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单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质

物理学报 2024年第13期73卷 269-276页

作者：马荣荣马晨蕊葛梅郭世祺张均锋山西师范大学物理与信息工程学院太原030031 海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,... 详细信息

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,讨论了蓝磷SW(Stone Wales)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质.利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法,修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能.研究结果表明,在所讨论的缺陷中,富O条件下OP具有最低的形成能,最稳定;而SV的离化能最小,最容易电离.引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响.缺陷带电过程中,缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷.本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导.

关键词：第一性原理计算蓝磷带电缺陷离化能

Einstein-Bumblebee引力理论中的Kerr-Sen-like黑洞玻色子隧穿辐射

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物理学报 2024年第4期73卷 60-68页

作者：谭霞杨树政齐鲁师范学院物理与电子工程学院济南250200 西华师范大学物理与天文学院南充637002

Lorentz-breaking理论不仅对弯曲时空背景有影响,而且对于在弯曲时空中的玻色子和费米子的动力学方程都有一定的修正.因此,我们需要在不同的黑洞时空中对玻色子和费米子的量子隧穿辐射进行适当的修正.从而得到经过Lorentz-breaking理论... 详细信息

Lorentz-breaking理论不仅对弯曲时空背景有影响,而且对于在弯曲时空中的玻色子和费米子的动力学方程都有一定的修正.因此,我们需要在不同的黑洞时空中对玻色子和费米子的量子隧穿辐射进行适当的修正.从而得到经过Lorentz-breaking理论修正后的黑洞Hawking温度等物理量的新表达式及其物理意义.本文根据Einstein-Bumblebee引力理论中得到的Kerr-Sen-like(KSL)黑洞时空度规,在标量场作用量中引入aether-like场矢量修正项和弯曲时空中的d’Alembert算符并应用弯曲时空中的变分原理,研究了此时空度规中的Lorentz-breaking修正项及KSL时空中自旋为零的含有Lorentz-breaking修正项的玻色子动力学方程的新形式.通过正确选择与KSL时空度规相对应的aether-like场矢量,求解修正的玻色子动力学方程,得到了修正的量子隧穿率,并在此基础上研究了含有Lorentz-breaking修正项的此黑洞的Hawking温度和Bekenstein-Hawking熵.此外,还研究了Lorentz-breaking效应对玻色子正、负能级分布及其能级交错的最大值的影响,从而得出此黑洞时空中的量子非热辐射的条件.最后对所得到的一系列结果的物理意义进行了深入的讨论.

关键词： Lorentz-breaking Einstein-Bumblebee引力理论 Kerr-Sen-like黑洞 Bekenstein-Hawking熵

基于源项解耦的物理信息神经网络方法及其在放电等离子体模拟中的应用

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物理学报 2024年第14期73卷 155-166页

作者：方泽潘泳全戴栋张俊勃华南理工大学电力学院广州510641

近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个... 详细信息

近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个通用的PINNs框架(源项解耦PINNs,Std-PINNs),用于求解多粒子低温等离子体流体模型.Std-PINNs通过引入等效正离子,并将电流连续性方程替代各粒子输运方程作为物理约束,实现了重粒子输运方程源项与电子密度、平均电子能量的解耦,极大降低了训练复杂度.本文通过两个经典放电案例(低气压氩气辉光放电、大气压氦气辉光放电)展示了Std-PINNs在求解多粒子低温等离子体流体模型的应用,并将结果与传统PINNs和有限元(FEM)模型进行了对比.结果显示,传统PINNs输出了完全错误的训练结果,而Std-PINNs与FEM结果之间的L2相对误差能达到约10–2量级,由此验证了Std-PINNs在模拟多粒子等离子体流体模型的可行性.Std-PINNs为低温等离子体模拟提供了新的思路,并拓展了深度学习方法在复杂物理系统建模中的应用.

关键词：物理信息神经网络低温等离子体源项解耦流体模型

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基于光束偏移器的光的轨道角动量分束器

物理学报 2024年第7期73卷 163-170页

作者：张卓张景风孔令军北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室北京100081

近年来,光的轨道角动量自由度的高维度特性引起了广泛的关注.该自由度在许多科学领域得到了研究和应用,特别是在光通讯和量子信息领域.为了充分利用轨道角动量的高维特性,不同的轨道角动量态的非破坏分离成为一个最基本的要求.然而,目... 详细信息

近年来,光的轨道角动量自由度的高维度特性引起了广泛的关注.该自由度在许多科学领域得到了研究和应用,特别是在光通讯和量子信息领域.为了充分利用轨道角动量的高维特性,不同的轨道角动量态的非破坏分离成为一个最基本的要求.然而,目前已有的轨道角动量分束系统,要么在稳定性和级联拓展性方面有所不足;要么分离后的轨道角动量态的特性遭到严重破坏,无法参与进一步的相互作用过程.本文基于光束偏移器构建微型Mach-Zehnder干涉仪,设计了一个稳定且紧凑的轨道角动量分束器,实现了轨道角动量模式的非破坏分束.设计中由于只存在光束的全反射,因此理论上能量损耗为零.在微型Mach-Zehnder干涉仪中的光束经过的光学元件相同,且光束的空间偏移量较小,所以该轨道角动量分束器具有很好的稳定性.此外,由于被分开的轨道角动量态与入射的轨道角动量态具有相同的传播方向,因此该分束器具有很好的可拓展性,便于级联使用.本研究对轨道角动量这一高维自由度在光通讯等相关领域的应用有重要意义.

