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基于近场光学成像技术的极化激元学研究进展

物理学报 2024年第8期73卷 1-21页

作者：周怡汐李志鹏陈佳宁首都师范大学物理系北京100048 中国科学院物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049 北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 松山湖材料实验室东莞523808

极化激元作为光与物质的混合激发可以实现纳米光场的精确调控,为未来纳米光电器件的小型化和集成化提供了有效的途径.近年来,借助散射型扫描近场光学显微镜对多类型极化激元的观测,多种光学现象背后的物理机制被揭示,进一步加深了对极... 详细信息

极化激元作为光与物质的混合激发可以实现纳米光场的精确调控,为未来纳米光电器件的小型化和集成化提供了有效的途径.近年来,借助散射型扫描近场光学显微镜对多类型极化激元的观测,多种光学现象背后的物理机制被揭示,进一步加深了对极化激元物理和相互作用的理解,也极大地推动了极化激元调控及其应用的研究.基于此,本文总结了最新的极化激元近场研究进展.不同于前期关于二维材料极化激元的综述,本文不仅涵盖了三维至一维的极化激元材料体系,还在极化激元纳米光学特性方面增添了各向异性极化激元的最新研究工作,并且系统总结了极化激元调控的最新进展以及在亚衍射成像和聚焦、纳米结构识别、光调制器和分子检测等方面的相关应用.最后,对极化激元未来的研究方向进行了展望.

关键词：近场光学成像极化激元各向异性调控及应用

重离子储存环CSRe上类钠Kr^(25+)离子的双电子复合精密谱学实验研究

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物理学报 2024年第12期73卷 147-158页

作者：邵林黄忠魁汶伟强汪书兴黄厚科马万路刘畅汪寒冰陈冬阳刘鑫周晓鹏赵冬梅张少锋朱林繁马新文华南师范大学物理学院量子调控工程与材料重点实验室广州510006 中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学技术大学近代物理系合肥230026

高电荷态离子的双电子复合精密谱学实验研究,不仅对天体等离子体和聚变等离子体的研究具有重要意义,而且可以作为一种新的精密谱学工具,用来检验强场量子电动力学效应、测量同位素移动及提取原子核电荷半径等.在兰州重离子储存环CSRe上... 详细信息

高电荷态离子的双电子复合精密谱学实验研究,不仅对天体等离子体和聚变等离子体的研究具有重要意义,而且可以作为一种新的精密谱学工具,用来检验强场量子电动力学效应、测量同位素移动及提取原子核电荷半径等.在兰州重离子储存环CSRe上,安装了专门用于电子-离子复合精密谱学实验的电子束能量调制系统,质心系下电子-离子碰撞能量的调制范围达到0—1 keV.在CSRe电子冷却器下游安装了自主研制的塑料闪烁体探测器和多丝正比探测器,用于探测复合离子.在此基础上,使用Kr^(25+)离子在CSRe上进行了首次双电子复合测试实验,实验测量了质心系能量0—70 eV的双电子复合速率系数.为了更好地理解实验测量结果,利用FAC(flexible atomic code)程序计算了Kr^(25+)离子的双电子复合速率系数,并与实验做了细致对比,整体符合很好,而且发现3s→41(△n=1)的共振跃迁对实验谱线有很大的贡献.实验结果表明,CSRe双电子复合实验平台具有非常好的稳定性和可重复性,能够为下一步开展更高电荷态离子的双电子复合精密谱学实验、检验强场量子电动力学效应以及原子核性质精密测量等前沿实验提供支持.

关键词：双电子复合储存环CSRe 电子冷却器多丝正比探测器

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基于压缩态的一维连续变量测量设备无关方案

量子光学学报 2024年第2期30卷 45-57页

作者：刘文元白建东颉琦靳晶晶刘泽慧中北大学半导体与物理学院物理系山西太原030051

测量设备无关协议有效消除了系统中关于探测端的侧信道攻击。一维调制相干态的连续变量量子密钥分发协议具有调制过程简单,成本低和消耗随机数少等特点,其实现条件相比于二维高斯调制更加简单。为了简化实验系统,同时保证较高的安全密... 详细信息

测量设备无关协议有效消除了系统中关于探测端的侧信道攻击。一维调制相干态的连续变量量子密钥分发协议具有调制过程简单,成本低和消耗随机数少等特点,其实现条件相比于二维高斯调制更加简单。为了简化实验系统,同时保证较高的安全密钥速率和传输距离,本文在连续变量量子密钥分发基础上,结合测量设备无关和一维调制相干态协议,提出了基于压缩态的一维调制连续变量测量设备无关协议,详细分析了此方案的实际安全性能,包括传输距离对称和非对称情况。数值仿真结果表明,通过调整调制方差Vm和压缩参数r获得较高安全密钥速率和传输距离,同时分析了加入光源噪声和探测噪声对该方案安全性能的影响机制。这些结果为该方案实验实现提供了理论依据,为进一步简化连续变量量子密钥分发系统实验实现,降低成本,推动系统实用化进程提供了有效途径。

