华东师范大学学报（自然科学版）

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Dirac和Majorana费米子在空间平坦FRW时空背景下挠率场中的散射

林威, 薛迅

2024 (3): 1-11. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.001

摘要 ( 69 )

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讨论了在空间平坦FRW (Friedmann-Robertson-Walker)时空背景下, 通过有质量宇宙学中微子能量分布的移动检验由大尺度Lorentz破缺产生的宇宙学挠率存在的可能性. 在空间平坦FRW时空背景下, 有质量的宇宙学中, 微子在宇宙学挠率场中的散射会导致其末态能量分布的峰值位置相比于无挠情况时有一个$m^2/E^2$量级的移动; 并且, 在非最小矢量挠率耦合的情况下, 对于Dirac中微子和Majoran中微子移动的数值由于矢量挠率的影响而不同.

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重子磁矩的协变手征有效理论研究

周海峰, 杨继锋

2024 (3): 12-26. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.002

摘要 ( 45 )

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PDF(1586KB) ( 26 )

在SU(3)协变手征有效理论框架下, 使用扩展的极小减除(extended minimal subtraction,$ {\text{E}}\overline {{\text{MS}}} $)方案, 计算了至次领头阶(next-to-leading order, NLO)的重子质量和重子磁矩的一圈图修正贡献, 并使用实验数据与PACS-CS格点数据组的数据对解析结果进行了数值拟合. 结果表明, 在NLO重子质量和重子磁矩的修正贡献中, $ {\text{E}}\overline {{\text{MS}}} $方案可以给出不错的理论结果和数值拟合的结果; 该结果相较于重重子方法和红外正规化方法的结果更加优秀, 并且与EOMS (extended-on-mass-shell)方案的结果相近.

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对超高能宇宙线大气簇射中μ子超出的探讨

崔志谊, 吴锦涛, 阮建红

2024 (3): 27-35. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.003

摘要 ( 56 )

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近年来, 一些大气簇射观测数据表明, 超高能大气簇射中产生的${\text{μ}}$子数比模型预测的要多, 现有的理论模型都不能很好地解释此现象. 研究指出了, 当超高能宇宙射线与大气粒子发生碰撞时, 可能会发生胶子凝聚, 此时奇异夸克的产生会大大增强, 从而在碎裂产物中产生更多的K介子; 大气簇射的能量更多地分配到强子级联过程, 有可能解释${\text{μ}}$子超出现象.

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高压下Th₂N₂S的结构相变: 第一性原理计算研究

杜润润, 王珊, 柯学志

2024 (3): 36-44. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.004

摘要 ( 45 )

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PDF(2190KB) ( 25 )

基于第一性原理计算和粒子群优化算法, 研究了Th₂N₂S在0~200 GPa压强范围内的晶体结构和物理性质. 研究结果成功再现了常压下的实验相:$P\bar {{3}}m1$相, 同时预测了2个高压下的新结构, 即I4/mmm相和Cmmm相. 确定了一系列由压强诱导的结构相变序列: 由$P\bar {{3}}m1$相转变为I4/mmm相, 然后转变为Cmmm相, 相应的相变压强分别为48.2 GPa和156.2 GPa. Th₂N₂S材料声子色散曲线及弹性常数的结果表明, Th₂N₂S的3相是动力学和力学稳定的. 力学性质的计算结果表明,$P\bar {{3}}m1$相、I4/mmm相和Cmmm相均为韧性材料, 其中, Cmmm相的各向异性程度是3相中最大的. 电子结构的计算表明,$P\bar {{3}}m1$相到I4/mmm相的相变是一个半导体–金属相变.

