Vol. 53, No. 7 (2004)
2004年04月05日
总论
2004, 53 (7): 2029-2034.
doi:10.7498/aps.53.2029
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拟可积Hamilton系统随机平均法可以用来研究活性布朗粒子运动.介绍了该随机平均法，利用它详细求解了布朗粒子运动的动力学方程，该方程描述了活性布朗粒子在平面上的运动，粒子受到的激励是Gaussian白噪声，受到的阻尼是Schienbein-Gruler速度依赖的磨擦模型.通过与数字模拟和与实验数据的比较，证明所得稳态解正确.对于Rayleigh和Erdamnn速度依赖的磨擦模型，也给出了稳态解.
2004, 53 (7): 2035-2039.
doi:10.7498/aps.53.2035
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利用时间不变的无限小变换下的Lie对称性，研究准坐标下完整力学系统的一类新守恒量.建立系统的运动微分方程，给出无限小变换下的Lie对称性确定方程.将Hojman定理推广，并举例说明结果的应用.
2004, 53 (7): 2040-2045.
doi:10.7498/aps.53.2040
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作为DNA等一类生物大分子的力学模型，弹性细杆的非线性力学再次受到关注，形成一个力学与分子生物学的交叉学科.除了不受外界约束的自由弹性细杆外，受曲面约束的弹性细杆静力学具有重要的应用背景.在分析约束、约束方程和约束力的基础上建立了受曲面约束的圆截面弹性细杆的平衡微分方程，即曲面上的Kirchhoff方程，它是以截面主矢和截面姿态坐标以及中心线的Descartes坐标为变量的微分/代数方程.作为应用，讨论了约束是圆柱面的情形.此时平衡的无量纲方程仅含的物理参数是截面对形心的抗扭刚度和对主轴的抗弯刚度的比值，与几何参数无关.由此导出方程的螺旋杆特解.数值计算表明，对弹性细杆中心线的几何形状有显著影响的是截面主矢和姿态坐标及其导数的起始值，而不是物理参数.
2004, 53 (7): 2046-2049.
doi:10.7498/aps.53.2046
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研究相空间中二阶线性非完整系统的形式不变性.给出相空间中二阶线性非完整系统形式不变性的定义和判据，得到形式不变性的结构方程和守恒量的形式，并举例说明结果的应用.
2004, 53 (7): 2050-2055.
doi:10.7498/aps.53.2050
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等直-收缩-扩张-等直（SCDS）变截面微管道主要应用于微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件中，研究其内流动特性对指导上述两种微器件的设计和性能的提高具有非常重要的意义.采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维SCDS微管道，喉部宽度为16μm，深度为20μm，收缩比为1.625∶1实验测量了不同进出口压比条件下微管道内氮气的流量特性.实验设定进出口压比值范围为1.0—4.0，由此出口体积流量范围为0—0.12mL/s，流动的特征雷诺数小于350在实验研究的基础上，采用有限体积法对其内部流动特性进行了数值模拟，数值模拟结果与实验结果相符合.数值模拟结果发现两点不同于常规流动的特异现象：其一为最早出现声速点不在最小截面喉部附近，而是移到出口截面附近，即声速点的位置发生变化；其二为在进出口压比达到4.0时，SCDS微管道内部流场才出现声速点，即临界压比值（这里将管道内部首次出现声速点时对应的当地点压力与进口压力的比值定义为临界压比）发生变化.将其原因归结为表面效应（表面积与体积比值S/V）的影响，并进一步研究了这两点特异现象与S/V值之间的关系.
2004, 53 (7): 2056-2059.
doi:10.7498/aps.53.2056
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简化了扩展的Jacobi椭圆函数展开法,亦即对修正的Jacobi椭圆函数展开法进行了扩展.把这种方法应用于Manakov型非线性Schr ? dinger方程,得到了Jacobi椭圆函数包络解.在一定条件下,这些解退化成相应的包络冲击波解和包络孤立波解.
2004, 53 (7): 2060-2064.
doi:10.7498/aps.53.2060
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介绍群论在光子晶体带隙平面波展开法计算中的应用，推导了改进后的算法公式.通过计算实例的比较，显示了群论应用对算法内存需求空间及计算时间的减少.
2004, 53 (7): 2065-2068.
doi:10.7498/aps.53.2065
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用“brick- wall”模型研究了Anti-de Sitter时空中起源于电磁和引力场的黑洞量子熵的发散结构, 结果表明量子熵由线性发散项和对数发散项构成. 如果平衡温度选为Hawking温度，固有截断替代坐标截断，则线性发散项可化为正比于事件视界面积的形式；而对数发散项不仅依赖于黑洞的特征，也依赖于场的自旋，由于此项的存在，自旋场的贡献不再与标量场的贡献成正比.
2004, 53 (7): 2069-2073.
doi:10.7498/aps.53.2069
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由混沌信号和谐波信号组合而成的复杂信号的分离方法一直受到关注.利用经验模式分解方法，依据任何信号由不同的固有简单振动模态组成的概念，将由混沌信号和谐波信号组合而成的复杂信号分离为不同的内在模态函数，并从中分解出谐波信号.通过利用Duffing方程产生的混沌信号进行的仿真实验，结果都表明该方法在一定参数范围内非常有效.
