年。该加速器配备有高频电荷交换负离子源和铯溅射负离子源,能够引出从H到Au之间的大部分元素的离子。离子能量可被加速至几百keV到若干MeV,主要开展离子注入/辐照实验和卢瑟福背散射(RBS... 详细信息

北京大学1.7MV串列静电加速器运行至今已有三十多年。该加速器配备有高频电荷交换负离子源和铯溅射负离子源,能够引出从H到Au之间的大部分元素的离子。离子能量可被加速至几百keV到若干MeV,主要开展离子注入/辐照实验和卢瑟福背散射(RBS)和沟道分析等离子束分析工作。基于辐照实验需求,建立了高温辐照系统,温度最高可达950℃。为了实现更加精确的离子注入,设计了直接式与间接式两种法拉第杯结构,使束流扫描面积精确控制,并且在测量束流强度时除了抑制次级电子,还考虑到了次级正离子的影响。利用不同能量的Au离子在单晶Si片上进行了注入实验,通过RBS分析显示测量剂量与期望剂量误差在4%以内,此外,注入均匀性的测试表明注入剂量的相对标准偏差为2%。

关键词：串列静电加速器离子注入/辐照法拉第杯卢瑟福背散射分析

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北京大学静电加速器及其应用

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科学通报 2023年第9期68卷 1096-1103页

作者：徐川付恩刚高原任晓堂北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室北京100871

加速器在核物理、材料科学、考古等领域都有着广泛应用.北京大学在20世纪90年代左右有3台静电加速器投入运行,分别是1.7 MV串列静电加速器、4.5 MV单级静电加速器和6 MV串列静电加速器.1.7 MV串列静电加速器配备有高频电荷交换负离子源... 详细信息

加速器在核物理、材料科学、考古等领域都有着广泛应用.北京大学在20世纪90年代左右有3台静电加速器投入运行,分别是1.7 MV串列静电加速器、4.5 MV单级静电加速器和6 MV串列静电加速器.1.7 MV串列静电加速器配备有高频电荷交换负离子源和铯溅射负离子源,可引出从H到Au之间大部分元素的离子,离子能量从几百keV到若干MeV,主要开展室温及高温离子辐照实验、背散射和沟道分析等离子束分析工作.近年,利用离子辐照束线在核材料研究等方面取得了许多重要科研成果.4.5 MV静电加速器端电压在0.7~3.8 MV连续可调,主要加速氢/氦同位素离子,并可通过辐照靶材料产生准单能直流/脉冲中子场.该中子场主要应用于(n,α)核反应截面的测量.近年,基于4.5 MV静电加速器建立了综合离子束分析系统,可进行卢瑟福背散射、核反应分析和粒子诱发X射线分析3种离子束分析方法的综合应用.利用该方法,对Fe合金样品中杂质元素的含量和部分元素的深度分布进行了测量.6 MV EN串列加速器是牛津大学赠于北京大学,为许多基础和应用研究提供了支持,其主要用于加速器质谱、离子辐照以及离子束分析工作,也可以用来对探测器进行刻度.随着现代离子束分析技术和多束离子辐照装置的发展,3台加速器将为科研提供更好的技术支持.

关键词：静电加速器离子辐照核能材料离子束材料改性离子束分析

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北京大学技术物理系离子束材料改性研究最新进展

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中国科学:物理学、力学、天文学 2023年第10期53卷 128-145页

作者：樊勇徐川付恩刚北京大学物理学院技术物理系核技术应用实验室北京100871

离子束改性技术能够实现元素的掺杂、材料表面结构和形貌的调控,是一种清洁、高效的表面改性技术,并且已经成为表面物理研究中的独特技术.为了推动“双碳”目标的实现,北京大学技术物理系核技术应用团队将离子束改性技术与新能源材料、... 详细信息

离子束改性技术能够实现元素的掺杂、材料表面结构和形貌的调控,是一种清洁、高效的表面改性技术,并且已经成为表面物理研究中的独特技术.为了推动“双碳”目标的实现,北京大学技术物理系核技术应用团队将离子束改性技术与新能源材料、柔性光电材料和二维材料相结合,围绕高性能新能源材料的开发和结构改性机制开展了深入研究,提出全新的材料改性策略,取得了原创性成果.研究团队针对摩擦起电材料、催化材料、碳基材料和纳米多孔材料,通过离子束辐照精确调控材料的微观结构,大幅度提高其宏观性能,制备出高性能新能源材料和器件,并揭示其内在机制促进了新能源技术的发展,为新能源材料的制备提供了示范性工作,也为传统离子束技术应用开拓了新的领域.

关键词：离子辐照与注入离子束改性新能源材料和器件摩擦纳米发电材料催化材料

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