Vol. 63, No. 16 (2014)
2014年08月20日
总论
2014, 63 (16): 160505.
doi:10.7498/aps.63.160505
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为进一步了解一个复杂的有不稳定奇点的三维动力系统在 Hopf分岔点附近的非线性特性，采用非线性控制器，提出了相应的控制系统，使得受控系统可能发生余维一、余维二和余维三的Hopf分岔. 通过严格的数学推导给出了受控系统发生分岔的参数条件，证明了可控制系统在指定区域内发生退化分岔和可调控分岔的稳定性.
2014, 63 (16): 160503.
doi:10.7498/aps.63.160503
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研究了空时非对称分数阶类Langevin分子马达棘齿模型，其中势函数是空间对称破缺的周期势，时间非对称类Langevin噪声由Logistic映射生成，而分数阶则刻画了分子马达工作环境的非理想程度. 通过将模型转化为离散映射，即研究其整时间点情形，数值模拟了噪声的时间非对称性、势函数的空间非对称性以及分数阶对模型定向输运行为的影响. 数值模拟结果表明：噪声的时间非对称性是定向流产生的根源，而势函数的空间非对称性能够与其进行竞争与协作，并在适当的参数条件下导致定向流的逆转；分数阶仅影响定向流的大小而不改变其方向. 与经典的整数阶分子马达模型或时间非对称分数阶分子马达棘齿模型相比，该模型可以更为真实地描述分子马达的噪声整流工作机理.
2014, 63 (16): 160507.
doi:10.7498/aps.63.160507
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针对一类含有不确定参数的时变时滞系统的同步控制问题，提出了一种滑模自适应鲁棒控制方法. 基于Lyapunov稳定性理论和滑模自适应控制方法，设计出滑模自适应鲁棒控制器和参数自适应率. 所设计的单一控制器适用于一类分数阶超混沌系统的同步性控制问题，它不仅具有较强的抗噪声能力而且对于时变时滞系统也具有良好的控制能力，因此该控制器具有较好的实用价值. 此外，通过在系统的输入量中引入一个补偿量，用以消除系统中所存在的不确定性和外界扰动的影响，从而实现不确定性分数阶超混沌系统的同步，并且将系统的同步误差控制在任意小范围内. 最后，对带有外界噪声扰动、系统参数不确定的时变时滞Chen分数阶超混沌系统进行了数值仿真，经过短暂的时间，响应系统与驱动系统同步，进而验证了所提出的控制方法的有效性.
2014, 63 (16): 160504.
doi:10.7498/aps.63.160504
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为提升随机共振理论在微弱信号检测领域中的实用性，以随机共振系统参数为研究对象，提出了基于量子粒子群算法的自适应随机共振方法. 首先将自适应随机共振问题转化为多参数并行寻优问题，然后分别在Langevin系统和Duffing振子系统下进行仿真实验. 在Langevin系统中，将量子粒子群算法和描点法进行了寻优结果对比；在Duffing振子系统中，Duffing振子系统的寻优结果则直接与Langevin系统的寻优结果进行了对比. 实验结果表明：在寻优结果和寻优效率上，基于量子粒子群算法的自适应随机共振方法要明显高于描点法；在相同条件下，Duffing振子系统的寻优结果要优于Langevin系统的寻优结果；在两种系统下，输入信号信噪比越低就越能体现出量子粒子群算法的优越性. 最后还对随机共振系统参数的寻优结果进行了规律性总结.
2014, 63 (16): 160501.
doi:10.7498/aps.63.160501
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随着网络服务的发展，社交网络逐渐成为信息传播的新媒介. 因此，研究网络舆情演化具有重要意义和实用价值. 为了更好地研究网络舆论，在信息熵的基础上，提出了一个社交网络观点演化模型. 此模型存在以下两个特点：一是可以反映个体面对正负两种观点趋向做出抉择时的心理过程；二是可以反映个体形成新观点时主观因素和客观因素的影响. 在仿真实验中，讨论了舆论环境对个体观点演化的影响，初始观点和自信度对观点演化的影响，以及意见领袖对群体观点演化的影响. 实验结果表明，该模型可以反映真实社交网络中个体的心理学特征，比如个体的观点形成会受到舆论环境的影响，自信的个体不愿意接受他人的观点，当意见领袖存在时群体的观点会受到影响等.
2014, 63 (16): 160502.
doi:10.7498/aps.63.160502
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在对分数阶布朗马达输运现象研究的基础上，引入了描述系统势场对称性的参数（简称对称性参数），并详细分析了该参数及记忆性参数（分数阶阶数）对粒子输运状态的影响. 仿真结果表明，分数阶阶数和对称性参数的共同作用会使得布朗粒子形成定向输运反向流，反向后达到最大平均流速所对应的阶数与外加驱动力频率无关联，但会随对称性参数的增加而单调递增.
2014, 63 (16): 160506.
doi:10.7498/aps.63.160506
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研究了Willis环脑动脉瘤系统各参量对系统的影响. 计算了含有随机相位的Willis环脑动脉瘤系统的Lyapunov指数，分析了随机相位和不同噪声强度对Willis环脑动脉瘤系统的影响. 对相图、Poincaré截面的分析表明，可以利用随机相位对Willis环脑动脉瘤系统进行控制.
2014, 63 (16): 160701.
doi:10.7498/aps.63.160701
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利用X射线作为载波实现空间远距离、高速率的信息传输已引起研究者的关注，这项技术的发展将对拓宽电磁波频谱的使用范围具有积极意义. 针对X射线通信地面模拟真空实验系统对信号发射源的需求，设计了一种栅极控制X射线源. 该X射线源是在传统X射线管的基础上，增加了电压控制栅极，通过改变栅极电压实现X射线的脉冲发射. 利用三维电磁场仿真软件CST粒子工作室设计了实验样管，模拟计算了管内的电位分布、电子运动轨迹、实际焦斑大小和打靶电子数. 仿真结果表明，实际焦斑大小约为0.4 mm×4 mm，栅极开启电压和截止电压分别为0和-10 V. 实验测试了样管特性，测试结果与仿真结果符合得很好，并且在X射线真空实验系统中实现了数字信号传输.
