Vol. 58, No. 12 (2009)
2009年06月20日
总论
2009, 58 (12): 8123-8126.
doi:10.7498/aps.58.8123
摘要 +
采用一个简单而有效的技巧，研究了一类扰动非线性发展方程.首先，引入一个相应典型方程的孤子近似解.然后，利用同伦映射方法得到了原扰动非线性发展方程的近似解.
2009, 58 (12): 8127-8133.
doi:10.7498/aps.58.8127
摘要 +
将自由状态下呈弹道扩散的非各态历经系统置于周期场中，进而将非各态历经布朗运动分为两类.第一类是阻尼核的Laplace变换的低频为零的系统，当温度远大于势垒高度时，系统平均能量的动能部分依赖粒子的初始速度分布；随温度降低，系统的各态历经性得到恢复.然后将第一类系统的稳定速度变量作为一个内部噪声，再去驱动一个自由布朗粒子，则阻尼核的Laplace变换在零频时为无穷大.结果发现，粒子扩散系数随温度的增加而趋于零，显示一种经典局域化特征，系统的渐进分布依赖于初始坐标分布.这是第二类非各态历经性运动，不能通过外加势而恢复.
2009, 58 (12): 8134-8138.
doi:10.7498/aps.58.8134
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针对永磁同步电动机中存在的混沌运动，给出了一种基于冲洗滤波（washout filter）技术的永磁同步电动机混沌控制方法.该方法以永磁同步电动机的电流作反馈，实现了混沌运动的控制.该控制方法不影响原系统的参数，只需要调整滤波器的控制参数，算法简单、易于工程实现.数值仿真结果表明了该方法的有效性和鲁棒性.
2009, 58 (12): 8139-8145.
doi:10.7498/aps.58.8139
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通过对一个五维超混沌系统施加平移变换、镜像映射和滞回切换操作，将多翼混沌吸引子结构由双翼倍增为四翼.施加n-1次相似操作可以得到2n翼的超混沌吸引子.设计了一个简单的电路实现吸引子翼数量的倍增.该方法在保留了系统原有超混沌特性的基础上，增加了吸引子的拓扑结构复杂性，使之更适合保密通信等领域的应用.
2009, 58 (12): 8146-8151.
doi:10.7498/aps.58.8146
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作为一个非线性动力学系统，在一定参数范围和外部输入下永磁同步电机可以呈现非常复杂的混沌运动或极限环，其混沌特性较为显著.在永磁同步电机的非线性数学模型基础上，分析其分叉图、Lyapunov指数图谱和平衡点性质等非线性运动特性，并通过数字仿真得到验证.最后基于该模型设计了相应的模拟电路，实验结果和数字仿真一致.
2009, 58 (12): 8152-8159.
doi:10.7498/aps.58.8152
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增广Lü系统是仅含有两个控制参数的三维混沌系统，可产生一个伪四翼吸引子.利用混沌反控制方法，通过在增广Lü系统中引入一个简单的线性状态控制器，提出了一个新三维混沌系统——广义增广Lü系统.新系统实现了一个真正的具有复合结构的四翼吸引子，它包含了两个镜像对称的子系统.理论分析、数值仿真和电路实验证明了广义增广Lü系统四翼吸引子的存在性，也阐述了广义增广Lü系统有着较增广Lü系统更加丰富的动力学特性.
2009, 58 (12): 8160-8165.
doi:10.7498/aps.58.8160
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将基本尺度熵的方法在时间上做多尺度化的扩展，并将其应用到心跳间隔序列的分析研究中.研究发现，健康人的心率变异性是小时间尺度下的模式特定性与大时间尺度下的模式丰富性相结合的，而充盈性心衰患者则正好相反.这说明充盈性心衰患者在小时间尺度下心脏动力系统的控制不力，导致随机性增加，而在大时间尺度下对外界环境变化反应又不够丰富，从而导致生命更容易受威胁.据此提出了以小时间尺度下的基本尺度熵值相对于大时间尺度下平台区基本尺度熵值的变异参数δ作为区分健康人和充盈性心衰患者的诊断依据.通过对72例健康人和44例充盈性心衰患者的计算，发现两组样本差异显著，证明了参数δ的有效性.
基本粒子物理学与场
2009, 58 (12): 8166-8173.
doi:10.7498/aps.58.8166
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计算了顶色辅助人工色模型对光子对撞机上底夸克对产生过程的Yukawa 修正.发现在合理的参数范围内，赝标量Goldstone 玻色子引起的相对修正与树图水平相比有3.17% 到5.90% 的压低.该结果明显地大于标准模型、双Higgs 二重态模型和最小超对称模型中的相应贡献. 这样的修正对于正在设计中的国际直线对撞机上检验标准模型和探索新物理是很有意义的.
核物理学
2009, 58 (12): 8174-8179.
doi:10.7498/aps.58.8174
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利用二维三角格子金属光子带隙谐振腔代替回旋管的传统柱形谐振腔，并对腔体进行了TE波模式的计算与分析.综合考虑腔体内外的结构特征，给出了光子带隙谐振腔冷腔模式理论的研究方法，发现腔内存在单模工作的可能与条件以及非角对称情况下的电磁模式分布特征.研究结果表明，利用光子带隙谐振腔代替回旋管的传统腔体，可使回旋管在不受腔体横向尺度限制的条件下实现单模工作.这对于提高回旋管的功率容量、有效实现高次单模与高次回旋谐波耦合条件下的注-波互作用、降低工作磁场并从物理上根本改变回旋管的工作状态提供了理论依据.
原子和分子物理学
2009, 58 (12): 8180-8187.
doi:10.7498/aps.58.8180
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发展了一套高精度、高效率的伪谱方法，以非微扰的方式求解真实原子三维含时Schrdinger方程.该方法选用二阶劈裂算符作为时间演化算子，分别选择能谱表象和坐标表象作为含时波函数演化的两个表象.在坐标表象下波函数的径向部分使用库仑波函数离散变量表象来离散；角向波函数展开在两维的Gauss-Legendre-Fourier格点上.以H原子的光激发和光电离过程为例，进行了数值计算并和解析解进行了比对.结果表明二者符合很好.该方法很好地处理了库仑奇点问题.还计算了强激光辐照H原子的多光子电离过程，并和其他的数值方案进行了比较.结果表明，在计算收敛的前提下本方法计算效率更高.
2009, 58 (12): 8188-8193.
doi:10.7498/aps.58.8188
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应用群论及原子分子反应静力学方法推导MgB2分子的电子状态及其离解极限,采用密度泛函B3LYP和从头计算QCISD方法在6-311++G**基组水平上,对MgB2分子可能的状态进行优化计算,得出MgB2的三重态能量最低,其稳定构型为C2v,平衡核间距Re=2.2977，键角αBMgB=41.5521°,能量为-248.9645a.u.同时还计算了基态的简正振动频率:对称伸缩振动频率ν（B2）=315.4430 cm-1,反对称伸缩振动频率ν（A1）=418.1883 cm-1和弯曲振动频率ν（A1）=968.9672 cm-1.在此基础上,使用多体项展式理论方法,导出了基态MgB2分子的解析势能函数,其等势面准确再现了基态MgB2平衡结构和离解能,并由此讨论了B+MgB和Mg+BB分子反应的势能面静态特征.
2009, 58 (12): 8194-8198.
doi:10.7498/aps.58.8194
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应用最近所发展的单分子光谱的产生函数（generating function）理论，详细讨论了由产生函数的相似性可以获得单分子体系动力学有关高阶量的相似性.尽管可以获得不同模型产生函数的最大相似性，并可以得到有关高阶物理量一定的相似性，但是，高阶量显示出它们的不同，并给出了不同模型固有的一些特征.