关键词：连续变量量子密钥分发测量设备无关一维高斯调制压缩态

三维TI和OA介质中优化黏滞纯声波方程及其数值模拟

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2415-2428页

作者：包乾宗谭崔文长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

各向异性和黏滞性在地球介质中广泛存在,会对地震波的运动学和动力学特征产生影响,因此研究地震波在地下空间中传播时应该对其予以充分考虑.现有的各向异性波场外推方法主要采用基于声学近似的伪声波方程,该类方程在非声学假设条件下容... 详细信息

各向异性和黏滞性在地球介质中广泛存在,会对地震波的运动学和动力学特征产生影响,因此研究地震波在地下空间中传播时应该对其予以充分考虑.现有的各向异性波场外推方法主要采用基于声学近似的伪声波方程,该类方程在非声学假设条件下容易出现伪横波污染及传播不稳定.针对此问题,本文应用优化方案对原始的耦合各向异性纯声波频散关系式进行近似展开,进而发展了针对三维TI(横向各向同性)介质和OA(正交各向异性)介质的优化纯声波方程,结合有限差分和泊松算法对其进行了有效求解.同时,考虑到介质对地震波的吸收衰减效应,本文结合发展的纯声波方程和标准线性体模型,推导了黏滞各向异性优化纯声波方程.相速度分析表明优化方案能够产生高精度近似结果.数值模型算例证明优化黏滞纯声波方程在产生精确稳定P波响应的前提下,能够有效模拟各向异性介质中纯声波的振幅衰减和相位频散.整体而言,本文推导的方程能够为各向异性衰减介质成像和反演提供有效帮助.

关键词：各向异性黏滞性波动方程数值模拟

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声学四极子拓扑绝缘体中的位错态

物理学报 2024年第15期73卷 99-105页

作者：蒋婧王小云孔鹏赵鹤平何兆剑邓科吉首大学物理系吉首416000 湖南财政经济学院长沙410205 长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114

四极子拓扑绝缘体是人们提出的第一类高阶拓扑绝缘体,它具有量子化的四极矩而偶极矩为零.四极子拓扑绝缘体拓宽了传统的体-边对应关系,从而观察到了更低维度的拓扑边界态.最近,由局域在位错附近的拓扑缺陷态主导的体-位错对应关系引起... 详细信息

四极子拓扑绝缘体是人们提出的第一类高阶拓扑绝缘体,它具有量子化的四极矩而偶极矩为零.四极子拓扑绝缘体拓宽了传统的体-边对应关系,从而观察到了更低维度的拓扑边界态.最近,由局域在位错附近的拓扑缺陷态主导的体-位错对应关系引起了许多研究者的关注,其将晶格倒易空间的拓扑结构与位错态的出现联系起来.本文研究了声学四极子拓扑绝缘体中的位错态.在具有非平庸相的声学四极子拓扑绝缘体中嵌入部分具有平庸相的晶格,此时在由两种具有不同拓扑相晶格形成边界的角落处就会产生可以用1/2量化分数电荷表征的位错态.通过在系统内部引入缺陷,验证了此拓扑位错态的鲁棒性.此外,还证明了通过运用不同嵌入晶格的方式可以随意设计位错态的位置.本工作中研究的拓扑位错态拓宽了人工结构中高阶拓扑物态的种类,并为高阶拓扑绝缘体在声学中的应用(如声传感和高性能能量收集)提供了新的思路.

关键词：四极子拓扑绝缘体声子晶体位错态

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相对论重离子碰撞中的重夸克势

原子核物理评论 2024年第1期41卷 594-599页

作者：陈保义文流渊施舒哲天津大学理学院天津300354 中国科学技术大学现代物理系合肥230026 清华大学物理系北京100084

在高温高密的夸克胶子等离子体(QGP)中,重夸克的相互作用势会受到周围部分子的影响而发生改变。一般认为,重夸克偶素的相互作用势的实部应该介于重夸克偶素的自由能F和内能U之间,且具体形式依赖于温度。而重夸克偶素的虚部相互作用势则... 详细信息

在高温高密的夸克胶子等离子体(QGP)中,重夸克的相互作用势会受到周围部分子的影响而发生改变。一般认为,重夸克偶素的相互作用势的实部应该介于重夸克偶素的自由能F和内能U之间,且具体形式依赖于温度。而重夸克偶素的虚部相互作用势则来自朗道阻尼效应。基于含时薛定谔方程模型,采用不同的重夸克相互作用势,研究重夸克偶素的波函数在QGP中的演化,并计算重夸克偶素的核修正因子。通过同时考虑冷核效应和热核效应,把理论计算的底夸克偶素的核修正因子与实验数据对比,发现当重夸克偶素的实部相互作用势接近内能U时,能够较好地解释实验现象,并能看到不同底夸克偶素的连续压低现象,即更高激发态的底夸克偶素由于其自身束缚能更小而更容易被解离。薛定谔方程模型,有利于建立有限温度重夸克势与实验观测量之间的直接联系,并确定相互作用势的形式。