2004, 53 (7): 2074-2079.
doi:10.7498/aps.53.2074
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对于离散混沌系统的最小能量控制问题，提出了一种框架性方法，该方法具有通用性.首先，设计一个二次目标函数，同时把混沌系统分解为线性部分和非线性部分两项和.然后，提出了求解非线性最优控制问题的两级算法：第一级对混沌系统中的非线性部分进行预估，以使原系统变为带有常数项的线性系统；第二级用动态规划求解一个非典型线性二次最优控制问题，并把解返回第一级，第一级根据第二级的解对非线性部分重新预估.这样通过两级间不断的信息交换，最终得到混沌系统的最优控制律.该方法不仅实现了对混沌系统的控制，而且在整个控制过程中消耗的控制能量最小.
2004, 53 (7): 2080-2083.
doi:10.7498/aps.53.2080
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为了找到具有多个旋转中心的混沌系统的相同步与其动力学拓朴变化之间的对应关系，采用线性振幅线性耦合方法，研究了Lorenz系统和Duffing系统的相同步，首先对Lorenz系统和Duffing系统分别进行极坐标变换，在线性振幅耦合基础上计算了两个系统的平均旋转数和Lyapunov指数，发现，随耦合强度的增大，系统相同步与系统的Lyapunov指数跃变存在一一对应的关系，这表明具有多个旋转中心的混沌系统的相同步与系统动力学拓朴变化也存在着对应关系.
2004, 53 (7): 2084-2088.
doi:10.7498/aps.53.2084
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在双折叠环面混沌吸引子方程中构造一种具有多个分段线性化的奇函数，基于递归算法，导出可产生一类多折叠环面混沌吸引子的递归公式.通过适当选取各个分段线性区间的斜率值，利用所得的递归公式计算出分段线性化函数中各个平衡点和转折点之值，最终可产生一类多折叠环面混沌吸引子.给出了产生这类混沌吸引子的计算机数值模拟结果.
2004, 53 (7): 2089-2093.
doi:10.7498/aps.53.2089
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分析了激光散斑效应对激光雷达探测性能的影响. 给出了远场情况下接收物镜所采集激光散斑数的表达式. 在物镜所采集的散斑和光电子数均较大情况下，提出了光电子所遵守的分布. 分别导出了机载和星载激光雷达的探测概率. 分析表明激光雷达探测性能与所采集的散斑数密切相关，接收的散斑数仅与激光束腰和物镜的口径有关，随着接收散斑数的增加，散斑噪声的影响将减弱.
基本粒子物理学与场
2004, 53 (7): 2094-2099.
doi:10.7498/aps.53.2094
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对约束系统量子化中Dirac方法和 Faddeev-Jackiw方法进行了讨论，并对它们的运动方程、正则量子化的等价性进行证明.找出了两种方法中约束的对应关系.
2004, 53 (7): 2100-2105.
doi:10.7498/aps.53.2100
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基于含复合场的正则Ward恒等式，研究了含高阶微商的Abel理论中动力学规范对称破缺.得到了包括费米子和束缚态的质量谱.讨论了高阶微商项的影响.
核物理学
2004, 53 (7): 2106-2111.
doi:10.7498/aps.53.2106
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利用同位旋相关的量子分子动力学模型，研究了中能重离子碰撞过程中同位旋分馏现象及其对于碰撞系统同位旋的依赖性.计算结果表明:在碰撞系统膨胀的低密度区, 气相(发射核子)与液相(碎片)的中子-质子比出现不均等分配现象,即同位旋分馏. 同位旋分馏的强弱明显地依赖于碰撞系统的中子-质子比,其强度随着系统中子-质子比的增大而增大. 丰中子碰撞系统产生丰中子的气相和缺中子的液相,而缺中子碰撞系统产生缺中子的气相和丰中子的液相.在丰中子的碰撞系统中同位旋分馏强度敏感地依赖于对称势,而对于两体碰撞的同位旋效应并不敏感，但对于缺中子的碰撞系统,同位旋分馏强度对于对称势不敏感， 同时发现动量相关作用对于同位旋分馏过程的作用不明显.
原子和分子物理学
2004, 53 (7): 2112-2117.
doi:10.7498/aps.53.2112
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选取了具有不同对称性的二苯乙烯系列衍生物分子，在HF水平上，利用响应函数方法，研究了该系列分子的单光子和双光子特性. 研究结果表明，该系列分子具有较强的双光子特性. 在可见光范围内，反对称分子的最大双光子吸收态是第一激发态，而对称分子的最大双光子吸收出现在第四激发态. 相对于对称分子而言，反对称分子具有更大的双光子吸收截面. 因此，分子的对称性是否比不对称性更有利于增大分子的双光子吸收截面，还与分子的π中心部分的特性有关. 还给出了电荷转移态的电荷迁移过程.
唯象论的经典领域
2004, 53 (7): 2118-2122.
doi:10.7498/aps.53.2118
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在由矢量衍射理论得到的锥面衍射情形下的广义光栅方程基础上，给出了对应于衍射极角的衍射光栅第一类角色散公式和对应于衍射方位角的衍射光栅第二类角色散公式，并通过理论和数值分析导出了第二类角色散发生突变的条件及相应的数学表达式.
2004, 53 (7): 2123-2126.
doi:10.7498/aps.53.2123
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通过一组正对的望远镜耦合，采用以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为基础的相位编码方式，成功地实现了实验室内12m距离的自由空间量子密钥分配. 实验表明这样的系统工作稳定可靠，与偏振编码一样，相位编码也可用于自由空间的量子密钥分配.