2014, 63 (16): 160508.
doi:10.7498/aps.63.160508
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针对混沌时间序列的预测问题，考虑到单一核函数的最小二乘支持向量机无法明显提高预测精度，提出了一种组合核函数的最小二乘支持向量机预测模型，模型中采用多项式函数与径向基函数组合构建核函数. 同时，还对遗传算法进行了改进，使之具有更快的收敛速度和更高的精度，改进的遗传算法适用于解决预测模型中的参数优化问题. 通过典型的Lorenz时间序列、Mackey-Glass时间序列、太阳黑子数时间序列以及具有混沌特性的网络流量时间序列对该模型进行了验证. 仿真结果表明所提出的模型是有效的.
2014, 63 (16): 160201.
doi:10.7498/aps.63.160201
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首先给出一种函数变换，把一类非线性耦合系统化为两个第一种椭圆方程组. 然后利用第一种椭圆方程的新解与Bäcklund变换，构造了一类非线性耦合系统的无穷序列复合型双孤子新解.
核物理学
2014, 63 (16): 162301.
doi:10.7498/aps.63.162301
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利用提出的远离稳定线附近的原子核β-衰变寿命的指数规律理论计算公式，对N=82附近快中子过程中等待点核素的β-衰变寿命进行了理论计算，比较了所获得的计算结果与最新的理论结果和实验结果并加以讨论. 研究表明，相对于理论复杂和计算时间长的微观理论计算而言，利用考虑壳效应的远离稳定线的原子核β-衰变寿命指数规律理论计算公式能较快且准确地得出快中子俘获过程（R过程）等待点核素的β-衰变寿命. 这能为R过程核素合成网络计算研究提供有效可靠的重要物理输入，并对今后天体中核素的合成研究具有重要意义.
2014, 63 (16): 162501.
doi:10.7498/aps.63.162501
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钍快中子裂变反应率是钍铀燃料循环中的重要数据. 为了测量基于聚变-裂变混合能源堆包层概念设计的钍样品在宏观中子学装置中的钍快中子裂变数据，发展了钍快中子裂变率的离线活化γ测量方法. 通过测量232Th裂变碎片85mKr的β衰变产物85Rb 发射的151.16 keV特征γ射线，并结合钍裂变产额数据，获得了钍样品装置中232Th裂变反应率的分布. 详细介绍了此方法的原理和影响因素，并利用14 MeV的D-T中子源在贫铀球壳中开展了校验实验，实验不确定度为5.3%–5.5%. 采用MCNP5程序和ENDF/B-VI及ENDF/B-VII数据库模拟计算的结果与实验结果在实验不确定度内基本符合，这证明该方法能够有效地模拟装置中232Th裂变反应率.
2014, 63 (16): 162801.
doi:10.7498/aps.63.162801
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开展了钍样品装置内钍核参数的积分中子学基础研究. 参考混合堆概念设计搭建了内部放置了钍样品的一维贫铀/聚乙烯交替系统装置，采用加速器D-T中子源模拟聚变堆芯，利用前期开发的离线伽马测量方法测定了不同位置、不同中子谱情况下的232Th （n，γ）反应率，不确定度约为5%. 结果显示，聚乙烯对14.1 MeV中子的慢化作用可有效提升钍俘获率，且贫铀对钍俘获率也有显著提升作用. 实验结果与主流核数据库计算结果的对比显示，ENDF/B-VI.6和JENDL-3.3数据库的计算值比实验值平均约大6%，而较新的ENDF/B-VII.0数据库的计算值比实验值平均约大4%. 因此，相比于之前数据库的钍核数据，ENDF/B-VII.0的计算值与实验结果匹配得较好，可作为相关概念设计的推荐核数据库.
2014, 63 (16): 162303.
doi:10.7498/aps.63.162303
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178m2Hf是一种长半衰期（T1/2=31 a）、高自旋态（Iπ=16+） 的Hf同质异能素. 利用四川大学CS-30回旋加速器产生的30 MeV，100 μA的α束流轰击天然Yb靶，通过176Yb （α，2n）反应制备178m2Hf. 采用高纯Ge探测器测量未提纯样品和放化分离后的样品的γ能谱，选取178m2Hf的426，495和574 keV三个特征峰，使用高斯双峰拟合方法解谱，确定了未提纯样品中178m2Hf的含量达到1012量级，提纯后的样品中178m2Hf含量为1011量级. 还对靶中其他放射性杂质核素（175Hf，172Lu，172Hf，177Lu，173Lu）的含量进行了分析.
2014, 63 (16): 162302.
doi:10.7498/aps.63.162302
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利用有效液滴模型计算了超铅区结团放射半衰期. 在计算Gamow势垒穿透因子时采用了碎块体积不守恒以及有效惯性系数因子，并用有效的核半径常数公式代替原来的经验公式. 理论计算得到的结团放射半衰期和实验值符合得很好，其半衰期对数值的均方差只有0.895. 理论结果表明，有效液滴模型能充分反映N=126和Z=82的壳效应，并且在奇数结团25Ne，29Mg中出现了明显的奇偶质量摆动现象. 另外，理论计算得到的结团半衰期基本符合盖革-努塔尔定律，并基于理论结果得到了一些关于盖革-努塔尔定律的有意义的结论.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2014, 63 (16): 168801.
doi:10.7498/aps.63.168801
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高倍聚光光伏组件通常采用光电转化效率较高的三结太阳电池. 由于聚光器件的非理想性，电池承受的光照分布通常是高度非均匀的，在光伏组件中可通过适当增大光斑与电池面积的比率来降低光照非均匀性对电池电学性能的影响. 通过对某一特定三结电池进行电路网络建模计算，分析光斑的强度分布和照射面积对电池的影响，并对比了四种设计方案（均匀光照、非均匀光照、电池效率最大、组件效率最大）下的光斑强度、光斑大小、电池效率以及电池温度分布. 对比分析结果表明，组件达到效率最大时的电池效率并不是电池在标准测试条件下的最大效率，而使电池工作在效率最大值的设计方案中组件效率最低. 组件效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较小，因此该方案将导致组件成本增大. 电池效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较大并且电池温度最低，故该方案组件成本较低且可靠性较高. 这表明在实际组件设计中应充分考虑对发电量的实际需求，选择合适的几何聚光倍数和光斑覆盖电池的比率.