2009, 58 (12): 8199-8204.
doi:10.7498/aps.58.8199
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利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米级条纹沉积技术是一种新型的研制纳米结构长度标准传递的方法.分析了Cr原子在椭圆型激光驻波场作用下的沉积特性，分别对不同椭圆激光驻波场功率下Cr原子的沉积条纹及不同y平面上沉积条纹特性进行了模拟和分析.同时针对椭圆激光驻波场作用下Cr原子发散角对沉积条纹特性的影响进行了模拟计算，比较了不同发散角条件下沉积条纹的对比度和半高宽.
2009, 58 (12): 8205-8211.
doi:10.7498/aps.58.8205
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利用激光汇聚原子沉积技术，实验上获得了一维Cr层光栅结构.经原子力显微镜测试，其周期常数为（212.8±0.2） nm，约等于激光驻波场波长的一半.根据半经典理论模型，采用Adams-Bashforth-Moulton算法进行数值求解，模拟了同等实验参数条件下的Cr原子运动轨迹，并对其原子光学特性进行分析.结果表明，模拟分析与实验结果符合得较好.
2009, 58 (12): 8212-8216.
doi:10.7498/aps.58.8212
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运用数值方法研究了超短激光脉冲在多能级系统中的传输特性.当激光脉冲能量相对较弱时，适当的脉冲面积可以实现自感应透明；激光脉冲能量逐渐增强，脉冲将产生分裂.脉冲分裂的基本面积（即脉冲实现稳定传播的最小面积）与二能级系统不同，而是A0=2π/κ，与激发态的能级个数和跃迁偶极矩密切相关.由于分裂和吸收，超短激光脉冲传输了一段距离以后，将演化为一个脉冲宽度更窄、峰值强度更高且面积为A0的超短激光脉冲.
2009, 58 (12): 8217-8223.
doi:10.7498/aps.58.8217
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基于多体展式方法所导出的SiH2（X1A1）分析势能函数，用准经典的Monte Carlo轨线法研究了Si（1Dg）+H2（0，0）和H（2Sg）+SiH（0,0）的原子与分子反应动力学过程.研究结果表明：Si（1Dg）与H2（0，0）的碰撞在低能时（小于209.20 kJ/mol）生成稳定的络合物SiH2（X1A1），该反应是无阈能反应；而H（2Sg）与SiH （0,0）碰撞不能生成稳定的络合物，主要发生交换反应H（2Sg）+SiH （0,0）→Si（1Dg）+H2（0，0），该反应也是无阈能反应.
2009, 58 (12): 8224-8229.
doi:10.7498/aps.58.8224
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采用广义梯度密度泛函理论的改进Perdew-Burke-Ernzerh方法结合周期性层晶模型，研究了CO2分子在Pu（100）面上的吸附和解离.吸附能和几何构型的计算表明，CO2以穴位C4O4构型吸附最为有利，吸附能为1.48 eV.布居分析和态密度分析表明，CO2与Pu表面相互作用的本质主要是CO2分子的杂化轨道2πμ与Pu5f，Pu6d，Pu7s轨道通过强电子转移和弱重叠杂化的方式相互作用而生成了新的化学键.计算的CO2→CO+O解离能垒为0.66 eV，解离吸附能为2.65 eV, 表明在一定热激活条件下CO2分子倾向于发生解离性吸附.O2，H2，CO和CO2在Pu （100）面吸附的比较分析表明，较低温度下的吸附强度顺序依次为O2，CO，CO2，H2；较高温度下的吸附强度顺序依次为O2，CO2，CO，H2.
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2009, 58 (12): 8230-8235.
doi:10.7498/aps.58.8230
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研究了不同序列拉曼光脉冲对原子重力仪灵敏度的影响.结果表明，通过调节脉冲间隔可以改善原子干涉重力仪的灵敏度.在标准配置下，只考虑重力及一阶重力梯度时，三脉冲序列（π/2-π-π/2）的原子干涉重力仪具有较大的灵敏度，四脉冲序列（π/2-π-π-π/2）的原子干涉重力仪对重力不敏感，可用来测量重力梯度，五脉冲作用会降低原子干涉重力仪的灵敏度.
2009, 58 (12): 8236-8242.
doi:10.7498/aps.58.8236
摘要 +
采用密度泛函理论对H2与Rhn（n=1—8）团簇的相互作用进行了系统研究.结果表明, RhnH2体系的最低能量结构是在Rhn团簇最低能量结构的基础上吸附H原子生长而成.吸附H原子没有改变Rhn团簇的结构, 键长是影响Rhn和RhnH2磁矩的主要因素.从优化后的几何结构可以看出吸附后的H2发生断键，表明H2分子发生了解离性吸附.当n≤5，H原子的吸附以桥位为主，当n≥6时，H原子开始出现空位吸附.H原子的吸附提高了Rhn的稳定性和化学活性，较小的吸附能表明H原子易从RhnH2中解离出来.二阶能量差分表明4是RhnH2和Rhn团簇的幻数.
唯象论的经典领域
2009, 58 (12): 8243-8248.
doi:10.7498/aps.58.8243
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借鉴数字信号处理技术中的无限脉冲响应滤波器实现的思想，提出一种适用于通用色散介质的改进移位算子时域有限差分（shift operator finite-difference time-domain，SO-FDTD）方法.与原SO-FDTD方法相比，改进的SO-FDTD方法内存占用减少33%以上，同时计算时间也有所减少.最后通过一阶、二阶色散介质雷达散射截面计算验证了方法的通用性和有效性.
2009, 58 (12): 8249-8253.
doi:10.7498/aps.58.8249
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时间反演电磁波在特定的远场环境下具有超分辨率特性.结合时间反演技术构建具有超分辨率特性的模型进行仿真，对结果分析后筛选出能够实现超分辨率特性的关键因素，可为实用的小型化、多天线无线通信系统的设计提供指导.
2009, 58 (12): 8254-8259.
doi:10.7498/aps.58.8254
摘要 +
通过理论研究与数值计算，不均匀等离子体中Langmuir波与电磁波的相互作用及其线性模式转换规律得到了充分的展示.导出了不均匀等离子体中的电磁色散关系，研究了入射电磁波或Langmuir波在通过不均匀等离子体的过程中发生转换的物理过程，以及波的传播矢量随空间坐标变化的关系，并对电磁波与Langmuir波相互作用的机理进行了讨论.研究结果对密度梯度所驱动的等离子体波产生电磁辐射的研究具有重要意义.
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2009, 58 (12): 8260-8263.
doi:10.7498/aps.58.8260
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基于非傍轴矢量光束横截面上光强的精确表示和矢量二阶矩理论，应用严格的角谱表示的矢量衍射理论，对任意非傍轴矢量衍射光束的传输进行了系统的研究.给出了光束的束宽、横向发散角的积分表达式，论证了非傍轴矢量光束二阶矩的发散特性.对非傍轴矢量光束的束宽、发散角的定义及一些相关的问题进行了分析和讨论.
2009, 58 (12): 8264-8270.
doi:10.7498/aps.58.8264
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阐述了短脉冲激光装置中脉冲前沿畸变效应的产生机理和可能的畸变源.利用Fourier光学方法，建立了一个基于单程压缩构型的研究脉冲前沿畸变效应的理论模型，分析不同种脉冲前沿畸变效应对于压缩器输出脉冲的近场时空特性的影响.基于此,对一个在建的大口径（300 mm）短脉冲装置中的各种畸变源（包括可编程声光光谱色散滤波器、透镜色差以及劈板等元件）进行了数值计算.研究表明：近场输出脉冲宽度显著加宽，输出脉冲前沿形状不同于输入时的畸变形状，只有中心部分区域的脉冲前沿形状与输入类似，该区域的大小由系统带宽决定.