2004, 53 (7): 2127-2132.
doi:10.7498/aps.53.2127
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应用线性化近似方法，计算了信号直接调制下由具有色关联的色泵噪声和色量子噪声驱动的单模激光增益模型的输出功率谱和信噪比，发现在信噪比R随泵噪声自关联时间τ1的变化曲线中同时存在共振和抑制现象，当增大输入信号频率到某一临界值Ω0时，共振和抑制同时消失，曲线成为单调. 进一步还发现R随衰减系数γ的变化曲线也会出现共振的新现象.
2004, 53 (7): 2133-2138.
doi:10.7498/aps.53.2133
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研究了存在Kerr介质时，耦合双原子与单模压缩真空场双光子跃迁相互作用系统光场的量子特性，讨论了Kerr介质和原子间偶极-偶极相互作用对光场量子特性的影响. 结果表明：当Kerr效应和偶极-偶极相互作用可以忽略时，光场U2分量的涨落能被周期性地压缩，随着Kerr效应和偶极-偶极相互作用的增强，光场的压缩逐渐变浅，压缩次数减少；Kerr效应和偶极-偶极相互作用的影响使光场的二阶相干度时间演化曲线呈现周期性的崩塌-回复现象，但不论耦合强度如何，光子总是呈现聚束效应.
2004, 53 (7): 2139-2144.
doi:10.7498/aps.53.2139
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讨论了场频率随时间变化时二能级原子与相干态光场的相互作用. 分析了两种典型的情况，即场频率随时间作正弦变化以及作脉冲变化的情况. 研究发现：当场频率随时间作正弦变化时，原子布居数反转的崩塌和回复现象将消失；当场频率随时间作脉冲变化时,布居数反转随时间的演化将诱发出新的崩塌和回复过程.
2004, 53 (7): 2145-2149.
doi:10.7498/aps.53.2145
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使用渐近分析法、广义截断二阶矩法和自收敛束宽法研究了旋转对称截断光束的广义M2因子，分析了这三种方法的物理联系以及如何惟一确定广义M2因子问题，并用数值计算结果做了说明.
2004, 53 (7): 2150-2153.
doi:10.7498/aps.53.2150
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提出并实现了新型隧道再生耦合大光腔半导体激光器，近场光斑宽度达到1μm，较普通半导体激光器提高了一个数量级，有效地解决了普通半导体激光器由于发光面积狭窄而导致的端面灾变性毁坏和垂直发散角大的问题. 采用低压金属有机物化学气相沉积方法生长了以C和Si分别作为掺杂剂的AlGaAs隧道结、GaAs/InGaAs应变量子阱有源区和新型半导体激光器外延结构，并制备出器件，其垂直发散角为20°，阈值电流密度为277A/cm2，斜率效率在未镀膜时达到0.80W/A.
2004, 53 (7): 2154-2158.
doi:10.7498/aps.53.2154
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利用烧蚀面积与激光脉冲能量的线性关系，确定了氧化铝的破坏阈值，同时采用散射光探测法，研究了800和400nm超短脉冲激光作用下氧化铝的破坏阈值对激光脉宽的依赖关系，并探讨了氧化铝的烧蚀规律. 利用雪崩击穿模型，解释了实验结果，并讨论了导带电子光吸收机理.
2004, 53 (7): 2159-2164.
doi:10.7498/aps.53.2159
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设计了边缘抽运复合Yb:YAG/YAG薄片激光器.薄片激光器的显著优点是热梯度和激光传输方向相同，减小了横向的温度梯度，解决了高功率激光器冷却和高功率抽运的矛盾，避免了放大的自发辐射. 与高功率棒状和板条激光器相比，一维空间冷却理论和边缘抽运理论可以获得更高的功率输出，列举了两种高功率Yb:YAG/YAG薄片激光器设计实例.
2004, 53 (7): 2165-2169.
doi:10.7498/aps.53.2165
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可调谐波长转换器是智能化光网络中的关键光电子器件. 提出了一种基于半导体光放大器的环形激光器实现连续可调全光波长转换的方案，建立了该方案的理论模型. 理论计算和实际测定了不同条件下波长转换的输出特性，实验结果与理论计算基本符合. 实验中实现了40nm范围内连续可调、转换速率为2.5Gb/s的交叉增益调制型波长转换.
2004, 53 (7): 2170-2174.
doi:10.7498/aps.53.2170
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分析了受激布里渊散射介质CCl4对纳秒激光脉冲的传输特性及功率限幅特性. 结果表明：透射脉冲波形随抽运光能量增加而压缩变形，脉冲前沿保持高斯型，后沿被压缩成功率“平台”，功率“平台”随抽运脉冲能量增加而逐渐变宽，但功率水平不变，表明该光学系统具有的功率限幅特性. 详细分析了功率限幅特性随抽运能量的变化规律和时间响应特性规律，采用脉宽为10ns、波长为1.06μm的Nd:YAG激光脉冲进行实验验证，理论与实验结论相符合.
2004, 53 (7): 2175-2179.
doi:10.7498/aps.53.2175
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通过理论分析和数值模拟方法，研究了高功率激光系统中的非线性“热像”效应. 利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分和非线性近轴波动方程，在远场近似及光学薄近似条件下，得出了位相调制产生“热像”出现的位置及强度满足的解析关系.结果表明，“热像”形成在非线性介质后与衍射物对称的位置，其强度可能比振幅调制产生“热像”的强度大几倍. 通过计算机模拟，并与理论预测结果进行比较，显示两者符合较好. 同时给“热像”的形成过程赋予了明确的物理意义，指出“热像”的形成类似于同轴位相夫琅禾费全息过程.