关键词：轨道角动量态识别光通讯

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旋转超导转子的氦气阻尼特性

物理学报 2024年第8期73卷 329-340页

作者：张源胡新宁崔春艳崔旭牛飞飞王路忠王秋良中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院赣江创新研究院赣州341119

超导转子磁悬浮装置可制作角速度传感器,超导转子的高速驱动是实现超导转子磁悬浮装置高精度的基础.超导转子的热损耗和径向质量偏心会使超导转子在驱动过程中热失超和共振,所以在超导转子的驱动过程中,超导球腔中需要保持定量的氦气,... 详细信息

超导转子磁悬浮装置可制作角速度传感器,超导转子的高速驱动是实现超导转子磁悬浮装置高精度的基础.超导转子的热损耗和径向质量偏心会使超导转子在驱动过程中热失超和共振,所以在超导转子的驱动过程中,超导球腔中需要保持定量的氦气,以此传递超导转子的产热和抑制超导转子的共振.但氦气同时会对超导转子产生阻力,影响超导转子的驱动过程.基于此开展了超导转子在氦气中的阻力矩研究,首先引入范德瓦耳斯方程分析了低温氦气的性质,提出了一种低温氦气对超导转子阻力矩的研究方法,并进行实验验证.然后基于有限元方法分析了超导转子旋转驱动的电磁结构和电磁力矩,并研究了氦气对超导转子加速过程的影响,包括临界驱动速度、超导转子的加速时间和氦气对超导转子的摩擦热等.研究结果提供了一种低温气体对旋转超导体阻力矩的研究方法,为进一步优化超导转子的驱动过程提供参考.

关键词：超导磁悬浮超导转子氦气阻力矩电磁驱动

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铁磁绝缘体中磁振子的非平衡稳态输运性质

物理学报 2024年第14期73卷 214-221页

作者：杨栋超易立志丁林杰刘敏朱丽娅许云丽何雄沈顺清潘礼庆 John Q.Xiao 三峡大学理学院湖北省弱磁探测工程技术研究中心宜昌443002 三峡学院物理系重庆404100 香港大学物理系中国香港999077 Department of Physics and Astronomy University of DelawareNewark 19716USA

玻色子体系中的非平衡输运过程研究是极具挑战性的工作.磁振子是玻色子,具有与电子等费米子截然不同的自旋输运行为.本文以钇铁石榴石(YIG)铁磁绝缘体为研究对象,聚焦影响稳态下YIG中磁振子非平衡输运过程的关键因素.通过将具有非零化... 详细信息

玻色子体系中的非平衡输运过程研究是极具挑战性的工作.磁振子是玻色子,具有与电子等费米子截然不同的自旋输运行为.本文以钇铁石榴石(YIG)铁磁绝缘体为研究对象,聚焦影响稳态下YIG中磁振子非平衡输运过程的关键因素.通过将具有非零化学势μm的玻色-爱因斯坦统计函数引入到玻尔兹曼输运方程中,获得了以为幂次的输运方程严格解析表达式(当α(=-μm/(k_(B)T))<1时).结果显示,当α<<1时,我们得到了与以往研究不同的化学势μm与非平衡粒子浓度δn_(m)之间的非线性关系δn_(m)∝-α^(1/2)α-(-μm)^(1/2)α;较大时,则还须考虑其高阶项.正因这种非线性关系,导致磁振子扩散方程显著不同于电子自旋扩散特性,其由线性微分方程演变为更复杂的非线性微分方程.本文重点研究了在两种极端温度梯度(即■T~1K/mm和10^(4)K/mm)下非平衡磁振子浓度δn_(m)和化学势μm的空间分布,它们分别对应于μm的值约为-0.1μeV和-6.2meV,均满足前提条件α<1.在远离平衡态的大温度梯度分布下,本文理论计算与实验结果吻合很好.这些理论研究结果将加深人们对铁磁绝缘体中磁振子非平衡输运行为的认识.

