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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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薄膜微盘激射性质

物理学报 2024年第8期73卷 105-114页

作者：徐宇轩姚泰宇邓莉陈诗枚徐辰尧唐文轩华东师范大学物理与电子科学学院上海200241

基于半导体变形微腔的定向激射效应,在各向同性薄膜中制备变形微腔,将为多功能、高集成光子有源芯片提供新的解决方案.利用二维波动光学理论,以Z切向掺饵铌酸锂薄膜蚶线形微盘中的TE20,1模式为例,分析了不同变形因子ε微盘的模式分布、... 详细信息

基于半导体变形微腔的定向激射效应,在各向同性薄膜中制备变形微腔,将为多功能、高集成光子有源芯片提供新的解决方案.利用二维波动光学理论,以Z切向掺饵铌酸锂薄膜蚶线形微盘中的TE20,1模式为例,分析了不同变形因子ε微盘的模式分布、品质因子Q、定向激射效果D以及庞加莱截面图.理论模拟结果显示,微盘变形过程中微盘周长与谐振波长的比值近似为一定值.当ε大于0.24时,微盘具有较好的单向激射性,Q值大于10^(5);当ε变形因子大于0.4时,庞加莱截面图几乎被混沌海区域占据,Q值低于10^(3).因此,薄膜蚶线形微盘变形因子ε在0.24—0.4之间时,微盘不仅具有高的品质因子(Q值为10^(3)—10^(5)),激射方向性也较高(D值为6.45—8.32).

关键词：蚶线形微盘模式分布品质因子定向激射

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基于相位同步动力学重构网络单纯复形的相互作用

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物理学报 2024年第12期73卷 78-88页

作者：罗恺明管曙光邹勇华东师范大学物理与电子科学学院上海200241

复杂网络的高阶相互作用,如单纯复形和超边等,已经成为了研究的热点.本文提出一种基于节点同步动力学的特性来重构网络的单纯复形结构的新方法.通过分析Kuramoto-Sakaguchi模型中节点相位的时间序列同步性,建立了网络拓扑结构的解析描述... 详细信息

复杂网络的高阶相互作用,如单纯复形和超边等,已经成为了研究的热点.本文提出一种基于节点同步动力学的特性来重构网络的单纯复形结构的新方法.通过分析Kuramoto-Sakaguchi模型中节点相位的时间序列同步性,建立了网络拓扑结构的解析描述,实现了对网络结构的精确辨识.该方法的核心在于,运用理论手段推导得到了拉普拉斯矩阵与线性化Kuramoto-Sakaguchi系统相位之间的解析联系.这一联系不仅具有强大的普适性,而且能够有效地应用于识别包含任意阶单纯复形相互作用的网络结构.本文的研究进一步表明,这种解析关系能够用于鉴别网络中的对称节点,并且通过数值模拟证实了间接相互作用节点之间发生遥同步的现象与网络结构的对称性有着密切的联系.这些发现为深入理解网络的结构特性和动力学行为提供了新的理论工具和视角.

关键词：复杂网络单纯复形相位同步高阶相互作用

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基于二维磁性材料的自旋轨道力矩研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 46-56页

作者：熊宜浓吴闯文任传童孟德全陈是位梁世恒湖北大学物理与电子科学学院武汉430062 智能感知系统与安全教育部重点实验室武汉430062

信息技术的高速发展对信息处理与存储器件的性能提出了更高的要求.同时,随着器件尺寸不断减小,传统基于电子电荷属性的半导体器件面临热耗散和量子尺寸效应的难题与挑战,半导体技术也由此进入后摩尔时代.区别于传统基于电荷的电子器件,... 详细信息

信息技术的高速发展对信息处理与存储器件的性能提出了更高的要求.同时,随着器件尺寸不断减小,传统基于电子电荷属性的半导体器件面临热耗散和量子尺寸效应的难题与挑战,半导体技术也由此进入后摩尔时代.区别于传统基于电荷的电子器件,基于自旋属性的非易失性自旋电子器件不但具有较高的集成度、读写速度及读写次数,而且可有效避免热耗散,为信息存储、处理和通信等领域的发展构建了新的技术平台.近年来,二维材料凭借其独特的能带结构和丰富的物理性质而备受关注,特别是二维磁性材料体系在自旋电子学领域展现出极大的研究潜力和应用价值.本文首先介绍了二维材料常见制备方法,聚焦概述了二维磁性材料在自旋轨道电子学领域中的研究进展,最后对本领域研究进行了展望.