2004, 53 (7): 2180-2183.
doi:10.7498/aps.53.2180
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用一维粒子模拟程序研究了超短脉冲强激光与超临界密度等离子体平板作用产生的高次谐波。分析了振荡镜面模型所不能解释的伴随高次谐波出现的频率红移现象。通常激光与固体靶作用中的高次谐波是由于激光从振荡靶面的反射产生的.除此之外，相对论光强的激光与固体靶作用还应考虑光压对靶的烧蚀推进作用，这时激光相当于从一个移动的振荡靶面反射，所以产生了带有红移的高次谐波.
2004, 53 (7): 2184-2190.
doi:10.7498/aps.53.2184
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对飞秒光参量振荡器的空间啁啾和角色散进行了理论计算和分析.给出了在非线性晶体中的空间啁啾表达式，以及在BBO晶体Ⅰ类非共线相位匹配情况下，在角度调谐过程中非线性晶体包括角色散在内的二阶、三阶色散的解析表达式，并精确计算了角色散对其二阶、三阶色散的影响.
2004, 53 (7): 2191-2196.
doi:10.7498/aps.53.2191
摘要 +
考虑原子的相干性和经典注入光场，利用随机微分方程给出非锁相条件下的Lorenz-Haken方程，研究失谐量、注入经典光场和原子相干性对非锁相Lorenz-Haken方程动力学特性的影响．在激光运转情形，失谐量造成光场位相的混沌，系统在不同条件下，出现四吸引子、双吸引子及单吸引子混沌状态，且体系的分数维维数较锁相条件下增加．光场失谐量、注入光场和原子相干性可抑制混沌．在双稳态运转下，光场位相为π的偶数倍或奇数倍，使光场稳定于正值和负值，故体系出现对称双稳态对，但无混沌状态．
2004, 53 (7): 2197-2200.
doi:10.7498/aps.53.2197
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通过耦合两个掺杂的一维光子晶体，提出了同时兼具频率和空间光学滤波双性能的一维光子晶体异质结结构.在一个宽的频带范围内, 该结构只允许法向入射的确定的一种中心频率光透过，偏离法向此中心频率光全反射; 而在这宽频带范围内其他频率所有的光在任何角方向都全反射.
2004, 53 (7): 2201-2205.
doi:10.7498/aps.53.2201
摘要 +
用特征矩阵法研究了带缺陷的一维光子晶体的透射性质，并提出了新的可调谐光滤波器的概念.一维光子晶体(L1H1)m带有Lc-H2(L2H2)n形式的缺陷时，在光子晶体中间出现了窄的透射峰，其他级次的干涉峰则随着覆盖层H2(L2H2)n周期数的增大而减弱并消失.当耦合层Lc厚度变化时，在光子晶体禁带边缘附近出现两个高透射率区域.高透射率区域透射峰的特性由光子晶体和覆盖层的性质决定.当光子晶体禁带宽度较小时，两个高透射率区域接近，形成具有约150nm调谐范围的区域，因此可制备以一维光子晶体为基础的新型可调谐光滤波器.
2004, 53 (7): 2206-2211.
doi:10.7498/aps.53.2206
摘要 +
理论和实验已经表明，金属开口谐振环（split ring resonators,简称SRR）可以实现材料的有效磁导率μeff在某一频率范围内为负.采用波导法实验研究了不同几何尺寸的六边形SRR在X波段微波作用下的近邻相互作用.实验发现，相同尺寸的六边形SRR周期性排列而成的一维负磁导率材料存在一个谐振频率；当缺陷谐振环引入一维负磁导率材料时，主谐振频率和缺陷环谐振频率同时发生移动；主谐振频率和缺陷环谐振频率的移动量随缺陷与双环谐振频率之差的增加而减小，当缺陷环谐振频率与双环谐振频率接近时，环间的相互作用增强，频率的移动量增大.
2004, 53 (7): 2212-2215.
doi:10.7498/aps.53.2212
摘要 +
通过理论分析指出啁啾脉冲光谱仪探测法探测THz辐射存在时间分辨率极限，实验也得到了与理论分析相一致的结果.提出使用啁啾脉冲互相关法探测THz辐射，给予了一定的理论分析，实验结果证明此方法探测THz辐射的时间分辨率与传统的时间扫描延迟方法的时间分辨率相当.
2004, 53 (7): 2216-2220.
doi:10.7498/aps.53.2216
摘要 +
实验研究了800nm飞秒激光作用下石英玻璃的破坏机理和烧蚀规律，给出了破坏阈值与脉冲宽度的关系.发展了雪崩击穿模型，计算了材料的烧蚀阈值与脉冲宽度的依赖关系，烧蚀深度、烧蚀体积与脉冲能量的依赖关系，研究了导带电子的扩散对材料中激光能量的沉积、分布，以及材料的破坏阈值和烧蚀规律的影响.
2004, 53 (7): 2221-2225.
doi:10.7498/aps.53.2221
摘要 +
提出了一种可频分复用基于光放大的光纤Fizeau应变传感器的方法，从原理上解决了现有光纤Fabry-Perot传感器固有的两大弱点：信号弱和复用难.利用掺铒光纤的放大作用，既形成宽带光源，又放大了微弱的信号.描述了该应变传感器系统的结构、原理及实验结果.实验表明该复用传感器应变测量精度可达±10με，可满足实际应用的要求.