2014, 63 (16): 168101.
doi:10.7498/aps.63.168101
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采用化学气相沉积方法，在无催化剂的条件下，通过改变衬底位 置在Si（100）衬底上制备出了高取向的磷掺杂ZnO纳米线和纳米钉. 测试结果表明，当衬底位于反应源上方1.5 cm处时，所制备的样品为钉状结构，而当衬底位于反应源下方1 cm处时样品为线状结构. 对不同形貌磷掺杂ZnO纳米结构的生长机理进行了研究. 此外，在ZnO纳米结构的低温光致发光谱中观测到了一系列与磷掺杂相关的受主发光峰. 还对磷掺杂ZnO纳米结构/n-Si异质结I-V 曲线进行了测试，结果表明，该器件具有良好的整流特性，纳米线和纳米钉异质结器件的开启电压分别为4.8和3.2 V.
2014, 63 (16): 168201.
doi:10.7498/aps.63.168201
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采用高温还原技术，以SnO2，SbO3为原料，分别以葡萄糖、中间相碳微球（MCMB）作为还原剂，制备了两种结构的SnSb/C复合材料，并对比了它们的形貌和电化学性能.采用X射线衍射技术、拉曼技术、扫描电子显微镜技术对材料的结构和形貌进行了表征，并且通过测试恒电流充放电曲线、循环伏安曲线和交流阻抗谱分析了材料的电化学性能.实验结果表明：葡萄糖作为还原剂时，形成以合金颗粒为内核，絮状碳壳均匀包裹的微米球状结构，首次放电比容量为793.379 mA·h·g-1，循环50周后仍维持在449.987 mA·h·g-1；而以MCMB作为还原剂时，形成合金颗粒与MCMB混合共存并部分包覆的结构，首次放电比容 量为1164.938 mA·h·g-1，50周后的比容量仅有290.807 mA·h·g-1.
2014, 63 (16): 168701.
doi:10.7498/aps.63.168701
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循环竞争博弈常被用来研究物种多样性. 以前有关循环竞争博弈的研究工作所考虑的相互作用距离模式包括最近邻、取固定距离或一定距离以内的随机值，这与实际情况不相符. 考虑到实际生物系统中物种个体做列维飞行与布朗运动的情况广泛存在，综合考虑了最近邻相互作用模式和列维飞行（布朗运动）长程相互作用模式，对循环竞争博弈及保持物种多样性的条件进行了研究. 得到了最大飞行距离与选择概率的临界关系（包括Logistic式和指数式关系），进一步得到了幂指数与选择概率的临界关系，以及保持物种共存的条件.
编辑推荐
2014, 63 (16): 168702.
doi:10.7498/aps.63.168702
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量子噪声引起光强随机波动是影响X射线相衬图像质量的一个重要因素. 提出了一种针对硬X 射线微分相衬成像噪声特性的分析方法，通过数值模拟获得了量子噪声对成像结果的作用规律. 模拟结果表明，折射像和散射像的噪声均方差与叠栅条纹对比度成反比关系，叠栅条纹对比度越大，统计所得的均方差值越小. 在保证X射线探测效率的前提下，提高叠栅条纹对比度将有利于获得高质量的相衬图像，并为有效减少X射线曝光剂量提供条件.
原子和分子物理学
2014, 63 (16): 163202.
doi:10.7498/aps.63.163202
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探测了动能为3.06.0 MeV的Eu20+离子入射Au靶激发Eu的L-X射线谱，获得了射线产额与离子入射动能的实验关系. 采用有心保守力作用下的两体碰撞模型，并考虑了离子的能损，计算了Eu离子与Au 原子碰撞过程中单离子L壳层空穴的产额. 根据离子L 壳层空穴退激的荧光产额，给出了碰撞过程Eu单离子L-X 射线产额与离子入射动能的理论关系. 结果表明，射线产额的理论值与实验数据符合得较好.
2014, 63 (16): 163601.
doi:10.7498/aps.63.163601
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采用密度泛函理论的B3LYP方法，在6-311G**水平 上对Al2Sn （n=210）团簇的几何结构和电子结构进行了理论计算. 讨论了铝硫二元离子混合团簇基态结构的变化规律、电荷转移和成键特征. 结果表明，在S簇中掺杂Al原子会使Sn结构发生明显改变. Al2Sn团簇基态结构是以Al2S2四元环为骨架或桥梁，分别与S原子或S簇相结合形成单环到三环的平面和立体结构. 结构中化学键键型和成键数目影响团簇的稳定性. 通过对基态结构的解离能和能量二次差分值的分析得到了Al2Sn团簇的稳定性信息.
2014, 63 (16): 163101.
doi:10.7498/aps.63.163101
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基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了横截面为五边形和六边形的核壳结构硅纳米线的过渡金属Co原子替代掺杂. 通过比较形成能发现，核心位置掺杂、壳层单链掺杂以及外壳层全替代掺杂的硅纳米线都具有稳定性，其中核心位置掺杂结构的稳定性最高. 掺杂体系均呈现金属性，随着掺杂浓度的增加，电导通道数增加. Co原子掺杂的硅纳米线呈现铁磁性，具有磁矩. Bader电荷分析表明，电荷从Si原子转移至过渡金属Co原子. 与自由态时过渡金属Co原子的磁矩相比，体系中Co原子的磁矩有所降低，这主要是由Co原子4s轨道向3d/4p轨道的电荷转移以及4s，3d，4p的上自旋电子转移至下自旋导致的.
