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闭合回路相干增益原子系统中完美非互易反射光放大

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物理学报 2024年第12期73卷 322-329页

作者：李观荣郑怡婷徐琼怡裴笑山耿玥严冬杨红海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 31382... 详细信息

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 3138228)中,基于四波混频增益并利用耦合场强度随位置线性变化实现了单向反射光放大的动力学调控.本文巧妙地设计了简单的三能级闭合回路相干增益原子系统,创新性地设置耦合场强度随位置阶梯型变化来破坏极化率空间对称性实现了完美非互易反射光放大.相比之下,耦合场强度阶梯型变化在实验上更容易调节,大大地降低了实验难度.特别地,该系统引入了相位调制.通过改变相位能够切换探测光增益和吸收的频率域,对反射光放大的调节更具灵活性.

关键词：完美非互易反射光放大相对相位

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人工磁场下各向异性偶极玻色气体的量子相变

物理学报 2024年第13期73卷 73-84页

作者：高吉明狄国文鱼自发唐荣安徐红萍薛具奎西北师范大学物理与电子工程学院兰州730070

光晶格中的冷原子系统是实现量子模拟和量子计算的有效平台之一,其相变特性的研究有助于系统中新奇量子态物理机制的探索和实验观测.本文利用朗道相变理论和非均匀平均场方法,研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变,得到... 详细信息

光晶格中的冷原子系统是实现量子模拟和量子计算的有效平台之一,其相变特性的研究有助于系统中新奇量子态物理机制的探索和实验观测.本文利用朗道相变理论和非均匀平均场方法,研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变,得到了系统不可压缩相(Mott绝缘相、棋盘或条纹密度波相)-可压缩相(超流、棋盘或条纹超固相)的解析相变条件,给出了系统的完整相图.有趣的是,各向异性偶极相互作用会使得系统中的棋盘密度波相和棋盘超固相变为条纹密度波相和条纹超固相,人工磁场会稳定绝缘相和超固相,使得绝缘相和超固相在相图中的存在区域变大.此外,引入外加谐振势后发现系统中的不同量子相可以共存.

关键词：光晶格各向异性偶极相互作用人工磁场超固相

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含有非热电子和陷俘离子的复杂等离子体中非线性尘埃声波的传播特征

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物理学报 2024年第7期73卷 252-261页

作者：林麦麦宋晨光王明月陈富艳西北师范大学物理与电子工程学院兰州730070

本文研究了同时含有非热(nonthermal)电子和陷俘(trapped)离子分布的复杂等离子体系统中非线性尘埃声波的传播特征.首先,利用线性化方法推导得到非线性尘埃声波的色散关系.接着,借助Sagdeev势方法推导得到表征非线性尘埃声波运动的二维... 详细信息

本文研究了同时含有非热(nonthermal)电子和陷俘(trapped)离子分布的复杂等离子体系统中非线性尘埃声波的传播特征.首先,利用线性化方法推导得到非线性尘埃声波的色散关系.接着,借助Sagdeev势方法推导得到表征非线性尘埃声波运动的二维自治系统、Sagdeev势方程和Sagdeev势函数的具体表达式.然后,依据数值模拟的方法分析了多种系统因素对二维自治系统相图的重要影响.结果表明:含有nonthermal电子和trapped离子的复杂等离子体系统中同时存在线性周期波、非线性周期波和孤立波.接下来,通过讨论Sagdeev势函数随系统参数的变化规律发现:该复杂等离子体系统中仅存在振幅大于零的压缩型孤立波.最后,探讨多种系统因素对非线性尘埃声孤波的振幅、宽度和波形等传播特征的重要影响.结果显示:马赫数、nonthermal电子和trapped离子以及尘埃颗粒未扰动的数密度、温度及荷电量等参数对该复杂等离子体系统中非线性尘埃声孤波的振幅、宽度和波形等传播特性均具有显著影响,且该结果与Sagdeev势函数的分析结果保持一致.