2009, 58 (12): 8271-8274.
doi:10.7498/aps.58.8271
摘要 +
本文报道亚波长特征尺寸的随机金属颗粒体系由于表面等离子体效应，在太赫兹（THz）电磁波段出现的异常透射现象.通过THz时域光谱实验测量，发现THz波的透射强度不仅随着金属颗粒体系的厚度减小，而且当颗粒体系的横向尺寸大于THz光斑时，透射强度会随着体系横向尺寸的增大而减小，并伴随着透射时间的延迟.同时发现，入射THz电磁场在导电粒子体系中激发的表面等离子波主要沿着体系的边界传播.
2009, 58 (12): 8275-8280.
doi:10.7498/aps.58.8275
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注入锁定式光混沌同步通信系统对收发机的参数失配有较大的容忍度，这在一定程度上降低了信息的安全性.提出采用反馈强度的调制来提高系统的保密性.数值模拟分析了调制前后系统提取信号质量的变化，以及收发机调制的速率失谐、延时对提取信号质量的影响.研究发现：仅在发射机增加反馈强度调制后，同步性恶化、误码率增大两个数量级，无法提取信号；而在接收机引入相同的调制后，系统同步性及误码率得到恢复.此外，收发机的反馈强度调制速率失谐和延时范围分别在±5 MHz和±0.1倍调制周期时，信息提取质量较高.反馈强度调制能够有效地增强传统混沌通信系统的保密性.
2009, 58 (12): 8281-8288.
doi:10.7498/aps.58.8281
摘要 +
Wigner函数的负性是非经典量子态的重要判据之一.利用Fock态表象下Wigner函数的一般表达式，重构了相干态｜z〉的k光子激发态｜+k，z〉～a－k｜z〉（k≥1）的Wigner函数，并根据其数值结果讨论了该量子态的非经典特性（这里a－1为Bose湮没算符的逆算符，其作用相当于Bose产生算符）.结果表明，不论k取奇数还是偶数，相干态的这些k光子激发态都具有非经典特性；而且k的取值越大，这些量子态的非经典特性越明显.
2009, 58 (12): 8289-8296.
doi:10.7498/aps.58.8289
摘要 +
建立了由掺Yb光纤激光器阵列、变换透镜、闪耀光栅和输出耦合镜组成的光束谱合成系统的光束传输模型.在考虑光栅角色散、光栅刻槽倾角误差和光栅衍射效率情况下，利用光线追迹法、衍射积分方法、光束非相干叠加原理和强度二阶矩方法，推导出高斯光束非平行倾斜入射到闪耀光栅的相位变化公式以及谱合成光束的光强分布解析表达式.分析了高斯光束非平行倾斜入射到光栅后，光栅角色散、光栅衍射效率和光栅刻槽倾角误差对掺Yb光纤激光器谱合成系统输出光束特性的影响.研究结果表明，谱合成光束具有与单根光纤激光器几乎相同的光束质量；光栅角色散对合成光束特性的影响可忽略；随着光栅刻槽倾角误差的增大，谱合成光束的光束质量明显变差；当光栅刻槽倾角误差较大时，必须考虑光栅衍射效率对合成光束特性的影响.
2009, 58 (12): 8297-8301.
doi:10.7498/aps.58.8297
摘要 +
在光纤激光相干合成中，需要探测各路光束之间的平移误差.提出了一种条纹提取算法，利用此算法能得到准确的相位平移扰动.基于此算法，针对两路光纤放大器测量了毫瓦量级的光纤放大器的相位噪声特性，然后采用高速数字处理电路以及能动分块反射镜完成了平移相位扰动的实时校正.实验结果表明，闭环前后条纹对比度从0.09提高到0.25，平移误相位噪声强度的幅值从1053.4 nm降低到116.7 nm，系统校正精度达到1/10λ,控制带宽约为50Hz.
2009, 58 (12): 8302-8308.
doi:10.7498/aps.58.8302
摘要 +
根据广义Mie理论，研究了具有轨道角动量拉盖尔-高斯光束（LGB）的空间传输特性以及单粒子散射特性.在单体球粒子对高斯光束散射研究的基础上，分析了在自由空间不同传输距离LGB光束的光强分布情况，在不考虑散射和波束相移关系的情况下，将LGB作为入射高斯光束，通过对波束入射时的散射衰减截面求解得到波束因子，利用矢量球谐函数对入射高斯波束进行展开，从而研究了单球粒子在在轴条件下对具轨道角动量高斯波束入射的散射问题.通过数值计算，讨论了散射强度及角分布在不同波束宽度情况下对其散射特性的影响，并与平面波的情况做了对比.结果表明，当波束束腰半径较小时，束腰半径对衰减率的影响较大，而当束腰半径远大于粒子半径时，接近于平面波的情况.
2009, 58 (12): 8309-8315.
doi:10.7498/aps.58.8309
摘要 +
在引进圆腔特征场及其反射系数的概念基础上，讨论了圆腔回音壁模（WGM）的自洽场描述.基于自洽场要求，得到了同直接求解描述WGM问题的Helmholtz方程一样的本征值方程.基于特征场描述的波-光线对应性，讨论了圆腔WGM自洽形成的几何射线描述.根据特征光线束自洽的直观图像推导了WGM谐振波数与品质因子Q值，并与直接求解本征值方程所获得的结果符合很好.
2009, 58 (12): 8316-8325.
doi:10.7498/aps.58.8316
摘要 +
为了避免在高功率光纤放大器和光纤相位共轭镜等实际应用中因受激Brillouin散射（SBS）造成的光纤损伤，根据描述SBS动态弛豫振荡特性的振幅耦合方程，利用有限差分的数值模拟方法研究了光纤中SBS的动态弛豫振荡特性，并对其抑制进行了初步探讨.得到了光纤中SBS弛豫振荡在不同的脉冲上升时间的时空三维图；同时利用方波和脉冲光作抽运光进行了相应实验研究，实验结果与理论模拟结果符合很好.结果表明，增大抽运光脉冲上升时间可以有效抑制因SBS而产生的弛豫振荡，进而避免因其造成的光纤损伤.
2009, 58 (12): 8326-8331.
doi:10.7498/aps.58.8326
摘要 +
数值模拟并分析了以GaSe晶体为例对光学差频产生太赫兹（THz）波的特性.结果表明：当THz波长为227.5 μm，晶体长度为26.3 mm时，产生THz波功率达到增益饱和，在增益饱和点输出最高峰值功率可以达到945 W.由于晶体吸收的影响，THz波的增益饱和区是输出功率的非稳定区，而THz波的输出稳定区位于增益饱和区之后，在稳定区的THz波稳定性取决于抽运光的稳定性.当THz波波长为227.5 μm时，达到稳定区所需晶体长度为37.9 mm，此时THz波输出峰值功率可以达到735 W.
2009, 58 (12): 8332-8338.
doi:10.7498/aps.58.8332
摘要 +
利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型（Snyder-Mitchell模型）讨论了椭圆坐标系下光束传输过程，通过设立Ince多项式对Gauss函数的调制解得到了强非局域非线性介质中光束稳定传输的Ince-Gauss解.当Ince-Gauss光束的入射功率为临界功率时，光束保持孤子形式传输，否则传输光束的束宽呈现周期性波动，即为呼吸子形式.同时还数值模拟了呼吸子的传输过程.Ince-Gauss光在一定条件下可以连续转换为Hermite-Gauss光或Laguerre-Gauss光，图示展现了几个低阶Ince型光孤子及其转换情况.