2004, 53 (7): 2226-2232.
doi:10.7498/aps.53.2226
摘要 +
用氢气泡法观测湍流边界层的下扫流和有关的流动结构.实验中发现一种新型涡结构，它的特征与典型的发卡涡正好相反.发卡涡的头部指向下游，而它的头部指向上游； 发卡涡的两腿之间，由于涡的诱导产生上升流，而它则在其两腿之间，由于涡的诱导产生下扫流.
流体、等离子体和放电
2004, 53 (7): 2233-2236.
doi:10.7498/aps.53.2233
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通过对辅助方程的差分迭代，给出了一种新的各向异性磁化等离子体的辅助方程时域有限差分(FDTD)算法.并与电流密度卷积(JEC)算法进行了比较.通过计算磁化等离子体平板对平行于磁场传播的电磁波的反射和透射系数，验证了该算法的精度与JEC算法基本相同，而计算效率提高数倍.
2004, 53 (7): 2237-2243.
doi:10.7498/aps.53.2237
摘要 +
研究了脉冲激光烧蚀靶材的整个过程.从包含热源项的导热方程出发，利用适当的动态边界条件，详细研究了靶材在熔融前后的温度分布规律，并且给出了熔融后的固、液分界面的变化规律.熔融后的温度演化规律和固液相界面均以解析表达式的形式给出.还根据能量平衡原理给出烧蚀面位置随时间的变化规律.以硅靶材为例计算模拟了激光烧蚀的整个过程，与实验结果符合较好.
2004, 53 (7): 2244-2249.
doi:10.7498/aps.53.2244
摘要 +
利用铝丝和钨丝混合编制的丝阵作为Z箍缩的负载，在俄罗斯Kurchatov研究所的S300强流装置上对其Z箍缩过程进行了实验研究，并与纯铝丝阵和纯钨丝阵的实验结果进行了比较.不同材料组成的丝阵的Z箍缩x射线能谱之间有明显差异，混编丝阵的铝K壳层的x射线辐射强度比纯铝丝阵的弱，在纯钨丝阵Z箍缩中没有发现波长小于1.6nm的线辐射.混编丝阵Z箍缩的x射线发光区域比纯铝丝阵的小，但比纯钨丝阵的大,混编丝阵的x射线产额比纯铝丝阵的大，但比纯钨丝阵的略低.在驱动电流为2.5—2.8MA条件下，Z箍缩的径向收缩比为4—5，x射线辐射脉冲脉宽为25ns左右，峰值为0.3—0.5TW，总能量为10—20kJ.激光探针的阴影像显示了丝阵等离子体形成的细致过程，还表明了等离子体的边界面不够清晰，其不稳定性有明显的发展，内部有丰富的结构.
2004, 53 (7): 2250-2253.
doi:10.7498/aps.53.2250
摘要 +
在超强飞秒激光与氘团簇的相互作用中，利用库仑爆炸模型，分析了可以引发核聚变的高能氘核产生的机理，提出了氘离子团簇膨胀尺寸与时间的关系式，计算了多种尺寸的氘团簇库仑爆炸时氘核的动能以及氘团簇的解体时间．
2004, 53 (7): 2254-2257.
doi:10.7498/aps.53.2254
摘要 +
介绍一种利用电弧放电法高效率制备大量单壁纳米碳管的新方法.以钨代替传统的石墨棒作为放电阴极，采取循环式往返放电法.同时利用高分辨透射电子显微镜及拉曼光谱对制备的单壁纳米碳管进行了观察、表征.实验证明：以钨为阴极的循环电弧放电法可以初步实现单壁纳米碳管的高效率、大批量生产.
凝聚物质：结构、热学和力学性质
2004, 53 (7): 2258-2262.
doi:10.7498/aps.53.2258
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采用等离子体增强热灯丝化学气相沉积方法，以甲烷和氢气为反应气体，在钨丝衬底上制备出准直的碳纳米纤维(CNFs)，其生长密度小于10.6cm-2，长度为6—30μm，直径为60—100nm.并采用自制的双探针扫描电子显微镜系统，对所生长的单根CNF作了场发射特性研究.结果表明，其场发射开启电压约为5V/μm，相应的发射电流达到20μA/cm2，同时，对不同长度的CNFs及单根CNF不同位置的场发射研究表明，场发射电流的大小不仅与材料本身的功函数、外电场场强、材料的微观结构以及宏观的几何结构有关，而且电子在输运过程中所受到的散射也是决定场发射电流大小的关键因素.
2004, 53 (7): 2263-2269.
doi:10.7498/aps.53.2263
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分别研究了磁场线圈电流为115.2和137.7A以及137.7A并在加热台下加放SmCo永磁体的方法，来改变单磁场线圈分散场MWECR CVD系统等离子体室及沉积室磁场形貌.用洛伦兹拟合定量地得到了三种磁场形貌的磁场梯度.研究了磁场梯度对沉积a-Si:H薄膜性能的影响.研究表明：在衬底附近，高的磁场梯度可以获得高的沉积速率；在温度不很高时，高的磁场梯度可得到光敏性较好的a-Si:H薄膜.
