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如何对复杂功率超声换能器耦合振动系统的声波进行调控，设计高性能的换能器系统，一直都是功率超声领域亟待解决的难题。研究发现，在换能器系统内部引入各种缺陷，可以在一定程度上改善换能器耦合振动系统的性能。但损耗大、频带窄、对结构参数敏感等缺点限制了缺陷型声子晶体换能器耦合振动系统的进一步实际应用。为了改善缺陷型声子晶体换能器耦合振动系统的局限，有效降低能量损耗，提高能量传输的效率，论文在换能器耦合振动系统内引入既具有能量局域化效应的拓扑缺陷结构又具有高能量传输效率的声表面结构。通过灵活地设计声表面结构和拓扑缺陷的几何尺寸参数，可以对换能器耦合振动系统的振动进行有效调控，从而满足换能器耦合振动系统功能方面的不同需求。但表面结构和拓扑缺陷结构的设计参数过多，会成倍地增加设计的复杂度，大幅降低设计成功率，为此，利用数据分析技术建立了系统性能预测模型，不仅可以提高设计效率和成功率，还能够为换能器耦合振动系统性能的调控提出客观和准确的依据。
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超快扫描电子显微镜将泵浦探测技术与显微成像相结合，能够实现高时空分辨率下光诱导表面电荷动力学的可视化研究，对于半导体表面态以及光电器件的高分辨检测具有非常重要的意义。本工作基于首台全国产化超快扫描电子显微镜的研制工作，阐述了将热发射电子枪改造成光发射电子枪后的参数化设计，定量分析了偏压，阴极、韦氏极、阳极的空间位置与交叉点位置、大小、发散角的依赖关系。分析结果显示，当韦氏极与阳极位置从8 mm调整到23 mm后，通过将灯丝深度从0.65 mm调整至0.45 mm，配合偏压调节可以实现热发射高分辨成像、低工作电压以及光发射的正常使用。本工作也分析了反射镜分布对电子光路的影响，发现当阳极高出反射镜1.4 mm后，图像畸变几乎消失。本工作还研究了偏置电压对脉冲光电子在时域上的影响，结果表明了随着偏压的增大光发射的时间零点会推后且时间展宽变大。本工作将为后续超快电子显微镜的发展及光发射电子源的设计奠定基础。
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单羟基醇的主介电弛豫过程通常表现出典型的Debye特征，近年来，影响其速率的因素成为研究的热点。一般认为，醇分子的亲水端(即羟基)在主介电弛豫过程中通过氢键网络发挥主要作用，而疏水端则主要通过“稀释”体系中的羟基浓度，间接影响该过程。本研究通过经典分子动力学模拟系统地探讨了影响甲醇主介电弛豫速率的因素。研究结果表明，甲醇的疏水端不仅在稳固体系氢键网络方面对主介电弛豫过程产生间接影响，甚至还能直接作用于弛豫过程。甲醇的主介电弛豫过程是其亲水端和疏水端协同作用的结果。此外，研究还发现，甲醇的主介电弛豫速率可能并不像著名的“等待-切换”模型所描述的那样，主要受“氢键伙伴”浓度的影响，而是多种因素共同作用的结果。在某些情况下，“氢键伙伴”浓度的影响甚至被其他因素产生的影响所掩盖，成为次要因素。本研究有助于加深对醇类分子弛豫过程及其物理起源的理解。
