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热环境工作时间对高饱和磁感铁基纳米晶材料高频磁性的影响

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热加工工艺 2024年

作者：张博峻杨富尧贺爱娜董亚强黎嘉威国网智能电网研究院有限公司中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院磁性材料与器件重点实验室

提高铁基纳米晶材料在长时间热环境工作下的高频磁稳定性对保证电力电子器件的可靠性和功能性应用至关重要。通过交流B-H、阻抗分析仪、X射线衍射仪（XRD）和磁光克尔显微镜等手段研究了热环境工作时间对饱和磁感达1.38～1.39 T的FeCuNb... 详细信息

提高铁基纳米晶材料在长时间热环境工作下的高频磁稳定性对保证电力电子器件的可靠性和功能性应用至关重要。通过交流B-H、阻抗分析仪、X射线衍射仪（XRD）和磁光克尔显微镜等手段研究了热环境工作时间对饱和磁感达1.38～1.39 T的FeCuNbSiB和FeCuNbSiBMo纳米晶磁芯的磁导率、损耗、相结构和磁畴结构的影响规律。结果表明，在130℃的热环境工作温度下，两种纳米晶合金磁芯的高频磁导率随热环境工作时间的变化具有良好的稳定性。两种合金热环境工作时间下的磁导率相对室温磁导率的变化率随着频率的增加而降低。与含Mo磁芯相比，无Mo磁芯的磁导率随热环境工作时间的变化偏小。此外，热环境工作时间对两种合金磁芯的损耗影响均非常小，其中无Mo磁芯的热环境工作高频磁稳定性更佳。从微观结构和磁畴结构分析表明，长达720 h的热环境工作时间不会改变两种纳米晶样品的相结构，但会改变磁畴结构，这也是磁性能发生改变的原因。

关键词：纳米晶材料磁导率损耗高频磁性

Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体生长及光谱性能

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物理学报 2024年第5期73卷 369-374页

作者：孙贵花 †张庆礼罗建乔王小飞谷长江中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室合肥230031 先进激光技术安徽省实验室合肥230031

2.7-3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体,通过共掺入Pr3+离子以达到衰减Ho^(3+):^(5)I_(7)能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据... 详细信息

2.7-3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体,通过共掺入Pr3+离子以达到衰减Ho^(3+):^(5)I_(7)能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据,测量了拉曼光谱,并对晶体的拉曼振动峰进行指认,对Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征.Yb^(3+)的最强吸收峰在966 nm,吸收峰半峰宽为90 nm;2.7-3.0μm波段最强发射峰在2850 nm,半峰宽为70 nm;Ho^(3+):^(5)I_(6)和^(5)I_(7)能级寿命分别为1094μs和56μs.与Yb,Ho:GdScO_(3)晶体相比,Yb^(3+)的吸收峰和2.7-3.0μm的发射峰半峰宽明显展宽,同时下能级寿命显著减小,计算表明Ho^(3+):^(5)I_(7)与Pr^(3+):^(3)F_(2)+^(3)H_(6)能级之间能实现高效的能量传递.以上结果表明Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体是性能更优异的2.7-3.0μm波段激光材料.

关键词： 2.7—3.0μm激光 Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体晶体生长光谱性能

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新型高增益氟硫改性磷酸盐光纤及L波段光纤激光

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 655-664页

作者：朱金钟姬瑶黎仲贤耿鑫张勤远华南理工大学物理与光电学院发光材料与器件国家重点实验室广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室广州510640

L波段(1565~1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求.稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题.然而,目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发... 详细信息

L波段(1565~1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求.稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题.然而,目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发光效率低、增益系数低等问题,严重制约着光纤激光器的性能提升.因此,探索在L波段具有优异放大能力的新型高增益介质是该领域的主要挑战之一.本文报道了一种新型Er^(3+)/Yb^(3+)共掺氟硫改性磷酸盐(FSP)激光玻璃光纤及其L波段光纤激光输出.结果表明,FSP玻璃光纤为稀土离子提供了丰富的配位环境,具有高增益与宽带宽的特性.Er^(3+)/Yb^(3+)共掺FSP玻璃光纤品质因子为5.7×10^(-23)s cm^(2),增益带宽为49.7×10^(-27)cm^(3),峰值净增益系数达5.3 dB cm^(-1)@1540 nm,在1600 nm波段的增益系数可达2.4 dB cm^(-1).基于超短长度(1 cm) FSP光纤即可实现中心波长为1617 nm的L波段激光输出.此外,FSP玻璃光纤还具有弹性模量高(>80 GPa)、抗析晶稳定性好(>200℃)和化学稳定性强(溶解速率研究表明,新型高增益FSP光纤具有优异的长波放大性能,为L波段超短线性腔光纤激光器所需的增益材料提供了解决方案.

