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掺杂Cd元素协同优化SbTe（SnTe）的热电输运性能

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科学通报 2024年

作者：刘雨晴崔金华王淑芳钱鑫河北大学物理科学与技术学院河北省光电信息材料重点实验室

环境友好型的热电材料碲化锡（SnTe）因不含有毒元素铅（Pb）而受到广泛关注和研究.由于其具有极高的载流子浓度,尽管在中高温区表现出较高的热电性能,但其近室温区的热电性能很难提升.随着热电制冷技术的发展,材料在近室温区的热电性... 详细信息

环境友好型的热电材料碲化锡（SnTe）因不含有毒元素铅（Pb）而受到广泛关注和研究.由于其具有极高的载流子浓度,尽管在中高温区表现出较高的热电性能,但其近室温区的热电性能很难提升.随着热电制冷技术的发展,材料在近室温区的热电性能显得更加重要.之前的研究表明,合金化Sb2Te3可以引入大量的阳离子空位和位错缺陷,能有效抑制SnTe的晶格热导率,同时还可以调控其能带结构增大有效质量,是提高其宽温域热电性能的有效策略.本研究在合金化Sb2Te3的基础上,通过在Sn位掺杂Cd元素,协同调控了Sb2Te3（SnTe）6的载流子浓度、态密度有效质量和晶格热导率.最终Sb2Te3(Sn0.96Cd0.04Te)6在300 K的ZT值达到了0.26, 323～773 K温度范围内的平均ZT值达到了0.79,表明SnTe-Sb2Te3化合物在热电发电和制冷领域具有重要的应用潜力.

关键词：热电材料载流子浓度有效质量晶格热导率热电性能

吉帕级单轴应力下Mn_(3)Sn单晶的磁化率增强

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物理学报 2024年第12期73卷 359-366页

作者：邓珊珊宋平刘潇贺姚森赵谦毅燕山大学理学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北省微结构材料物理重点实验室秦皇岛066000

如何在室温下实现非共线反铁磁Mn_(3)Sn自旋的调控是一项挑战.本文通过对Mn_(3)Sn单晶施加GPa级单轴应力调控其磁结构,发现随着应力的增大,晶格常数a逐渐减小.此外,GPa级单轴应力下Mn_(3)Sn的磁化率(χ)不同于MPa级单轴应力下的结果,其... 详细信息

如何在室温下实现非共线反铁磁Mn_(3)Sn自旋的调控是一项挑战.本文通过对Mn_(3)Sn单晶施加GPa级单轴应力调控其磁结构,发现随着应力的增大,晶格常数a逐渐减小.此外,GPa级单轴应力下Mn_(3)Sn的磁化率(χ)不同于MPa级单轴应力下的结果,其值不再是一个定值,而是随着应力的增大而增大.当沿[1120]方向施加1.12 GPa应力后,χ达到0.0203μB/(f.u.T);当沿[0110]方向施加1.11 GPa应力后,χ达到0.0332μB/(f.u.T),为未变形样品的2.4倍.进一步的实验结果表明,GPa级的单轴应力打破了kagome晶格的面内六边形的对称性,从而改变Mn原子间的交换相互作用,增强体系的反铁磁耦合作用,使χ不再是一个定值.这一发现将会为反铁磁自旋调控提供新的思路.

关键词：反铁磁单轴应力单晶晶格畸变

探究四聚体超表面中多极准连续域束缚态的调控机制

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物理学报 2024年第10期73卷 321-336页

作者：孟祥裕李涛余彬彬邰永航云南师范大学云南省光电信息技术重点实验室昆明650500 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 温州市生物物理重点实验室温州325000 瓯江实验室(再生调控与眼脑健康浙江省实验室) 温州325000

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum)... 详细信息

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum).通过测量准BIC (quasi-BIC)模式的谐振波长,计算准BIC模式的Q因子(quality fector)与不对称参数的关系,可进一步证实不对称参数对准BIC共振频率和Q因子的可调谐性.在此基础上,当同时引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可获得5个高Q因子的准BIC模式.共振峰的数量、位置以及Q因子都可通过调整面内破缺、位移扰动和周期扰动的程度进行调控.该超表面的设计可为传感器的多参数传感以及灵敏度等性能的提升提供一种全新思路.

