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- Vol.73 No.19
2024年10月05日
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多室神经元的精细结构能够同时捕捉时空特性, 具有丰富的响应和内在机理. 本研究基于Pinsky-Rinzel两室神经元模型, 提出多室神经元通道阻塞与噪声对神经元响应状态影响的分析方法. 首先, 钙离子(Ca2+)浓度影响神经递质释放的概率, 对多室神经元的节律性放电具有关键作用, 因此特别引入Ca2+通道阻塞, 构建带离子通道阻塞的多室神经元模型. 其次推导跃迁矩阵等核心参数构建Pinsky-Rinzel神经元Conductance噪声模型, 并与Subunit噪声模型对比. 最终, 通过单参数Hopf分岔解释各个离子通道阻塞下的动力学过程; 双参数分岔显示钾离子(K+)的Hopf节点随输入电流呈近似线性递增关系, 而钠离子(Na+)则近似为线性下降和指数上升两阶段; 通过变异系数等指标发现K+适度阻塞促进放电, Na+阻塞抑制放电, Ca2+阻塞总体上促进放电的特性. 另外, 在低于阈值信号刺激时, 两种噪声模型均产生随机共振, Conductance模型表现出更强的编码能力. 本研究揭示了离子通道阻塞与噪声在神经信号传递中的复杂机制, 为研究神经信息编码提供新的视角和工具.
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目前, 基于工业铂电阻的高精度数字温度计已成为当下热门研究方向, 但受材料和制作工艺的影响, 其测量精度相对一般, 且随使用年限的增加, 出现阻值漂移导致测温偏差在所难免. 温度修正算法是提高数字温度计测量精度的有效方法, 传统的补偿函数修正算法修正效果良好, 但无法解决阻值漂移等问题; 分段线性修正算法原理简单、易于实现, 但需多点测温, 且在面对温度修正曲线非线性变化时, 限制了修正准确度和普适性. 因此, 本文提出了一种基于伪逆法的温度修正曲线重建算法. 该方法利用原始标定数据和多个特征温度点建立重建矩阵. 在实际使用中, 通过待重建的特征温度点便能重建完整的温度修正曲线, 并将重建的温度修正曲线自动纳入样本库中, 从而提高样本的多样性和算法的修正精度. 实验结果表明, 该算法在面对温度修正曲线非线性变化和漂移时, 具有更好的修正效果, 且仅需采集4个特征温度点便能较好地重建完整的温度修正曲线. 因此, 该算法可以为提高数字温度计测量精度提供有效的支撑.
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GeTe属于硫系相变材料中的一种, 利用热致相变特性可以动态实现低电阻率的晶态与高电阻率的非晶态之间可逆切换, 是忆阻器和非易失射频开关领域的重要功能材料. 本文以面向射频开关应用为出发点, 重点对磁控溅射制备的GeTe薄膜进行电性能优化研究. 通过综合分析衬底材料、溅射条件以及退火条件等因素对晶态GeTe薄膜电阻率的影响, 探索出低电阻率GeTe薄膜的有效制备条件. 结果表明, 制备的GeTe薄膜最低晶态电阻率达到3.6×10–6Ω·m, 电阻比大于106. 此外, 基于规则的方形薄膜切片, 构建了一款零静态功耗并联型毫米波开关, 在1—40 GHz频带内, 插损小于2.4 dB, 隔离度大于19 dB, 展示了GeTe薄膜在宽带高性能分立式非易失射频开关领域的应用潜力.
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合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源, 计划于2028年投入运行, 凭借其高亮度和高相干性X射线, 将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈, 为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息. 本文介绍了合肥先进光源的主要科学目标和技术优势, 重点阐述了角分辨光电子能谱、磁圆二色、相干X射线散射和相干X射线成像等核心技术在量子材料和关联电子系统研究中的应用前景. 这些技术将能精细解析电子/自旋/轨道态的分布和动力学过程, 揭示各种新奇量子现象, 以及关联电子体系中各种序参量的涨落. 合肥先进光源的建成将为解码复杂量子态和非平衡演化行为提供先进的技术支持, 最终推动量子材料和关联电子系统在能源、信息等前沿领域的应用.
