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驻波场中环状空化泡聚集结构的稳定性分析

物理学报 2024年第8期73卷 148-158页

作者：雷照康武耀蓉黄晨阳莫润阳沈壮志王成会郭建中林书玉陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710062

利用高速摄影和图像分析技术研究频率为40 kHz超声清洗槽中产生的环状空化泡聚集结构的演化过程.环状结构通常出现在波节附近,其半径小于1/8波长;在一个包络波周期内,结构经历建立、稳定、消失3个阶段,结构形貌具有稳定性.环状空化结构... 详细信息

利用高速摄影和图像分析技术研究频率为40 kHz超声清洗槽中产生的环状空化泡聚集结构的演化过程.环状结构通常出现在波节附近,其半径小于1/8波长;在一个包络波周期内,结构经历建立、稳定、消失3个阶段,结构形貌具有稳定性.环状空化结构存在气泡的输运现象,且在气泡主聚集区内有小泡团形成后向环内溢出,随后消失成离散的空化泡或泡核再次进入气泡输运循环.环状结构大小和气泡聚集区随时间小幅振荡变化,且存在结构整体旋转现象,主要取决于主声场和气泡间次级辐射场的共同作用.基于双气泡模型分析环状结构形成的物理机制,发现主声场是导致气泡形成环状聚集的控制因素.基于环链状模型分析了结构稳定性,通过数值计算得到了类环形结构等效势分布,且声压越高的地方等效势越高,此处气泡越易聚集.驱动声场越强,环链结构可能越完整,但是,声压过高导致高数密度的气泡聚集也可能破坏气泡的环状聚集稳定性进而演化成其他类型泡群结构.理论分析结果与实验现象具有很好的一致性.

关键词：超声空化环状气泡结构等效势能稳定性

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基于Rényi-α熵的参数化纠缠度量

物理学报 2024年第4期73卷 37-46页

作者：戴伟鹏贺衎侯晋川太原理工大学数学学院太原030024

与各种非参数化纠缠度量相比,参数化纠缠度量显示了其优越性.并发纠缠被广泛用于描述量子实验中的纠缠.作为一种纠缠度量,它与特定Rényi-α熵有关.本文提出了一种基于Rényi-α熵的参数化两体纠缠度量,命名为α-对数并发纠缠.与现有的... 详细信息

与各种非参数化纠缠度量相比,参数化纠缠度量显示了其优越性.并发纠缠被广泛用于描述量子实验中的纠缠.作为一种纠缠度量,它与特定Rényi-α熵有关.本文提出了一种基于Rényi-α熵的参数化两体纠缠度量,命名为α-对数并发纠缠.与现有的参数化度量不同,首先定义了纯态的度量,然后推广到混合态.进一步验证了α-对数并发纠缠满足纠缠度量3个条件.展示了对纯态的度量是容易计算的,然而对于混合态,解析计算只适用于特殊的双量子位态或特殊的高维混合态.因此,本文致力于建立一般两体态α-对数并发纠缠的一个下界.令人惊讶的是,这个下界是这个混合态的正部分转置判据和重排判据的函数.这表明了3种纠缠度量之间的联系.有趣的是,下界依赖于与具体态相关的熵参数.这样我们可以选择适当的参数α,使得Gα(ρ)≫0用于特定态ρ的实验纠缠检测.此外,计算了isotropic态的α-对数并发纠缠的表达式,并给出了d=2时isotropic态的解析表达式.最后,讨论了α-对数并发纠缠的的单配性.建立了两个量子比特系统中并发纠缠和α-对数并发纠缠之间的函数关系,然后得到了该函数的一些有用性质,并结合Coffman-Kundu-Wootters(CKW)不等式,建立了关于α-对数并发纠缠的单配性不等式.最终证明了单配性不等式对于α-对数并发纠缠是成立的.

关键词：参数化度量 Rényi-α熵纠缠度量并发纠缠

基于Adam算法的光学相控阵输出光束校准方法

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物理学报 2024年第9期73卷 136-144页

作者：王子豪龙烨仇轲徐佳木孙艳玲范修宏马琳廖家莉康永强西安电子科技大学光电工程学院西安710071 西安微电子技术研究所西安710000

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波... 详细信息

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波导相控阵输出光束的优化校准带来了困难,现有算法不仅光束校准质量不高,且校准效率较低.为此,本文将Adam算法应用于光波导相控阵输出光束校准系统中,通过建模仿真比较了Adam算法与现有SPGD算法和GS算法在光束校准层面上的优劣.同时,搭建实验系统实现了高质量的光束校准,根据校准结果,在Adam算法校准下光波导相控阵输出光束的主旁瓣比优于15.98 dB,对16×16光波导相控阵输出光束校准达到收敛所需的迭代次数低于600次.这一算法在光波导相控阵输出光束校准方面的应用,能够提高光波导相控阵的控制精度和效率,拓展光波导相控阵在激光雷达技术、数字全息技术和生物成像技术等方面的应用.