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本工作针对Ti-V-Ta多主元合金中辐照位错环的形成行为，采用分子动力学方法开展了级联重叠模拟，分析讨论了辐照位错环形成的级联重叠机制。研究发现，在Ti-V-Ta多主元合金中，与缺陷团簇的级联重叠可以直接产生不同类型的位错结构，级联重叠后的缺陷构型由PKA能量和预置缺陷团簇的类型和尺寸决定。相较于单次级联碰撞，级联重叠可以提高<100>取向位错环的形成概率。与空位团簇的级联重叠是形成<100>空位位错环的重要机制，而空位团簇的尺寸是形成<100>空位位错环的决定因素，当PKA能量足以溶解缺陷团簇时，更容易形成<100>空位位错环。与间隙团簇的级联重叠是形成<100>间隙位错环的一种可能机制，但发生概率较小。本研究有助于理解Ti-V-Ta多主元合金中辐照缺陷的形成和演化行为，促进材料抗辐照性能的评价，并为难熔高熵合金的成分设计和优化提供理论支持。
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在近几十年，量子信息物理极大地促进了量子理论的现代发展，并在通信、计算、计量等方面展现了巨大的应用前景。其理论基础之一是通用量子计算模型理论，用于描述量子信息的演化特别是其大规模的应用，也是算法和纠错码等设计的基础。本文着重从物理的角度介绍近期在通用量子计算模型上的研究，结合量子资源理论对量子信息的刻画，发展了能统一描述不同计算模型的理论框架。研究发现，结合通用性和容错性的要求，可以构建模型的分类表，它包含上百种不同的通用量子计算方案，其中多数尚未得到深入研究。本文重点讨论了在通用性方面即针对信息不同表示形式的四个家族的模型，其中一类模型是近期提出的量子冯诺依曼架构，它可以绕开在量子程序存储和量子控制单元上的不可能定理，从而构建可量子编程的计算机体系.本文也探讨了量子芯片与算法设计、量子资源与优势等问题。本研究展现了通用量子计算模型研究的丰富性和复杂性，也为量子计算机的建造和量子信息的应用提供了更多的可能。
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溶液法制备钙钛矿多晶薄膜过程中，不仅使用有毒溶剂配置前驱液，而且热处理仍是诱导钙钛矿晶粒生长的主要途径，这项工艺会增加能耗，还阻碍柔性电池的发展。为消除有毒溶剂的使用和高温处理，本文通过低温溶液加工CsPbBr3纳晶薄膜获得相应的多晶薄膜，应用到太阳电池中。首先热注入法制备CsPbBr3纳米晶(简称纳晶NC)墨汁前驱液，并采用旋涂法制备其纳晶薄膜。大气环境下，CsPbBr3纳晶薄膜经Pb(SCN)2与NH4Br乙酸甲酯饱和溶液处理制备CsPbBr3多晶薄膜，将其作为吸收层制备钙钛矿太阳电池，有效的提高了电池的性能，电池效率达到8.43%。研究表明：Pb(SCN)2与NH4Br乙酸甲酯(MA)饱和溶液不仅可以使得纳晶继续结晶生长，同时还可以有效地钝化钙钛矿薄膜中的缺陷。采用该方法制备CsPbBr3多晶薄膜过程中，既无高温处理，也无高沸点毒性溶剂的使用，同时适用于刚性和柔性电池的制备。
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近年来, 基于宇称-时间(parity-time, PT)对称的非厄密物理机制在磁谐振式无线电能传输(wireless power transfer, WPT)领域取得了显著进展. 非厄密物理不仅有效地解释了当前WPT领域基于电路理论分析的主要实验结果, 而且为进一步提升WPT器件的传输效率、距径比、鲁棒性等方面提供了全新的原理支撑. 本文主要综述了基于PT对称、高阶PT对称、高阶Anti-PT对称等条件下的高效稳定磁谐振式WPT的研究进展, 揭示了非厄密物理在该领域的独特作用机制及重要应用. 最后对非厄密物理在WPT领域的应用前景进行了展望.