关键词：激光玻璃磷酸盐光纤氟硫改性磷酸盐光纤光纤激光器

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磁畴壁拓扑结构研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 57-68页

作者：张颖李卓霖沈保根中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同... 详细信息

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_(5–x)GeTe_(2)二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向.

关键词：磁畴壁麦纫磁畴壁斯格明子自旋重取向洛伦兹透射电子显微镜二维磁性材料

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中远红外硫系悬吊芯光纤及其光学性能研究

中国激光 2024年

作者：谢子豪王煜泽方沁楠樊智超吴煜张敏王雨杨白胜闯戴世勋沈祥王训四宁波大学信息科学与工程学院高等技术研究院红外材料与器件实验室浙江省光电探测材料及器件重点实验室

硫系玻璃在中远红外光谱区有良好的透过率和宽超连续谱（SC）输出等特性，但该类基质光纤的非线性效应却受制于其零色散波长过大（ZDW>4.5μm）问题。本文设计出一种新型的中远红外碲基悬吊芯光纤，仿真结果表明：芯径越小，色散蓝移越... 详细信息

硫系玻璃在中远红外光谱区有良好的透过率和宽超连续谱（SC）输出等特性，但该类基质光纤的非线性效应却受制于其零色散波长过大（ZDW>4.5μm）问题。本文设计出一种新型的中远红外碲基悬吊芯光纤，仿真结果表明：芯径越小，色散蓝移越明显，当芯径小于6.5μm时，该悬吊芯光纤的色散零点蓝移量明显快于普通阶跃单模光纤结构，尤其是当芯径小至5μm时，二者零色散点相差0.04μm；芯径为3μm时，零色散点相差0.26μm。此外，本文还探讨了支架宽度对光纤色散性能的影响，发现支架宽度的变化对光纤的色散也有明显的调节作用，当支架宽度为0.4μm时色散零点为3.16μm，而当支架宽度缩减至0.1μm时色散零点蓝移至3.154μm；然后通过优化玻璃提纯工艺，制备出2.5～8.5μm波段损耗低至3.87 dB/m的As30Se50Te20玻璃光纤，结合4.7μm激光校准后其损耗为7.06dB/m；最后，基于非线性薛定谔方程对该光纤进行了超连续谱产生仿真,当泵浦波长为2.38μm，光强为-30 d B时，实现了覆盖1.14～10.16μm的超连续谱输出，其光谱带宽为9.02μm。该光纤为后续的中远红外激光高能输出和新型宽谱传感应用提供了核心的光纤技术支撑。

关键词：红外硫系玻璃悬吊芯光纤低色散零点非线性材料

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机器学习在晶体生长中的应用研究进展

硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2412-2424页

作者：杨明亮王瑞仙孙贵花王小飞窦仁勤何異张庆礼中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 先进激光技术安徽省实验室合肥230037

制备大尺寸优质晶体是材料领域的重要课题,当前晶体生长仍十分依赖于技术人员的生长经验,耗时长,成本高,导致研制进度十分缓慢。随着计算机科学的发展,机器学习有望加快大尺寸晶体生长工艺的探索速度。本文概述了机器学习在晶体生长中... 详细信息

制备大尺寸优质晶体是材料领域的重要课题,当前晶体生长仍十分依赖于技术人员的生长经验,耗时长,成本高,导致研制进度十分缓慢。随着计算机科学的发展,机器学习有望加快大尺寸晶体生长工艺的探索速度。本文概述了机器学习在晶体生长中的应用,重点介绍了进化算法和神经网络算法,并概括了国内外相关领域的研究成果。在晶体结构预测方面,已成功开发出晶体结构预测软件,如Crystal Structure Prediction Network(CRYSPNet)、Universal Structure Predictor:Evolutionary Xtallography(USPEX)和Crystal structure AnaLYsis by Particle Swarm Optimization(CALYPSO)。在晶体生长条件优化方面,机器学习已成功用于铸锭炉热场优化、Si C、YAG、Si单晶温场以及生长工艺参数优化,取得了显著的效果。在晶体生长控制方法方面,机器学习已成功改进了激光晶体、Si单晶的直径控制,并在Si单晶晶体质量控制以及模型的自适应控制方法方面也取得了一定的进展。机器学习具有高精度、高效率的特点,可避开复杂的物理化学过程,通过从大量数据中挖掘信息和规律,实现晶体结构预测、晶体生长条件优化以及晶体生长精准控制。但机器学习在晶体生长中的应用也面临诸多挑战,包括大尺寸多元复杂体系的晶体结构预测、模型物理解释和数据处理、晶体生长过程的物理机制和控制规律以及多因素的耦合和复杂系统的模拟等。