2014, 63 (16): 163201.
doi:10.7498/aps.63.163201
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测量了动能为350–600 keV和1.8–3.9 MeV 的129Xe26+入射Au表面产生的X射线谱. 结果表明，350–600 keV的Xe26+仅激发出了Au的Mα 特征X射线，而1.8–3.9 MeV的Xe26+可激发出Au的Mζ，Mα，Mγ 和Mδ 特征X射线. 分析了X射线强度和产额比与入射离子动能的关系，并估计了Xe26+激发Xe的L-X射线的动能阈值.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
2014, 63 (16): 164203.
doi:10.7498/aps.63.164203
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根据连续相位板面形分布的随机特性，利用自相关函数和相关长度对其面形特性进行了分析. 采用一个高斯型随机分布函数推导了相关长度与连续相位板远场分布之间的解析关系. 利用数值算法计算了连续相位板远场分布的方差和能量利用率，并计算了不同的相关长度对连续相位板远场分布的具体影响. 结果表明，连续相位板的相关长度越小，远场分布均匀性越好，焦斑形态更加接近于目标焦斑，同时具有较高的能量利用率.
2014, 63 (16): 164202.
doi:10.7498/aps.63.164202
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结合改进的物理光学法和图形计算电磁学法实现了考虑边缘绕射情况下复杂目标的高频电磁波散射的高效且精确求解. 传统的考虑边缘绕射的物理光学算法不能直接计算出目标的雷达截面，它需要先计算绕射贡献，然后加上物理光学的散射贡献，最终才能得到目标的雷达截面. 通过运用改进的物理光学法对图形计算电磁学法进行修正，直接修正表面法向量，从而修正了表面电流，这样就考虑了边缘处的绕射，提高了算法的效率. 这不但充分利用了计算机硬件优势，借助于计算机显示技术，由图形加速卡完成最困难、最费时的消隐工作，而且利用图形计算电磁学的积分公式，将三维空间的积分转化为屏幕像素的二维空间积分，使得计算大幅简化. 数值结果表明了所提出方法的精确性和高效性.
2014, 63 (16): 164209.
doi:10.7498/aps.63.164209
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机载激光拉曼散射雷达技术可以快速获取次表层海水温度的三维分布，具有重要的实用价值和经济价值. 首先，从理论上分析了水的伸缩振动拉曼谱峰值位置和半高全宽与激发波长之间的对应关系，发现随着激发波长的增大，拉曼峰逐渐向长波方向移动，且拉曼光谱半高全宽显著增大. 然后，实验测量了不同温度下450 nm激光和532 nm激光激发的水的拉曼光谱，对比验证了上述理论分析结果. 并采用单高斯峰拟合法分析了两组拉曼光谱，拟合出高斯峰峰值位置与温度之间的关系，分析了激发波长对温度测量精度的影响. 研究发现，采用较长波长的激发光可以提高拉曼光谱的测量精度，从而改善测温精度. 最后，建立了拉曼散射雷达方程，分析了拉曼散射系数与激光波长之间的关系，研究了激光波长对雷达系统探测深度的影响. 结果表明，激光波长对雷达系统探测深度有很大的影响，采用480 nm以下波长的激光时雷达系统探测深度较大，而采用长波段激光时雷达系统探测深度会大幅降低. 实际系统设计中选取激光光源时需要综合考虑上述两方面的影响.
2014, 63 (16): 164204.
doi:10.7498/aps.63.164204
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在传统的叠层成像算法中引入一种旋转相位编码与照明光束相匹配. 采用分块均匀分布的旋转相位调制器对衍射光进行调制，在探测面获得了相应的衍射图样. 这种照明光束与相位匹配的方式有效地增加了解的约束条件，具有收敛速度快、抗噪声及抗位置偏差能力强等优点. 与随机相位调制相比，本算法所引入的旋转相位调制器构造简单、使用便捷，因而在实时显微成像、超分辨成像等领域将具有更高的实用价值.
2014, 63 (16): 164302.
doi:10.7498/aps.63.164302
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将线性随机振动系统中通常的简谐势阱推广为更一般的幂函数型势阱，得到幂函数型单势阱非线性随机振动系统. 利用随机情形下的二阶Runge-Kutta算法研究了噪声强度、势阱参数和周期激励参数对系统稳态响应的一阶矩振幅和系统响应的稳态方差的影响. 对决定势阱形状的势阱参数之一b 历经bb > 2以及相当于简谐势阱的b=2等全部情况的研究表明：随噪声强度D的变化，系统稳态响应的一阶矩振幅可以在bb=2 简谐势阱以及b >2的情况，则无该现象发生；随势阱参数的变化，系统稳态响应的一阶矩振幅以及系统响应的稳态方差也可以发生非单调变化.
2014, 63 (16): 164206.
doi:10.7498/aps.63.164206
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在远离光子晶体光纤零色散波长的正常色散区入射飞秒脉冲，实验产生了一对由四波混频引起的信号波带和闲频波带，及一对由脉冲内拉曼散射和非孤子辐射引起的孤子和色散波带，并观察到功率饱和现象. 利用有限元法理论模拟了光纤的色散和非线性特性，用四波混频的相位匹配条件模拟了光纤在满足相位匹配条件下所产生的信号波带和闲频波带出现的可能位置，并与实验结果符合得很好. 结果表明：即使在光子晶体光纤的正常色散区抽运激光脉冲亦可以产生四波混频和孤子效应；研究发现四波混频的产生是由四阶色散参量引起的；并进一步从理论上解释了孤子及色散波的产生原因.
2014, 63 (16): 164207.
doi:10.7498/aps.63.164207
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研制了一套基于多光子脉冲内干涉相位扫描方法的可以同时对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的实验系统装置. 实验中，通过自主研发的LabVIEW程序控制液晶空间光调制器和光纤光谱仪，对待测飞秒激光脉冲施加相位扫描，并同时记录受到调制的飞秒激光脉冲的倍频光谱，得到了多光子脉冲内干涉相位扫描（MIIPS）轨迹图. 通过MIIPS轨迹图的三次测量和迭代运算，还原出了经过预先啁啾调制的中心波长约为810 nm、重复频率为1 kHz的飞秒激光脉冲的光谱相位，测量精度在0.1 rad以内. 根据测量结果，利用液晶空间光调制器对该飞秒激光脉冲进行相位补偿，得到了近似傅里叶变换极限的飞秒激光脉冲. 这一装置将在多光子显微成像、脉冲整形、飞秒激光光谱学等众多领域发挥重要作用.
