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基于超级电容器的充放电电路系统研制及其在EAST限制器探针测量中的应用

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物理学报 2024年第6期73卷 258-269页

作者：张问博刘少承廖亮魏文崟李乐天王亮颜宁钱金平臧庆中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相... 详细信息

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相比于其他磁约束聚变装置上使用的9 V干电池组,大容量电容器具有电压设置灵活、易于维护和环保等优点.为此,研发和测试了整套超级电容器的充放电控制电路.本文还基于Python语言开发了超级电容器充放电控制电路的控制软件,通过该软件可以实现对电路的远程控制和自动控制.经实验测试,电容器充放电控制电路可以在长脉冲放电条件下为探针输出稳定的偏压,适用于磁约束聚变的复杂电磁环境.通过将超级电容器充放电控制电路应用于EAST限制器探针诊断,测量了2.45 GHz和4.6 GHz两种低杂波加热条件下刮削层等离子体离子饱和流、悬浮电位、电子温度和密度等特征参数的三维分布,发现2.45 GHz低杂波加热时刮削层电子密度较高,而双波协同加热时刮削层电子密度最高.这一系列测试与物理实验充分验证了超级电容器充放电控制电路的可靠性和稳定性.

关键词：朗缪尔探针超级电容器磁约束聚变等离子体托卡马克

碳基无金属纳米材料用于电催化合成小分子化学品

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新型炭材料（中英文） 2024年第1期39卷 42-63页

作者：石磊李彦哲尹华杰赵慎龙国家纳米科学中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室北京100190 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽合肥230031

电催化是各种以化学品形式储存可再生电力能源技术的核心。目前,贵金属基催化剂广泛应用于提高电催化转化效率。然而,成本高、稳定性差等缺点严重阻碍了其在电合成和可持续能源器件中的大规模应用。碳基无金属催化剂(CMFCs)在提高催化... 详细信息

电催化是各种以化学品形式储存可再生电力能源技术的核心。目前,贵金属基催化剂广泛应用于提高电催化转化效率。然而,成本高、稳定性差等缺点严重阻碍了其在电合成和可持续能源器件中的大规模应用。碳基无金属催化剂(CMFCs)在提高催化性能方面展现出巨大潜力,且受到越来越多的关注。本文概述了用于电催化合成的CMFCs的最新研究进展,并讨论了其催化机理和设计策略。此外,简要总结了电催化合成过氧化氢、氨、氯以及各种碳基和氮基化合物的研究现状,并重点阐述了CMFCs目前面临的挑战和未来前景。

关键词：电合成电催化碳基纳米材料无金属电催化剂小分子化学品

长期探寻的Au_(23)(S-Adm)_(16)结构及未曾预期的掺杂效应

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物理化学学报 2024年第5期40卷 1-2页

作者：冯磊朱泽敏杨颖何宗兵邹家丰李漫波赵燕伍志鲲安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽省纳米材料与技术重点实验室中国科学院纳米卓越中心合肥230031

一锅同时获得单个金属原子掺杂的纳米团簇与母体团簇富有挑战性。这样的合成可排除微量杂质的影响,使得掺杂和未掺杂纳米团簇的性质对比更加合理可靠。在此,我们首次实现了这种合成,得到了长期追寻的纳米团簇Au_(23)(SAdm)_(16)和其单... 详细信息

一锅同时获得单个金属原子掺杂的纳米团簇与母体团簇富有挑战性。这样的合成可排除微量杂质的影响,使得掺杂和未掺杂纳米团簇的性质对比更加合理可靠。在此,我们首次实现了这种合成,得到了长期追寻的纳米团簇Au_(23)(SAdm)_(16)和其单镉掺杂的Au_(22)Cd_1(S-Adm)_(16)纳米团簇,并通过单晶X射线晶体学解析了其结构。令人惊讶的是,与以前的报道结果相反,Au_(23)(S-Adm)_(16)比Au_(22)Cd_1(S-Adm)_(16)更稳定。另一方面,由于掺入镉原子后,内核Au―Au键长度增加,光激发电子转移阻力增加,导致Au_(22)Cd_1(S-Adm)_(16)吸收和发射强度明显下降。因而,不仅团簇的稳定性,而且团簇的吸收和发射强度也与内核Au―Au键的长度关联。这项工作表明了两种团簇结构上的微小差异就可导致光学、热稳定性等方面的显著区别,也为研究金属纳米团簇的构效关系提供了良好的借鉴。

