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光学奇异点附近的交叉偏振特性研究(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 274-280页

作者：杨锦袁帅杰刘旭荃周新星湖南师范大学物理与电子科学学院量子效应及其应用协同创新中心低维量子结构与调控教育部重点实验室湖南长沙410081

构建了非厄米系统中的高斯光束传输模型,探究了宇称-时间对称(PT-symmetric)结构中奇异点附近的交叉偏振特性。研究表明,当系统状态位于奇异点附近时,交叉偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布,而此时原偏振分量呈现出... 详细信息

构建了非厄米系统中的高斯光束传输模型,探究了宇称-时间对称(PT-symmetric)结构中奇异点附近的交叉偏振特性。研究表明,当系统状态位于奇异点附近时,交叉偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布,而此时原偏振分量呈现出与单一圆偏振分量相似且垂直于交叉偏振分量的双峰分布。进一步调整入射光的偏振态,还可以观察到交叉偏振分量的显著旋转现象。此外,该系统在跨越奇异点的过程中,交叉偏振分量的旋转方向也会随之翻转,这为精密探测奇异点的位置提供了一条新颖的思路。最后,奇异点附近所存在的强交叉偏振效应也为增强光子自旋霍尔效应提供了理论依据。

关键词：交叉偏振奇异点宇称-时间对称偏振

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光学奇异点附近的交叉偏振特性研究（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第3期 294-300页

作者：杨锦袁帅杰刘旭荃周新星湖南师范大学物理与电子科学学院量子效应及其应用协同创新中心低维量子结构与调控教育部重点实验室

构建了非厄米系统中的高斯光束传输模型，探究了宇称-时间对称（PT-symmetric）结构中奇异点附近的交叉偏振特性。研究表明，当系统状态位于奇异点附近时，交叉偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布，而此时原偏振分量... 详细信息

构建了非厄米系统中的高斯光束传输模型，探究了宇称-时间对称（PT-symmetric）结构中奇异点附近的交叉偏振特性。研究表明，当系统状态位于奇异点附近时，交叉偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布，而此时原偏振分量呈现出与单一圆偏振分量相似且垂直于交叉偏振分量的双峰分布。进一步调整入射光的偏振态，还可以观察到交叉偏振分量的显著旋转现象。此外，该系统在跨越奇异点的过程中，交叉偏振分量的旋转方向也会随之翻转，这为精密探测奇异点的位置提供了一条新颖的思路。最后，奇异点附近所存在的强交叉偏振效应也为增强光子自旋霍尔效应提供了理论依据。

关键词：交叉偏振奇异点宇称-时间对称偏振

部分相干矢量光场研究进展:从二维光束到三维光场(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 114-138页

作者：陈亚红董震刘永雷刘琳王飞蔡阳健苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006 山东师范大学物理与电子科学学院山东济南250358

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展,重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性;结合纳米光子学的发展,将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场,给出了三维部... 详细信息

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展,重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性;结合纳米光子学的发展,将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场,给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征,分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构,包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时,导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

关键词：部分相干光场矢量光场光场调控相干与偏振光场相干结构调控

构造凹陷的硅碳颗粒提高锂离子电池负极电化学性能

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储能科学与技术 2024年第4期13卷 1302-1309页

作者：刘淳正来沛霈孙卓聂耳张哲娟华东师范大学物理与电子科学学院纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海200241

调控硅碳颗粒的表面形貌和孔隙结构,可以进一步优化锂离子电池负极性能,对开发下一代高比能锂离子动力电池具有重要意义。本工作以光伏工业硅废料为硅源,壳聚糖和酚醛树脂为碳源,以及氯化钙为形貌调控剂,采用喷雾干燥、液相包裹和低温... 详细信息

调控硅碳颗粒的表面形貌和孔隙结构,可以进一步优化锂离子电池负极性能,对开发下一代高比能锂离子动力电池具有重要意义。本工作以光伏工业硅废料为硅源,壳聚糖和酚醛树脂为碳源,以及氯化钙为形貌调控剂,采用喷雾干燥、液相包裹和低温热解法构造了表面凹陷的硅碳颗粒。利用热重分析仪(TGA)、扫描电子显微技术(SEM)和电化学技术等表征测试手段,对比分析了颗粒凹陷程度对负极电化学性能的影响。结果表明,具有较大孔容和表面凹陷结构的非球形颗粒制备的电极中,颗粒间隙小、接触面积大、导电添加剂填充充分,因此电极具有良好的导电能力和离子传输能力,有利于电池循环稳定性。表面凹陷颗粒制备的负极循环400圈后放电比容量保持在680 mAh/g左右。电极的倍率测试结果表明,当电流密度从0.1 C恢复到1 C时,表面凹陷颗粒电极的放电比容量最高恢复率达到了97.8%,充放电性能稳定有助于推动高振实密度硅基锂离子电池负极的应用。