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二维过渡金属硫族化物MX₂-MX-MX₂(M = V, Cr, Mn, Fe; X = S, Se, Te)的计算研究

丁文杰, 谢文辉

2024 (3): 45-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.005

摘要 ( 55 )

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采用基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)的第一性原理计算, 研究了二维过渡金属硫族化合物MX₂-MX-MX₂ (M = V, Cr, Mn, Fe; X = S, Se, Te)材料的晶体结构、稳定性、电子结构和磁性质, 并对这些材料的磁耦合机制进行了分析. 计算结果表明, 这些化合物的形成能均为负值, 说明这些化合物有可能被实验合成. 其中, MnS₂-MnS-MnS₂和MnSe₂-MnSe-MnSe₂呈现出铁磁半金属性质, 而CrS₂-CrS-CrS₂在外加应力下能够转变成铁磁半金属.

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异质固液界面中多界面态的原子模拟研究

刘娇娇, 梁洪涛, 杨洋

2024 (3): 54-63. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.006

摘要 ( 54 )

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在晶界和固体表面系统中, 针对界面“complexion” (或界面相、界面态) 转变及其调控相关的研究, 近年来呈现出持续增长的关注趋势. 与此同时, 这些界面相之间的转变问题, 在异质固液界面体系中尚未得到足够的关注. 使用分子动力学模拟方法预言了处于Pb熔点温度之上, Cu(111)/Pb(L)固液界面体系中存在的多界面相共存的界面状态; 观察到4种单原子层的界面状态, 即2种界面CuPb层状合金液相以及2种界面预凝固的Pb层状固相, 共存于固体Cu和液体Pb之间的双原子界面层内; 通过计算界面相在面内共存的各种性质空间分布, 模拟出了该体系多界面相共存的力学、热力学和动力学性质的不均匀性和面内各向异性; 计算获得的界面态热力学与动力学性质数值显著区别于固相Cu和液相Pb的相应性质. 另外, 测量得到的Cu(111)/Pb(L)固液界面态共存的“相平衡”条件具有共晶二元合金相图特征, 而不是CuPb合金的偏晶相图. 故所报道的数据有望为调节异质形核和润湿过程提供新的理论思路.

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自旋扭曲光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体

王美玲, 左承毅, 李燕

2024 (3): 64-72. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.007

摘要 ( 62 )

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研究了自旋依赖双层方形光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates, BEC)的基态特征. 双层晶格间的相对扭曲角度和层间耦合强度是影响超冷原子密度分布的重要可调参数. 当光晶格的最低能带呈单阱色散时, 超冷原子在莫尔晶格(Moiré lattice)中的局域化受扭曲角度、层间耦合强度、原子数和晶格深度等的影响; 当光晶格的最低能带呈双阱色散时, 光晶格的扭曲可导致2个自旋态的反向扭曲, 随着层间耦合强度的增加, 2个扭曲的自旋态逐渐重合. 该研究工作有助于深入探索扭曲光晶格超冷原子中的新奇量子效应.

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谐振子中的Floquet两体问题

严东帆

2024 (3): 73-83. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.008

摘要 ( 67 )

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由于近期在光诱导的Feshbach共振等实验技术上的发展, 具有含时相互作用的量子气体的动力学问题引起了学界广泛的兴趣. 人们已经在这一类超冷原子系统中观察到了一系列诸如Farady图案和玻色焰火等新颖的动力学行为. 研究了具有周期性调节相互作用强度的谐振子势阱中的两原子动力学问题. 虽然Hamilton量的时间依赖性, 使系统的能量不再是一个守恒量, 但仍然可以利用随时间周期变化的Hamilton量的Floquet理论定义其准能量. 推导出了两体问题准能量的精确方程. 通过数值求解这些方程, 揭示了两体准能谱在不同驱动参数或频率下展现出的各种新颖的动力学行为.

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一个高效求解含时Gross-Pitaevskii方程的算法

舒丽莎, 董光炯

2024 (3): 84-90. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.009

摘要 ( 45 )

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Gross-Pitaevskii方程广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate, BEC)的动力学研究, 然而这个方程通常很难解析求解. 因此发展相应的高精度数值求解方法非常重要. 发展了结合算符劈裂法、Crank-Nicolson算法和四阶精度Numerov算法的高效求解Gross-Pitaevskii方程的新数值计算方法. 通过数值计算可以表明, 与传统的四阶精度的五点差分法相比, 所提出的算法具有高效和消耗内存小的优点.