2014, 63 (16): 164208.
doi:10.7498/aps.63.164208
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基于瑞利-索末菲衍射积分理论，利用交叉谱密度函数推导出双半高斯空心光束在湍流大气中传输时的解析表达式，并主要研究了湍流介质折射率结构常数Cn2对空心光束传输特性的影响，得到了双半高斯空心光束在不同条件下传输时的光强分布. 研究表明，Cn2的增大加剧了近场中传输的空心光束的衍射效应，这不仅缩短了空心光束完全演变成为高斯光束时所需的传输距离，而且还增加了此后高斯光束向外扩展的程度.
2014, 63 (16): 164701.
doi:10.7498/aps.63.164701
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氢气作为最有希望的清洁可再生能源之一，已被广泛应用于航天、工业和燃料电池等领域. 临界流喷嘴由于其测量过程不受下游扰动的影响，越来越多地被应用于氢气特别是高压氢气的流量测量. 而作为真实气体的氢气在临界流喷嘴中的流动规律更加复杂，准确获得喷嘴喉部氢气的热力学参数对于氢气的精确测量至关重要. 结合真实气体显式亥姆霍兹能量方程，利用熵焓关系分析并通过迭代获得了喷嘴喉部容积等熵指数这一基本流动参数. 提出了最优化获取显式快速计算模型的回归算法，引入了进化算法思想，利用选择、交换和变异等方式寻找显著性和精度最优的种群个体. 回归标准偏差为0.0089%，平均残差为0.0285%，最大残差为0.1781%. 结果表明，所提出的算法能快速搜索满足显著性和精度要求的最优解，在提高回归方程质量的同时使方程项数达到最少，具有较好的抑制过拟合的能力. 所提出的算法也可用于其他各类流体设备的不同介质流场特性参数模型的建立.
2014, 63 (16): 164702.
doi:10.7498/aps.63.164702
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生物过滤技术因其具有有效性、低成本和环境友好等优点引起了人们的广泛关注. 该技术主要通过生物过滤器去除含有H2S等废气的有毒有害气体. 运用格子Boltzmann方法对三种生物过滤器模型中多孔介质的非均匀性流动进行了数值模拟. 数值模拟结果表明，多孔介质的性质和进口流动条件对临界Rayleigh数有显著影响，临界Rayleigh数随着多孔介质的孔隙度和Darcy数的增大而逐渐变小，并随着进口Reynolds数的增大而逐渐变大. 所得结果可望为生物过滤器的优化设计提供一个合理的理论依据.
2014, 63 (16): 164102.
doi:10.7498/aps.63.164102
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海尖峰的存在会导致雷达虚警概率的上升和多目标环境中检测性能下降，因此研究海尖峰现象意义重大. 海尖峰现象的一个重要特点是海面的水平极化散射强度接近甚至大于垂直极化散射强度，卷浪被认为是产生海尖峰的一个原因. 首先建立了卷浪和Pierson-Moscowitz谱海面的共同模型，利用矩量法研究了卷浪模型的水平和垂直后向电磁散射特征，包括入射频率、入射角、风速和风向对电磁散射特征的影响. 发现在小擦地角情况和较大风速下超级现象（水平散射强度大于垂直极化散射强度）比较明显，从而推论出在小擦地角入射下产生海尖峰现象的概率较大. 同时对时变卷浪在小擦地角入射时的海杂波幅值分布特性和多普勒谱进行了分析.
2014, 63 (16): 164201.
doi:10.7498/aps.63.164201
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利用激光聚变研究中心自主开发的小宽带传输放大软件对小宽带光谱色散匀滑（SSD）光束进行具有“时间、空间、光谱分辨”的传输模拟，研究了SSD光束通过空间滤波器和自由空间的传输特性. 给出了时间、空间、光谱的对应分布图，对比分析了SSD光束与非SSD光束的传输效应. 研究结果对于合理设计SSD光束的发散角与空间滤波器小孔之间的匹配关系、选择适宜的调制频率，以及选择束匀滑色循环数等都有重要意义，同时对于光路设计特别是细光束自由传输距离的设计具有指导意义.
2014, 63 (16): 164205.
doi:10.7498/aps.63.164205
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针对传统的全波形分析方法不能快速自动处理全波形数据的缺点，提出了一种模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗全波形分析法，用于求解全波形数据中的波峰数和峰值位置等参量. 该方法采用Metropolis更新策略求解波峰数量和噪声两个参量，以达到快速求解的目的；而峰值位置和波峰幅值则采用改进的模拟回火策略求解，通过添加的主动干预回火步骤实现对参量更新过程的有效探测，以满足对速度或运算收敛性的要求. 模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗全波形分析方法以马尔可夫算法为基础，仍保持马氏链的收敛性，从而保证本方法具有良好的鲁棒性，实现对全波形数据的自动化处理.
2014, 63 (16): 164301.
doi:10.7498/aps.63.164301
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采用轴对称多弛豫时间格子Boltzmann （LB）方法，研究了圆柱形封闭谐振腔中圆盘形样品的声悬浮过程. 模拟结果表明，（001） 模式下谐振腔的共振长度L=0.499λ，在谐振腔中心引入样品后共振漂移量δL≈-0.9，这与线性声学理论计算结果基本相符. 声悬浮力的LB模拟过程包含了黏滞性效应和共振漂移效应，所获得的模拟结果与理论公式计算值在量值上一致，而且其在细节上更符合实验现象. 此外，LB模拟还揭示出了声悬浮过程中的声压波形畸变、声流和声辐射压等非线性声学效应.