关键词：金属纳米团簇合成 Au―Au键长性质构效关系

钙钛矿型CeTaN_(2)O的高压制备及其磁性和电学性质

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物理学报 2024年第8期73卷 83-89页

作者：陈兆亮卢达标叶旭斌赵浩婷张杰潘昭迟振华崔田沈瑶龙有文宁波大学物理科学与技术学院高压物理科学研究院宁波315211 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 松山湖材料实验室东莞523808

最近研究发现,AB(N,O)_(3)型钙钛矿氧氮化物具有优异的介电、铁电、光催化等性能,在光电子、能源存储和通信等领域展现出广阔的应用前景.但是,目前该类型材料的制备工艺耗时较长且产物纯度较低.本文以氧化物为前驱体、以氨基钠为氮源,... 详细信息

最近研究发现,AB(N,O)_(3)型钙钛矿氧氮化物具有优异的介电、铁电、光催化等性能,在光电子、能源存储和通信等领域展现出广阔的应用前景.但是,目前该类型材料的制备工艺耗时较长且产物纯度较低.本文以氧化物为前驱体、以氨基钠为氮源,利用六面顶压机设备所提供的高温高压环境成功制备了高纯度的钙钛矿型氧氮化物CeTaN_(2)O块体材料,并将制备时间缩短至1 h,实现了快速合成.并对其晶体结构以及物理性质进行了系统的研究.X射线粉末衍射实验和Rietveld精修结果表明,所制备的样品属于正交晶系,空间群为Pnma.X射线吸收谱测试确定了样品的电荷组态以及阴离子组合为Ce^(3+)Ta^(5+)N_(2)O.磁性和比热测试表明,样品属于反铁磁物质,磁相变温度低于2 K.电学输运性能测试表明,样品的电阻率呈现出典型的半导体行为,且符合三维变程跳跃模型.

关键词：高压合成钙钛矿氮化物反铁磁半导体

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量子信息科技的发展现状与展望

物理学报 2024年第1期73卷 1-8页

作者：潘建伟中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院合肥230026

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使... 详细信息

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进,标志着第二次量子革命的兴起.量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面,为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案,可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑.经过近30年的发展,我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃,在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位;在量子计算方面牢固占据国际第一方阵;在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平.当前,需要根据国家战略需求和国际竞争态势,做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判,率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系.

关键词：量子通信量子计算量子精密测量

2D和3D培养肺细胞释放VOCs的质谱检测比较研究

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质谱学报 2024年第2期45卷 216-225页

作者：郑香雪葛殿龙周吉娟储雅静刘玥陆燕沈成银储焰南安徽医科大学基础医学院安徽合肥230032 中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所医学物理与技术安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院合肥肿瘤医院安徽合肥230031

挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)作为一种潜在的癌细胞标志物被广泛研究。目前,体外细胞多采用二维(two-dimensional,2D)贴壁培养方式,这与体内肿瘤细胞呈三维结构存在差别。本实验分别以肺癌细胞A549和肺上皮细胞BEAS-2... 详细信息

挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)作为一种潜在的癌细胞标志物被广泛研究。目前,体外细胞多采用二维(two-dimensional,2D)贴壁培养方式,这与体内肿瘤细胞呈三维结构存在差别。本实验分别以肺癌细胞A549和肺上皮细胞BEAS-2B为例,构建三维(three-dimensional,3D)培养模型,并以2D模型和培养基作为对照,利用固相微萃取气相色谱-质谱(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)法检测细胞释放的VOCs。通过非靶向统计分析细胞在2D和3D培养中释放的差异性VOCs,其中A549细胞有4种(乙酸、1-吡咯啉、4-甲基庚烷、2,4-二甲基-1-庚烯),BEAS-2B细胞也有4种(乙醇、1-吡咯啉、4-甲基庚烷、2,4-二甲基-1-庚烯)。与2D模型相比,这些VOCs在3D模型中的释放量增加了2.11~12.81倍。此外,还讨论了差异性VOCs可能的生化来源以及在2D/3D模型中释放量差异的可能原因。本工作证明了3D培养在体外细胞VOCs检测方面具有广阔的应用前景,有望成为癌症标志物筛查有价值的研究平台。

关键词：气相色谱-质谱(GC-MS) 挥发性有机物(VOCs) 3D细胞培养肺癌

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基于增强条纹去除的超冷原子成像

物理学报 2024年第14期73卷 193-200页

作者：王帅李希姚星灿中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海量子科学研究中心上海201315 中国科学技术大学合肥国家实验室合肥230088

吸收成像是超冷原子实验中定量测量的基础.典型的成像过程涉及记录探测光场和原子吸收光场的照片.在拍摄这两张照片的时间间隔内,由于探测光不可避免的抖动,会在成像过程中引入条纹噪声模式.常规的条纹去除算法虽然可以抑制这种噪声,但... 详细信息

