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LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

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物理学报 2024年第4期73卷 235-244页

作者：范俊宇高楠王鹏举苏艳太原师范学院物理系晋中030619 台州学院材料科学与工程学院台州318000 之江实验室杭州311100 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室大连116024

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5... 详细信息

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内).Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO_(2)键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述理论研究可用于构建含能材料在介观和宏观尺度下的模型,也为测量原子分子水平下的热力学性质提供了重要的参考价值.

关键词： LLM-105 热力学性质分子间相互作用准简谐近似

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激光尾波场电子加速及新型辐射源(特邀)

中国激光 2024年第1期51卷 44-68页

作者：余昌海秦志勇张志钧刘建胜上海师范大学物理系上海200234 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800

受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展,飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件,使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴,催生了大量新原理、新现象,推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场... 详细信息

受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展,飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件,使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴,催生了大量新原理、新现象,推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场加速原理是一种具有超高加速梯度的粒子加速新原理,该技术的加速梯度可达100 GV/m,相比于传统射频加速器提高了3个数量级以上,可在厘米量级的加速长度内获得GeV量级的高品质高能电子束,极大地降低了加速器的成本,为发展新一代粒子加速技术和新型超快辐射源提供了新机遇和新途径。从飞秒强激光驱动等离子体尾波场中的电子注入、能量啁啾控制和高品质电子束产生以及基于高品质电子束的betatron X射线辐射、高能伽马射线和小型化自由电子激光这几个方面介绍了激光等离子体尾波场电子加速的若干主要研究进展,并对未来进行了展望。

关键词：激光光学激光尾波场电子加速能量啁啾 betatron辐射逆康普顿散射自由电子激光

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非掺杂型Si/SiGe异质结外延与表征

物理学报 2024年第11期73卷 297-304页

作者：耿鑫张结印卢文龙明铭刘方泽符彬啸褚逸昕颜谋回王保传张新定郭国平张建军华南师范大学物理学院广州510631 松山湖材料实验室半导体异质材料与器件中心东莞523830 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 中国科学院物理研究所纳米物理与器件重点实验室北京100190 上海大学理学院上海200444

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面... 详细信息

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面,原子力显微镜表征显示其表面均方根粗糙度仅为0.44 nm,低温下迁移率达到20.21×10^(4)cm^(2)·V^(–1)·s^(–1).不同栅压下载流子浓度和迁移率的幂指数为1.026,材料丁格比值在7—12之间,表明载流子主要受到背景杂质散射和半导体/氧化物的界面散射.

关键词： Si/SiGe异质结二维电子气霍尔迁移率硅基量子计算

CdSe/ZnS量子点和量子点-受体分子复合物的超快动力学研究

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 56-61页

作者：白西林彭越张雪东葛晶山西师范大学物理与信息工程学院山西太原030031 山西省光谱测量与分析重点实验室山西太原030031

量子点(QD)作为一种新型的半导体纳米发光材料,由于其独特的光学性质,如发光颜色可调、尺寸可调、激发光谱宽和发射光谱窄等优点,自被发现以来一直备受关注。相比于单量子点而言,核/壳量子点更为优异的光学性能使其成为光伏器件应用中... 详细信息

量子点(QD)作为一种新型的半导体纳米发光材料,由于其独特的光学性质,如发光颜色可调、尺寸可调、激发光谱宽和发射光谱窄等优点,自被发现以来一直备受关注。相比于单量子点而言,核/壳量子点更为优异的光学性能使其成为光伏器件应用中的理想材料,例如在量子点敏化太阳能电池中,Ⅰ型核/壳量子点太阳能电池器件表现出更高的稳定性和转换效率。然而,界面电荷转移和电荷复合过程如何影响器件性能一直是大家关注的焦点,相关方面认知的匮乏阻碍了量子点光伏器件的进一步发展。为了对电荷转移(CT)和复合过程有更加清晰的认识,通过利用飞秒时间分辨瞬态吸收(TA)光谱和量子化学计算相结合的方法,对Ⅰ型CdSe/ZnS核/壳量子点和三种量子点-电子受体分子(如1-氯蒽醌(1-CAQ)、蒽醌(AQ)和甲基紫(MV^(2+)))复合物的载流子动力学进行了全面而细致的研究。通过光谱分析表明,QD-MV^(2+)复合物发生了最快的电子转移(ET)和俄歇复合(AR)过程,并且ET速率与AR速率呈正相关关系。此外,根据Marcus ET理论和密度泛函理论计算,证明了电子受体的带隙和给受体之间的能级差作为驱动力是共同影响ET速率的关键因素。该研究为电子受体的选择提供了新的见解,对光伏器件的改进设计具有重要的指导意义。

关键词：量子点瞬态吸收光谱密度泛函理论电子转移

基于EEMD-SE-LSTM 组合模型的开都河日径流模拟研究

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石河子大学学报（自然科学版） 2024年第3期42卷 335-341页

作者：丁占涛安杰吴国洋宋昱锋罗鑫黄森国家能源集团新疆开都河流域水电开发有限公司新疆库尔勒841000 石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 寒旱区生态水利工程兵团重点实验室新疆石河子832000