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损耗SU(2)和SU(1,1)干涉仪中灵敏度过高估计的研究

曾杰, 袁春华

2024 (3): 91-100. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.010

摘要 ( 30 )

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基于损耗SU(2)和SU(1,1)干涉仪模型, 以干涉仪中的相位估值的为研究方向, 在理论上研究了与双参量相位估值相比, 进行单参量相位估值的时候存在的高估量子Fisher信息(quantum Fisher information, QFI)的一般表达式; 以相干态和压缩真空态输入为例, 数值分析了高估QFI随损耗系数或分束比的变化, 发现这时出现的高估QFI的消失和恢复现象是和分束比, 增益因子以及压缩振幅具有一定的关系. 通过调整分束比和损耗系数, 可获得最佳的灵敏度, 有利于在有损环境下进行量子精密测量.

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基于不同物理机制的固体高次谐波产生对激光参数依赖特性的理论研究

谢贤策, 胡子健, 杨志红, 王允辉, 蒋士成

2024 (3): 101-112. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.011

摘要 ( 55 )

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PDF(4427KB) ( 38 )

高次谐波产生(high-order harmonic generation, HHG)机制的研究, 主要集中在带间极化和带内电流, 以及由Berry曲率引起的反常电流机制上. 将强激光诱导完整电流分解为不同机制的贡献, 得到长期以来被忽视的混合项电流. 通过数值求解半导体Bloch方程 (semiconductor Bloch equation, SBE), 研究了不同机制产生高次谐波的峰值振幅和激光波长相关性, 探索了各电流机制之间的相干性. 研究发现, 无论是随着波长变化还是随着峰值振幅的变化, 混合项电流与带间极化电流诱导的高次谐波谱有着十分相似的变化规律, 以及极其接近的谐波强度; 同时发现Berry曲率诱导的反常谐波只能产生垂直于激光场偏振方向的偶次谐波, 且在波长和峰值强度变化过程中出现的极小值是反常谐波独有的特征. 通过分析不同机制之间的干涉作用, 发现带间极化谐波与带内谐波 (包括反常谐波) 在垂直偏振方向上发生了明显的相互干涉, 而混合项谐波与带内谐波的相干则微乎其微.

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近红外铌酸锂光栅耦合器耦合效率优化研究

刘思琦, 瞿敏妮, 谢微

2024 (3): 113-120. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.012

摘要 ( 44 )

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提出了一种基于铌酸锂导模结构的高效光栅耦合器设计方案及其优化的光学激发配置. 利用有限时域差分算法对光栅耦合器的耦合效果进行了数值分析; 主要研究了光栅周期、光栅占空比、二氧化硅隔离层厚度, 以及入射光的偏振和角度对光栅耦合效率的影响; 对在共振波长和非共振波长处空间光传播电场图像进行了模拟. 理论仿真结果显示, 在光栅周期为650 nm、光栅占空比为0.3、刻蚀深度为130 nm时, 利用横磁(transverse magnetic, TM)偏振光沿光栅法线夹角17°方向入射, 可获得优化的光栅耦合效率 ~38%, 从而有效地将空间光耦合进入铌酸锂亚波长波导薄膜中, 这对铌酸锂微纳光栅耦合器的设计和性能应用有借鉴和参考价值.

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一个保证波函数在含时的势场中幺正演化的算法

宋家莹, 董光炯

2024 (3): 121-127. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.013

摘要 ( 33 )

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数值求解波函数的演化是量子力学研究的重要内容. 很多数值算法针对不含时的势能而发展; 然而有很多物理问题其势能是含时的, 在这种情况下, 以前发展的算法不能保证波函数幺正演化. 为此, 针对含时的势场发展了保证幺正演化的Crank-Nicolson算法, 同时采用四阶精度的Numerov算法实现了高精度的空间离散差分. 数值结果证明, 这个新算法能保证波函数演化的幺正性和稳定性.