关键词：非线性尘埃声孤波 Sagdeev势方法非热电子分布陷俘离子分布

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基于碱金属等离激元的低阈值纳米激光器

中国激光 2024年

作者：滕达胡蓉蓉程铭雅郝勇志张哲陈燕燕聂红阳王天顺申梓刚郑州师范学院物理与电子工程学院

设计了一种由三角形Na纳米线和Si纳米线组成的混合等离激元波导，采用有限元方法研究了该波导模式特性及其在等离激元纳米激光器方面的应用。重点研究了有效模式系数、传播长度、归一化模场面积、品质因数、限制因子、增益阈值和Purcel... 详细信息

设计了一种由三角形Na纳米线和Si纳米线组成的混合等离激元波导，采用有限元方法研究了该波导模式特性及其在等离激元纳米激光器方面的应用。重点研究了有效模式系数、传播长度、归一化模场面积、品质因数、限制因子、增益阈值和Purcell因子等性能指标。所设计波导具有极强的场约束能力和高品质因数，实现归一化模场面积在～10-5量级且品质因数大于3000。得益于Na等离激元的低损耗特性及尖端结构对光场的优异约束特性，实现增益阈值低至0.118μm-1和Purcell因子大于220。与类似结构相比，本文所提出结构阈值显著降低，Purcell因子大幅提升。此外，研究发现器件性能对制造偏差具有很好的容忍度。本文研究结果对发展其他类型的Na基低损耗等离激元波导具有一定的指导和借鉴，并推动碱金属在亚波长光子器件中的应用。

关键词：光学器件等离激元波导纳米激光器增益阈值

锂离子电池负极材料ZnSnO_(3)/C复合物的制备与性能

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工程科学学报 2024年第1期46卷 81-88页

作者：岳红伟邢若冰耿壮壮铁伟伟朱聪旭谢文合陈淑君许昌学院化工与材料学院许昌461000 信阳师范学院物理电子工程学院信阳464000

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点,已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO_(3)复合材料(ZnSnO_(3)/C).利用扫... 详细信息

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点,已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO_(3)复合材料(ZnSnO_(3)/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明:当作为锂离子电池负极材料时,ZnSnO_(3)/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO_(3)电极.在200 mA·g^(-1)电流密度下,ZnSnO_(3)/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^(-1),即使在大电流5000 mA·g^(-1)下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^(-1)的放电比容量,同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO_(3)/C复合材料中具有高电导率的C不仅提高了整个电极的导电性,有利于电子的传输,而且增大了电解液与活性材料之间的接触面积,缩短了锂离子的扩散距离;同时碳包覆层可有效缓冲ZnSnO_(3)在嵌脱锂过程中由于体积变化产生的应力,也能在一定程度上抑制ZnSnO_(3)在循环过程中的团聚.

关键词：锡酸锌碳复合材料负极锂离子电池

利用扭转双脉冲驱动激光产生偏振方向可控的阿秒脉冲(特邀)

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光子学报 2024年第6期53卷 83-91页

作者：杨立岗杜进旭王国利西北师范大学物理与电子工程学院兰州730070

研究了扭转双脉冲激光参数对产生高次谐波和阿秒脉冲偏振方向的影响。结果表明,当两束同频线偏振激光脉冲偏振方向正交并具有合适的时间延迟(或相位差)时,改变它们之间的强度比,可以在垂直于激光传播方向的平面内得到任意偏振方向的线... 详细信息

研究了扭转双脉冲激光参数对产生高次谐波和阿秒脉冲偏振方向的影响。结果表明,当两束同频线偏振激光脉冲偏振方向正交并具有合适的时间延迟(或相位差)时,改变它们之间的强度比,可以在垂直于激光传播方向的平面内得到任意偏振方向的线极化阿秒脉冲,而激光载波包络相位不会对这种调控产生显著影响。此外,在合适的激光强度比下,利用两束激光脉冲之间的偏振夹角也可以有效控制阿秒脉冲的偏振方向。为产生偏振方向可控阿秒脉冲提供了一种简单易操作的方案。

