采用种子生长法制备了银纳米颗粒, 通过电置换反应将单金属银颗粒转变为中空金银双金属纳米颗粒. 电镜表征及吸收光谱的结果表明, 通过控制种子溶液的加入量、超声时间和离心次数等条件, 能够有效调控金属纳米颗粒的尺寸以及局域表面等离激元的共振峰位与目标分子匹配; 进而可以利用配体交换反应在金属纳米颗粒表面包裹TDBC分子薄膜, 实现表面等离激元-分子激子的强耦合.
以晶硅太阳能电池生产过程中的晶硅切削废料为原料、以壳聚糖(Chitosan, CTS)为碳源, 通过液相包裹和低温热解工艺制备了具有较大孔隙的硅/硬碳复合材料(Si@CTS). 对比研究了Si@CTS及Si@CTS混合石墨后(Si@CTS/G)分别作为锂离子电池负极的电化学性能. 结果表明, 具有孔隙和互联结构的Si@CTS负极首次放电比容量可达到1672.8 mAh/g, 首次库伦效率达到了84.45%; 在循环100圈之后Si@CTS放电比容量保持在626.4 mAh/g. 进一步, 将Si@CTS作为高容量活性物质添加至石墨中, 研磨混合后制得的Si@CTS/G复合负极表现出良好的稳定性, 在循环100圈之后放电比容量为698.1 mAh/g, 对高容量高稳定性硅碳负极批量化生产和应用具有重要意义.
采用间苯二酚-甲醛为碳源, 三聚氰胺为氮源, 以NaOH为蚀刻剂, 成功合成氮掺杂碳包覆的蛋黄壳结构硅(Si@void@N-C)锂离子电池复合负极材料. 对样品进行XRD、 SEM和X射线电子能谱, 透射电子显微镜(TEM)和电化学测试等表征及测试. 结果表明, 成功合成了蛋黄壳结构的Si@void@N-C复合负极材料. 同时, 该复合材料具有优异的电化学性能, 以0.1 A/g的电流密度进行充放电, 首次容量可达1282.3 mAh/g, 经过100次循环后, 其比容量仍高达994.2 mAh/g, 其容量保持率为77.5%, 表现出了良好的循环性能. Si@void@N-C材料中, 氮掺杂的碳壳可以增加复合材料的导电性, 同时, 蛋黄壳结构可有效缓解硅的体积效应, 有利于形成稳定的SEI膜, 从而提高电池的循环稳定性.
着重研究了一种在玻色-爱因斯坦凝聚态 (Bose-Einstein Condensate, BEC) 之间产生光学介导纠缠的方案. 该方案使用量子非破坏性哈密顿量, 并将BEC置于马赫-曾德(Mach-Zehnder)构型中. 结果表明, 通过对光进行测量, 可以诱导产生纠缠态. 还特别分析了纠缠态在退相干作用下的效应. 研究表明, 该纠缠态的行为表现对于原子与光的作用时间较为敏感: 当相互作用时间 $ \tau \lesssim \frac{1}{\sqrt{N}} $ 时, 该纠缠态相对稳定; 当相互作用时间 $\tau > \frac{1}{\sqrt{N}}$ 时, 该纠缠态则相对脆弱.
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了二维过渡金属磷系化合物MnTn+1 (M = V, Cr; T = P, As, Sb)材料的结构、稳定性、电子结构和磁性质. 通过计算形成能和声子谱, 发现只有V4As5、 Cr2P3、 Cr3P4、 Cr4P5、 Cr2As3和Cr3As4是稳定的二维磁性多层膜. 计算结果表明, 这些稳定的二维磁性材料都是反铁磁金属. 此外, 还对这些材料的电子结构和磁耦合机制做了进一步的分析.
结合阴离子光电子能谱(Negative Ion Photoelectron Spectroscopy, NIPES)实验和量子化学计算, 研究了广泛存在于大气气溶胶中的SO3–和HSO3–的电子结构、微溶剂化作用及其稳定化机制. 首先, 基于高分辨NIPES测得了上述两种阴离子SO3–和HSO3–的垂直电离能((3.31 ± 0.02)和(3.91 ± 0.02) eV)和绝热电离能((3.02 ± 0.05)和(3.56 ± 0.05) eV). 进一步发现, 结合核系综方法和Dyson轨道计算可以很好地模拟实验测得NIPES, 而传统基于态密度方法不能很好地反映核振动效应、电离概率和电离过程中的轨道弛豫效应. 此外, 系统研究了HSO3–·(H2O)n (n = 0 ~ 5)体系的微溶剂化效应, 结果发现, 随着水分子数目的增加, 络合体系的稳定性增强, 其中静电作用占主导, 诱导作用也逐渐发挥重要作用. 相信本研究将有利于推动基于硫酸盐的大气气溶胶模型的完善, 为有效控制我国雾霾形成提供基础科学依据.