吸收成像是超冷原子实验中定量测量的基础.典型的成像过程涉及记录探测光场和原子吸收光场的照片.在拍摄这两张照片的时间间隔内,由于探测光不可避免的抖动,会在成像过程中引入条纹噪声模式.常规的条纹去除算法虽然可以抑制这种噪声,但由于其忽略了原子吸收效应对噪声信号的调制,使得原子团上会出现无法完全消除的剩余条纹,并且这一现象会随着原子密度的增大而愈发明显.本文提出了一种创新的增强条纹去除算法,该方法考虑了原子的吸收效应,并通过主动调制噪声信号的强度,从根本上避免了剩余条纹的产生并显著提高了成像的信噪比.在处理均匀费米气体的吸收成像时,新算法成功将表征原子密度波动的相对标准偏差降低约37%.此外,本文还利用该方法对6Li费米原子超流中的第二声波进行了定量观测.与传统的条纹去除算法相比,我们的新方法将密度波关联函数的对比度提高了近4倍,密度响应谱强度提升约15%.上述结果表明,增强条纹去除算法不仅可以有效地抑制条纹噪声,而且更有利于在高密度原子体系中识别和探测一些重要物理效应.

关键词：条纹去除吸收成像幺正费米超流第二声波

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大直径球罐内液体闪烁体和超纯水置换数值模拟

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核动力工程 2024年第2期45卷 225-230页

作者：赵宏伟董瑞李俊杰欧阳峥嵘衡月昆中国科学技术大学合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 中核第四研究设计工程有限公司石家庄050021 上海科技大学上海201210 中国科学院高能物理研究所北京100049

中微子实验装置一方面需要屏蔽大量的宇宙射线和来自岩石、空气、灰尘的天然放射性;另一方面需要尽可能降低实验设施自身的放射性本底。本文利用计算流体动力学(CFD)软件模拟研究了中心探测器(大直径球罐)内液体闪烁体(简称液闪)和超纯... 详细信息

中微子实验装置一方面需要屏蔽大量的宇宙射线和来自岩石、空气、灰尘的天然放射性;另一方面需要尽可能降低实验设施自身的放射性本底。本文利用计算流体动力学(CFD)软件模拟研究了中心探测器(大直径球罐)内液体闪烁体(简称液闪)和超纯水的置换过程,分析水中的放射性杂质进入液闪的情况,研究自然对流对置换过程中液闪本底的影响。通过模拟无自然对流和有自然对流2种工况,得到2种工况下液闪和水的相态与流态分布以及相含量随时间的变化情况,提取出相界面处竖直向上速度,并计算得出截面向上总流量,以判断自然对流对置换过程的影响。结果表明:在有自然对流工况下液闪向上的平均体积流量是小于无自然对流状态的,可知自然对流可以抑制水中放射性杂质进入液闪。

关键词：大直径球罐计算流体动力学(CFD) 置换自然对流

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一维超冷原子动量光晶格中的手征对称性破缺拓扑相

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物理学报 2024年第4期73卷 21-26页

作者：曾超毛一屹吴骥宙苑涛戴汉宁陈宇翱中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海量子科学研究中心上海201315 合肥国家实验室合肥230088 南方科技大学物理系深圳518055

对称性在理解物质的拓扑态方面具有关键作用.过去人们认为手征对称性保证了一维晶格的量子化Zak相位及其对应的非平庸拓扑相.本文展现了在一维手征对称性破缺的情况下,晶格系统仍具有量子化Zak相位和非平庸拓扑相.具体而言,在超冷原子... 详细信息

对称性在理解物质的拓扑态方面具有关键作用.过去人们认为手征对称性保证了一维晶格的量子化Zak相位及其对应的非平庸拓扑相.本文展现了在一维手征对称性破缺的情况下,晶格系统仍具有量子化Zak相位和非平庸拓扑相.具体而言,在超冷原子动量晶格系统中有效地模拟了一个链长为26、手征对称性破缺的Zigzag模型,其中相等的次近邻耦合强度能够在保留空间反演对称性的同时破坏手征对称性.通过测量原子的时间平均波包位移来获得系统的拓扑不变量,并得到了其对应的量子化的Zak相位.此外,还观测到系统随着最近邻耦合强度比例的变化会从非平庸拓扑相转变为平庸拓扑相.本文不仅为对称性及拓扑相的相关研究提供了一个完全可控的平台,还可以通过控制格点间耦合强度和原子间相互作用,探索例如Tasaki,Aharonov-Bohm caging模型中的平带拓扑以及引入相互作用研究的非线性拓扑现象.

关键词：对称性拓扑不变量 Zak相位动量光晶格