2009, 58 (12): 8339-8344.
doi:10.7498/aps.58.8339
摘要 +
本文利用多重散射方法和时域有限差分方法，理论研究了微腔旋转对二维正方晶格光子晶体耦合腔光波导群速度的影响.研究结果表明，通过旋转微腔可以造成传播模的模式分裂，从而实现群速度的降低.当微腔旋转角度为45°时，传播模的群速度最小，两个传播模的群速度分别达到了0.0016倍和0.0009倍于真空光速，与微腔未旋转时相比降低了一个数量级.上述两种传播模群速度的差别是由传播模的空间对称性决定的.
2009, 58 (12): 8345-8351.
doi:10.7498/aps.58.8345
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提出一种新型的双折射光子晶体光纤，在正八边形的基础上改变纤芯附近的几个空气孔的直径产生双折射.利用多极法对该光纤基模的模场分布、色散、限制损耗及双折射特性进行数值分析，并且分析了一些参数对双折射的影响.计算了具有相同参数的六边形结构光子晶体光纤的色散系数、限制损耗及双折射率.研究表明，具有相同参数的八边形结构光子晶体光纤比六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高，限制损耗大幅度减小，零色散波长也向短波方向移动.
2009, 58 (12): 8352-8356.
doi:10.7498/aps.58.8352
摘要 +
报道了一种含侧腔的机械抗混叠声低通滤波光纤水听器.基于电-声类比理论建立了该光纤水听器的低频集中参量模型，画出了声学等效电路图，利用电路分析方法给出了声压传递函数表达式，并对其声学特性进行了理论分析.研究表明，该光纤水听器具有三个共振频率，由于侧腔的引入使得传递函数出现了一个零点，从而加快了第二个共振频率之后的衰减速度，可以获得更好的高频整体衰减特性.在充水驻波罐中对自行设计并制作的含侧腔的声低通滤波光纤水听器进行了测试.在50—7000 Hz频段上，该光纤水听器的声压灵敏度频响曲线与理论结果具有大致相同的变化形式，低频响应非常符合，声压灵敏度约为-140 dB（0 dB=1 rad/μPa），受低频模型精度的限制，高频响应差异较大.这为解决光纤水听器的高频混叠问题提供了一条简单可行的技术途径.
2009, 58 (12): 8357-8363.
doi:10.7498/aps.58.8357
摘要 +
充液管路的固液耦合振动广泛存在于各种工程领域中，对其弯曲振动控制进行研究具有重要意义.将声子晶体的周期性思想引入到管路结构设计中，将管壁设计成沿轴向交替排列的周期性复合结构.基于Timoshenko梁模型，采用传递矩阵法计算了固液耦合条件下周期管路结构的弯曲振动能带结构及其传输特性，同时分析了材料阻尼系数、周期和非周期支撑对带隙特性的影响.充液周期管路结构的弯曲振动带隙特性为管路的振动控制提供了一条新的技术途径.
2009, 58 (12): 8364-8371.
doi:10.7498/aps.58.8364
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在近场声全息技术的基础上，研究了基于声压-质点振速测量的单面声场分离技术.分析了现有基于Fourier变换的单面声场分离技术中的奇异性问题，并应用波数域谱平均法提出了去除奇异性的修正声场分离公式.为改善分离效果，减小由于Fourier变换引起的卷绕误差等因素的影响，基于统计最优近场声全息提出了一种新的单面声场分离方法.通过仿真分析对各种单面声场分离方法做了比较，并用Microflown公司的声强探头做了基于声压-振速测量的单面声场分离实验研究，验证了提出的修正公式和基于统计最优单面声场分离方法的正确性和有效性.
2009, 58 (12): 8372-8378.
doi:10.7498/aps.58.8372
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基于激光空泡内物质以水蒸气为主的特征，选择特定的Rayleigh-Plesset方程形式，确定激光空泡的动态泡壁位置，并考虑水中气体与激光空泡之间的质量扩散、水蒸气的凝结与蒸发、水的压缩性及热传导、声辐射、黏性、表面张力等因素.建立激光空泡的产生、照相和声压测量系统.通过数值计算与实验结果相结合的办法，使泡内压力的计算值与实验值之间相对误差控制在10%以内，揭示吸收的激光脉冲能量与激光空泡的半径、泡内压力和温度之间的对应关系，以及吸收的激光脉冲能量不变时半径、压力和温度的变化规律.旨在为激光空泡的相关研究提供一定的参考.
2009, 58 (12): 8379-8385.
doi:10.7498/aps.58.8379
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针对常规直接序列扩频水声通信数据传输速率低及M元扩频水声通信接收机复杂度高的问题，基于扩频序列优良的相关特性，提出循环移位扩频水声通信方法.在发射端，根据输入信息对基本波形进行循环移位编码；在接收端，利用快速相关技术进行时延估计及译码.进行了中远程湖上实验研究，在15 km距离，2 kHz带宽内，总数据传输速率可达438 bit/s, 误码率为10-2—10-5.实验结果表明该方法具有带宽利用率高、复杂度低的特点，适用于中远程及多用户水声通信.
2009, 58 (12): 8386-8393.
doi:10.7498/aps.58.8386
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提出了在圆形滚筒内设置十字形内构件的增混方式，并采用离散单元方法对设置不同大小内构件的滚筒内非等粒径二元颗粒体系的混合进行了数值模拟试验.通过模拟结果重点分析了内构件对混合的影响，讨论了内构件的尺寸对混合效果的作用，分析和探讨了滚筒内构件对二元颗粒体系的增混机理.研究发现，当滚筒内无内构件时，对流、扩散和离析三种作用机制对颗粒体系的混合和分离都起到了重要作用；当滚筒内含内构件时，颗粒的混合则只受到颗粒对流和扩散机制的作用，而颗粒的离析效应得到了很大程度的抑制.十字形内构件很大程度上会破坏滚筒内的自由表面流，从而使发生在自由表面流中的颗粒分离不能发生，最终可有效地增加颗粒之间的混合.对于采用在滚筒内设置十字形内构件的方式来增加颗粒间的混合，存在一个最优的内构件尺寸，内构件过小或过大都不利于颗粒间的混合.
2009, 58 (12): 8394-8399.
doi:10.7498/aps.58.8394
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被外电场极化而固化的电流变液容易在极板处产生剪切滑移而降低其力学性能.使用抛光、激光打坑、覆盖尼龙网和光刻腐蚀四种方法对极板形貌进行了修饰，并对电流变液的压缩力学性能进行了测试.研究表明，光滑极板和光刻腐蚀柱阵列极板易产生界面滑移而压缩强度较低，粗糙坑阵列和覆盖尼龙网可抑制界面滑移而压缩强度高.极板形貌增强极板附近局部电场强度，强化了链末端与极板间的作用，迫使链结构屈服位置远离链末端，从而有效抑制了滑移.研究结果对进一步认识电流变液的屈服强度，提高电流变器件的力学性能有重要参考价值.
2009, 58 (12): 8400-8405.
doi:10.7498/aps.58.8400
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采用自行研制的高灵敏度光偏转测试系统，研究黏性液体中激光空泡脉动特性.判定了空泡两次脉动对应的最大和最小泡半径，进而计算了激光空泡在前两次脉动过程中泡内的含气量.研究表明：泡内含气量对泡脉动特性有较大影响.随着脉动次数的增加，空泡泡内含气量增大.空泡最大泡半径随含气量的增加而增大.此外，受液体黏性影响，空泡膨胀和收缩过程明显变缓.
