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固体氢在极端压强下的超导性能

高压物理学报 2024年第2期38卷 50-58页

作者：杜昱孙莹王彦超钟鑫吉林大学物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学物理学院吉林长春130012

氢元素在常压下具有最简单的晶体结构和物理性质。随着压强增加,氢单质发生相变,由绝缘体转变为金属,被称为金属氢。数值模拟表明,金属氢具有高温超导电性,因此,金属氢研究也被称为高压物理领域的“圣杯”课题。利用基于密度泛函理论的... 详细信息

氢元素在常压下具有最简单的晶体结构和物理性质。随着压强增加,氢单质发生相变,由绝缘体转变为金属,被称为金属氢。数值模拟表明,金属氢具有高温超导电性,因此,金属氢研究也被称为高压物理领域的“圣杯”课题。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对固体氢在极端高压(0.5~5.0 TPa)下的结构和超导电性开展了系统研究。研究结果表明:固体氢的高压相变序列为I4_(1)/amd→oC12→cI16;对于同一种结构,随着压强增加,电声耦合系数减小,费米面处电子态密度减小,特征振动频率增加,超导转变温度发生小幅变化;在2.0 TPa压强下,固体氢的超导转变温度高达418 K(库伦赝势经验值μ^(*)=0.10)。研究工作将为金属氢及其超导电性的后续理论和实验研究提供参考。

关键词：金属氢超高压强高温超导相变

高压下Y-Si-H体系晶体结构和超导性质的第一性原理研究

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高压物理学报 2024年第2期38卷 59-70页

作者：马浩陈玲蒋其雯安德成段德芳吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012

采用第一性原理计算方法,研究了三元氢化物Y-Si-H体系在高压下的晶体结构、电子性质及超导性质,发现了热力学稳定的YSiH_(7)、YSiH_(9)、YSi_(2)H_(12)和YSiH_(18),以及热力学亚稳的YSi_(2)H_(13)、YSi_(2)H_(14)和Y_(2)SiH_(17)。电子性质计算表明,YSiH7为绝缘体,YSi_(2)H_(13)为半导体,其余氢化物均具有金属特性。通过麦克米兰方程估算超导转变温度(T_(c))发现,YSi_(2)H_(12)具有最高的T_(c),在100 GPa下为43.5 K。YSi_(2)H_(14)的动力学稳定压力可降至40 GPa,T_(c)为23.8 K,是Y-Si二元化合物中最高T_(c)的2倍,说明在Y-Si体系中引入H原子可以有效地提高超导转变温度。Y_(2)SiH_(17)在100 GPa下的T_(c)为35.8 K。谱函数和电声耦合计算结果表明,在YSi_(2)H_(14)和Y_(2)SiH_(17)中除中频振动的H原子诱导超导外,低频振动的Y原子也起着重要作用。

关键词：高压氢化物第一性原理结构预测超导电性

非静水压强下固体分子氢的结构与电子性质演化

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高压物理学报 2023年第5期37卷 9-18页

作者：宋贤齐刘畅刘子恺王建云李全吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室吉林长春130012

固体氢金属化所需的压强超过400 GPa,这种超高压条件给固体氢的实验制备和表征带来了极大的挑战。为此,利用第一性原理计算方法,系统研究了固体分子氢在非静水压强下的结构和物性演化。研究发现,在非静水高压条件下,固体分子氢具有良好... 详细信息

固体氢金属化所需的压强超过400 GPa,这种超高压条件给固体氢的实验制备和表征带来了极大的挑战。为此,利用第一性原理计算方法,系统研究了固体分子氢在非静水压强下的结构和物性演化。研究发现,在非静水高压条件下,固体分子氢具有良好的结构稳定性。非静水压条件将导致固体氢晶格的对称性破缺和电荷的重新分布,使固体分子氢在较低压强下(如压强低于300 GPa)转变为金属和超导体。据此提出了引入各向异性非静水压环境从而在较低压强下获得金属氢和高温超导氢的新思路。

关键词：非静水压金属氢超导体第一性原理计算

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高压下惰性元素氦化合物的研究进展

高压物理学报 2023年第3期37卷 1-6页

作者：田艺帆刘寒雨吉林大学物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学超硬材料国家重点实验室吉林长春130012 吉林大学物理学院吉林长春130012