关键词：锂离子电池喷雾干燥硅碳颗粒表面凹陷

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高中物理科学论证能力评价量表的研制

物理教师 2024年第4期45卷 2-7,12页

作者：李丽萍刘健智刘新武怀化学院物电与智能制造学院湖南怀化418000 湖南师范大学物理与电子科学学院湖南长沙410081

科学论证是物理学科核心素养中科学思维的要素之一,是学生学习物理后应该具备的关键能力之一,因此有必要开发高中物理科学论证能力的评价量表.科学论证结构由主张、事实证据、推理、反驳组成,科学论证核心在于科学论证能力与科学论证倾... 详细信息

科学论证是物理学科核心素养中科学思维的要素之一,是学生学习物理后应该具备的关键能力之一,因此有必要开发高中物理科学论证能力的评价量表.科学论证结构由主张、事实证据、推理、反驳组成,科学论证核心在于科学论证能力与科学论证倾向,科学知识和论证知识是科学论证发生的基础,科学论证情境是科学论证发生的条件.从不同的视角对科学论证的要素进行考查,构建了高中物理科学论证能力的评价标准,在此基础上,设计了“炸豆腐”“月球磁场”“称空气”“楼上扔物砸不砸伤”“反叛的小纸团”5个论证问题情境,进行实测后,用Winsteps软件进行了问卷质量检验.

关键词：科学论证高中物理科学论证能力评价量表量表研制

准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

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红外与激光工程 2024年第4期53卷 58-66页

作者：佘凯谢鹏建周鹏斐魏勇许珊李丙轩张戈福州大学化学学院福建福州350108 中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室福建福州350002 中国科学院大学福建学院福建福州350002 福建师范大学化学与材料学院福建福州350117 湖南理工学院物理与电子科学学院湖南岳阳414006 湖北文理学院低维光电材料与器件湖北省重点实验室湖北襄阳441053 福建省光电信息科技创新实验室福建福州350108

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μ... 详细信息

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

关键词：固体激光器偏振调控 c切Er Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4) 准连续泵浦光束轮廓

电荷分离和转移调控光催化剂稳定的Pickering乳液用于光-酶偶联催化

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第2期57卷 114-122页

作者：刘嘉立戴慧聪刘鑫任亦起王茂弟杨启华中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室辽宁大连116023 浙江师范大学化学与材料科学学院先进催化材料教育部重点实验室固体表面反应化学省重点实验室浙江金华321004 中国科学院大学北京100049

人类社会可持续发展面临的能源紧缺和环境污染等问题迫切需要化工生产向绿色、低碳转型.酶催化反应因具有高活性、高选择性、专一性和低能耗等优点,在化工和制药行业得到了广泛应用.其中,氧化还原酶催化反应是还原醇类、胺类、酮类、酸... 详细信息

人类社会可持续发展面临的能源紧缺和环境污染等问题迫切需要化工生产向绿色、低碳转型.酶催化反应因具有高活性、高选择性、专一性和低能耗等优点,在化工和制药行业得到了广泛应用.其中,氧化还原酶催化反应是还原醇类、胺类、酮类、酸类和无机底物的有效方法,该类反应通常需要采用还原型辅酶NAD(P)(H)作为还原剂,而NAD(P)(H)的昂贵价格严重制约了酶催化反应的工业化发展.受自然界中光合作用启发,光催化辅酶再生技术通过将酶催化与光催化技术耦合,旨在常温常压的温和反应条件下利用太阳能实现化学品的高效、绿色合成.迄今为止,虽然已有多种类型的光催化剂被用于光催化NAD(P)H再生,但电荷分离效率低、电子/质子转移效率低、有机底物在水溶液中的溶解度低以及酶失活等仍是光-酶偶联系统亟待解决的问题.针对酶失活的问题,研究人员通过Pickering乳液催化技术利用固体颗粒直接乳化两相体系,进而构建高效的生物催化反应体系,提高催化反应效率.Pickering乳液中固体乳化剂吸附在水油界面形成的稳固空间壳层不仅可以将酶限域,而且可以像在细胞中一样为酶提供合适的微环境和足够的自由度.另外,Pickering乳液的高反应界面也可以解决底物在反应相中溶解度低的问题,实现类似细胞的功能和长期连续流动的生物催化,是构建仿生微反应器的理想平台.本文采用电子传递介质固载化界面活性复合光催化剂为固体乳化剂,ADH和NAD+为生物催化单元,开发了一种基于Pickering乳液的人工光-酶偶联体系.针对光敏剂中电荷分离和转移以及光敏剂向NAD(P)H的电子转移效率低等问题,光催化体系采用溶胶凝胶法制备了具有异质结结构的共价聚合物-氧化钛复合材料光催化剂.共价聚合物和氧化钛之间的高界面面积有效地提高了电荷分离效率,共价聚合物含量优化后的光催化剂在可见光下NADH再生的TOF值可达5.5 mmol·g^(-1)·h^(-1),是对应纳米共价聚合物与无定形氧化钛物理混合物的27.5倍.随后进一步将电子传递介质[Cp^(*)Rh(bpy)H_(2)O]^(2+)(简称M)通过嫁接法固载到光催化剂上,电子传递距离的缩短和场效应有效促进了电荷分离以及光生电子从光催化剂到电子传递介质的传递,同时解决了电子传递介质回收繁琐和酶失活的问题.得到的光催化剂在可见光下催化NADH再生反应的TOF值为2.4 mmol·g^(-1)·h^(-1),远高于其对应的物理混合物.最后分别以长碳链硅烷修饰后具有界面活性的光催化剂为固体乳化剂,辅酶、酶以及牺牲剂为水相,正己烷及底物正丁醛为油相制备了光催化反应与酶催化反应偶联的Pickering乳液人工光-酶偶联体系.可见光下Pickering乳液有效催化还原正丁醛,在6 h内累积生成了16.1 mmol·L^(-1)的丁醇,相当于NADH再生循环14次.综上,本文以制备具有异质结结构的高效复合光催化剂为切入点,理性设计出了高效Pickering乳液光-酶偶联体系,为构建高效的光-酶偶联体系,缓解能源和环境危机、实现碳减排提供了一种有效策略.