2009, 58 (12): 8406-8414.
doi:10.7498/aps.58.8406
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空化是一种微观、瞬时、随机、多相的复杂现象，其过程中所产生的极端条件以及伴随的一系列空化效应，将对液流系统产生破坏性和建设性两方面的作用.采用基于Shan-Chen模型的单组分多相流格子Boltzmann方法对水体中的三维空化现象进行了数值模拟，研究了低压下水体中气核半径与空化现象的相互关系，成功再现了低压下水体中微小气核发展成气泡的过程，并进一步研究了水体依次流经低压区、高压区时空化产生、发展、溃灭的全过程.数值模拟结果和理论预测结果符合良好.
流体、等离子体和放电
2009, 58 (12): 8415-8418.
doi:10.7498/aps.58.8415
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混合算法是研究跨尺度流动问题的重要手段之一. 分界面位置以及分界面两侧的信息传递是混合算法需要解决的两个主要问题. 分析推导了现有耦合判据之间的关系，给出耦合判据的统一形式及参数的选取范围.
2009, 58 (12): 8419-8425.
doi:10.7498/aps.58.8419
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应用经典径迹Monte Carlo（CTMC）方法研究了He2+与H原子在等离子体环境下的碰撞电离过程，计算了在5—400 keV/u的能区随等离子体屏蔽作用变化的碰撞电离总截面和一阶微分截面.等离子体中带电粒子之间的相互作用采用Debye-Hückel模型来描述.由于等离子体屏蔽效应的存在，靶中束缚态电子能级及其经典微正则分布以及入射离子与靶电子的相互作用都发生了变化，而这些变化会直接影响碰撞电离过程.研究发现，碰撞电离总截面随等离子屏蔽的增加而增大，特别是在10 keV/u以下的低能区电离截面有量级的增加.对随能量变化的一阶微分截面，在低能碰撞过程中，屏蔽作用增加，微分截面呈量级增加，高能碰撞微分截面呈倍数增加.同时，屏蔽作用导致电离电子向高能方向移动，随着碰撞能量的增加两体碰撞机制的贡献越来越大，并在较高的出射电子能量出现了一个新的峰.对无屏蔽的自由原子碰撞过程，CTMC方法计算出的电离总截面在碰撞能量大于70 keV/u的较高能区在实验误差内与实验测量结果符合很好，而在较低的能区比实验值小30%—50%.
2009, 58 (12): 8426-8431.
doi:10.7498/aps.58.8426
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利用加权本质上无振荡（WENO）方法模拟超声速流体Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性，研究速度梯度对KH不稳定性线性增长率和后期非线性演化的影响.模拟发现超声速流体中的速度梯度对KH不稳定性具有较强的致稳作用，给出了包含速度梯度致稳的线性增长率经验公式.数值模拟和经验公式符合得很好.模拟给出了清晰的流场密度等值线，这说明WENO方法模拟超声速流体KH不稳定性具有较好的界面变形捕捉能力.模拟结果表明速度梯度影响KH涡的演化，在给定密度梯度的情况下速度梯度越大KH涡的横向尺度越小.
2009, 58 (12): 8432-8439.
doi:10.7498/aps.58.8432
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结合热阴极电子发射理论和等离子体鞘层流体方程研究了热阴极附近存在虚阴极结构时的等离子体鞘层问题，采用Sagdeev势的方法讨论了鞘层解和广义Bohm判据.结果表明，不同于普通的Bohm鞘，由于热阴极附近存在大量发射电子，影响整个等离子体鞘层结构，使得进入鞘层的离子临界Mach数不是独立的常数，而是与鞘层电位降等参数有关的物理量.临界Mach数随着鞘层电位降（从鞘边缘到虚阴极）先增大后降低，并且随着热阴极温度的升高单调增大.此外，在平板模型下有相当可观的残余热发射电子越过虚阴极鞘层进入等离子体.
2009, 58 (12): 8440-8447.
doi:10.7498/aps.58.8440
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利用一维辐射流体力学程序，对不同脉冲波形的辐射温度与Al中冲击波速度关系进行模拟计算和分析.指出定标公式Tr=0.0126D0.63主要适用于整形脉冲的辐射温度波形，而对高斯型和方波脉冲激光产生的辐射温度波形则不完全适用，通过计算给出修正的定标公式，且与自相似解得到的结果一致.另外对神光Ⅲ原型装置的整形脉冲辐射温度驱动Al样品冲击波轨迹进行了计算，得到第二个冲击波稳定传播所要求的Al样品的最小厚度.最后利用神光Ⅱ装置产生的辐射驱动冲击波，由修正的定标关系得到的辐射温度与软X射线能谱仪测量的辐射温度十分相符，从实验证实了修正定标关系的可靠性.
2009, 58 (12): 8448-8453.
doi:10.7498/aps.58.8448
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在HT-7超导托卡马克成功进行了大功率（PLHW=100—800 kW，f=2.45 GHz）低混杂波电流驱动实验.研究了不同入射功率和等离子体密度下的低混杂波电流驱动效率.获得了以平均电子密度增加、氘阿尔法（Dα）线辐射减少为特征的粒子约束改善；粒子约束时间τp增加了约1.5倍.仔细研究了能量约束时间与等离子体密度和低混杂波功率的关系.
2009, 58 (12): 8454-8460.
doi:10.7498/aps.58.8454
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通过Fokker-Planck模拟，研究了等离子体在任意强度的直流电场中产生电流的过程以及电子分布函数的演变过程.研究发现，不同强度的电场中等离子体的行为存在着明显的差别.在弱电场中，电流与电场满足Spitzer公式，且电流产生的响应时间约等于撤销电场后电流衰减的弛豫时间；在中等强度的电场中，电子分布函数呈现为静止Maxwell分布和漂移Maxwell分布之和，而且在中等强度或者强直流电场中弛豫时间也将远远大于响应时间.根据电子分布函数的演变规律，推导了一组类似于流体力学方程的公式，这组方程像Spitzer公式一样简便地描述了等离子体中电流与电场的关系，并且对电场强度没有限制.数值模拟显示这组方程比Spitzer公式更适用于等离子体的混合粒子模拟中.
2009, 58 (12): 8461-8466.
doi:10.7498/aps.58.8461
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通过清洗放电方法，在平行平板介质阻挡空气放电中得到了单个稳定的微放电通道（又称放电丝）.测量了从瞬时阳极到瞬时阴极单个放电丝的发光强度及振动激发温度的空间分布.研究表明：在外加电压的每半周中放电丝发光呈现杯型分布，杯底位于瞬时阴极处；振动温度在两平行板间隙的中心处最高而在瞬时阳极处最低.
凝聚物质：结构、热学和力学性质
2009, 58 (12): 8467-8472.
doi:10.7498/aps.58.8467
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采用分子束外延技术分别在不同晶面的蓝宝石（sapphire Al2O3）基片上制备了沿c轴生长的Zn0.96Co0.04O稀磁半导体薄膜.发现在Al2O3（1120）晶面（a面）上薄膜是二维层状外延生长的高质量单晶薄膜，而在Al2O3（0001）晶面（c面）上薄膜却具有有趣的孪晶结构，部分区域相互之间有一个30°的面内转动来减少和基片之间的失配度.在孪晶薄膜中存在的这些相互旋转形成的区域界面上会引起载流子强烈的散射作用，导致载流子迁移率的下降和平均自由程的缩短.利用X射线吸收精细结构技术证明了无论单晶还是孪晶的Zn0.96Co0.04O薄膜中所有的Co都以+2价替代进入了ZnO的晶格，而没有形成任何杂相.而对其磁性研究发现，孪晶的薄膜样品比高质量的单晶薄膜样品具有大得多的饱和磁矩.这充分说明孪晶薄膜中的铁磁性来源与缺陷有关.我们还对铁磁性耦合机制进行了探讨.