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采用有限差分时域算法计算(AlxGa1–x)2O3薄膜衬底上的周期性三角晶格Al纳米孔阵列的透过率, 研究不同(AlxGa1–x)2O3衬底的Al组分x以及Al纳米孔阵列的厚度、孔径和周期对其光学传输特性的影响. 数值计算结果表明, 当x= 0时, 在263 nm和358 nm波长范围处出现两个强透射峰, 随着x的增大, 其中位于263 nm处的透射峰发生轻微蓝移, 强度则先增强后下降; 358 nm处的透射峰发生明显蓝移且不断加强. 若纳米孔阵列的周期不变, 随着空气柱孔径增大时, 紫外波段两强透射峰峰值位置分别位于244 nm和347 nm处, 两峰均先发生红移再蓝移, 透过率不断增大, 反射率减小. 随着周期扩大, 紫外波段两强透射峰分别位于249 nm和336 nm处, 两透射峰均发生明显红移, 其中249 nm处的透射峰红移至304 nm, 336 nm处的透射峰红移至417 nm, 并且透过率不断降低. 随着Al厚度的增大, 位于380 nm处的透射峰峰值位置发生蓝移, 且透过率不断下降. 本文数据集可在
https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00036
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由一个质子、一个氘核和一个电子组成的氢分子离子“HD+”是最简单的异核双原子分子, 其有着丰富的、可精确计算和测量的振转跃迁谱线. 通过HD+振转光谱实验测量和理论计算的对比, 可实现物理常数的精确确定, QED理论的检验, 并开启了超越标准模型新物理的探寻. 目前, HD+的振转跃迁频率确定的相对精度已经进入了10–12量级, 并由此获得了当前最高精度的质子电子质量比, 相对精度达到20 ppt (1 ppt = 10–12). 本文全面介绍了目前HD+振转光谱的研究现状与理论背景, 阐述了基于Be+离子协同冷却HD+分子离子的高精度振转光谱测量方法, 包括Be+离子和HD+分子离子的产生与囚禁, HD+外态冷却与内态制备, 双组份库仑晶体中HD+数目的确定, 以及HD+振转跃迁的探测. 最后, 文章展望了进一步提高频率测量精度的光谱前沿技术, 及同位素氢分子离子的振转光谱在未来研究中的发展前景.
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忆阻器是非易失性存储器和神经形态计算的优秀候选者. 电压调制作为其关键性能策略, 是获得纳瓦超低功耗、飞焦超低能耗工作的基础, 有助于打破功耗墙、突破后摩尔时代算力瓶颈. 然而基于高密度集成忆阻器阵列的类脑计算架构还需重点考虑开/关比、高速响应、保留时间和耐久性等器件稳定性参数. 因此如何在低电场下实现离子/电子的高效、稳定驱动, 构筑电压低于1 V的低电压、高性能忆阻器成为了当前实现类脑计算能效系统的关键问题. 本文综述了近年来面向类脑计算的低电压忆阻器的研究进展. 首先, 探讨了低电压忆阻器的机制, 包括电化学金属化机制和价态变化机制. 在此基础上, 系统总结了各材料体系在低电压忆阻器中的优势, 涵盖了过渡金属氧化物、二维材料和有机材料等. 进一步围绕材料工程、掺杂工程、界面工程提出了相应的低电压忆阻器实现策略, 最后, 展望了基于低电压忆阻器的类脑功能模拟及神经形态计算应用, 并对现存问题和未来研究方向进行了讨论.
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高电荷态离子(highly charged ion, HCI)的精细结构及辐射跃迁性质的精确测量不仅可以检验基本物理模型, 包括: 强场量子电动力学(quantum electrodynamics, QED)效应、电子关联效应、相对论效应、原子核效应等, 而且能够为天体物理和聚变等离子体物理提供关键原子物理参数. 相对于研究较多的类氢和类锂离子体系, 类硼离子的精细结构禁戒跃迁的相对论效应和QED效应的贡献很大, 高精度实验测量与理论计算为进一步检验多电子体系的基本物理模型提供了重要途径. 此外, 类硼离子也被认为是最佳的高电荷态离子光钟候选体系. 本文主要介绍了类硼离子基态2P3/2—2P1/2跃迁的实验和理论研究最新进展, 概述了其精细结构和超精细结构的研究现状, 并讨论了使用电子束离子阱结合高分辨光谱学实验技术开展类硼离子超精细分裂实验测量的方案, 为未来开展类硼离子超精细分裂实验研究并在更高精度上检验QED效应, 提取原子核磁化分布半径, 检验相关的核结构模型等研究提供了参考.
