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拉伸-扭转复合加载对镍基高温合金GH4169力学性能与变形机理的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 30-42页

作者：杨俊杰张昌盛李洪佳谢雷王虹孙光爱中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子物理学重点实验室绵阳621999

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其... 详细信息

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其微观变形机制差异。在25℃下对多晶镍基高温合金GH4169进行拉伸-扭转复合加载,结合SEM、TEM、EBSD和中子衍射研究了加载方式对其力学性能、微观组织以及变形机理的影响。结果表明,拉伸样品的屈服强度和极限强度均随预扭转角度增加而增大(增幅分别约为150%和13%);在20%预拉应变下,扭转样品的屈服强度和延伸率均有所增加(增幅分别约为31%和16%)。拉伸和扭转变形后样品中的位错密度明显增大;同时复合加载下位错密度相较于单轴加载略小,表明存在位错湮灭效应。预加载产生的位错强化效应提高了屈服强度,而随后复合加载下位错湮灭效应使预拉伸扭转样品的极限强度有所降低。预扭转形成梯度结构的力学强化作用一定程度上抵消了位错湮灭效应的影响。研究表明,多轴加载方式可调控材料微观结构和变形机制,进而实现材料强度和韧性的协调提升。

关键词：多晶镍基高温合金复合加载力学性能变形机理中子衍射

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连续变量量子密钥分发系统中动态偏振控制研究

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物理学报 2024年第6期73卷 119-127页

作者：张光伟白建东颉琦靳晶晶张永梅刘文元中北大学半导体与物理学院物理系太原030051

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振... 详细信息

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振控制单元是推动系统外场实用化进程的关键技术.本文理论上证明了系统接收端仅考虑任意偏振消光比输出时,偏振控制单元只需两个控制自由度即可.在此基础上将贝叶斯参数估计方法有效融入混沌-猴群算法,同时在现场可编程逻辑门阵列硬件上实现控制算法,结合积分型光场探测器建立动态偏振控制单元,仿真和实验结果表明单次偏振控制静态消光比达到30 dB以上的平均周期为400μs.为了应对偏振态连续变化情况,将动态偏振控制单元集成到连续变量量子密钥分发系统,实验测试了偏振态扰动速率在0—2 krad/s范围内系统仍然能够正常运转.

关键词：连续变量量子密钥分发贝叶斯参数估计方法猴群算法动态偏振控制器

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电子束透射氮化硅薄膜窗产生低密度等离子体

物理学报 2024年第14期73卷 61-67页

作者：颜劭祺高继昆陈越马尧朱晓东中国科学技术大学物理学院合肥230026

低电子密度等离子体源在电离层等离子体的实验室模拟中具有重要的应用.本文利用高能电子束透射氮化硅薄膜窗口,在低气压条件下激发低密度等离子体.采用蒙特卡罗方法对氮化硅薄膜的电子束透射特性进行模拟;利用CCD相机和静电探针对产生... 详细信息

低电子密度等离子体源在电离层等离子体的实验室模拟中具有重要的应用.本文利用高能电子束透射氮化硅薄膜窗口,在低气压条件下激发低密度等离子体.采用蒙特卡罗方法对氮化硅薄膜的电子束透射特性进行模拟;利用CCD相机和静电探针对产生的电子束等离子体进行诊断.电子束等离子体呈现出顶点位于氮化硅薄膜窗口的锥状结构.在相同气压下,电子初始能量越高,锥状等离子体锥角越小,等离子体更加向轴线集中,这与氮化硅薄膜的电子透射特性蒙特卡罗模拟定性一致.随着工作气压增大,高能电子与中性粒子碰撞频率变大,电子束散射效应增强导致等离子体锥角变大.等离子体锥状结构是高能电子透射特性以及高能电子与气体分子散射特征的反映.在40 keV条件下,当电子束流从10μA减小到0.5μA时,电子密度减小,变化在10^(5)—10^(6) cm^(-3)范围;而电子温度没有明显的变化,接近1 eV.随气压增大,电子密度有增大趋势.研究工作表明,在工作腔尺寸足够大的情况下,可得到沿电子入射方向随距离增加逐渐衰减的10^(5) cm^(-3)以下更低的电子密度;这是由于射程增加,透射的高能电子与中性气体碰撞产生能量损失增大;同时电子束散射增强导致了等离子体更加发散.