时空(2 + 1)维的Dirac振子是相对论量子力学中的一个常用模型, 经常被用于研究量子效应和原理的相对论性拓展. 由于非等距且负的激发能谱以及自旋-轨道耦合等相对论效应的存在, 其在标准表象下的本征态为自旋态矢和角动量态矢组成的复杂缀饰态, 这给针对它的研究造成了困难. 利用Foldy-Wouthuysen (F-W)变换将其自旋-轨道耦合完全分离, 并使两个自旋态各自完全封闭于正负能态中, 极大地简化了其哈密顿量和对应本征态的形式. 但这一新表象下自旋和轨道角动量算符是对标准表象中彼此的复杂组合. 这些结果对推进相对论量子力学和自旋-轨道耦合的研究具有重要意义.
近年来, 多模多带收发机的研究成为了研究热点, 而软件定义无线电系统是一个很好的候选方案. 为了减小带外干扰对软件无线电系统收发机性能产生的负面影响, 提出了一个可调带宽、可调增益的高带外抑制中频滤波器①. 该滤波器由双二次Gm-C滤波器、增益提高级、5阶椭圆滤波器组成. 滤波器增益的调节通过双二次Gm-C滤波器和增益提高级实现, 带宽的调节通过开关电容阵列实现. 同时, 为了提高带外抑制, 增加了一级5阶椭圆滤波器. 后仿真结果表明, 滤波器带宽在1 MHz ~ 30 MHz可调, 2倍带宽频率的带外抑制最小值达到了44.56 dB, 增益控制范围为–20 dB ~ 20 dB, 模拟部分的功耗和核心面积分别为5.1 mW和1.23 mm2. 提出的滤波器可适用于多种模式通信设备中的模拟前端.
在10 K温度下, 利用时间分辨荧光收集系统, 研究了钙钛矿量子点超晶格单光子和双光子的荧光发光光谱及激子动力学特征. 单光子过程表现出典型的超荧光特征: 随着泵浦功率的增加, 峰值强度非线性增加, 辐射寿命迅速减小. 同时, 双光子吸收荧光光谱强度呈现二次非线性增加, 激子动力学过程与单光子过程呈现出相同特征. 这证明, 激发密度达到一定强度时, 双光子吸收也可以诱导超荧光过程.
在采用米氏散射理论严格计算微纳粒子所受光力的基础上, 研究了基于欧拉-理查森算法计算粒子运动轨迹的问题. 相比欧拉算法和欧拉-克罗默算法, 欧拉-理查森算法精度更高且收敛速度更快, 是非常适合描绘粒子运动轨迹的方法. 纳米粒子在周期性保守光力场中的运动轨迹与物理分析完全吻合, 验证了该方法的有效性和稳定性. 给出的计算方法, 可用于更高效地研究光学微操控中胶体粒子和生物大分子的囚禁、输运、分类, 以及宏观粒子的冷却等.
基于量子费歇尔信息和量子费希尔信息矩阵理论, 研究了三端口输入的主动关联马赫-曾德尔(Mach-Zehnder, MZ)干涉仪在两种不同输入态下的相位估值极限. 研究结果得到, 在单个端口输入任意光场的情况下, 利用相位平均和量子费歇尔信息矩阵理论消除了输入光场的涨落对相位估值极限的影响; 而在双端口输入相干态的情况下, 无法消除光场涨落对估值极限的影响, 且相位估值极限依赖于输入的双相干光的初始相位.
在SU(3)协变手征有效理论框架下, 计算了基于奇异夸克贡献的八重态、十重态重子对八重态重子质量的一圈图修正; 发现破坏手征幂律规则的都是定域项, 可通过定域抵消项减除, 从而指向一个更为简洁的减除方案? 扩展的极小减除(Extended Minimal Subtraction, ${\text{E}}\overline {{\text{MS}}} $ )方案; 除了手征贡献, 计算还保留了相对论修正项. 这对精确计算重子质量的修正有价值, 并对解析外推有重要贡献.
使用时间分辨的磁光克尔泵浦探测系统, 研究了铁磁-反铁磁(Ferromagnetism-Antiferromagnetism, FM-AFM)薄膜在不同偏振态的泵浦光激发下退磁信号的区别, 以及光子角动量和激光热效应在泵浦探测过程中发挥的作用. 基于逆法拉第效应, 圆偏振光能够生成有效感应磁场, 诱导电子轨道自旋定向. 受光子携带角动量方向的影响, 瞬态克尔峰的方向会发生改变, 其方向与外磁场方向无关. 通过改变MnIr层厚度的实验发现, 顺磁电子的磁化是瞬态克尔峰的主要来源. 这对未来进一步探索全光磁翻转中的自旋动力学机制具有重要意义.
考虑静态、球对称的情况, 对等离子体包围的黑洞外部解进行了细致研究. 在给出基本方程之后, 分别求出了在 ${g_{tt}}{g_{rr}} = - 1$ 和 $p = 0$ 两种近似条件下对应的解析解. 与精确数值解进行了比较, 发现前一种近似条件下的解析解更接近精确数值解. 这为在等离子体包围的情况下计算黑洞扰动的似正规模, 以及研究黑洞阴影和光子环提供了依据.
