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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

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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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连续变量量子密钥分发系统中动态偏振控制研究

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物理学报 2024年第6期73卷 119-127页

作者：张光伟白建东颉琦靳晶晶张永梅刘文元中北大学半导体与物理学院物理系太原030051

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振... 详细信息

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振控制单元是推动系统外场实用化进程的关键技术.本文理论上证明了系统接收端仅考虑任意偏振消光比输出时,偏振控制单元只需两个控制自由度即可.在此基础上将贝叶斯参数估计方法有效融入混沌-猴群算法,同时在现场可编程逻辑门阵列硬件上实现控制算法,结合积分型光场探测器建立动态偏振控制单元,仿真和实验结果表明单次偏振控制静态消光比达到30 dB以上的平均周期为400μs.为了应对偏振态连续变化情况,将动态偏振控制单元集成到连续变量量子密钥分发系统,实验测试了偏振态扰动速率在0—2 krad/s范围内系统仍然能够正常运转.

关键词：连续变量量子密钥分发贝叶斯参数估计方法猴群算法动态偏振控制器

基于Fortran语言的地球外辐射带电子三维数据同化建模

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1285-1298页

作者：罗陶荣曹兴马新付松倪彬彬王晓宇雷源武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三... 详细信息

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.

关键词：地球外辐射带电子通量三维数据同化范阿伦卫星 Fortran语言

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

基于偶极子天线辐射反向创建空间球形聚焦光斑

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光学学报 2024年第10期44卷 428-435页

作者：王俊杰杨艳芳何英李琦王昆峰上海大学理学院物理系上海200444

与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,... 详细信息

与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场,并选择合适的偶极子天线长度,就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明,创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致,球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活,可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑,这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。

关键词：物理光学球形聚焦光斑偶极子天线 4Pi聚焦系统

掺钨VO_(2)纳米粉双相界面自组装成膜及微结构的光学性质

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光子学报 2024年第4期53卷 198-208页

作者：周杨洋姜佳彤张笑然田梦杰董博文朱亚彬北京交通大学物理科学与工程学院物理系北京100044

VO_(2)的相变温度68℃限制了其在室温环境中的应用和安全性,采用W^(6+)离子掺杂的方法可有效降低VO_(2)相变温度。利用涂有真空硅脂的聚苯乙烯模具和添加表面活性剂的W_(x)V_(1-x)O_(2)纳米溶液,在玻璃基底上通过双相界面自组装方法将... 详细信息

VO_(2)的相变温度68℃限制了其在室温环境中的应用和安全性,采用W^(6+)离子掺杂的方法可有效降低VO_(2)相变温度。利用涂有真空硅脂的聚苯乙烯模具和添加表面活性剂的W_(x)V_(1-x)O_(2)纳米溶液,在玻璃基底上通过双相界面自组装方法将水热法合成的W_(x)V_(1-x)O_(2)纳米粉末制备成薄膜,在此基础上加装直径1μm的聚乙烯线制备W_(x)V_(1-x)O_(2)/glass微结构。直接观察到液/固双相界面上毛细管流的运动过程,以及微结构两侧对称出现半月形的现象。液-固-气系统复杂的动态变化的过程,遵循流体动力学和热力学的规律。X射线衍射表征结果表明,自组装W_(x)V_(1-x)O_(2)薄膜为多晶结构,主要成分为M相VO_(2)和少量钒的其他价态氧化物及少量钨钒的氧化物(WVO_4);近红外透过率测试显示W_(x)V_(1-x)O_(2)/glass薄膜随温度变化规律与理论模拟计算的趋势吻合;其温度-透过率曲线“突变”特性优于旋涂法制备的薄膜;可见光的微结构衍射图样类似光栅衍射图样,表明此种薄膜和微结构制备方法可行。研究结果可应用于防护涂层制备和微结构光学调控领域。

关键词：薄膜微结构掺钨二氧化钒双相界面自组装光学透过率衍射图样

特丁基对苯二酚的密度泛函理论计算及红外光谱分析

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 39-46页

作者：张竺立逯美红高鹏慧王志军长治学院物理系

特丁基对苯二酚(Tert-butylhydroquinone, TBHQ)是一种常见的新型合成抗氧化剂，可以被用来延长食物的保质期，但过量使用会危害健康.目前的检测方法中振动光谱技术具有无损快速的优点，因此采用密度泛内涵理论与振动光谱技术相结合的... 详细信息

特丁基对苯二酚(Tert-butylhydroquinone, TBHQ)是一种常见的新型合成抗氧化剂，可以被用来延长食物的保质期，但过量使用会危害健康.目前的检测方法中振动光谱技术具有无损快速的优点，因此采用密度泛内涵理论与振动光谱技术相结合的研究方法可以为TBHQ的检测提供理论依据和参考.理论上，基于密度泛函理论DFT(RB3LYP)的三参数混合方法以及6-31G(d, p)和6-311++G(d, p)基组对TBHQ分子空间结构进行优化，给出了TBHQ的键长、键角和二面角等空间结构参数值，确定该分子空间构型为非平面结构.采Multiwfn和VMD程序计算并分析TBHQ分子的前线轨道和静电势，预测了该分子的反应活性位点，得出苯环和酚羟基的反应活性最强. TBHQ分子静电势最小值位于酚羟基的O原子附近，最大值位于酚羟基的H原子附近.亲电试剂和亲核试剂通过静电作用将与酚羟基发生作用.实验上，利用傅里叶变换红外光谱仪对TBHQ分子进行检测，然后在优化结构的基础上计算TBHQ分子的理论红外光谱.将得到的理论红外光谱与实验采集的数据进行对比，呈现出较好的一致性.理论计算结果可见TBHQ分子在0-2000 cm-1和2000-4000 cm-1范围两个区域有明显的红外活性，前者主要是指纹区的振动，后者是官能团的振动；从计算结果还可以明显看出943.9 cm-1为叔丁基C-C伸缩振动以及C-H面外弯曲振动.由于-OH极性基团的取代，在1278.3 cm-1、1307.1 cm-1、1439.1 cm-1、1587.5 cm-1处出现了较强的骨架振动吸收峰和酚羟基-OH面内弯曲振动模式.这些均可作为TBHQ分子的特征峰.这为理解TBHQ的作用机理提供了重要信息，也为食品添加剂的检测研究提供了理论依据.

关键词：特丁基对苯二酚红外光谱密度泛函理论静电势前线分子轨道