关键词：超表面准连续域束缚态对称破缺

大孔柚子型微结构光纤探针的表面增强拉曼散射性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 527-533页

作者：李佳轩付子珍曹茜清胡志国付兴虎付广伟金娃毕卫红燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检... 详细信息

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检测效果。但受限于光纤本身的结构,普通光纤仅能利用端面或侧表面提供拉曼检测的“热点”区域,限制了其SERS性能的进一步提高。因此制备了大孔柚子型微结构光纤(MSF)表面增强拉曼散射(SERS)探针,其中大孔柚子型MSF SERS探针结构通过一段阶跃多模光纤与柚子型微结构光纤熔接制得。实验分别对自制的纳米银溶胶基底以及大孔柚子型MSF SERS探针的SERS性能进行检测。采用溶胶自组装法制备负载银纳米颗粒的MSF SERS探针,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS探针(Ag/MSF-x,其中x为自组装时间,分别为15、30、45、60 min)。采用溶液检测方法,利用Ag/MSF-x探针对10^(-3) mol·L^(-1)的亚甲基蓝(MB)探针分子进行检测,通过比较相同条件下的增强效果筛选得到Ag/MSF-45探针。为进一步检测Ag/MSF-45探针的SERS性能,制备不同浓度的MB溶液,分别利用纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针对其进行检测。实验结果表明,纳米银溶胶基底对MB的检测限(LOD)为10^(-6) mol·L^(-1),Ag/MSF-45探针对MB的检测限(LOD)为10^(-7) mol·L^(-1);拉曼信号的再现性结果表明纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针在各个特征峰处的RSD值均在合理范围内;在1619 cm^(-1)拉曼位移处对纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针检测MB的拉曼强度和浓度进行对数转换拟合,纳米银溶胶基底的拟合优度R2达0.91628,Ag/MSF-45探针的拟合优度R2达0.98848;纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针的再现性结果表明,其在各个特征峰处的RSD值均处于合理范围,但Ag/MSF-45探针的各特征峰RSD值均小于纳米银溶胶基底,最大为13.89%;利用10^(-6) mol·L^(-1)的MB对Ag/MSF-45探针的增强因子(AEF)进行计算,Ag/MSF-45探针的AEF达到6.09×10^(6),表现出良好的增强效果。因此,基于大孔柚子型MSF SERS探针凭借独特的空气孔结构使其具有较高的灵敏度以及良好的再现性,且其SERS性能均优于纳米银溶胶基底,在农业、化学分析、生物检测等领域及大分子物质检测等方面应用前景广泛。

关键词：表面增强拉曼散射柚子型微结构光纤光纤探针纳米银溶胶亚甲基蓝

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

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电机与控制学报 2024年第2期28卷 54-63页

作者：张龙武玉才华北电力大学河北省绿色高效电工新材料与设备重点实验室河北保定071003

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点... 详细信息

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

关键词：交流电机定子绕组匝间短路开口变压器法感应电压故障诊断

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压缩感知字典迁移重构的小样本轴承故障诊断

振动与冲击 2024年第5期43卷 62-71,120页

作者：孙洁娣赵彬集温江涛时培明燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学河北省信息传输与信号处理重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

针对实际应用中智能轴承故障诊断面临标签样本严重不足的问题,提出一种结合压缩感知、字典学习和迁移的数据增强算法,用于小样本故障诊断研究。首先,利用源域标签数据通过小波包字典学习和优化方法生成特定源域字典,并得到共享表示系数... 详细信息

针对实际应用中智能轴承故障诊断面临标签样本严重不足的问题,提出一种结合压缩感知、字典学习和迁移的数据增强算法,用于小样本故障诊断研究。首先,利用源域标签数据通过小波包字典学习和优化方法生成特定源域字典,并得到共享表示系数,获取故障内在信息;之后采用少量目标域信号微调共享表示系数,并更新源域字典生成迁移字典;最后通过共享表示系数和迁移字典生成大量具有目标域特征的新样本,实现数据增强。采用常用的深度故障诊断网络对该数据增强算法进行了诊断性能验证,结果表明该方法产生的信号具有故障的有效信息,用于模型训练和识别能够取得较好的诊断性能。该方法为小样本故障诊断问题提出了新的思路。

关键词：轴承故障诊断数据增强压缩感知重构字典迁移

光子Moiré超晶格薄膜的设计及光学特性研究

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光学学报 2024年第4期44卷 355-362页

作者：赵富源孙晓红郑州大学电气与信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室河南郑州450001