关键词：自旋电子学二维磁性材料自旋轨道力矩

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基于RISC-V的IOMMU设计

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第6期51卷 187-194页

作者：王镇道班贵龙胡锦焦旭峰湖南大学物理与微电子科学学院湖南长沙410082

在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直... 详细信息

在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直接访问存储可能潜在危害,DMA访问I/O设备时将会受到诸多限制,从而影响访问性能.目前主流的方法是通过将I/O事务虚拟化,可以很好地解决这一问题.本文首次提出了一种基于RISC-V的I/O虚拟化架构,极大地加速了I/O访问进程,仅花费几个时钟周期就可快速完成I/O设备对内存的DMA请求.本设计将来可以作为IP,集成到RISC-V架构的处理器中,加速I/O设备对内存的访问.

关键词：虚拟化缓存 RISC-V

VS_(2)作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

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物理学报 2024年第11期73卷 110-118页

作者：周斌肖事成王一楠张晓毓钟雪马丹戴赢范志强唐贵平长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨... 详细信息

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨道及硫的3p轨道;Li在VS_(2)单层中优先吸附钒(V)的顶位,Li在VS_(2)表面具有非常好的扩散性,扩散势垒仅为0.20 eV,低于石墨烯,表明Li能够较快地迁移,有利于LIB快速充电-放电过程;VS_(2)机械性能良好,杨氏模量为96.82 N/m,且吸附Li后的杨氏模量与泊松比都未减小,表明VS_(2)在吸附Li以及Li离子扩散迁移过程中,刚性并不会降低;并且计算得到VS_(2)的电池容量(466 mAh/g)比石墨烯更高.研究表明VS_(2)具有出色的导电性能和优异的机械刚性及较高的理论容量,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.

关键词：锂离子电池吸附能第一性原理

基于粒子群-支持向量机算法的激光诱导击穿光谱钢铁快速检测与分类

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1559-1565页

作者：曾庆栋陈光辉李文鑫孟久灵李耿童巨红田志辉张晓林李国辉郭连波肖永军湖北工程学院物理与电子信息工程学院湖北孝感432000 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 湖北大学物理与电子科学学院湖北武汉430062

钢铁是国民经济中的支柱性产业,由于受生产技术的限制,我国钢铁产品主要集中为质量参差不齐的中低端产品,废品率较高,易造成资源浪费和环境污染。因此,钢铁产品的快速检测与鉴别分类,对保护环境以及提高钢铁资源的回收利用率有着重要意... 详细信息

钢铁是国民经济中的支柱性产业,由于受生产技术的限制,我国钢铁产品主要集中为质量参差不齐的中低端产品,废品率较高,易造成资源浪费和环境污染。因此,钢铁产品的快速检测与鉴别分类,对保护环境以及提高钢铁资源的回收利用率有着重要意义。利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)进行10种钢铁样品光谱数据的快速采集,并采用支持向量机(SVM)算法对其数据进行学习建模,得到钢铁快速分类模型。然而,由于不同钢铁样品的光谱数据特征是复杂且相似的,导致设置的模型参数也会对SVM模型的分类结果有着较大的影响。为了实现对不同牌号钢铁合金的快速检测分类,实验中采用粒子群算法(PSO)与网格寻优法两种不同方法来优化模型参数,并分别选取样品中6种微量元素(Mn、Cr、Cu、V、Mo、Ti)的17条特征谱线,和经主成分分析法(PCA)对全谱数据降维提取得到的前17个主成分作为模型的输入,建立PSO-SVM、PSO-PCA-SVM、PCA-SVM和SVM四种分类模型。实验结果表明,相比于精度最高的PCA-SVM模型的优化时间(257.84 s),PSO-SVM模型优化时间最短(11.5 s),且识别精度可达96.67%,与PCA-SVM模型的精度(97.5%)几乎相当。该结果表明LIBS结合PSO-SVM算法可实现快速的钢铁检测与分类,该方法为钢铁产品的快速检测与分类提供了一种新的解决途径。