关键词：磁振子非平衡输运化学势磁振子扩散方程玻尔兹曼输运方程

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过渡区内纳米颗粒的曳力特性模拟研究

物理学报 2024年第7期73卷 244-251页

作者：刘旺旺张克学王军夏国栋北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室传热与能源利用北京重点实验室北京100124

在过渡区内,关于纳米颗粒曳力计算及输运特性的研究较为困难,通常会采用一些近似方法,将自由分子区或者连续介质区的理论计算式进行修正,以适用于过渡区,但是其准确性值得商榷.本文基于分子动力学模拟方法,研究了过渡区内纳米颗粒的曳... 详细信息

在过渡区内,关于纳米颗粒曳力计算及输运特性的研究较为困难,通常会采用一些近似方法,将自由分子区或者连续介质区的理论计算式进行修正,以适用于过渡区,但是其准确性值得商榷.本文基于分子动力学模拟方法,研究了过渡区内纳米颗粒的曳力特性,并与相关理论进行对比.结果表明,气-固分子间相互作用对纳米颗粒的曳力具有显著影响.当气固结合强度较弱时,理论计算结果与分子动力学模拟值吻合较好;当气固结合强度较强时,分子动力学模拟结果明显大于理论值,这是由于气体分子在纳米颗粒表面的吸附所导致.基于气体分子在颗粒表面的吸附特性,提出引入有效颗粒半径修正,其过渡区内曳力的理论计算结果与分子动力学模拟结果吻合较好.

关键词：纳米颗粒过渡区曳力分子动力学模拟

基质VO_(4)^(3+)与掺杂离子Pr^(3+)荧光强度比的新型高灵敏度光学测温研究

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物理学报 2024年第9期73卷 263-270页

作者：严涌飚李霜丁双双张冰雪孙浩鞠泉浩姚露长春理工大学物理学院长春130022 长春理工大学国际纳米光子学与生物光子学联合研究中心吉林省纳米光子学与生物光子学重点实验室长春130022

目前,光学测温技术在传感、治疗、诊断和成像等领域取得了重大突破.但是,基于传统热耦合能级荧光强度比测温的灵敏度较低,限制了其进一步的发展.本文基于基质与掺杂离子间不同的温度依赖行为,提出了一种新型的具有高灵敏度的测温方案.首... 详细信息

目前,光学测温技术在传感、治疗、诊断和成像等领域取得了重大突破.但是,基于传统热耦合能级荧光强度比测温的灵敏度较低,限制了其进一步的发展.本文基于基质与掺杂离子间不同的温度依赖行为,提出了一种新型的具有高灵敏度的测温方案.首先,采用固相法成功合成了YVO_(4):Pr^(3+)荧光粉.然后,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对样品的结构与发光特性进行表征.XRD结果表明Pr^(3+)成功掺入YVO_(4)基质.SEM结果表明样品为长方体形状微米晶颗粒,平均颗粒大小约为2.1μm.在320 nm激发下,YVO_(4):Pr^(3+)主要呈现出在440 nm附近的蓝光发射和606 nm的红光发射,发光峰不存在明显的重叠.基于VO_(4)^(3+)与Pr^(3+)的发光对温度的不同响应,实现了新的荧光强度比测温方案.测温范围为303—353 K,最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为0.651 K–1和3.112×10^(–2) K^(–1)@353 K,远高于传统的热耦合能级测温方案.这为设计具有优异温度灵敏度和信号可辨别性的自参考光学测温材料提供了一种有前景的途径.

关键词：发光特性光学测温荧光强度比温度灵敏度

结合电子束辐照与压电压力波法空间电荷分布实时测量的空间电荷包迁移行为的研究

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物理学报 2024年第2期73卷 278-286页

作者：潘佳萍张冶文李俊吕天华郑飞虎同济大学电子与信息工程学院上海201804

空间电荷包现象是一种特殊的空间电荷现象,具体表现为空间电荷以包的形态沿着极化电场的方向进行迁移.目前针对空间电荷包现象的研究还存在一些不足,研究的对象通常集中在聚乙烯及其交联产物中的正极性空间电荷包.本文提出了一套用于负... 详细信息

空间电荷包现象是一种特殊的空间电荷现象,具体表现为空间电荷以包的形态沿着极化电场的方向进行迁移.目前针对空间电荷包现象的研究还存在一些不足,研究的对象通常集中在聚乙烯及其交联产物中的正极性空间电荷包.本文提出了一套用于负极性空间电荷包特性研究的一体化实验系统,可进行电子束辐照与压电压力波法空间电荷分布实时测量相结合的实验研究,并简要介绍了该系统的结构与功能.该系统适用于不同厚度范围的各类绝缘电介质样品在不同电场下的实验研究.本文使用该实验系统初步研究了在不同外加电场(15,20,2.5,30 kV/mm)下聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯样品内负极性空间电荷包的迁移行为,并从实验结果中提取了负极性载流子;(电子)的迁移特性.聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯样品中电子的迁移速率均存在随着电场的增加而减小的负微分迁移率现象,聚丙烯中该现象出现的阈值电场约为26.0 kV/mm,聚甲基丙烯酸甲酯中该现象出现的阈值电场约为19.5 kV/mm,消失的截止电场约为27.5 kV/mm.

关键词：绝缘聚合物空间电荷包电子束辐照载流子迁移率