关键词：双脉冲激光场高次谐波阿秒脉冲偏振方向调控

一维耦合腔晶格中磁子-光子拓扑相变和拓扑量子态的调制

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物理学报 2024年第4期73卷 170-177页

作者：李锦芳何东山王一平咸阳师范学院物理与电子工程学院咸阳712000 西北农林科技大学理学院杨凌712100

本文提出了基于耦合腔的一维晶格理论方案,其中每个晶胞包含微波腔光子和磁子,通过调控磁子与微波光子的耦合来研究系统中的拓扑相变和拓扑量子通道.首先,分析了在奇偶晶格数情况下,系统能谱和边缘态的特征,并发现边缘态分布可以展示反... 详细信息

本文提出了基于耦合腔的一维晶格理论方案,其中每个晶胞包含微波腔光子和磁子,通过调控磁子与微波光子的耦合来研究系统中的拓扑相变和拓扑量子通道.首先,分析了在奇偶晶格数情况下,系统能谱和边缘态的特征,并发现边缘态分布可以展示反转过程,可以实现多通道拓扑量子态传输;其次,考虑存在缺陷和无序的扰动,发现它们在较小值范围内,可以使能带产生波动和翻转现象,但边缘状态对其是鲁棒的,这表明边缘态受到系统的拓扑保护.该研究结果为研究拓扑磁子-光子提供了一条新途径,将在量子信息处理中有着广阔的应用前景.

关键词：量子光学腔量子电动力学拓扑绝缘体量子态

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单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质

物理学报 2024年第13期73卷 269-276页

作者：马荣荣马晨蕊葛梅郭世祺张均锋山西师范大学物理与信息工程学院太原030031 海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,... 详细信息

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,讨论了蓝磷SW(Stone Wales)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质.利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法,修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能.研究结果表明,在所讨论的缺陷中,富O条件下OP具有最低的形成能,最稳定;而SV的离化能最小,最容易电离.引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响.缺陷带电过程中,缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷.本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导.

关键词：第一性原理计算蓝磷带电缺陷离化能

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V2Si_(n)^(–/0)(n=8~17)团簇几何结构、稳定性及特性分析

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重庆大学学报 2024年第5期47卷 122-132页

作者：李成刚申梓刚崔颍琦田浩丁艳丽任保增郑州师范学院物理与电子工程学院郑州450044 郑州大学化工与能源学院郑州450001

随着硅团簇研究的深入,过渡金属原子掺杂硅团簇的研究得到广泛关注。基于密度泛函理论,系统分析了钒原子掺杂硅团簇的几何结构、稳定性及特性。首先,基于粒子群优化算法的卡里普索结构预测程序,对V_(2)Si_(n)^(-/0)(n=8~17)团簇的基态... 详细信息

随着硅团簇研究的深入,过渡金属原子掺杂硅团簇的研究得到广泛关注。基于密度泛函理论,系统分析了钒原子掺杂硅团簇的几何结构、稳定性及特性。首先,基于粒子群优化算法的卡里普索结构预测程序,对V_(2)Si_(n)^(-/0)(n=8~17)团簇的基态和亚稳态结构进行了系统搜索。B3LYP/6-311+G(d)水平下优化发现,基态结构中2个钒原子的掺杂引起了原硅团簇结构的重构;随着掺杂体系尺寸增大,2个钒原子(形成V-V键)逐渐被硅笼包裹。其次,以此结构为基础,通过分析平均键能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙,研究了体系的稳定性。结果表明,V_(2)Si_(12)^(-/0)团簇在各自体系中具有相对高的稳定性。此外,磁性分析发现,闭壳层V_(2)Si_(n)(n=8~17)体系的总自旋磁矩均为零,开壳层V_(2)Si_(n)^(-)(n=8~17)体系分别拥有1μB的总磁矩。分析极化率发现,V_(2)Si_(8)^(-/0)拥有最大的平均极化率,具有强的非线性光学效应。拟合得到的光电子能谱、红外和拉曼光谱为进一步的实验研究提供了理论支持。热力学特性分析表明,研究体系在热力学上是稳定的。随着温度升高,定容热容和标准熵逐渐增大;随着压强增大,标准熵逐渐减小。

关键词：卡里普索几何结构稳定性