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在磁性原子气体中，偶极弛豫过程将系统的自旋与动能自由度耦合，从而实现体系动能向塞曼能的转化. 利用光泵浦过程，可以将偶极弛豫至高自旋态的原子重新泵浦回基态，实现持续的冷却循环，有效降低体系温度. 由于单次冷却循环中移除的能量远大于散射光子能量，这种退磁冷却方案显著提升了冷却效率并减少了原子损失. 本文通过建立结合偶极弛豫与光泵浦过程的态耦合方程，对镝原子的退磁冷却进行了理论建模与计算，研究了相关实验参数对冷却效率及冷却极限温度的影响，确定了实现镝原子玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验参数范围和技术指标要求. 结果表明，在最优实验参数下，退磁冷却可以在亚秒时间内直接制备大原子数的镝原子玻色-爱因斯坦凝聚，其冷却效率比传统蒸发冷却高一个数量级.
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量子存储是大尺度量子网络的重要组成部分，基于波导等微纳结构的可集成量子存储可以提供更好的可扩展性并实现更低的光电能耗。在众多量子存储候选介质中，151Eu3+:Y2SiO5晶体具有长达6小时的自旋相干寿命和1小时的相干光存储时间，成为长寿命存储的优异候选材料。我们通过聚焦离子束在151Eu3+:Y2SiO5晶体表面加工出三角形悬梁臂波导，波导截面的边长为2 μm，长度为20 μm。本文对三角形悬梁臂波导中的151Eu3+离子的7F0-5D0光学跃迁以及7F0基态的超精细跃迁开展了研究。结果显示，在2 μm尺度的悬梁臂波导中151Eu3+离子基本保持了和块状晶体中151Eu3+离子一致的跃迁展宽及相干寿命，可以支持量子存储任务的实现。该工作为实现纳米尺度的151Eu3+离子可集成量子存储器以及单个151Eu3+离子的探测打下基础。
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超磁致伸缩材料(GMM)的磁滞模型随着激励幅值、偏磁情况、激励频率的变化模型参数也会发生变化，现有的磁滞模型无法预测三种外部条件同时变化所带来的影响。本文通过传统Jiles-Atherton(J-A)动态模型解释磁滞损耗机理，根据运行条件和材料特性建立关系式来反应外界条件变化。针对J-A模型建立与激励幅值相关的关系式，针对剩余损耗建立起剩余损耗系数与激励幅值和偏磁情况的关系式，同时利用分数阶对系统的涡流损耗重新进行定义，从而得到修正后的磁滞模型。文中利用遗传算法对不同运行条件下的试验数据进行模型参数辨识，根据模型参数以及运行条件得到相应的修正系数。通过模型的仿真情况，验证了修正后模型的精度，分析了涡流和剩余损耗的影响因素以及对模型预测的影响；通过对磁滞模型进行评估，对比了磁滞曲线与磁滞损耗的误差情况。结果表明，修正后的模型能够对不同的激励进行高精度预测，低频时忽略动态损耗会造成较大误差，且涡流和剩余损耗对磁滞模型精度具有较大影响，在对具体磁滞情况进行分析时利用磁滞曲线进行评估更为准确。
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先进的振动控制技术在航空航天及船舶领域具有广泛需求。当前，大多数系统的吸振与隔振设计分离，且现有隔振设计难以有效增强低频线谱隔离。因此，本文针对典型欧拉梁，提出了一种吸隔振一体化设计方法。基于声学超材料的带隙波阻原理，研究了振动在横向和纵向的传播特性及其协同调节规律。结果表明，通过使用波阻隔振器实现多种模态的吸振和隔振，无需额外结构即可高效控制低频和宽带振动。在横向通路中，引入局域共振带隙显著提高了低频隔振效果；在纵向通路中，除了近零及Bragg带隙外，波阻隔振器还能产生多种带隙，实现了低频宽带吸振。研究显示，通过叠加纵向与横向带隙可达成100 Hz内87.3%的带隙占比。采用有限元法验证了解析结果的准确性。研究结果为复杂梁、板、管路、框架等结构的吸隔振一体化设计提供了可行思路。
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