关键词：光波导相控阵光束校准算法 Adam算法

金电极对偶氮苯分子结的结构及其电输运性质的力学调控作用

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物理学报 2024年第8期73卷 350-358页

作者：严岩孙峰羊志孔程昱葛云龙陈登辉邱帅李宗良山东师范大学物理与电子科学学院济南250358

偶氮苯分子因存在顺反两种异构体而表现出不同的电输运性质.为了揭示电极的机械作用对偶氮苯分子的几何结构以及电输运性质的影响,基于第一性原理计算研究了偶氮苯分子在电极挤压和拉伸作用下的结构变化规律,并利用非平衡格林函数方法... 详细信息

偶氮苯分子因存在顺反两种异构体而表现出不同的电输运性质.为了揭示电极的机械作用对偶氮苯分子的几何结构以及电输运性质的影响,基于第一性原理计算研究了偶氮苯分子在电极挤压和拉伸作用下的结构变化规律,并利用非平衡格林函数方法计算了偶氮苯分子结在拉伸和压缩过程中以及分子在不同形状电极之间的电输运性质.结果表明,顺式和反式偶氮苯分子在电极作用下都具有较稳定的几何结构.其中顺式偶氮苯分子在电极拉至超过反式偶氮苯分子结平衡电极距离0.1 nm时仍保持为顺式结构.而反式偶氮苯分子在电极挤压下虽然发生了弯曲,但当电极距离压缩至短于顺式偶氮苯分子结0.2 nm时,中间的C—N—N—C二面角仍然保持反式结构.在低偏压下,两电极若为平面电极,则反式偶氮苯分子的电导高于顺式偶氮苯分子;若分子连接于两锥形电极尖端,则顺式偶氮苯分子结的电导更高.特别值得关注的是两种偶氮苯分子的导电能力随电极距离的变化正好相反,顺式偶氮苯分子结的电导随电极距离拉伸而增大,反式偶氮苯分子结的电导则随电极距离的压缩而增大.偶氮苯分子结的电导在电极距离变化时最大变化幅度可达10倍以上.

关键词：分子器件偶氮苯分子结电极距离分子传感器

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超高温陶瓷复合材料研究进展

无机材料学报 2024年第6期39卷 571-590页

作者：张幸红王义铭程源董顺胡平哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150001

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异... 详细信息

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而,本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用,需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时,飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展,包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与“固-液”组合工艺等制备方法,颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制,抗氧化烧蚀性能与机理,以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系,并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

关键词：超高温陶瓷复合材料强韧化抗氧化烧蚀轻量化综述

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动态拓扑下四旋翼无人机集群蜂拥控制

系统工程与电子技术 2024年第10期46卷 3473-3483页

作者：殷雅萱张安毕文豪杨盼黄湛钧西北工业大学航空学院陕西西安710072

针对动态拓扑下无严格构型约束的无人机集群协同控制问题,基于四旋翼无人机(quadrotor unmanned aerial vehicle,QUAV)内外环串级控制思想,提出一种QUAV集群蜂拥控制策略。引入卡尔曼一致性滤波(Kalman-consensus filter,KCF)算法对带... 详细信息

针对动态拓扑下无严格构型约束的无人机集群协同控制问题,基于四旋翼无人机(quadrotor unmanned aerial vehicle,QUAV)内外环串级控制思想,提出一种QUAV集群蜂拥控制策略。引入卡尔曼一致性滤波(Kalman-consensus filter,KCF)算法对带有噪声的通信数据进行融合,实现对变速度领导者状态的精确估计;考虑无人机集群拓扑的动态变化及可扩展性需求,设计基于KCF的蜂拥控制算法以实现无人机集群位置控制,利用李雅普诺夫稳定性定理证明算法的稳定性;基于大脑情感学习(brain emotional learning,BEL)模型设计姿态控制器,实现了QUAV的姿态控制。通过仿真实验验证了控制算法的有效性。

