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哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1679-1698页

作者：张琼月马新郭德宇付松倪彬彬武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 详细信息

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

关键词：波粒相互作用合声波辐射带电子扩散系数损失时间尺度

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初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

地球物理学报 2024年第1期67卷 1-11页

作者：焦鹿怀付松倪彬彬张援农武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统... 详细信息

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

关键词：双流不稳定性粒子云模拟初始扰动线性理论

纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中光孤子的存储与读取

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物理学报 2024年第16期73卷 64-71页

作者：曾莹佘彦超张蔚曦杨红铜仁学院物理与电子工程系铜仁554300 吉首大学物理与机电工程学院吉首416000

本文解析研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取.结果表明,由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应,系统中的光吸收被大大抑制.同时,纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用,增强的系统非线性... 详细信息

本文解析研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取.结果表明,由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应,系统中的光吸收被大大抑制.同时,纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用,增强的系统非线性响应能平衡色散效应得到稳定的时间光孤子.进一步研究表明,通过关闭和打开点间隧穿耦合,系统中可实现光孤子的高效率和高保真度的存储与读取.上述结果对于固体量子材料中全光信息处理的实际应用具有一定的指导意义和潜在的应用价值.

关键词：隧穿诱导透明光孤子的存储和读取量子点纳米光纤

经验中子星质量方程在约束核物质状态方程参数中的应用

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第6期54卷 166-175页

作者：谢文杰运城学院物理与电子工程系运城044000

联合多种数据已成为约束核物质状态方程的有效方法之一.中子星的经验质量方程提供了天体观测量与地面实验室观测量之间的关联,为相关研究提供了便利的基础.本文基于208Pb的中子皮厚度和偶极极化率的实验数据,在中子星模型和贝叶斯统计... 详细信息

联合多种数据已成为约束核物质状态方程的有效方法之一.中子星的经验质量方程提供了天体观测量与地面实验室观测量之间的关联,为相关研究提供了便利的基础.本文基于208Pb的中子皮厚度和偶极极化率的实验数据,在中子星模型和贝叶斯统计方法的理论框架下,计算了核物质状态方程参数、中子星半径、中子星潮汐形变系数以及中子星引力红移的后验概率分布.研究结果显示,中子星的经验质量方程在约束核物质状态方程方面具有显著效果.中子皮厚度数据能够提供与中子星半径观测数据相媲美的约束效果.基于PREX-Ⅱ合作组发布的中子皮厚度数据,中子星经验质量方程对应更硬的核物质状态方程.通过计算1.4倍太阳质量中子星引力红移的后验概率分布,发现源GS1826-24的质量有较大概率为1.4倍太阳质量.结合中子星半径观测和208Pb的中子皮厚度与偶极极化率的联合数据,发现相对于中子皮厚度数据,中子星半径和偶极极化率数据在约束核物质状态方程参数方面起着更为重要的作用.208Pb的偶极极化率数据表现出最佳的约束效果,突显了在解决核物质状态方程这一复杂问题中实验数据的丰富性和精确性的重要性.

关键词：核物质状态方程参数贝叶斯统计方法中子星经验质量方程 208Pb的中子皮厚度 208Pb的偶极极化率

基于电磁超材料的射频能量收集器设计及性能验证

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传感器与微系统 2024年第1期43卷 91-94,98页

作者：尉易庆杨慧敏忻州师范学院电子系山西忻州034000

设计了一种用于2.45GHz射频(RF)能量收集的超材料能量收集器,为典型的三明治结构,超材料谐振结构为互补开口谐振环(CSRR),介质层选用具有低损耗角正切特性的F4B材质。通过在CSRR的开口处打孔并加载负载电阻,实现了WiFi频段电磁(EM)能量... 详细信息

设计了一种用于2.45GHz射频(RF)能量收集的超材料能量收集器,为典型的三明治结构,超材料谐振结构为互补开口谐振环(CSRR),介质层选用具有低损耗角正切特性的F4B材质。通过在CSRR的开口处打孔并加载负载电阻,实现了WiFi频段电磁(EM)能量的完美吸收。通过对收集器输入阻抗及多物理场分布的仿真,从不同方面分析了超材料能量收集器的吸波机理。样品的测试结果表明:所设计的超材料能量收集器能够在2.5 GHz达到89.3%的能量收集效率。验证了所设计的超材料谐振结构用于WiFi能量收集的可行性,可用于低功耗消费电子、医疗植入设备、物联网传感器节点等的主要或供电辅助来源。

关键词：超材料能量收集欧姆损耗电磁谐振

GaS/Mg(OH)_(2)异质结电子结构的第一性原理研究

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物理学报 2024年第13期73卷 251-261页

作者：刘俊岭柏于杰徐宁张勤芳盐城工学院物理系盐城224051

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,... 详细信息

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,有利于光生电子-空穴对的空间分离.层间电荷转移诱导的内建电场进一步促进载流子的分离,同时有助于抑制层间电荷的复合.在双轴应变下,异质结的导带最小值和价带最大值的位置分别产生了不同程度的平移,导致带隙发生显著的变化,变化量达到了0.5 eV.而且在拉伸应变下,异质结由间接转变为直接带隙半导体,同时异质结仍保持Type-Ⅱ型能带结构.此外,应变还可以有效地调控异质结的带边位置与水分解的氧化还原电位相匹配(pH=0—7).光吸收谱显示异质结具有较强的光吸收性能,尤其在拉伸应变为3%时,光吸收发生了明显的红移.这些结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有可调的电子性能而在光电领域有着广阔的应用前景.