关键词：计算机科学机器学习晶体生长结构预测

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倍半氧化物激光陶瓷的研究进展

硅酸盐学报 2024年第3期52卷 1006-1022页

作者：李晴王俊马杰刘鹏沈德元章健于浩海张怀金唐定远山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室江苏徐州221116 中国科学院上海硅酸盐研究所上海201899 深圳技术大学聚龙学院广东深圳518118

倍半氧化物透明陶瓷具有声子能量低、热膨胀系数低、损伤阈值高、热导率高等优势,在固体激光领域有着极大的应用前景。提出了研制高质量倍半氧化物透明陶瓷亟需解决的瓶颈问题,阐述了在倍半氧化物陶瓷制备过程中提高光学质量、减少晶格... 详细信息

倍半氧化物透明陶瓷具有声子能量低、热膨胀系数低、损伤阈值高、热导率高等优势,在固体激光领域有着极大的应用前景。提出了研制高质量倍半氧化物透明陶瓷亟需解决的瓶颈问题,阐述了在倍半氧化物陶瓷制备过程中提高光学质量、减少晶格缺陷的关键措施,总结了稀土离子掺杂倍半氧化物陶瓷在1~3μm波段固体激光器应用中的代表性成果,并对倍半氧化物激光陶瓷的未来发展进行了展望。

关键词：倍半氧化物透明陶瓷稀土离子激光陶瓷固体激光

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原位表征技术在锂硫电池机理研究中的应用

储能科学与技术 2024年第4期13卷 1239-1252页

作者：许旭鹏许旭明陈虹艳梁雅儒雷维新马增胜陈国新柯培玲湘潭大学材料科学与工程学院特殊功能薄膜材料国家省级重点实验室湖南湘潭411105 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201

商用锂离子电池的低能量密度已经无法满足电动汽车和电子设备迅速发展的需求,锂硫电池作为一种高能量密度、绿色环保且成本低廉的储能器件,已经成为储能领域的重要议题。然而,氧化还原动力学缓慢、穿梭效应严重、电解液耗竭以及锂负极... 详细信息

商用锂离子电池的低能量密度已经无法满足电动汽车和电子设备迅速发展的需求,锂硫电池作为一种高能量密度、绿色环保且成本低廉的储能器件,已经成为储能领域的重要议题。然而,氧化还原动力学缓慢、穿梭效应严重、电解液耗竭以及锂负极的降解等问题依然阻碍着锂硫电池商业化的脚步。研究锂硫电池系统内各部件的基本反应机制对于解决以上问题,并进一步提高电池的整体性能至关重要。原位表征技术可用于锂硫电池充放电过程中各部件结构变化与反应进程的实时观察与研究,对锂硫电池机理的揭示有望从材料设计层面大幅提升电池整体性能。本文通过对近期研究工作进行总结,介绍了锂硫电池在提高循环寿命和高能量密度上遇到的瓶颈性问题,简述了原位拉曼光谱、原位透射电镜、原位共振非弹性X射线散射、原位红外光谱和原位核磁共振光谱等原位表征技术在锂硫电池中的应用。并结合锂硫电池涉及的氧化还原反应、多硫化物溶解、电解液对多硫化物的抑制以及锂负极降解等具体环节,重点分析了原位表征技术在这些具体环节中监测多硫化物转化过程和探究锂硫电池内部反应机理方面的研究进展,指出了原位表征技术在促进锂硫电池机理理解方面的重要作用。

关键词：锂硫电池多硫化物原位表征技术作用机理

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一维阵列涡旋光束在海面大气中的传输特性

中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 300-311页

作者：侯政诚张明明白胜闯厉淑贞刘俊胡友友江苏科技大学理学院江苏镇江212000 浙江省光电探测材料及器件重点实验室浙江宁波315211 宁波大学高等技术研究院浙江宁波315211

相较于单涡旋光束,涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量,研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIG_(n,n))模式,采用海上大气折射率变换的功率谱,模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列... 详细信息

相较于单涡旋光束,涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量,研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIG_(n,n))模式,采用海上大气折射率变换的功率谱,模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况。结果表明:(1)HIG_(n,n)模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加;(2)n为奇数的HIG_(n,n)模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小,且高于n为偶数的HIG_(n,n)模式;(3)阶数n>1的HIG_(n,n)模式比LG_(0,1)模式具有更好的稳定性;(4)阶数越高,HIG_(n,n)模式的质心漂移标准差越小。其次,选取线性阵列涡旋光束(LAVBs)进行对比,研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能,但由于HIG光束具有独特的结构,故可适用于不同的应用场景。最后,分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响,结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力。本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义。

关键词：大气光学螺旋因斯高斯模式阵列涡旋光束闪烁因子湍流