关键词：无人机集群蜂拥控制动态拓扑卡尔曼一致性滤波大脑情感学习

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单空位缺陷对二维δ-InSe稳定性的影响

物理学报 2024年第4期73卷 127-135页

作者：苗瑞霞王业飞谢妙春张德栋西安邮电大学电子工程学院西安710121

二维InSe半导体材料由于其优异的电学性能以及适中可调的带隙等优点,引起了研究者的关注.材料中的空位缺陷不仅影响材料的光电学特性,还影响材料的环境稳定性.相比于InSe材料中的其他相,δ-InSe具有更优异的材料性能,然而关于对该材料... 详细信息

二维InSe半导体材料由于其优异的电学性能以及适中可调的带隙等优点,引起了研究者的关注.材料中的空位缺陷不仅影响材料的光电学特性,还影响材料的环境稳定性.相比于InSe材料中的其他相,δ-InSe具有更优异的材料性能,然而关于对该材料环境稳定性影响的研究未见报道.本文基于密度泛函理论,系统研究了O_(2)环境下二维δ-InSe材料的稳定性问题.结果表明:1)在O_(2)环境下,完美δ-InSe表面具有良好的惰性和稳定性,O_(2)分子在其表面从物理吸附到解离吸附需要克服1.827 eV的势垒;2)Se空位(V_(Se))的存在则会促进δ-InSe的氧化反应,被氧化的过程仅需克服0.044 eV的势垒,说明V_(Se)的存在使δ-InSe在O_(2)环境下的稳定性显著下降,此外被O_(2)分子氧化的δ-InSe单层有利于H_(2)O分子的解离吸附;3)含有In空位(V_(In))的δ-InSe被氧化的速率较慢,O_(2)分子在V_(In)表面的物理吸附的吸附能和电荷转移与完美表面基本一致,被氧化的过程需克服1.234 eV的势垒.这一研究结果将为更好地理解单空位缺陷对δ-InSe单层的氧化行为提供理论指导,同时为高可靠二维δ-InSe器件的实验制备提供参考.

关键词： δ-InSe O_(2) 单空位缺陷稳定性

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用于扫描隧道显微镜的低噪声前置电流放大器

物理学报 2024年第13期73卷 20-27页

作者：唐海涛米壮王文宇唐向前叶霞单欣岩陆兴华中国科学院物理研究所应用物理中心北京10019 中国科学院大学物理学院北京100190

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一,其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要.本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素,通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化,设计了一款针对扫描隧道显微镜... 详细信息

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一,其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要.本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素,通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化,设计了一款针对扫描隧道显微镜系统的前置电流放大器.该放大器最灵敏档位(1 GΩ)的噪声低至4 fA/(Hz)1/2,带宽为2.3 kHz,具有10 MΩ,100 MΩ和1 GΩ三个测量量程并且可以通过控制信号实现自动切换,测量范围覆盖pA—μA量级的隧穿电流.利用该前置电流放大器展示了扫描隧道显微镜系统的主要功能,包括表面形貌表征、扫描隧道谱测量以及原子搬运,并探索了隧穿电流中散粒噪声的测量.通过散粒噪声随隧穿电流的变化关系,得到隧穿结中散粒噪声的法诺因子约等于1,验证了简单金属隧穿结中电子隧穿满足泊松过程,为表面电子关联体系的高精度表征提供了基础.

关键词：扫描隧道显微镜前置电流放大器散粒噪声

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纳米限域Couette流边界气泡减阻机理

物理学报 2024年第15期73卷 123-132页

作者：张鹏张彦如张福建刘珍张忠强江苏大学机械工程学院镇江212013 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率,降低航行过程中的综合能耗具有重要意义.本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性,分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界... 详细信息

气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率,降低航行过程中的综合能耗具有重要意义.本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性,分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界滑移速度和减阻效果的影响规律.研究结果表明:气泡减阻效果随边界滑移速度的增大而增强;在气-液两相流动区域,随着剪切速度的增大,边界吸附气泡的横向变形和边界滑移速度增大,边界气泡减阻效果增强.固-气相互作用强度和气体浓度增大均导致气体原子在近壁面的富集现象增强,提高了壁面上气泡的铺展特性,从而增大了固-液界面滑移速度.壁面粗糙度会改变气泡的铺展特性,影响边界滑移速度,进而改变流固界面减阻效果;随着肋高的增大,气体原子在肋条间凹槽中聚集,肋条上表面气体原子吸附量减少,导致固-液界面边界滑移速度减小,并最终降低了减阻效果.研究结果将对大型舰船和水下航行器边界减阻技术提供重要理论指导.

关键词：气泡减阻边界滑移 Couette流分子动力学