2004, 53 (7): 2270-2274.
doi:10.7498/aps.53.2270
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对用助熔剂提拉法生长的近化学计量比LiNbO3晶体进行了激光显微拉曼光谱测试分析,与同成分LiNbO3晶体相比较,A1(TO)与E(TO)模的谱线数目、频率基本不变,验证了LiNbO3晶体属置换式固溶体的结论.738cm-1处拉曼振动峰（A1(LO)模）的相对强度随晶体中Li2O含量的增加发生了明显的变化,在两种掺杂晶体中,此振动峰已经消失.根据Li空位模型,从占位和结构上进行了分析讨论.在152和872cm-1处拉曼振动峰半高宽随晶体中Li/Nb的增大而变窄,对二者关系进行了线性拟合,利用拟合公式可根据拉曼振动峰半高宽计算晶体中的Li/Nb值.
2004, 53 (7): 2275-2280.
doi:10.7498/aps.53.2275
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应用实空间重整化群变换和累积展开相结合的方法，在Sierpinski镂垫上研究了二体自旋作用和三体自旋作用都存在时Gauss模型的相变和临界性质，求出了临界点和临界指数.与只有二体自旋作用的情况相比较，在无外场和有外场的情况下，临界点和临界指数都发生了变化，这表明三体自旋作用对其临界点和临界性质都有一定的影响.
2004, 53 (7): 2281-2286.
doi:10.7498/aps.53.2281
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提出了一种基于小波变换描述薄膜表面形貌的方法.运用离散小波变换法研究磁控溅射Cu-W薄膜表面特征随溅射时间的演变.结果表明，Cu-W薄膜在溅射时间超过600s时才达到稳定.不同薄膜表面形貌的变化主要是由高频部分引起.薄膜的粗糙表面会引起纳米压入硬度值的分散，这种分散性可用基于小波变换的薄膜表面形貌多尺度分解评价.
2004, 53 (7): 2287-2291.
doi:10.7498/aps.53.2287
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用化学气相沉积方法制备了金刚石薄膜.在制备过程中，通过间歇式关闭甲烷气体，强化了氢对sp2杂化碳原子的刻蚀.用拉曼光谱和金相显微镜对薄膜进行了分析表征.结果表明，氢对sp2杂化碳原子的强化刻蚀并未影响金刚石薄膜的品质和微观结构.这一结论说明，在金刚石薄膜中，sp2杂化碳原子主要存在于金刚石晶粒表面和晶界碳原子之间,而不是以石墨或无定形碳颗粒为主要存在方式.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2004, 53 (7): 2292-2298.
doi:10.7498/aps.53.2292
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在C60分子中，未被填充的最低电子态具有T1u对称性，因此，对中性的C60而言，不论是通过分子内部激发，或是外部掺杂，都易被一个电子占据而形成Jahn-Teller（JT）活跃电子态.此态与五重简并的hg声子态耦合，构成所谓的T1u-hg -JT系统.在这一JT系统中，当只考虑电声的线性耦合时，其绝热势能面是一个槽形.但在实际的系统中，二阶电声耦合是存在的，理论研究表明，原来的势槽将被这二阶非线性耦合弯曲成D3d或D5d对称性的势阱.声子振动态在阱中将显示各向异性效应，使得声子沿不同的方向有不同的振动频率，进而影响势阱中的能级分布、势阱间的重叠积分，以及整个系统的隧道能级分裂等.对D3d势阱中各向异性效应进行了研究，利用幺正平移、?pikPryce和标度变换等方法计算了系统势阱中的能级，以及阱中的振动频率，研究了势阱中的能级间隔以及微绕修正能量的变化，并由此导出了这些物理量在仅有线性耦合的势槽中变化的情形.
2004, 53 (7): 2299-2304.
doi:10.7498/aps.53.2299
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系统研究了(La1-xYx)2/3Ca1/3MnO3(0.0≤x≤0.3)体系的结构和输运行为.结果表明，实验样品具有很好的单相结构，随Y掺杂浓度的增加，金属—绝缘体（M—I）转变温度T-MI向低温区移动，对应的峰值电阻率ρp升高，对x=0.3样品，较未替代样品（x=0.0）增幅达8个数量级.在外加磁场下，材料表现出很强的磁电阻效应.同时，从实验结果出发，直接给出了输运特性与晶体结构之间的关联，并从双交换模型和可变程跃迁理论出发，对实验结果进行了初步讨论.
2004, 53 (7): 2305-2309.
doi:10.7498/aps.53.2305
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研究了一维共聚物链的晶格振动，得到了不同均聚物构型的色散关系，并分析了其振动模的结构特点.调整界面耦合，得到了界面模，其频率位于声频与光频或光频之间的带隙中.从晶格振动的角度分析了共聚物的量子阱或超晶格特征.
2004, 53 (7): 2310-2315.
doi:10.7498/aps.53.2310
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测量了准一维有机超导体(TMTSF)2ClO4单晶a方向不同降温速率下的高精度温差电动势(6—280K).高温下的温差电动势表现出线性行为，不能被正常的一维电子能带理论所解释.在240K左右观察到温差电动势斜率发生反常突变.在140K左右温差电动势向下逐渐偏离线性行为，这与1D—2D的维度渡越相关.对阴离子有序—无序相变温度Ta（Ta=24K）附近的温差电动势结果与比热和电阻率的数据进行了比较.对于极慢速降温的温差电动势，求导后可以看到相变的痕迹.随着通过Ta降温速率的增大，在Ta之下的温差电动势数值出现了一个逐渐增大的整体抬高.对此进行了讨论.