2009, 58 (12): 8473-8477.
doi:10.7498/aps.58.8473
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利用导电型原子力显微镜对大范围碳纳米管（CNT）网络的导电性能进行成像观察.研究发现：在几十微米的成像范围内，每根CNT本身的电阻远小于CNT之间的接触电阻，以致于在电压偏置的网络中不同的CNT呈现电位不同的等位体；CNT的导电性能虽不因与其他CNT的交叠接触而改变，但是如果缠绕成束，则半导体性CNT趋于呈现金属性CNT的导电特征.
编辑推荐
2009, 58 (12): 8478-8483.
doi:10.7498/aps.58.8478
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通过蒸发诱导自组装技术制备了具有不同有序结构的介孔SiO2薄膜，并采用同步辐射X射线反射率以及慢正电子束流技术对其进行表征.实验结果表明，随着旋涂速率的增加，介孔结构由三维立方向二维六角结构转变，同时平均孔隙率随转速增加而减小.利用各向同性无机孔收缩模型和Fourier变换红外光谱，探讨了薄膜结构和正电子湮没参数的内在联系.
2009, 58 (12): 8484-8488.
doi:10.7498/aps.58.8484
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用平面波展开方法研究了水柱体作为填充物, 按照二维Fibonacci排列成超元胞填充在Hg基体中构成的声子晶体的声频带结构. 结果发现, 随着超元胞中准晶格常数的变化, 各个能带均出现三分裂. 对声场分布的研究发现了居间态的存在. 这些现象体现了准周期结构的特征.
2009, 58 (12): 8489-8500.
doi:10.7498/aps.58.8489
摘要 +
在紧束缚理论的基础上，推导出轴向拉伸和扭转形变时碳纳米管（CNT）的能带公式.结果显示拉伸和扭转形变都可以改变CNT的导电性质，在金属型和半导体型之间转变,特别是对于锯齿型CNT，根据n 与3的余数关系，在拉伸和扭转中分别显示出三种不同的变化规律.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算形变对CNT场效应晶体管的电流-电压特性的影响，锯齿型CNT根据n 与3的余数关系表现出不同的电流变化趋势，而对于扶手椅型CNT轴向拉伸不改变电流；在扭转形变时，CNT电流急剧升高，特别是扶手椅型CNT.锯齿型CNT和扶手椅型CNT的电流随扭转角度和外电压行为明显不同.在某些特定的扭转角度，电流随扭转角度变化非常显著,显示出锯齿型CNT和扶手椅型CNT发生半导体型与金属型之间的转变.
2009, 58 (12): 8501-8505.
doi:10.7498/aps.58.8501
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使用射频磁控溅射法成功制备了不同掺杂浓度（0—7at.%）的ZnO:Ni薄膜.X射线衍射的θ-2θ和摇摆曲线扫描结果表明，5at.%Ni掺杂ZnO薄膜具有沿c轴方向最佳的择优取向生长特性，（002）衍射峰向大角度方向移动揭示了Ni杂质被掺入ZnO晶格中占据Zn位.ZnO:Ni薄膜具有较好的可见光透明特性，拟合发现薄膜的光学带隙随Ni掺杂量的增加由3.272 eV线性降低到3.253 eV.未掺杂薄膜在550 nm处呈现出一个绿色发光峰，掺入Ni杂质后薄膜主要表现了以430 nm为中心的蓝色发光，分析认为它们分别源于薄膜中O空位和Zn填隙缺陷发光.
2009, 58 (12): 8506-8510.
doi:10.7498/aps.58.8506
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采用金属有机物化学气相淀积技术在r面蓝宝石衬底上制备了a面GaN薄膜，用熔融的KOH在400 ℃对样品分别腐蚀1.0,1.5和2.0 min.用扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射谱和阴极射线荧光对腐蚀前后的表面形貌进行分析.研究表明，400 ℃下腐蚀1.5 min后出现了长平行四边形的条纹状，这是由于无极化的a面GaN表面极性各向异性，c向与m向上N原子悬挂键密度不同，同时稳定性不同，对OH-离子的吸附能力不同造成的，其中沿c方向易于腐蚀.同时，a面GaN腐蚀后出现了六角突起.我们认为这与穿透位错有关，而其形貌则与GaN薄膜的位错局部极性有关.
2009, 58 (12): 8511-8521.
doi:10.7498/aps.58.8511
摘要 +
利用最近提出的新的物理参量——Ｙ弹性常数，将其应用于具有六方晶系结构的多晶体材料.推导了六方晶系结构的多晶体材料之Ｙ弹性常数，通过算例与具有六方晶系结构的多晶体材料之X射线弹性常数进行了比较.运用这个Ｙ弹性常数进一步推导出的多晶体材料整体之机械弹性常数的表达式与Kneer的研究结果中的表达式虽然形式不同，但针对具体材料所计算的结果却完全符合.
2009, 58 (12): 8522-8528.
doi:10.7498/aps.58.8522
摘要 +
以界面摩擦为研究对象，分析了黏滑过程中的能量积累和耗散问题.基于晶格热动力学理论，通过分析界面原子在周期性势场中跳跃前后的势能差，推导了界面原子温升公式.理论表明，界面温升与摩擦系统的接触状态和材料特性有关，界面交互势能是其中影响较大的因素之一.在滑动阶段初期，由于界面原子处于非热平衡状态，晶格的热振动将通过激发出新声子而耗散能量，从而使得非热平衡向平衡状态转变.通过引入量子力学和热力学理论，分析了界面摩擦能量的耗散规律.结果表明，当声子振动频率较大时，黏着阶段存储于界面振子上的弹性势能在滑动阶段就很快完全耗散，耗散时间远小于滑动阶段的时间.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2009, 58 (12): 8529-8536.
doi:10.7498/aps.58.8529
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聚乙烯中的空间电荷包行为是空间电荷的一种特殊的输运行为.研究表明，空间电荷包行为由于受材料本身特性、外加电场大小以及环境温度等的影响，导致其产生过程及传输特性上存在较大差异，这些因素给空间电荷包行为产生机理研究带来了较大困难.通过对电荷的电极注入过程、载流子的体内迁移规律及空间电荷与体内陷阱的相互作用机制进行分析，探讨了不同外加电场及不同深度陷阱能级对电荷包行为造成的相关影响，在此基础上建立物理模型来描述电荷包的产生和迁移过程.模型中提出了在高于阈值电场时，载流子迁移速度与电场关系存在负微分迁移率的假设.基于此模型对空间包行为的模拟结果与实验结果取得较好的一致.
2009, 58 (12): 8537-8543.
doi:10.7498/aps.58.8537
摘要 +
根据π电子的紧束缚模型，将电子的次近邻和第三近邻跳跃能考虑在内，得到扶手椅型石墨烯纳米带（AGRNs）能带结构的解析解.讨论了由次近邻和第三近邻电子跳跃引起的能带和能隙变化，发现次近邻和第三近邻跳跃分别对带隙产生增大和减小的影响. 比较了边界弛豫与非近邻跳跃之间的互相竞争关系. 当纳米带的宽度n为奇数时，二维石墨面的紧束缚模型中所固有的van Hove奇异性表现为AGRNs中的无色散带. 当AGRNs宽度增加时，能谱趋向于二维石墨烯时的能谱结构.