关键词：夸克胶子等离子体相对论重离子碰撞重夸克偶素重夸克势薛定谔方程

非线性相互作用引起的双模Dicke模型的新奇量子相变

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物理学报 2024年第16期73卷 16-27页

作者：赵秀琴张文慧王红梅太原师范学院物理系晋中030619 太原师范学院计算与应用物理研究所晋中030619 太原师范学院智能优化计算与区块链技术山西省重点实验室晋中030619

量子相变是量子光学和凝聚态物理领域的一个重要课题.本文在标准双模Dicke模型的基础上引入原子-光的非线性相互作用,研究其所引起的量子相变.利用自旋相干态变分法从理论上给出有两个参量的基态能量泛函.两模光场采用四种不同的比例关... 详细信息

量子相变是量子光学和凝聚态物理领域的一个重要课题.本文在标准双模Dicke模型的基础上引入原子-光的非线性相互作用,研究其所引起的量子相变.利用自旋相干态变分法从理论上给出有两个参量的基态能量泛函.两模光场采用四种不同的比例关系进行研究,并且在实验参数下,通过可调的原子-光的非线性相互作用参量,给出了宏观多粒子量子态的丰富结构.本文主要呈现了在蓝失谐和红失谐下,双稳的正常相、共存的正常-超辐射相和原子数反转态等丰富的基态特性.原子-光的非线性相互作用在蓝失谐可以引起标准的双模Dicke模型的正常相到超辐射相的二级量子相变.在红失谐时引起新奇的基态特性,新奇的量子相变,即反转的超辐射相到反转的正常相的二级逆量子相变.原子-光的非线性相互作用和两模光场比例不同时,对量子相变的相边界和基态物理量的值有较大影响.

关键词：双模Dicke模型原子-光的非线性相互作用量子相变自旋相干态法

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布洛赫电子的拓扑与几何

物理 2024年第4期53卷 215-225页

作者：牛谦张明哲肖笛中国科学技术大学物理学院合肥230026 台湾师范大学物理系中国台北11677 华盛顿大学物理系和材料系西雅图98195

文章回顾了电子的拓扑几何理论发展的初期,大约二十多年的历史。首先介绍拓扑陈数在凝聚态物理中的两个重要应用。其一关于量子霍尔效应,绝缘条件下霍尔电导可以写成一个陈数拓扑不变量,从而解释实验结果的精确量子化。其二关于绝热泵浦... 详细信息

文章回顾了电子的拓扑几何理论发展的初期,大约二十多年的历史。首先介绍拓扑陈数在凝聚态物理中的两个重要应用。其一关于量子霍尔效应,绝缘条件下霍尔电导可以写成一个陈数拓扑不变量,从而解释实验结果的精确量子化。其二关于绝热泵浦,它描述布洛赫能带的绝热电流响应,与电子极化有密切联系。拓扑陈数是布里渊区上贝里曲率的积分,后者本身也有独立的物理意义。接着介绍贝里曲率对电子动力学的影响,包括反常速度和轨道磁化等概念。作者还将这个理论推广到多带情况,使其可以应用到自旋输运等现象。最后,文中展示了再量子化方法,从半经典模型来获得布洛赫电子的有效量子理论。在非相对论极限下,泡利—薛定谔方程可以看作是狄拉克电子在正能谱上的等效量子理论,其中的自旋轨道耦合即是一种几何物理效应。

关键词：贝里相位贝里曲率拓扑陈数量子霍尔效应绝热泵浦半经典动力学反常速度相空间态密度泡利—薛定谔方程广义派尔斯替换

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混合法制备的双锥角型光纤探针的应用

激光技术 2024年

作者：曾祥王婉玲汪凯伟张波刘子龙武汉理工大学理学院物理系

为了提高双锥角型光纤探针的捕获效率，使用静态化学腐蚀法制备一次锥角，研磨法制备二次锥角，然后使用基于双锥角型光纤探针的单光纤光镊系统对酵母菌细胞进行捕获实验，并使用界面层腐蚀法制备出了参数相近的双锥角型光纤探针。分别... 详细信息

为了提高双锥角型光纤探针的捕获效率，使用静态化学腐蚀法制备一次锥角，研磨法制备二次锥角，然后使用基于双锥角型光纤探针的单光纤光镊系统对酵母菌细胞进行捕获实验，并使用界面层腐蚀法制备出了参数相近的双锥角型光纤探针。分别测量了两种不同方法制备的光纤探针对酵母菌细胞的捕获力大小。结果表明，混合法制备的双锥角型光纤探针具有更好的表面光滑度和对称性，其捕获效率比界面层腐蚀法制备的双锥角型光纤探针提高了20%。该研究对混合法制备双锥角型光纤探针是有帮助的。

关键词：激光技术光纤探针光捕获静态化学腐蚀法研磨法