关键词：异质结电子结构应变第一性原理

反旋双色椭圆偏振激光场中Ar原子的非序列双电离

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物理学报 2024年第9期73卷 78-87页

作者：葛振杰苏旭白丽华上海大学理学院物理系上海200444

利用经典系综方法研究了不同椭偏率的反旋双色椭圆偏振(two-color elliptically polarized,TCEP)激光场中Ar原子非序列双电离(nonsequential double ionization,NSDI)的电子关联特性和再碰撞动力学.不同于反旋双色圆偏振激光场,反旋TCE... 详细信息

利用经典系综方法研究了不同椭偏率的反旋双色椭圆偏振(two-color elliptically polarized,TCEP)激光场中Ar原子非序列双电离(nonsequential double ionization,NSDI)的电子关联特性和再碰撞动力学.不同于反旋双色圆偏振激光场,反旋TCEP激光场不再具有空间对称性,返回电子主要从一个方向返回母离子,从而导致电子动量分布表现出很强的不对称性.数值结果显示随着椭偏率的增大,Ar原子NSDI的产量逐渐减小,并且电子对在椭圆偏振激光场长轴方向上的关联电子动量分布,从主要位于第一和第三象限的正相关逐渐演变为主要位于第二和第四象限的反相关.通过对不同特征时间的统计分析表明,随着椭偏率的增大,旅行时间和返回电子的重碰撞能量逐渐减小,而延迟时间却增大,这是电子对关联特性发生变化的主要原因.此外,进一步分析发现,无论是“短轨迹”还是“长轨迹”,椭偏率的增大都会使两个电子由同向出射逐渐转变为反向出射,这表明椭偏率和旅行时间都影响着电子的出射方向.

关键词：反旋双色椭圆偏振激光场非序列双电离椭偏率电子关联

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FASER实验:简介与研究进展

科学通报 2024年第8期69卷 1025-1033页

作者：刘锦枫逄昊王驰艾小聪陈新胡震清华大学物理系北京100084 清华大学致理书院北京100084 郑州大学物理学院(微电子学院) 郑州450001

FASER(ForwArd Search ExpeRiment)是一个位于大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)上的前向粒子探测实验.LHC质子对撞产生的质量轻、能量高的粒子往往会沿着束流方向飞行,并逃离传统粒子探测器的覆盖区域.对这些前向粒子的探测... 详细信息

FASER(ForwArd Search ExpeRiment)是一个位于大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)上的前向粒子探测实验.LHC质子对撞产生的质量轻、能量高的粒子往往会沿着束流方向飞行,并逃离传统粒子探测器的覆盖区域.对这些前向粒子的探测和研究是传统探测器实验很好的补充.FASER探测器(包括其专门用于探测中微子的子探测器FASERν)位于ATLAS对撞点处束流切线方向下游480 m,物理目标包括可能的暗物质候选者和对撞机产生的中微子.2023年3月,FASER首次直接探测到约153个对撞机产生的高能中微子,信号显著度为16σ.随后,FASER合作组又公布了其暗光子搜寻结果,未发现显著信号,但给出了质量在17~70 MeV范围内、■在2×10^(–5)~1×10^(–4)范围内的暗光子可能性的世界最好限制.正在计划中的前向物理设施(Forward Physical Facility,FPF)或将成为未来HL-LHC时代前向物理研究的新阵地.本文将介绍FASER实验装置及其物理目标,并简要介绍FASER初步的实验结果.

关键词： FASER FASERν FPF 前向物理中微子暗光子

吡啶离子液体[HPy][BF4]与乙腈混合体系的微观结构与性质的分子模拟研究（英文）

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原子与分子物理学报 2025年第4期 33-38页

作者：徐建强马赵鹏程思刘志聪朱光来安徽师范大学物理与电子信息学院物理系

运用分子动力学模拟方法研究了不同摩尔分数下吡啶类离子液体[HPy][BF4]和乙腈的混合体系的微观结构和热力学性质，得到了体系的密度、自扩散系数、超额摩尔体积和径向分布函数等.结果表明，随着[HPy][BF4]摩尔分数的增加，自扩散系数... 详细信息

运用分子动力学模拟方法研究了不同摩尔分数下吡啶类离子液体[HPy][BF4]和乙腈的混合体系的微观结构和热力学性质，得到了体系的密度、自扩散系数、超额摩尔体积和径向分布函数等.结果表明，随着[HPy][BF4]摩尔分数的增加，自扩散系数降低；而超额摩尔体积先减小，达到最小值后再增大.一些特征原子的径向分布函数（RDFs）的规律明显不同：随着[HPy][BF4]摩尔分数的增加，HA1-F的RDFs第一峰值下降，而CT6-CT6的RDFs第一峰值则先上升后下降，这表明溶剂分子对[HPy][BF4]的极性和非极性区域的影响不同.

关键词：吡啶类离子液体热力学性质分子动力学模拟径向分布函数