氦(He)是元素周期表第2号元素,也是宇宙中除氢以外含量最丰富的元素,广泛存在于恒星和气态巨行星(gas giant planets)的内部高压强(高压)极端环境中。氦因其满壳层的电子结构具有极强的化学惰性,极难与其他元素结合形成化合物。近年来,... 详细信息

氦(He)是元素周期表第2号元素,也是宇宙中除氢以外含量最丰富的元素,广泛存在于恒星和气态巨行星(gas giant planets)的内部高压强(高压)极端环境中。氦因其满壳层的电子结构具有极强的化学惰性,极难与其他元素结合形成化合物。近年来,多项研究工作表明,惰性氦在极端高压条件下具有“不简单”的物理行为,如通过计算“预言”了在高压下稳定的铁氧氦化合物FeO_(2)He和具有反常原子传播的水氦化合物He-H_(2)O等。这些研究工作不仅有助于发现新的化学成键范式,也有力推动了高压物理、地学和行星科学等相关领域的研究进展。本文重点介绍了高压下氦化合物的相关研究进展,聚焦讨论氦化合物在高压下稳定的物理机制,并对未来在高压下设计和制备新型氦化合物的相关研究进行展望。

关键词：晶体结构预测高压惰性元素氦化合物

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聚合氮和氮的化合物专题·前言

高压物理学报 2024年第4期38卷 1-1页

作者：李全吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室

氮是地球大气的主要成分,还是生命大分子、氮肥、炸药等重要化合物中不可或缺的元素,与人类生产生活密切相关。在常温常压下,氮原子以N≡N键态结合成双原子分子气体。共价N≡N键是最强的化学键之一,其键能约为946 k J/mol,远高于N―N键... 详细信息

氮是地球大气的主要成分,还是生命大分子、氮肥、炸药等重要化合物中不可或缺的元素,与人类生产生活密切相关。在常温常压下,氮原子以N≡N键态结合成双原子分子气体。共价N≡N键是最强的化学键之一,其键能约为946 k J/mol,远高于N―N键和N=N键。巨大的键能差异预示着聚合氮和富氮化合物向氮气转变时将释放大量化学能。因此,聚合氮和富氮化合物是极具发展前景的环境友好型高能量密度材料。

关键词：高能量密度材料地球大气常温常压人类生产生活聚合氮环境友好型发展前景化合物

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基于XFlow的仿生扑翼飞行器机翼气动特性分析

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东北大学学报（自然科学版） 2021年第6期42卷 821-828页

作者：张志君陈默杨贺捷孙霁宇吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130022 吉林大学物理学院吉林长春130012 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130022 吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130022

通过空间曲柄摇杆结构产生的急回特性来实现仿生飞行器扑翼运动.为了探究仿生扑翼飞行器的气动特性的影响因素,采用玻尔兹曼模型的粒子跟踪方法模拟扑动过程中气动特性,基于计算流体力学仿真软件XFlow对不同翼型、翼展、翼平面形状进行... 详细信息

通过空间曲柄摇杆结构产生的急回特性来实现仿生飞行器扑翼运动.为了探究仿生扑翼飞行器的气动特性的影响因素,采用玻尔兹曼模型的粒子跟踪方法模拟扑动过程中气动特性,基于计算流体力学仿真软件XFlow对不同翼型、翼展、翼平面形状进行仿真分析并探究对升力和推力的影响.结果表明:翼型弯度和翼展的增大能够增加扑翼飞行器的升力系数,推力系数随着弯度的增大而变小;通过综合分析得到翼展长度在2.5倍弦长时,气动特性最佳;不同翼面形状的机翼具有不同的气动性能,相对于机翼后缘几何形状,前缘对气动特性的影响较大.研究结果为扑翼飞行器机翼的系统设计提供了有益的指导.