基于光-原子混合干涉仪构建了一种新型的光-原子相位自锁定的加速度计. 虽然在目前所有加速度计中, 全光类型的加速度计由于其体积小、精度高, 成为了最常用且也是最稳定的加速度计; 但由于其测量带宽受到的限制, 所以极大地限制了其使用的范围. 基于此, 设计了一种新型的光-原子加速度计(Atom-Light Accelerometer, ALA). 该加速度计的特点: 首先, 在原子系统中通过受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)过程构成光-原子混合干涉仪; 其次, 由反射镜构成加速度计的弹性质量块, 在实验平台上, 当质量块受到一个加速度作用时, 就会接收到外界带来的位移的变化, 从而将相位的变化引入到干涉仪中; 最后, 通过干涉条纹的变化, 即可感知到引入相位的大小, 继而推出位移的变化量, 因此也就获得了加速度的大小. 该加速度计的优点: SRS过程中产生的斯托克斯光场和对应产生的原子自旋波相位是相互关联的, 从而保障了装置中相位的稳定性; 该装置简单, 测量范围可调, 增加了其适用的范围; 同时, 理想情况下, 其精度能超越标准量子极限(Standard Quantum Limit, SQL).
采用基于密度泛函理论 (Density Functional Theory, DFT) 的第一性原理计算, 研究了堆垛方式、层数及外加电场对C3N的带隙调控. 考察了AA-1型、 AA-2型、 AB-1型和AB-2型这4种堆垛结构, 计算表明, AB-2型堆垛结构能量最为有利. 通过HSE06杂化泛函对带隙进行了精确计算, 发现AA型堆垛与AB型堆垛的双层C3N存在较大的带隙差异, AA型堆垛结构的带隙要明显小于AB型堆垛结构. 此外, 还发现C3N的带隙可由单层的1.21 eV调控到体相的0.69 eV; 通过施加外加垂直电场, 可以将具有AB-2型堆垛结构的双层、三层和四层C3N半导体调控为趋于零带隙的金属.
双色光绝热冷却原子方法是近年来发展出的一种不需要依靠自发辐射的激光冷却方法, 然而效率不高. 通过数值模拟方法优化了双色光绝热冷却的过程, 发现存在最佳的双色光场脉冲时间从而获得最佳冷却效果; 比较了使用高斯光脉冲和方脉冲这两种脉冲的冷却效果, 发现脉冲形式对冷却效果无显著影响. 由于该数值模拟方法依赖于光场-原子系统的绝热演化, 数值研究表明, 降低原子束的速度能够提高冷却效果. 最后研究了自发辐射对双色光绝热的影响, 发现在脉冲时间较长时自发辐射会降低冷却效果.
复杂网络的发展催生了大量模型以揭示系统的演化规律和结构形成, 但它们在描述度增长的涨落上却存在明显的差异. 为确定哪一类模型更适用于真实系统, 对2个真实网络开展了实证研究. 结果表明, 真实网络中度增长率的涨落不同于任何一类模型的预言, 其涨落指数随观测间隔线性递减, 呈现明显的间隔依赖性; 通过比较源数据与重排连边操作后的涨落行为的变化, 可推断出这种依赖性源于系统内关联效应的增强. 这些结果不仅指出了现有模型的局限, 更揭示了关联性自身的动力学性质, 这对深入理解复杂网络的演化机制有重要意义.
提出了一种检验两个空间分离玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein Condensate, BEC)贝尔关联的方法, 通过此方法可以观察到Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)贝尔不等式的违反. 介绍了制备空间分离BEC方法. 通过用粒子数算符的归一化期望值来计算相关因子, 进而检验贝尔关联. 发现, 当 $r \lesssim 0.49$ 时, 可以观察到贝尔不等式的违反, 其中最大的违反在 $r \to 0$ 的情况下, $B = 2\sqrt 2 $ . 计算发现, 在噪声存在的情况下, 此方法具有高度鲁棒性.
着重探究了如何在双势阱中运用量子非破坏性(Quantum Nondemolition, QND)测量产生一个自旋压缩的原子玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein Condensate, BEC), 其中每个势阱的玻色-爱因斯坦凝聚都是由马赫-曾德干涉仪产生的相干光与原子相互作用后借助量子非破坏性测量方法来监测. 用精确的波函数方法求解了该原子-光系统的动力学方程, 而以往的研究多是采用Holstein-Primakoff (HP)近似. 研究中发现, 在零检测电流和相同的相干光束的条件下监测凝聚态, 可以使测量对原子的影响最小化. 在弱原子-光相互作用状态下, 通过观察条件概率分布和Q函数分布发现平均自旋方向相对不受影响, 而自旋方差沿光耦合的轴方向被压缩.
中国综合性科技类核心期刊(北大核心)