2004, 53 (7): 2316-2319.
doi:10.7498/aps.53.2316
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提出了采用双脉冲机理来产生阿秒脉冲的方法.研究发现采用双脉冲不仅可以产生单个的阿秒脉冲，从而突破目前产生阿秒脉冲的驱动源（几个飞秒的超短激光脉冲）的能量限制，而且在相同的峰值强度下，双脉冲能够产生强度更高的阿秒脉冲.
2004, 53 (7): 2320-2324.
doi:10.7498/aps.53.2320
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从Ⅲ族氮化物中压电极化对应变弛豫度的依赖关系出发，通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,分别研究了自发极化、压电极化和AlGaN势垒层掺杂对AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气的浓度、分布、面密度以及子带分布等性质的影响.结果表明：二维电子气性质强烈依赖于极化效应,不考虑AlGaN势垒层掺杂，当Al组分为0.3时，由极化导致的二维电子气浓度达1.6×10--13cm-2,其中压电极化对二维电子气贡献为0.7×10-13cm-2，略小于自发极化的贡献(0.9×10-13cm-2)，但为同一数量级，因而通过控制AlGaN层应变而改变极化对于提高二维电子气浓度至关重要. AlGaN势垒层掺杂对二维电子气的影响较弱, 当掺杂浓度从1×10-17增加到1×10-18cm-3时，二维电子气面密度增加0.2×10-13cm-2.
2004, 53 (7): 2325-2329.
doi:10.7498/aps.53.2325
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在结构为ITO/TPD(60nm)/PBD(60nm)/Al的双层器件观察到了单体发射、激基复合物发射和电荷对复合物发射.该器件和TPD∶PBD(等摩尔)混合蒸发薄膜的光致发光光谱研究表明激基复合物仅在TPD/PBD界面形成.电致发光光谱随偏置变化，反映出各激发态的不同形成机理和不同的占有比例及载流子在器件中动态复合的过程.
2004, 53 (7): 2330-2335.
doi:10.7498/aps.53.2330
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在有效质量近似理论下，采用有效垒高方法，研究了在沿超晶格生长方向加一有限磁场时磁耦合效应对半无限半导体超晶格中表面电子态的影响.当考虑超晶格中阱层和垒层之间电子有效质量的差别时，沿超晶格生长方向的磁场将导致磁耦合效应的出现.研究结果表明，磁耦合效应不仅引起表面电子能级的量子化，而且表面电子能级的大小及其在表面附近的局域程度也依赖于磁场的大小和朗道指数.此外，研究表明布洛赫波数的虚部可以作为一个衡量表面电子态局域程度的物理量.
2004, 53 (7): 2336-2341.
doi:10.7498/aps.53.2336
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使用双杂质的Anderson模型的哈密顿量，从理论上研究了一个嵌入耦合量子点的介观Aharonov-Bohm环系统处在Kondo区时的基态性质, 并用slave-boson平均场方法求解了哈密顿量. 结果表明, 在这个系统中, 宇称效应和复杂的电流相位关系的出现反映了两个量子点可以相干耦合.
2004, 53 (7): 2342-2346.
doi:10.7498/aps.53.2342
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利用固相反应法制备了名义成分为Ca(Mn2Cu1)Mn4O12的类钙钛矿锰氧化物.x射线衍射表明，为了获得较为致密的样品和减小杂相含量，可以采用高温烧结再在1073K长时间空气中退火的制备方法.样品在低温下同时存在铁磁相和反铁磁相，由于反铁磁相的存在导致样品在4.5K时的磁化强度显著降低，并在8T的高磁场下仍未达到饱和.样品呈半导体导电性质，在85K和6T磁场下磁电阻比的最大值可达-46%.
2004, 53 (7): 2352-2356.
doi:10.7498/aps.53.2352
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用反应溅射方法制备了FeRO(R=Hf, Nd, Dy) 薄膜，并在400℃时对样品进行退火处理，x射线衍射和电子衍射结果显示纳米量级的Fe晶粒镶嵌在非晶氧化物基质中.用面内铁磁共振技术仔细测量了样品的共振吸收谱，并分析了局域磁化强度Ms与晶粒尺寸的关系.制备态样品呈现出显著的面内单轴各向异性，退火后单轴各向异性显著减弱，取而代之的是较弱的磁晶各向异性.利用公式(ω/γ)2=(Hres+HK)(Hres+HK+4πMs)求出局域磁化强度Ms，它随晶粒尺寸减小而减小，在晶粒尺寸为5nm时仅约为Fe体材料饱和磁化强度的30%.局域磁化强度与根据Fe的体积百分比算出的体磁化强度相比偏小，并与晶粒尺寸的倒数呈线性关系，说明在晶粒表面存在较强的磁矩钉扎效应.
2004, 53 (7): 2357-2362.
doi:10.7498/aps.53.2357
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测量了使用溶胶-凝胶工艺制备的(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3(x=0.00，0.04，0.06，0.08,0.12)系陶瓷的介电、压电、铁电和热释电性能.由于使用了溶胶-凝胶工艺制备的粉料，因此所有样品的压电性能都得到了较大提高.其中(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO.3系陶瓷具有该系列最大的压电常数，d33=173×10-12C/N，与传统工艺相比，d33提高了近40%.同时，在一定范围内，随Ba含量的增加，材料的剩余极化Pr和矫顽场Ec逐渐减小，退极化温度逐渐降低.对于(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO.3系陶瓷，剩余极化和矫顽场分别为25μC/cm2和28kV/cm，退极化温度约为80℃.