关键词：电子束等离子体产生等离子体源电子密度

电场方向对一维断裂纳米通道连接处水桥结构的影响

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物理学报 2024年第9期73卷 70-77页

作者：孟现文中国矿业大学材料与物理学院徐州221116

电场影响纳米通道内的水分子的电偶极矩取向,进而影响纳米通道内的水分子的传输.为了有效发掘水分子在纳米通道内的传输特点,必须研究更复杂的纳米通道结构.最新一种构造复杂纳米通道的方式是构造断裂纳米通道.在研究断裂纳米通道内的... 详细信息

电场影响纳米通道内的水分子的电偶极矩取向,进而影响纳米通道内的水分子的传输.为了有效发掘水分子在纳米通道内的传输特点,必须研究更复杂的纳米通道结构.最新一种构造复杂纳米通道的方式是构造断裂纳米通道.在研究断裂纳米通道内的水分子的动力学特点时,通常是在零电场或单一电场方向下进行的,电场方向对断裂纳米通道内的水分子的影响机理尚不明确,这制约了部分场控分子器件的设计.为了探究该问题,本文采用分子动力学模拟方法,系统研究了电场方向从0°变化到180°的过程中,电场方向对完整纳米通道以及断裂长度分别为0.2和0.4 nm的断裂纳米通道内的水分子的占据数、传输、水桥、电偶极矩偏向等性质的影响.结果表明,在1 V/nm的电场强度作用下,这三种纳米通道内的水分子的占据数、传输等差别主要集中在电场方向与管轴夹角为90°时,此时完整纳米通道内能形成稳定的水链,断裂长度为0.2 nm的纳米通道的连接处能形成不稳定的水桥,而断裂长度为0.4 nm的纳米通道的连接处不能形成水桥.此外,模拟发现当电场极化方向与管轴夹角为90°时,增大电场的强度,断裂纳米通道连接处的水桥更容易断裂.

关键词：电场断裂纳米通道方向

铁磁畴壁中自旋极化电流诱导的左旋极化自旋波

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物理学报 2024年第14期73卷 222-227页

作者：刘想王希光李志雄郭光华中南大学物理学院长沙410083

极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波... 详细信息

极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波的极化进行信息的编码在铁磁自旋波器件中始终没有实现.前期研究发现,通过自旋极化电流可以在铁磁体中产生左旋极化自旋波,从而有望实现利用极化编码的自旋波器件.然而在一个均匀磁化铁磁体中产生左旋极化自旋波所需的电流密度过大,实验上难以实现.磁畴壁可作为自旋波波导,且畴壁中自旋波的截止频率趋近于零.本文从朗道-栗弗席兹方程出发,研究了在自旋极化电流存在的条件下磁畴壁中自旋波的色散关系和传播特性,证明只需要很小的自旋极化电流就可在畴壁中产生稳定的左旋极化自旋波.微磁学模拟证明了理论分析结果.该项研究为研制基于极化编码信息的自旋波器件提供了一个实际可行的方案.

关键词：自旋波磁畴壁自旋极化电流微磁学

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范德瓦耳斯材料的原位应变工程与应用

物理学报 2024年第11期73卷 11-23页

作者：马泽成刘增霖程斌梁世军缪峰南京大学物理学院南京210093 南京理工大学物理学院南京210094

范德瓦耳斯材料凭借独特的结构和优异的性能在应变工程领域引起了广泛的关注.通过改变原子晶格和电子结构,应变可以调控范德瓦耳斯材料的物理性质,最终实现高性能的新原理电子器件.首先总结了诱导原位应变的实验方法,然后通过回顾范德... 详细信息

范德瓦耳斯材料凭借独特的结构和优异的性能在应变工程领域引起了广泛的关注.通过改变原子晶格和电子结构,应变可以调控范德瓦耳斯材料的物理性质,最终实现高性能的新原理电子器件.首先总结了诱导原位应变的实验方法,然后通过回顾范德瓦耳斯磁性、超导和拓扑材料在原位应变调控研究的最新进展,以及应变相关的器件应用开发,探讨该领域当前面临的挑战和未来的机遇.

关键词：范德瓦耳斯材料应变工程原位应变应变传感器

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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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低对称性能谷光子晶体中的拓扑光传输

物理学报 2024年第10期73卷 194-202页

作者：陈鸿翔刘墨点范智斌陈晓东中山大学物理学院广州510275

能谷光子晶体是研究拓扑光子学的重要平台之一,基于能谷光子晶体的新型光波导支持抗散射传输的能谷依赖边界态,提高了波导中的急弯传输效率,为光信息高效传输提供了新思路.另一方面,对称性在拓扑学和光子晶体研究中具有重要的物理意义... 详细信息

能谷光子晶体是研究拓扑光子学的重要平台之一,基于能谷光子晶体的新型光波导支持抗散射传输的能谷依赖边界态,提高了波导中的急弯传输效率,为光信息高效传输提供了新思路.另一方面,对称性在拓扑学和光子晶体研究中具有重要的物理意义和研究价值.例如,能谷光子晶体在破缺空间反演对称性的情况下表现出类量子能谷霍尔效应.目前,大多数能谷光子晶体具有C3对称性,而具有更低对称性的能谷光子晶体是否能够支持拓扑光传输仍然需要研究.本文通过调整能谷光子晶体的原胞形貌,构建了低对称性能谷光子晶体,并研究了其边界态的传输特性.研究结果表明,相对于C3对称性能谷光子晶体,低对称性能谷光子晶体的光子禁带变窄,但其边界态仍然能够实现单向激发以及抗散射传输.这一发现丰富了拓扑光子结构的多样性,为在低对称性结构中寻找拓扑保护光传输行为提供了指导.

关键词：能谷光子晶体对称性拓扑光传输

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