关键词：光催化 NADH再生聚合物电子传递介质 Pickering乳液

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体相二硫化铼中点缺陷的形成与稳定性

原子与分子物理学报 2024年 149-156页

作者：何诗颖赵宇清邹代峰许英廖雨洁禹卓良湖南科技大学物理与电子科学学院智能传感器与新型传感器材料湖南省重点实验室湖南理工学院物理与电子科学学院

二硫化铼是过渡金属二硫族化合物的成员,由于层间的范德华作用、合适的带隙、高的光吸收系数和长的载流子迁移距离在光电子研究领域引起广泛的关注.其中光电材料及器件的优良特性由电子结构决定,而半导体的缺陷能级对电子结构具有重要... 详细信息

二硫化铼是过渡金属二硫族化合物的成员,由于层间的范德华作用、合适的带隙、高的光吸收系数和长的载流子迁移距离在光电子研究领域引起广泛的关注.其中光电材料及器件的优良特性由电子结构决定,而半导体的缺陷能级对电子结构具有重要的调控,且体相二硫化铼的缺陷研究尚且缺乏.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对体相二硫化铼的铼空位、硫空位、钨掺杂(或替代)铼、钨掺杂硫、锝掺杂铼和锝掺杂硫的缺陷形成能和稳定性进行了研究.结果表明:钨掺杂硫和锝掺杂硫形成深施主能级缺陷,铼空位形成浅施主能级缺陷.在富铼和富硫条件下,钨掺杂铼的缺陷形成能低且能有效降低体系总能,提高体系稳定性.钨掺杂硫的缺陷虽然能降低体系的总能提高二硫化铼的稳定性,但较大的缺陷形成能表明钨掺杂硫缺陷难以形成.上述研究结果有助于理解缺陷能级对半导体深浅能级和稳定性的影响,同时也为未来实验上设计基于二硫化铼的高效的光电子器件提供理论依据.

关键词：体相二硫化铼形成能缺陷能级稳定性

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单层CsPbICl中点缺陷的形成与稳定性

原子与分子物理学报 2024年 136-142页

Cs2PbI2Cl2是卤化铅钙钛矿材料的新成员,由于其高的光吸收系数和长的载流子迁移距离等优异的光电物理性能,在太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管以及发光二极管等领域受到广泛的关注.其中光电材料及器件的优良特性由电子结构决定,而... 详细信息

Cs2PbI2Cl2是卤化铅钙钛矿材料的新成员,由于其高的光吸收系数和长的载流子迁移距离等优异的光电物理性能,在太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管以及发光二极管等领域受到广泛的关注.其中光电材料及器件的优良特性由电子结构决定,而钙钛矿的点缺陷对电子结构具有重要的调控,且单层Cs2PbI2Cl2中点缺陷的研究尚且缺乏.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层Cs2PbI2Cl2的铯空位、碘空位、氯空位、铯替代铅、碘替代铯、碘替代铅、碘替代氯、氯替代铯、氯替代铅和氯替代碘的缺陷形成能和稳定性进行了研究.结果表明:在富铅和缺铅条件下,碘替代氯和氯替代碘的缺陷形成能偏低,且氯替代碘能有效降低体系总能,提高体系稳定性.在缺铅条件下铯空位缺陷形成能低于富铅条件,在缺铅条件下更易形成铯空位;富铅和缺铅条件下对碘替代氯和氯替代碘的缺陷形成能基本无影响.上述研究结果有助于理解点缺陷对钙钛矿材料稳定性的影响,同时也为未来实验上设计基于Cs2PbI2Cl2的高效的光电子器件提供理论依据.

关键词：单层Cs PbI Cl 形成能点缺陷稳定性