关键词：激光诱导击穿光谱支持向量机粒子群算法钢铁分类

Ag_(2)Sb合金单层上多层酞菁氧钒分子的组装

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物理学报 2024年第11期73卷 80-88页

作者：李小雨彭兰沁赵涵幸运邓炎滔于迎辉湖北大学物理学院武汉430062

利用低温扫描隧道显微镜(STM)研究了各种覆盖度下酞菁氧钒(VOPc)分子在Ag_(2)Sb/Ag(111)上的吸附行为和组装结构.不同于Ag(111)表面,当分子覆盖度在一个单层之内,吸附的VOPc分子均组装为有序的薄膜,呈现出规则排列的空隙和正方形单胞.... 详细信息

利用低温扫描隧道显微镜(STM)研究了各种覆盖度下酞菁氧钒(VOPc)分子在Ag_(2)Sb/Ag(111)上的吸附行为和组装结构.不同于Ag(111)表面,当分子覆盖度在一个单层之内,吸附的VOPc分子均组装为有序的薄膜,呈现出规则排列的空隙和正方形单胞.通过扫描亚分子分辨的STM形貌图,揭示了正方形单胞由一个中心分子和四个对称排列的角分子组成;所有VOPc分子均采用O-up构型,并呈现出两种吸附取向,分子横轴相对于单胞侧边分别旋转约11°和21°.因分子间的偶极-偶极相互作用,进一步沉积的VOPc分子组装为具有O-down和O-up构型交替堆积的分子膜,在分子层内分子轨道沿π堆积方向发生重叠.该研究为调控金属表面功能有机分子组装膜的结构和组装行为提供了一种新途径.

关键词：酞菁氧钒扫描隧道显微镜结构方向

铜氧化层上钒氧酞菁分子的吸附构型及组装结构

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物理学报 2024年第12期73卷 118-125页

作者：彭兰沁李小雨幸运赵涵邓炎滔于迎辉湖北大学物理学院武汉430062

近年来,有机功能分子的调控因其在提高纳米光电器件内部载流子迁移率方面的突出贡献,已逐渐成为材料科学的热门领域之一.本文利用低温扫描隧道显微镜系统地研究了钒氧酞菁(VOPc)分子在干净Cu(110)和铜氧化层表面的吸附构型和组装结构.在... 详细信息

近年来,有机功能分子的调控因其在提高纳米光电器件内部载流子迁移率方面的突出贡献,已逐渐成为材料科学的热门领域之一.本文利用低温扫描隧道显微镜系统地研究了钒氧酞菁(VOPc)分子在干净Cu(110)和铜氧化层表面的吸附构型和组装结构.在Cu(110)表面,初始时VOPc分子孤立吸附且氧原子向上和向下的构型共存.而在CuO-(2×1)表面,VOPc分子在初始时形成扩展的分子链,随后组装为有序的分子膜,在分子膜中两种吸附构型仍然共存且随机排布.在Cu_(5)O_(6)-c(6×2)表面,初始时VOPc分子的两种构型共存且形成无序结构.在覆盖度接近一个单层时,结构有序的组装分子膜逐渐形成,此时主要采用氧原子向上的分子构型,因偶极相互作用,随后的分子层生长遵循两种分子构型交替堆垛.研究还发现当Cu(110)表面上两种氧化结构共存时,第2层分子更倾向于吸附在Cu_(5)O_(6)-c(6×2)表面担载的分子膜上,主要是由分子层间的偶极相互作用导致的.本研究表明金属表面的氧化层在改变分子吸附构型和组装结构方面的重要性,可能将影响电子器件制造中分子膜中的电荷输运过程.

关键词：钒氧酞菁铜氧化层扫描隧道显微镜分子组装