2009, 58 (12): 8544-8548.
doi:10.7498/aps.58.8544
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基于密度泛函理论研究了纤铁矿和锐钛矿型TiO2纳米管的原子结构、稳定性、Young模量以及电子能带结构.计算结果显示：在纳米管直径较小时，锐钛矿型TiO2纳米管的稳定性要好于纤铁矿型纳米管，随着管径的增大，纤铁矿型纳米管变得比锐钛矿型纳米管要更稳定.纤铁矿型TiO2纳米管具有比锐钛矿型纳米管更大的Young模量，力学性能比较优异.另外，通过对电子能带结构的研究发现，手性对TiO2纳米管的电子结构影响较大，纤铁矿（0，n）型和锐钛矿（n，0）型纳米管为间接带隙半导体，而纤铁矿（n，0）型和锐钛矿（0，n）型纳米管却具有直接带隙.
2009, 58 (12): 8549-8553.
doi:10.7498/aps.58.8549
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讨论了负电荷激子X-的能-光谱及其Aharonov-Bhom振荡.负电荷激子是三个带电粒子组成的体系，其基函数（基矢）数目大，数值计算艰巨. 以往人们常把体系的空间波函数分离成质心运动和相对运动两部分来处理，这种方法误差大，只适用于外加磁场很小的情况.直接由体系的Hamilton量出发，基于角动量守恒，把基矢按总角动量分类. 据此提出了一种简便的求解体系的本征矢和本征函数方案，使用该方法使计算时间节省了90%以上.所得计算结果没有抗磁现象，且计算结果与现有的实验数据符合很好.还讨论了环的半径、介质电容率和空穴的有效质量与ABO的关系.
2009, 58 (12): 8554-8559.
doi:10.7498/aps.58.8554
摘要 +
用波长为532 nm、脉冲宽度为5 ns的超短激光脉冲触发电极间隙为4 mm的半绝缘GaAs光电导开关，开关偏置电压从500 V开始以步长50 V逐渐增加，直到开关出现非线性电脉冲输出.研究表明，线性和非线性电脉冲波形均呈现出在经历一个主脉冲之后，其后跟随几个幅值较小且具有周期性和不同程度的减幅振荡.分析了开关体内载流子（热电子）的微观状态和输运过程，在直流偏置电场作用下，开关体内的热电子在电子-电子、电子-声子相互作用过程中，当它们的弛豫时间大于载流子的寿命时, 光电子的输运可通过迁移率变化引起光电导振荡, 这是开关输出电脉冲出现振荡的原因.
2009, 58 (12): 8560-8565.
doi:10.7498/aps.58.8560
摘要 +
建立了自发噪声谱测量系统来研究稀磁半导体（Ga,Mn）As的电学噪声性质.通过测量（Ga,Mn）As材料的自发噪声谱，发现（Ga,Mn）As的自发涨落会随温度升高而逐渐增大，同时，外加磁场会降低（Ga,Mn）As的自发涨落，这来源于外加磁场导致的（Ga,Mn）As磁畴部分有序化.此外，不同频率的噪声随温度的变化规律有很大差异：当频率低于30 kHz的时候，噪声谱和温度的变化关系和热噪声很相似，但数值上明显大于热噪声的值；当频率在30 kHz左右的时候，噪声大小和温度成线性关系；当频率大于30 kHz以后，在相变点附近噪声大小和温度的关系出现了明显的转折，高频高温噪声的大小和热噪声的理论值非常接近.这些结果有助于深入理解（Ga,Mn）As磁性起源的物理机制.
2009, 58 (12): 8566-8570.
doi:10.7498/aps.58.8566
摘要 +
以高掺杂Si单晶片作为栅电极, 热生长SiO2作为栅介质层, 聚三己基噻吩薄膜作为半导体活性层, Au作为源、漏电极, 并采用十八烷基三氯硅烷（OTS）对栅介质表面改性, 在空气环境下成功地制备出高性能聚合物薄膜晶体管. 结果表明, 通过采用OTS对栅介质层表面修饰大幅度地改善了聚合物薄膜晶体管的电性能, 器件的场效应迁移率高达0.02 cm2/（Vs）, 开关电流比大于105.
2009, 58 (12): 8571-8576.
doi:10.7498/aps.58.8571
摘要 +
利用时域有限差分方法，研究了单个二维金属亚波长狭缝中空气凹槽的结构、位置等参数变化对其透过特性的影响. 整个缝槽结构可以类比为LC振荡环路，凹槽结构变化时，不同程度地改变振荡电路的电感和电容，从而使共振透射峰出现移动. 凹槽位置变化时，电路的驱动源改变，从而改变缝槽结构中的电磁场分布，使得共振透射峰出现分裂. 利用LC共振原理分析了凹槽各个参数变化时共振透射峰的变化情况.
2009, 58 (12): 8577-8583.
doi:10.7498/aps.58.8577
摘要 +
在转移矩阵方法及Mireles和Kirczenow的量子相干输运理论的基础上，研究了正常金属层/磁性半导体层/非磁绝缘层/磁性半导体层/正常金属层型双自旋过滤隧道结中Rashba自旋轨道耦合效应和自旋过滤效应对自旋相关输运的影响.讨论了隧穿磁电阻（TMR）、隧穿电导与各材料层厚度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两磁性半导体中磁矩的相对夹角θ之间的关系.研究表明：含磁性半导体层的双自旋过滤隧道结由于磁性半导体层的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合作用可获得极大的TMR值.另外TMR和隧穿电导随着Rashba自旋轨道耦合强度的变化而振荡，振荡周期随Rashba自旋轨道耦合强度的增大逐渐减小.
2009, 58 (12): 8584-8590.
doi:10.7498/aps.58.8584
摘要 +
研究了InP双异质结双极晶体管（DHBT）的能带结构对集电极电容的影响，解决了传统方法不能准确提取InP DHBT集电极电容的问题.考虑了基极-发射极和集电极-发射极引线间的交叠电容，并从物理上区分了InP DHBT的本征电阻、外部电阻与寄生电阻，建立了一个基于物理的InP基DHBT小信号模型.同时提出了一套直接提取模型参数的方法，该方法无需引入数学优化，具有清晰的物理意义.提取的结果在很宽的偏置范围内准确地拟合了器件特性，验证了模型的准确性与提取方法的有效性.
2009, 58 (12): 8591-8595.
doi:10.7498/aps.58.8591
摘要 +
计算了等自旋配对超导隧道结中的直流Josephson电流.结果表明，当两侧超导体中配对势的轨道对称性分别属于磁点群D4的A不可约表示和 2E不可约表示的情况下，电流相位关系是I∝sin4φ.
2009, 58 (12): 8596-8601.
doi:10.7498/aps.58.8596
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对具有两步完全热弹性的Ni53.2Mn22.6Ga24.2单晶的物性采用多种测量手段进行了表征，特别研究了不同温度下的应力-应变特性.研究表明，热诱发的中间马氏体相变应变远大于马氏体相变应变.在较低的形变温度下，沿单晶母相［001］方向的压应力诱发的是两步马氏体相变，材料表现出赝弹性；在较高的形变温度下，只能观察到一步马氏体相变，材料展现出完全超弹性特性.此外，利用热力学理论分别计算了诱发马氏体相变和中间马氏体相变的临界应力与形变温度的关系，与实验测量得到的结果相符.