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基于Jaynes-Cummings模型的量子参数估计与初态优化

乔莉文, 彭家鑫, 朱百强, 张可烨

2024 (3): 128-135. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.014

摘要 ( 42 )

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PDF(903KB) ( 35 )

参数估计理论是根据实验测量数据推断物理模型中未知参数的重要理论工具. Jaynes-Cumming模型是量子光学中广泛使用的模型, 描述了二能级原子和单模量子光场之间的相互作用. 利用参数估计理论系统地研究了该模型中光–原子耦合强度$ g $的估计精度, 并找到了可达到最高估计精度的初态. 该结果可以提高基于Jaynes-Cumming模型的量子精密测量的精度, 该研究方法也可用于其他基于混合量子系统的量子度量学研究.

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基于量子纠缠测量理论的电子支付协议设计

朱旻昊, 马雷

2024 (3): 136-146. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.015

摘要 ( 39 )

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PDF(761KB) ( 7 )

提出了一个基于量子力学基本理论的电子支付协议. 经典支付系统存在部分漏洞, 可能会带来安全隐患. 利用纠缠粒子之间的关联性, 实现签名、购买、支付等环节; 使用量子单向函数和量子交换测试线路, 验证签名的有效性; 通过信道检测中的冗余粒子传输支付信息, 节约成本. 该方案在量子力学基本原理的保证下, 具有无条件的安全性, 符合支付系统的基本要求.

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Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下Ising模型的线性熵测不准关系

赵宇, 刘金明

2024 (3): 147-155. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.016

摘要 ( 28 )

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PDF(945KB) ( 7 )

以Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用下两比特Ising模型为研究对象, 研究了耦合强度、DM相互作用和环境温度对该自旋模型中的线性熵测不准关系(entropy uncertainty relation, EUR)的影响, 同时分析了系统热纠缠随环境温度的变化, 并将热纠缠与线性熵测不准关系做了对比. 研究表明, 系统线性熵不确定度、热纠缠的变化趋势取决于环境参数的选择, 且二者整体演化行为近似反相关. 此外, 对一组完备的互无偏基在选择不同测量基组合情况下, 测不准关系的下界会随着测量基个数的不同而变化; 而且这种线性熵测不准关系在特殊条件下可化为等式, 其下界与具体观测量选取无关. 与以往量子存储辅助熵测不准关系相比, 线性熵测不准关系可为精密测量提供有益的参考.

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相对时间尺度对消息扩散与意见形成耦合传播动力学的影响

刘易文, 唐明

2024 (3): 156-170. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2024.03.017

摘要 ( 36 )

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一般情况下, 群体意见形成的演化时间尺度可被认为远远大于社交媒体上消息传播的时间尺度. 但是在某些极端场景中, 以上的假设却并不成立. 基于此, 建立了一个消息扩散和意见形成之间的相对时间尺度可调的噪声阈值投票者-UAU (unaware-aware-unaware)模型, 并研究了不同的相对演化速度下社交媒体上的消息传播与人群意见形成之间的相互协同作用对彼此演化动态的影响. 基于平均场理论(mean-field theory, MFT)的分析和Monte Carlo模拟都表明, 相较于意见形成, 消息传播的时间尺度越小越有利于双稳态相的形成, 这是两种动力学的本征差异和它们之间的协同相互作用造成的. 研究发现, 两种动力学间的相对时间尺度不仅影响终态的“正”意见比例, 还影响导致模型发生相变的临界基本再生数的大小; 特别是当“正”意见比例处于不同的水平时, 其随着两种动力学相对时间尺度的变化行为是不同的, 当“正”意见比例较高时, 消息传播的时间尺度相对于意见形成越小则“正”意见比例越大, 反之则相反. 研究填补了相对时间尺度对于协同相互作用耦合动力学影响这一研究领域的空白, 有助于人们更加深入地理解相对时间尺度对耦合动力学演化动态的影响.

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