二维光子Moiré超晶格拥有一些常规光子晶体不具备的特性,例如平带特征和不同于安德森局域化的光局域现象。本文利用多光束干涉法构建二维光子Moiré超晶格结构,采用有限元法对其能带结构及光场特性进行研究。通过优化Moiré晶格厚度、... 详细信息

二维光子Moiré超晶格拥有一些常规光子晶体不具备的特性,例如平带特征和不同于安德森局域化的光局域现象。本文利用多光束干涉法构建二维光子Moiré超晶格结构,采用有限元法对其能带结构及光场特性进行研究。通过优化Moiré晶格厚度、空气孔半径对其平带及局域特性的影响,得到了高局域特性的Moiré晶格结构。研究中发现,正方晶格具有不同于六角晶格的准狄拉克锥光局域化效应。本文研究结果对发展高性能微纳结构器件具有重要参考价值。

关键词：光子晶体光子Moiré超晶格多光束干涉平带光局域

载流子浓度优化与动态掺杂提高n型PbS宽温域的热电性能

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科学通报 2024年

作者：侯正浩崔秋娟钱鑫王淑芳河北大学物理科学与技术学院河北省光电信息材料重点实验室石家庄学院化工学院石家庄市低碳能源材料重点实验室

硫化铅（PbS）基热电材料因其组成元素储量丰富、价格低廉、热稳定性高等优势而备受研究人员关注.目前关于PbS的研究主要聚焦于通过元素重掺杂提高其载流子浓度,以获得优良的中高温热电性能.然而,这种方法导致PbS近室温热电性能较差,严... 详细信息

硫化铅（PbS）基热电材料因其组成元素储量丰富、价格低廉、热稳定性高等优势而备受研究人员关注.目前关于PbS的研究主要聚焦于通过元素重掺杂提高其载流子浓度,以获得优良的中高温热电性能.然而,这种方法导致PbS近室温热电性能较差,严重制约了其在制冷领域的发展.本工作通过掺杂微量的GaBi,优化了n型PbS的载流子浓度,室温的功率因子达到21.70μW cm-1K-2.同时,形成的Ga/Bi间隙原子与位错缺陷增强了声子散射,降低了PbS的晶格热导率, Pb0.99875（GaBi）0.00125S样品在300～773 K的平均ZT值达到0.58.为了进一步优化n型PbS在宽温域下的热电性能,通过引入Cu原子实现了载流子浓度的动态掺杂, Pb0.99875（GaBi）0.00125S+2%Cu样品的平均功率因子增加至17.6μW cm-1K-2,平均ZT值进一步提升至0.65.本工作为优化PbS近室温区热电性能提供了新方法,对于推动PbS基热电材料在制冷领域的应用具有重要意义.

关键词：热电材料 n型PbS 载流子浓度动态掺杂 ZT值

大气湍流对空间相干光通信的相干探测性能影响

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物理学报 2024年第10期73卷 203-211页

作者：刘宇韬徐苗付兴虎付广伟燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室秦皇岛066004 自然资源部海洋观测技术重点实验室天津300112

空间相干光通信被认为是突破现有高速空间通信瓶颈的重要手段,但其应用受到大气湍流的极大限制.为此,本文首先基于Huygens-Fresnel原理和低频补偿功率谱反演法,研究了高斯光束经大气湍流传输后振幅和相位的随机分布特性;然后,利用相干... 详细信息

空间相干光通信被认为是突破现有高速空间通信瓶颈的重要手段,但其应用受到大气湍流的极大限制.为此,本文首先基于Huygens-Fresnel原理和低频补偿功率谱反演法,研究了高斯光束经大气湍流传输后振幅和相位的随机分布特性;然后,利用相干混频效率及通信误码率模型,获得大气湍流对空间相干光通信系统性能的影响规律;最后,搭建激光外差探测实验系统,定量研究了大气湍流对空间相干光通信相干探测性能的影响.结果表明:弱湍流条件下,空间相干光通信性能几乎不受大气湍流的影响;中等强度湍流影响下,相干混频效率会随着湍流强度的增大而迅速下降,但通过提高单比特光子数可以有效抑制湍流对通信性能的负面影响;强湍流会显著破坏光束相干性,使得相干混频效率趋近于零,即使提高单比特光子数也无法有效改善通信性能.大气湍流是空间相干光通信发展的重要限制因素,该研究可为空间相干光通信系统性能评估提供有益参考.

关键词：空间相干光通信大气湍流混频效率误码率