2009, 58 (12): 8602-8606.
doi:10.7498/aps.58.8602
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用Si元素替代CoNiGa合金中的Ga元素后，研究了材料的结构、马氏体相变及其磁性的变化.结果发现，当Si原子的含量在0—10％范围内，材料能够形成体心立方结构，并且具有很好的热弹性马氏体相变行为.进一步研究指出，简单的从掺杂元素的原子半径大小来判断其对奥氏体稳定性的影响是不够的，必须从考虑掺杂原子与基本元素原子半径之间的比例来考虑这一问题.同时还发现Curie温度和饱和磁化强度随着Si含量的上升而有所降低，但是其马氏体的各向异性随着Si含量的增加而增强，这一点对于在合金中获得大磁感生应变具有指导意义.
2009, 58 (12): 8607-8611.
doi:10.7498/aps.58.8607
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利用应力变磁导与电致伸缩效应的乘积效应，设计和制备了一种新型的异型磁体/铁电复合材料，并研究了该材料的电磁耦合特性.在5 kV/cm的恒定电场下，观察到接近40%的电致变磁导（电感）及相应的电致变阻抗效应存在于一个较宽的频域（50—1×105Hz）上.该电致变磁导（电感）及电致变阻抗显示了铁磁弛豫和铁电弛豫的联合效应.研究认为，该异型复合材料所显示的所有电磁耦合行为均可归因于电场诱导的材料中磁体内部应力场的变化.
2009, 58 (12): 8612-8616.
doi:10.7498/aps.58.8612
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以二茂铁和硅油作为催化剂和原料，利用高温裂解硅油为C，Si，O源，在常压N2和H2混合气氛的化学气相沉积管式炉中制备了大量直径为5—40 nm、长数百纳米的非晶SiO2纳米线簇及粒径为100—300 nm的C-Si-O实心纳米球. 利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜对产物形貌进行表征.Fourier红外吸收谱显示出非晶SiO2所具有的474，802和1100 cm-1三个特征峰；SiO2纳米线簇的光致发光光谱具有较强440 nm蓝光发光峰；而C-Si-O（原子数之比为1.13∶1∶2.35）纳米球具有奇特的红绿蓝（625，540，466 nm）三色光致发光谱.
2009, 58 (12): 8617-8622.
doi:10.7498/aps.58.8617
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根据Er3+-Yb3+共掺碲酸盐玻璃绿光上转换发光的能级结构和相关跃迁建立的速率方程模型，分析了Er3+的4S3/2能级上升特性与4I11/2能级和Yb3+的2F5/2能级的关系.通过模型对实验观测的上升和衰减曲线的拟合，确定速率方程模型的相关参数，计算4S3/2能级粒子数布居趋于稳定时能量传递粒子数与激发态吸收粒子数之比.进一步分析了Er3+-Yb3+共掺绿光上转换发光的动力学过程.
2009, 58 (12): 8623-8629.
doi:10.7498/aps.58.8623
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采用直流磁控反应溅射方法，通过调节氧分压在玻璃基底上制备了不同载流子浓度的掺Mo的ZnO（ZMO）透明导电薄膜.应用太赫兹电磁波时域光谱技术研究了ZMO导电膜的太赫兹电磁波透射性质及介电响应，得到了与频率相关的电导率、能量吸收和薄膜折射率，实验结果与经典Drude模型相符很好.ZMO导电膜的太赫兹电磁波脉冲透射性质表明，通过调节ZMO薄膜的载流子浓度，该导电膜可作为应用于衬底和光学器件等太赫兹电磁波频率范围的宽带抗反射涂层.
2009, 58 (12): 8630-8634.
doi:10.7498/aps.58.8630
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因电致发光效率高和器件制备工艺简单，聚合物为主体的绿色磷光电致发光成为一个研究热点.共轭聚合物的三线态能级一般低于绿色磷光材料的三线态能级，易对磷光的发光引起猝灭导致低的发光效率，所以较少被用作绿色磷光材料的主体.通过增加聚乙烯基咔唑（PVK）作为空穴传输层，获得了高发光效率的共轭聚合物聚芴（PFO）作主体绿色磷光发射，甚至高于相同条件下以PVK为主体的绿色磷光发射.究其原因，PVK的电子阻挡作用使发光中心靠近PVK与PFO的界面，界面处PVK因为其高的三线态能级增强了绿色磷光的发光.当三-（2-苯基吡啶）-Ir（Ir（ppy）3）掺杂浓度为2％时得到了最高的亮度效率24.8 cd/A，此时的电流密度为4.65 mA/cm2，功率效率为11 lm/W，最高亮度达到35054 cd/m2，色坐标是（0.39，0.56）.
2009, 58 (12): 8635-8642.
doi:10.7498/aps.58.8635
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采用直流磁控溅射的方法制备出Ir金属纳米粒子薄膜.利用扫描电子显微镜分析了纳米粒子的形态和分布以及不同工艺条件对粒子粒径及形貌的影响，表明纳米粒子的大小可通过调节溅射气体压强来控制.在25%孔度的W海绵基体内浸入6∶1∶2铝酸盐发射物质，然后在其表面沉积上厚度为200—500 nm的纳米粒子薄膜层，最后在H2气中1200℃烧结，即制成了新型纳米粒子薄膜阴极.利用阴极发射微观均匀性测试仪对纳米粒子薄膜阴极和传统覆膜阴极的热电子发射的均匀性进行了对比研究.采用飞行时间质谱仪测试了真空本底、纳米粒子薄膜阴极、传统覆膜阴极等各种阴极蒸发物的成分，研究了阴极蒸发速率与阴极温度的关系，比较了不同阴极蒸发速率的大小.研究了Ba-W阴极覆上纳米粒子薄膜后的发射特性.
2009, 58 (12): 8643-8650.
doi:10.7498/aps.58.8643
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量子效率是表征负电子亲和势（NEA）光电阴极发射性能的最重要的特性参数，准确建立量子效率公式为揭示各个阴极参量对整体性能的影响以及NEA光电阴极的优化设计提供了重要的理论指导.在对NEA光电阴极体内及表面光电发射过程的分析基础上，考虑入射光子能量、表面能带弯曲区以及表面势垒对电子发射的影响，对表面逸出概率和电子衰减长度进行了修正，并利用积分法推导了NEA光电阴极的量子效率公式，其理论预测曲线与实验曲线基本一致，从而验证了修正公式的实用性.为NEA光电阴极的研究提供了有效的理论参考依据.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2009, 58 (12): 8651-8656.
doi:10.7498/aps.58.8651
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针对特征尺寸为1.5 μm的国产静态随机存储器（SRAM），构建了三维SRAM存储单元模型，并对重离子引起的SRAM单粒子翻转效应进行了数值模拟.计算并分析了单粒子引起的单粒子翻转和电荷收集的物理图像，得到了SRAM器件的单粒子翻转截面曲线.单粒子翻转的数值模拟结果与重离子微束、重离子宽束实验结果比较一致，表明所建立的三维器件模型可以用来研究SRAM器件的单粒子翻转效应.
前沿领域综述
2009, 58 (12): 8657-8669.
doi:10.7498/aps.58.8657
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铁素体/马氏体钢具有优异的抗辐照肿胀和抗腐蚀能力，是聚变堆、ADS和四代堆结构材料重要候选者之一.多尺度模拟在核武器自辐照损伤、压力容器辐照脆化、医学材料辐照损伤等方面有着广泛的应用.国际上围绕F/M FeCr合金辐照损伤开展了大量的多尺度模拟工作.论文概述了F/M FeCr合金辐照损伤多尺度模拟研究现状及进展，并针对目前存在的某些问题提出了解决建议.