2004, 53 (7): 2363-2367.
doi:10.7498/aps.53.2363
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采用NbCl5作为先驱物，利用溶胶-凝胶法在Si(100)衬底上成功获得高度择优取向的铁电铌酸锶钡(SBN)薄膜.与用Nb(OC2H5)5作为先驱物的SBN薄膜相比，NbCl5配制的薄膜前驱溶液中含有一定数量的K离子.K离子的含量对SBN薄膜取向的影响存在一个最优值.二次离子质谱测试发现，K离子对SBN晶胞的溶入和对Si衬底的渗透能够同时使SBN晶胞和Si晶胞产生微小扭曲，从而起到调整薄膜与衬底的匹配关系，并最终促使SBN薄膜c轴高度择优取向的生长.测试了薄膜的光学特性.
2004, 53 (7): 2368-2372.
doi:10.7498/aps.53.2368
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介绍了在极紫外波段，利用帽层材料来减少多层膜反射镜因外部环境干扰而造成的反射率降低，使多层膜光学元件能够长时间稳定工作.计算了在139nm波长处Mo/Si极紫外多层膜反射镜在表面镀制不同帽层材料时的理论最大反射率，利用单纯形调优法，对帽层和多层膜的周期厚度进行优化，同时把分层理论用于多层膜帽层优化,可使多层膜的反射率得到进一步提高.分析了在加入帽层前后多层膜外层电场强度的分布变化情况.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2004, 53 (7): 2373-2377.
doi:10.7498/aps.53.2373
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采用溶胶-凝胶法，在保持薄膜结晶温度和有机物分解温度相同情况下，发现烘烤温度（即溶剂的挥发温度）对镧掺杂钛酸铋薄膜的晶体结构、表面形貌和铁电性质均产生重要影响.在较低烘烤温度下得到的薄膜（117）择优取向明显.但随着烘烤温度增加，薄膜的（117）择优取向逐渐减弱.薄膜的表面晶粒形貌则从棒状逐渐转变为盘状.还测量了薄膜的铁电性质，发现在250℃烘烤温度下得到的薄膜具有最大的剩余极化强度，2Pr为28.4μC/cm2.对实验现象进行了定性解释.
2004, 53 (7): 2378-2383.
doi:10.7498/aps.53.2378
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研究了压力对FeSi2合金凝固组织的影响.与常压下凝固的典型共晶组织不同，高压条件下的凝固组织为初生ε相树枝晶加离异共晶.高压下凝固组织的变化主要是与压力对相图的影响和对凝固过程中溶质原子扩散的影响有关.通过引入压力参量，推导了高压凝固过程中的成分过冷判据，并应用该判据分析了高压凝固树枝晶组织的形成机理.
2004, 53 (7): 2384-2388.
doi:10.7498/aps.53.2384
摘要 +
介绍了一种新的制备纳米石墨粉的方法——炸药爆轰法.通过对爆轰合成的黑色粉末进行x射线衍射分析，确认其为六方结构的纳米石墨，平均晶粒度为1.86—2.61nm.用BET气体吸附仪测试纳米石墨粉的比表面积约为500—650m2/g，由比表面积计算得到的纳米石墨粒度为4.41—6.85nm.在室温（≈290K）和12MPa压力条件下对纳米石墨粉进行储放氢气性能测试，结果表明纳米石墨粉样品的储放氢量为0.33wt%—0.37wt％.在相同实验条件下，纳米石墨粉原始样品的储放氢能力较原始纳米炭纤维（0.15wt%—0.35wt％）和多壁碳纳米管（0.15wt%—0.20wt％）的储放氢能力略强,但低于超级活性炭（0.92wt%—0.98wt％）.纳米碳材料的比表面积在其储放氢实验中起关键作用.
地球物理学、天文学和天体物理学
2004, 53 (7): 2389-2395.
doi:10.7498/aps.53.2389
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基于大气运动是一种不可逆过程的观点，引进了忆及过去时次资料的记忆函数，导出热传导的自忆性方程，研究了方程分别取Richardson和DuFort-Frankel格式，回溯阶p取1时的稳定性.探讨了多时刻模式中数值积分有时发散的问题，揭示了由过去时次资料动态求取记忆函数，改变了原定设计的差分格式，且它是一个时间平滑因子的本质.
2004, 53 (7): 2396-2400.
doi:10.7498/aps.53.2396
摘要 +
分析讨论了Vaidya-Bonner-de Sitter黑洞视界附近的狄拉克方程,准确地定出了Vaidya-Bonner-de Sitter黑洞的Hawking温度和辐射谱，同时计算出事件视界方程，所得结果与用零曲面方程得到的结果一致.
2004, 53 (7): 2401-2406.
doi:10.7498/aps.53.2401
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利用薄层（改进的brick-wall模型），通过分别求解标量场方程和Dirac场方程，计算了环面黑洞事件视界附近的标量场和Dirac场的量子统计熵.按薄层模型的观点，在视界面附近薄层上的量子场的熵就是黑洞的熵.结果表明，黑洞熵正比于事件视界的面积，遵循Beken-stein-Hawking面积熵公式.