2014, 63 (16): 164101.
doi:10.7498/aps.63.164101
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利用坐标系转换矩阵给出实验室坐标系中饱和磁化铁氧体的频域磁导系数张量，再通过频域到时域的转换关系jω→∂/∂t得到一个二阶微分方程形式的时域本构关系. 然后采用Newmark 方法求解时域本构关系从而给出一种适用于处理任意磁化方向铁氧体电磁问题的Newmark 时域有限差分算法. 利用此算法计算了饱和磁化铁氧体层的反(透) 射系数和饱和磁化铁氧体球的后向雷达散射截面，所获得的结果验证了此算法的正确有效性.
2014, 63 (16): 164501.
doi:10.7498/aps.63.164501
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研究了变质量Chetaev型非完整系统Appell方程Mei对称性的共形不变性和守恒量. 在群的无限小变换下，定义了变质量Chetaev型非完整系统Appell方程Mei对称性和共形不变性，给出了该系统Mei对称性的共形不变性确定方程，并推导出系统相应的守恒量表达式. 最后，给出了应用算例.
气体、等离子体和放电物理
2014, 63 (16): 165201.
doi:10.7498/aps.63.165201
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通过严格求解导心坐标系下的哈密顿方程，提出了托卡马克装置中离子的真实轨道理论，并利用此理论对国际热核聚变实验堆（ITER）中α离子的真实轨道进行了数值模拟研究，获得了驻点轨道和近期理论预言的半俘获轨道. 根据此真实轨道理论计算了ITER中α离子的直接损失率. 结果发现，与所提出的真实轨道理论相比，以前的回旋平均理论大幅度低估了α离子的直接损失率，两种理论的损失率差值可达14%，对此差异进行了详细的分析并给出了物理上的解释.
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2014, 63 (16): 165202.
doi:10.7498/aps.63.165202
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磁化靶聚变技术作为实现纯聚变的一种途径，不需要惯性约束聚变的高初始密度（约1026 cm-3），也不需要磁约束聚变的长约束时间（秒量级），可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径. 开发了一个二维磁流体力学模拟程序MPF-2D，用于描述反场构形的形成过程. 采用该程序对美国洛斯阿拉莫斯国家实验室在反场构形形成装置上形成反场构形的实验进行了二维模拟和分析，理论值与实验值符合得较好; 同时也对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的荧光-1实验装置上形成的反场构形进行了模拟与评估，结果表明该装置上的反场构形基本达到设计指标.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2014, 63 (16): 167101.
doi:10.7498/aps.63.167101
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采用基于密度泛函理论的第一性原理方法比较研究了Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构、离子位移势能面和Γ声子等性质. 结果表明，Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构很相似，价带由O 2p 电子态主导并包含部分 Ti 3d 和 Bi 6p电子态，导带低能部分由Ti 3d空轨道构成; K取代Na后其Ti–O和Bi–O键的键强略有增加. 两者的离子位移势能面也很接近，O离子的偏心位移对结构不稳定性起主导作用，且K取代Na后其作用增强. Γ声子都存在3个软模，分析表明软模主要来自O6基团的振动，K取代Na后A2u软模发生硬化.
2014, 63 (16): 167503.
doi:10.7498/aps.63.167503
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研究了取向度对羰基铁粉体复合材料微波磁性的影响. 理论上构造了取向片状磁性颗粒磁矩的高斯分布，并通过Landau-Lifshitz-Gilbert方程得到了有取向度的软磁材料复数磁导率的求解方法，模拟计算了羰基铁样品高频复数磁导率随频率的变化. 研究发现：随着样品取向角 的变大，高斯分布标准偏差减小，取向度f增大；随着片状样品取向度的提高，材料初始有效磁导率的实部值增大. 为了对照，利用穆斯堡尔谱得到磁体的取向度，并通过网络分析仪测量了磁体的高频磁导率，所获得的实验结果与理论预期值相符.
2014, 63 (16): 167505.
doi:10.7498/aps.63.167505
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运用三维数值模拟计算方法，计算了膜面外不同易轴取向下Nd2Fe14B/Fe65Co35磁性双层膜的磁滞回线、 角度分布、成核场、矫顽力和磁能积等，并与实验结果进行了细致比较. 计算结果表明：只有当易轴与外场之间的夹角β=0°时，才有明显的成核现象，其成核场和矫顽力均随着软磁相厚度Ls的增加而降低; 随着易轴偏角β的增大，剩磁逐渐减小，磁滞回线的方形度降低，从而磁能积减小，在Ls=1 nm，β=0°时磁能积（561.61 kJ/m3）最大. 理论计算所得的磁滞回线与实验磁滞回线符合得很好，剩磁和矫顽力的理论值与实验值相差很小.
2014, 63 (16): 167801.
doi:10.7498/aps.63.167801
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测量了10种典型溶剂中β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收谱和共振拉曼光谱. 结果表明：溶剂的极化率、介电常数都对β胡萝卜素分子的电子-振动耦合有影响；随着极化率的增大，β胡萝卜素分子的黄昆因子、电子-振动耦合常数减小，拉曼截面增加，且这些影响与溶剂极性无关；随着溶剂介电常数的增加，对于非极性溶剂，β胡萝卜素分子的黄昆因子、电子-振动耦合常数减小，拉曼截面增加，对于极性溶剂，没有获得比较好的规律. 给出了溶剂性质对电子-振动耦合的影响规律，为分子的电子-振动耦合研究中溶剂的选择提供了参考.
2014, 63 (16): 167802.
doi:10.7498/aps.63.167802
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使用PCDTBT作为发光层材料，制备了发光波长为705 nm的红色有机电致发光器件，其结构为ITO/PEDOT：PSS/PCDTBT/BCP/LiF/Al. 器件启亮电压为2 V，在9 V时器件达到最高亮度，为29000 cd/m2，最大电流效率为3.5 cd/A. 还研究了不同退火温度对器件发光性能的影响. 实验结果表明，退火温度为50℃时器件的性能最佳，其原因是此时既有利于溶剂挥发，又保持了分子结构的稳定性，而高温退火降低了PCDTBT的π-π堆积的有序性，从而使得器件性能下降.