关键词：仿生扑翼飞行器 XFlow 机翼形状气动特性

基于纳米酶的比色生物传感器在生物医学检测中的应用

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生物化学与生物物理进展 2023年第7期50卷 1638-1650页

作者：袁琳陆冬筱李金华长春理工大学物理学院纳米光子学与生物光子学吉林省重点实验室长春130022

比色生物传感技术由于具有灵敏度高、方法简单并且容易操作等优点,已广泛应用于生物环境中污染物检测、生物体内重要标志物的检测以及癌症筛查等多个领域。基于纳米酶的比色生物传感器主要是借助纳米酶自身所具有的催化能力,模拟类过氧... 详细信息

比色生物传感技术由于具有灵敏度高、方法简单并且容易操作等优点,已广泛应用于生物环境中污染物检测、生物体内重要标志物的检测以及癌症筛查等多个领域。基于纳米酶的比色生物传感器主要是借助纳米酶自身所具有的催化能力,模拟类过氧化物酶活性,将显色剂氧化生成有色溶液,从而实现可视化检测,并通过对有色溶液吸光度的检测得到相关物质的含量。与无纳米酶的比色生物传感器相比,基于纳米酶的比色生物传感器具有选择性更高、检测更快以及灵敏度更高等优点。纳米酶在具有天然酶活性的同时还具有成本低、稳定性好的、易于合成等优点,其相关研究越来越广泛。目前,基于纳米酶的比色生物传感器已成为辅助相关医学检测的重要方法,同时也广泛应用于便携和实时性相关检测当中,为医学检测提供了重要的支持和保障。为了提高比色生物传感器的灵敏度以及应用范围,研究人员也在致力于增加可检测物质的种类以及纳米酶种类的多样化等。本文主要介绍基于纳米酶的比色生物传感器的检测原理、几类典型的纳米酶,以及基于纳米酶的比色生物传感器在生物医学检测领域中的应用情况和研究进展。

关键词：纳米酶比色生物传感器过氧化氢乙酰胆碱

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μ子能损超前探测技术研究

中南大学学报（自然科学版） 2018年第11期49卷 2753-2758页

作者：席振铢刘骏华何航王亮彭星亮周胜王鹤中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 教育部有色金属成矿预测重点实验室湖南长沙410083 湖南五维地质科技有限公司湖南长沙410205

依据宇宙射线μ子穿过高密度体物质时能量损失比穿过低密度体物质时的大的物理特性,推导电离损失、韧致辐射、电子偶衍生以及核相互作用的能损数学表达式,运用Geant4软件分别模拟μ子探测充填空气和水的溶洞穿透过程,记录其能量,构建μ... 详细信息

依据宇宙射线μ子穿过高密度体物质时能量损失比穿过低密度体物质时的大的物理特性,推导电离损失、韧致辐射、电子偶衍生以及核相互作用的能损数学表达式,运用Geant4软件分别模拟μ子探测充填空气和水的溶洞穿透过程,记录其能量,构建μ子入射与出射能损成像,并与其散射成像图进行对比。研究结果表明:μ子能损成像有效解决了μ子散射对相近原子序数的元素组成物质分辨率低的问题,有望利用μ子低能损成像实现对充气和水等低密度空洞的超前探测,为超前探测提供一种新的探测方法。

关键词： μ子能量损失超前探测溶洞

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高压超导专题·前言

高压物理学报 2024年第2期38卷 1-1页

作者：程金光刘寒雨中国科学院物理研究所吉林大学物质模拟方法与软件教育部重点实验室

1911年,荷兰科学家Kamerlingh Onnes首次发现汞在温度接近4.2 K时进入零电阻状态,从此拉开了超导电性研究的序幕。寻找具有更高超导转变温度的超导体,尤其是室温超导体,一直是全球科学家孜孜以求的目标。经过一个多世纪的发展,科学家们... 详细信息

1911年,荷兰科学家Kamerlingh Onnes首次发现汞在温度接近4.2 K时进入零电阻状态,从此拉开了超导电性研究的序幕。寻找具有更高超导转变温度的超导体,尤其是室温超导体,一直是全球科学家孜孜以求的目标。经过一个多世纪的发展,科学家们先后发现了铜氧化物和铁基等非常规高温超导体系,不仅将超导转变温度提升至液氮温区,而且极大地丰富和拓展了凝聚态物理的研究内涵和科学前沿。

关键词：超导转变温度凝聚态物理超导电性高温超导体铜氧化物科学前沿液氮温区零电阻