为提高开都河日径流模拟的精度和更科学地进行开都河水资源的管理与规划,在集成经验模态分解(EEMD)的基础上进行样本熵(SE)重构来完成长短期记忆网络(LSTM)组合模型的构建。采用集成经验模态分解提取开都河日径流序列中具有物理含义的信... 详细信息

为提高开都河日径流模拟的精度和更科学地进行开都河水资源的管理与规划,在集成经验模态分解(EEMD)的基础上进行样本熵(SE)重构来完成长短期记忆网络(LSTM)组合模型的构建。采用集成经验模态分解提取开都河日径流序列中具有物理含义的信息,得到一系列本征模态分量(IMF)及一个趋势项(Res),计算每个分量的样本熵,复杂程度接近的子序列叠加为新序列,建立长短期记忆神经网络模型进行预测,叠加得到最终模拟值。结果表明:EEMD-SE-LSTM组合模型日径流模拟的精度得到提高,其确定系数R2=0.81、纳什效率系数NSE=0.73,均高于LSTM模型的R2=0.73、NSE=0.52和EEMD-LSTM模型的R2=0.64、NSE=0.63;EEMD-SE-LSTM组合模型的日径流模拟准确性更高,其评价指标(R2=0.81、NSE=0.73)高于其他单一模型SVM(R2=0.70、NSE=0.58)。EEMD-SE-LSTM组合模型提高了日径流模拟精度,可以更好地为开都河水资源管理与规划提供科学依据。

关键词：集成经验模态分解样本熵长短期记忆网络组合模型日径流模拟

导流兼泄洪冲沙洞消力池体型优化及河床冲刷研究

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中国农村水利水电 2024年第5期 53-60,69页

作者：梁朋林金瑾祁明洋马勇勇王淑娟石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 寒旱区生态水利工程兵团重点实验室新疆石河子832000 巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计有限责任公司新疆库尔勒841000

导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲... 详细信息

导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲刷情况,分析不同方案对消力池水力特性的影响并进行物理试验验证。结果显示:消力池末端在增设矩形尾坎后水流流态得到改善;同时池内进出口流速降幅最大为7.66 m/s,而压强分布均匀、无负压产生,且消能率达到80.60%。在设计和校核工况下,增设矩形尾坎后河床冲坑范围相较于原方案分别减少12.20 m和13.30 m,其最大冲坑深度分别较原方案减少0.48 m和1.00 m,对下游防护效果明显。研究表明:所设的体型优化方案均能有效的提高消力池的消能效果,在增设矩形尾坎后流场分布均匀且减轻下游河床冲刷的效果最佳。该研究成果可为导流兼泄洪冲沙工程提供参考。

关键词：数值模拟水力特性消力池模型试验下游河床

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势能助力靶原子离化激发辐射近红外光谱

光学学报 2024年第7期44卷 27-34页

作者：张颖徐忠峰王兴任洁茹张艳宁梅策香周贤明梁昌慧王伟张小安咸阳师范学院离子束与光物理实验室陕西咸阳712000 西安交通大学物理学院陕西西安710049 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000

用动能为1360 keV的129Xeq+(q=17,20,23,25,27)高电荷态离子分别入射到金属Al和Ti固体靶表面,测量高电荷离子与表面相互作用过程中离子俘获表面电子完成中性化所形成的激发态Xe原子和低电离态Xe离子退激辐射的近红外光谱线(800~1700 nm)... 详细信息

用动能为1360 keV的129Xeq+(q=17,20,23,25,27)高电荷态离子分别入射到金属Al和Ti固体靶表面,测量高电荷离子与表面相互作用过程中离子俘获表面电子完成中性化所形成的激发态Xe原子和低电离态Xe离子退激辐射的近红外光谱线(800~1700 nm),以及靶原子被离化激发、退激辐射的光谱线。实验结果表明:高电荷态离子入射金属表面的过程中,携带的势能在飞秒量级的时间内沉积到靶表面,使靶原子离化激发,较强的库仑势能可使靶原子形成高离化态和复杂的电子组态、退激辐射光谱线。随着入射离子的电荷态增加,测量谱线的强度增大,该变化趋势与入射离子的势能随电荷增加的变化趋势大体一致,说明经典过垒模型在近玻尔速度能区是成立的。

关键词：原子与分子物理学高电荷态离子经典过垒模型禁戒跃迁近红外光谱

薄膜铌酸锂光电器件与超大规模光子集成(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 386-402页

作者：程亚华东师范大学物理与电子科学学院上海200241 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800

近年来,薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速,其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新... 详细信息

近年来,薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速,其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用,本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展,讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术,并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统,包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源,以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势,将对整个光电子产业产生难以估量的影响。

关键词：光子集成光波导光调制器微波光子学光量子集成器件薄膜薄膜铌酸锂

基于poly-Si键合层的SACM型Ge/Si APD的优化设计研究

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中国激光 2024年第8期51卷 46-59页

作者：张娟苏小萍李嘉辉王战仁柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室福建漳州363000

Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入... 详细信息

Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化,导致APD内部的电场重新分布,极大地影响了器件性能。因此,重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控,探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响,最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。

关键词：材料 Ge/Si雪崩光电二极管晶格失配 poly-Si键合层掺杂浓度