2014, 63 (16): 167902.
doi:10.7498/aps.63.167902
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建立了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极二维载流子输运连续性方程. 在一定的边界条件下，利用数值计算方法对此方程进行求解，得到了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极调制传递函数（MTF）理论计算模型. 利用该模型计算了透射式变组分和均匀组分阴极的理论MTF，分析了分辨力与Al组分变化范围、入射光子波长、AlGaAs和GaAs层厚度的关系. 计算结果表明，变组分阴极与均匀组分阴极相比，阴极分辨力显著提高. 当空间频率f在100–500 lp·mm-1区间时，分辨力的提高最为明显，如当f=200 lp·mm-1 时，一般可提高150%–260%. 变组分阴极分辨力的提高是内建电场作用的结果，但内建电场太大时，也会由于Al组分含量过高而影响阴极的长波响应.
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2014, 63 (16): 167201.
doi:10.7498/aps.63.167201
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采用电子束蒸发技术在Si衬底上制备了亚氧化硅SiOx （x=1.3）薄膜，研究了不同温度热退火处理的SiOx薄膜作为阻变层的ITO/SiOx/Si/Al结构的阻变特性. 研究发现，在电极尺寸相同的条件下，随着退火温度的增加，该结构的高低阻态比显著提高，最高可达109. X射线光电子能谱和电子顺磁共振能谱的分析表明，不同退火温度下形成的不同价态的硅悬挂键是低阻态下细丝通道的主要来源. 椭偏仪的测试结果表明，经过热退火处理的SiOx薄膜折射率的增大是导致高阻态下器件电阻增大的原因.
2014, 63 (16): 167504.
doi:10.7498/aps.63.167504
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具有四方结构的L10-FePt合金因其具有高磁晶各向异性和良好的化学稳定性而成为超高密度薄膜磁记录介质的最佳选择. 对实验制备得到的磁性能良好的垂直取向L10-FePt合金单层膜进行了微磁学分析. 在传统微磁学模型的基础上，根据晶体的对称性，引入了四角磁晶各向异性能密度的唯象表达形式; 又依据薄膜生长过程中晶格对称性的破坏，考虑了薄膜面内的应力，并引入了磁弹性能. 以四角磁晶各向异性能和磁弹性能为重点，对L10-FePt合金单层膜的磁滞回线进行了详细的分析，并且用微磁学方法确定了薄膜面内应力的大小.
2014, 63 (16): 167903.
doi:10.7498/aps.63.167903
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利用光电子能谱、原子力显微镜以及低能电子衍射等 表面研究手段系统研究了真空沉积生长的酞菁铜薄膜与衬底MoS2（0001）之间的范德瓦耳斯异质结界面电子结构和几何结构. 角分辨光电子能谱清楚地再现了MoS2（0001）衬底在Γ点附近的能带结构. 低能电子衍射结果表明，CuPc薄膜在MoS2（0001）表面沿着衬底表面[1120]，[1210]和[2110]三个晶向有序生长，反映了衬底对CuPc的影响. 原子力显微镜结果表明，CuPc在MoS2 衬底上遵循层状-岛状生长模式：在低生长厚度下（单层薄膜厚度约为0.3 nm），CuPc分子平面平行于MoS2表面上形成均匀连续的薄膜; 在较高的沉积厚度下，CuPc沿衬底晶向形成棒状晶粒，表现出明显的各向异性. 光电子能谱显示界面偶极层为0.07 eV，而且能谱在膜厚1.2 nm饱和，揭示了酞菁铜与MoS2（0001）范德瓦耳斯异质结的能级结构.
2014, 63 (16): 167302.
doi:10.7498/aps.63.167302
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利用激光扫描共聚焦显微系统分别测量了CdSe/ZnS量子点在SiO2玻片表面、铟锡氧化物（ITO）纳米粒子表面和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜表面上的荧光闪烁行为. 研究发现，不同界面环境中量子点的亮态发光持续时间的概率密度都服从指数修正的幂律分布P（t）∝ t-αexp（-t/μ）. 与处于SiO2 玻片表面的情况相比，在ITO表面上的单量子点具有非常短暂的亮态发光持续时间，而在PMMA表面的单量子点亮态发光持续时间最长. 这种荧光闪烁行为的不同主要归因于量子点与三种材料之间的界面电子转移特性.
2014, 63 (16): 167501.
doi:10.7498/aps.63.167501
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根据Nd2Fe14B的冲击加载实验，计算了3.3–7.2 GPa压力范围内冲击波阵面上压力与温度的关系. 基于分子场理论，引入压力等效场，改进了双亚点阵理论模型，并分析了在不同温度和压力下Nd2Fe14B的磁性转变机理. 计算了压力对Nd2Fe14B 磁致伸缩系数、磁化率、磁化强度以及居里温度的影响，给出了Nd2Fe14B发生铁磁-顺磁相变的压力和温度判据. 计算结果表明：压力使Nd2Fe14B的居里温度逐渐向低温区转移，当压力从0 GPa 增加到1.15 GPa时，居里温度从584 K降至292 K; 随着压力的增加，Nd2Fe14B的磁化强度不断下降，且临界去磁压力随温度的升高呈下降趋势; 在3.3–7.2 GPa压力范围内，Nd2Fe14B 发生了铁磁-顺磁相变.
2014, 63 (16): 167502.
doi:10.7498/aps.63.167502
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利用固态反应法制备了Mn3Sn1-xCoxC1.1 （x=0.05，0.1，0.2） 系列化合物，研究了Co掺杂对其磁性质、相变、熵变的影响. 随着Co掺杂量的增加，样品的居里温度由283 K先降到212 K （Mn3Sn0.9Co0.1C1.1） 后又升到332 K （Mn3Sn0.2Co0.8C1.1），相变类型由一级相变逐渐转变为二级相变. 增大Co的掺杂量，Mn3Sn1-xCoxC1.1化合物的熵变峰值逐渐减小，磁熵变温区由9 K展宽到300 K. 当Co掺杂量为0.2时，相对制冷量达到最高，为103 J/kg （磁场强度为1.6 MA/m）. 由于室温附近良好的磁致冷效应，该类材料在磁制冷领域可能具有重要的应用前景.
2014, 63 (16): 167301.
doi:10.7498/aps.63.167301
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异质结结构界面的能带带阶是一个非常重要的参数，该参数的精确确定直接影响异质结的光电性质研究以及异质结在光电器件上的应用. 利用同步辐射光电子能谱技术测量了ZnO/PbTe异质结结构的能带带阶. 测量得到该异质结价带带阶为2.56 eV，导带带阶为0.49 eV，是一个典型的类型I 的能带排列. 利用变厚度扫描的测量方法发现，ZnO/PbTe界面存在两种键，分别是Pb–O键（低结合能） 和Pb–Te键（高结合能）. 在ZnO/PbTe异质结界面的能带排列中导带带阶较小，而价带带阶较大，这一能带结构有利于PbTe中的激发电子输运到ZnO导电层中. 该类结构在新型太阳电池、中红外探测器、激光器等器件中具有潜在的应用价值.
2014, 63 (16): 167701.
doi:10.7498/aps.63.167701
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采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法，计算了纤锌矿型AlN中引入不同电荷态的N空位和Al空位时结构中最大局域化Wannier函数，并根据Wannier函数的空间分布及空间分布的几何中心位置，对空位引起的晶体电子结构变化及[0001]，[1010]，[1210]晶向上的自发极化进行了研究. 结果表明，利用最大局域化Wannier函数分析电子结构具有直观的特点，清晰地表明N–Al 键具有较强的离子性. 研究发现，N空位结构中悬挂键上电荷向空位处转移，而Al空位结构中悬挂键上电荷则远离空位，沿悬挂键方向移动到N原子一侧. 同时发现，空位的引入破坏了[1010]，[1210]晶向上的中心对称结构，产生了极化，且极化强度随着空位电荷态的增加而增大. 在[0001]晶向上，随着N空位电荷态的增加，空位周围电子结构发生了剧烈变化，使得自发极化发生了逆转，极化强度随着电荷态的增加而增大; 而在Al空位中，随着电荷态的增加，自发极化沿原方向显著增加，但没有发生极化反转.
2014, 63 (16): 167901.
doi:10.7498/aps.63.167901
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高功率盒形窗内的TM11模法向电场对次级电子倍增现象具有较大的影响，特别是在介质窗片与金属波导壁相对的区域，易发生双面次级电子倍增. 采用蒙特卡罗粒子模拟方法，研究了法向电场作用下氧化铝陶瓷窗片与铜波导壁之间的双面倍增敏感曲线、倍增阈值电压、粒子数量的演变过程以及粒子运动轨迹. 通过对相关参数的分析，获得了金属壁与陶瓷窗片之间双面谐振倍增和非谐振倍增的规律以及双面倍增向单面倍增转变的特点. 此研究可为分析窗片失效机理提供理论依据.
凝聚物质：结构、力学和热学性质
2014, 63 (16): 166401.
doi:10.7498/aps.63.166401
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应用双模晶体相场模型计算二维相图，并模拟了在熔点附近预变形和保 温温度对六角相晶界演化以及六角相/正方相相变的影响. 研究发现：在相变初期，当预变形为零、保温温度离熔点很近时在晶界发生缺陷诱发预熔；增大预变形，变形与缺陷的交互作用在熔点附近诱发预熔；随着预变形的进一步增大，变形在畸变处同时诱发液相和正方相，且预变形越大、保温温度越接近熔点，液相生长越明显，反之正方相生长明显. 持续保温使得畸变能释放，晶粒最终完全转变为平衡正方相. 模拟结果表明：预变形六角相在熔点附近保温时，由于晶界固有缺陷和预变形双重作用使得原子无序度增加，从而在晶界或其他缺陷处产生液相，待能量释放后晶粒再转变成平衡正方相，进而延缓了六角相/正方相相变时间.
2014, 63 (16): 166802.
doi:10.7498/aps.63.166802
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利用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了不同退火温度的Cu：ZnO薄膜. 利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜和光致发光谱研究了样品的晶格结构、表面形貌、成分及其发光特性. 结果表明：所有样品均具有高度的c轴择优取向，随着退火温度的升高，样品的结晶质量变好，样品的表面都被晶粒覆盖，强而稳定的绿光发射被观察到. 绿光强度随退火温度的升高先增加后减小，发光中心位置不随退火温度的变化而改变，这样的绿光发射强而稳定. XRD和XPS结果表明，随退火温度的升高Cu2+ 还原为Cu+，导致Cu：ZnO薄膜形成的缺陷是VZn，所以绿光发射是由VZn引起的. Cu2+ 还原为Cu+时，Cu：ZnO薄膜中VZn浓度增加，使绿光发射强度增大. 当退火温度超过800℃时，Cu2+的还原能力变差，绿光发射强度减弱.
2014, 63 (16): 166801.
doi:10.7498/aps.63.166801
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采用脉冲激光沉积法，在MgO（100）面上外延生长了FePt：MgO多层纳米复合薄膜，FePt成分为Fe48Pt52. FePt纳米颗粒周期性嵌埋于单晶MgO外延层中. 原位反射式高能电子衍射分析结果表明，MgO外延层呈层状生长，而FePt纳米颗粒呈岛状生长. 在整个FePt：MgO纳米复合薄膜的生长过程中，成功实现了层状-岛状生长模式的交替控制. 高分辨透射电子显微镜分析结果表明，退火热处理后，结晶完整的L10-FePt纳米颗粒粒径约为5 nm，呈扁平六角形状，在MgO基底上形成逐层排列的纳米点阵. 磁滞回线结果表明，退火后薄膜矫顽力增大，有序度提高，磁性增强.