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共晶是一种分子层次调控材料物化性质的高效方法, 然而目前共晶复杂体系结构与宏观性质间关系一直难以得到深入理解. 本文依据太赫兹光谱可激发晶体内弱作用的优势, 以CL-20/MTNP共晶为对象开展了太赫兹振动光谱研究. 首先, 测量CL-20、MTNP和共晶CL-20/MTNP的太赫兹吸收光谱. 其次, 分析了基于密度泛函理论的振动计算方法, 获得了3种物质太赫兹频段振动特性, 对吸收光谱进行振动匹配. 最后, 采用振动分解方法将晶体分子的整体振动分解为分子间和分子内振动. 在此基础上, 分析了共晶前后振动变化规律. 结果表明: 共晶后新形成的弱相互作用由CL-20分子主导, 同时MTNP分子主要通过3个硝基与CL-20分子交互作用. 本文的研究结论为共晶热性质提供了微观解析.
2024, 73 (19): 193601.
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稀土掺杂硼团簇因其特殊的光学, 电学和磁学性质受到广泛关注. 本文采用人工蜂群算法结合密度泛函理论, 在PBE0/RE/SDD//B/6-311+G*水平下研究了稀土掺杂阴离子硼团簇
$ {\text{REB}}_n^ - $
(RE = La, Sc;n= 6, 8) 的几何结构、电子性质、稳定性和芳香性. 计算结果表明, 阴离子
$ {\text{REB}}_n^ - $
(RE = La, Sc;n= 6) 的基态结构具有C2对称性, 掺杂的镧系原子位于顶部中心形成“船形”结构. 通过与实验光电子能谱的比较, 证实
$ {\text{LaB}}_{8}^ - $
的基态结构类似于三维的“筝形”结构, 而
$ {\text{ScB}}_{8}^ - $
的基态结构则是Sc原子位于“伞柄”处形成的具有C7V对称性的“伞状”结构. B—B之间存在通过共享电子对的相互作用, 而RE—B之间的电子定域性不如B—B之间的电子定域性. 模拟得出的光电子能谱峰值位置与实验结果的吻合度较高, 充分证实了研究获取的全局能量最低结构与实验观测结构的一致性.
$ {\text{LaB}}_{6}^ - $
和
$ {\text{ScB}}_{6}^ - $
的最低能量结构均为σ-π双芳香簇, 表现出明显的芳香性. 此外, 分别计算了
$ {\text{REB}}_n^ - $
(RE = La, Sc;n= 6, 8)的总态密度, 以及RE原子和硼簇的局部态密度, 并对其轨道能级密度进行了评估. 开壳层的
$ {\text{ScB}}_{8}^ - $
态密度谱呈现出自旋极化现象, 这表明其作为基元可以组装成具有磁性的纳米材料. 这些对稀土掺杂硼团簇的研究有助于深入理解纳米材料的结构和性质演变规律, 为设计具有实际价值的纳米材料提供了重要的理论支持.
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自由电子激光(free electron laser, FEL)凭借高相干性、高亮度、覆盖远红外至X射线波段的连续可调性, 在基础科学研究、新材料、新能源、生物医学、环境监测等众多领域有着广泛的应用前景. 特别是X射线自由电子激光(X-ray free-electron laser, XFEL)以其独特的超高亮度、超短脉冲、极好相干性, 强力地推动了超快X射线散射和超快光谱学领域的发展. 基于XFEL的超快散射技术不仅实现了对晶格动力学、电荷和自旋序的超快时间和动量分辨研究, 还能够测量大动量转移范围的声子色散. 将基于XFEL的超快散射与光谱学手段相结合, 有望同时测量元激发能态变化及其相关的原子或序结构变化. 基于XFEL的光谱学正尝试充分利用自放大自发辐射模式(self amplified spontaneous emission, SASE)的全带宽, 以减少脉冲延展, 最终实现时间和能量分辨接近傅里叶变换极限的光谱测量. 基于XFEL的非线性光学技术为探测元激发开辟了新途径, 正在发展的新方法有望为探索表面和界面过程、手性、纳米尺度传输提供独特的机会, 并实现多维度芯能级光谱学.
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随着超快科学和阿秒脉冲技术的发展, 基于孤立阿秒脉冲的泵浦-探测系统由于能实现对电子动力学的时间分辨测量, 已成为人们开展阿秒超快过程研究不可或缺的关键技术. 但要获得稳定可靠的泵浦-探测信号, 需要保证泵浦与探测光之间阿秒级的高精度同步, 较大的抖动将会导致信号产生弥散、甚至被淹埋在噪声中, 从而无法获得真实的物理图像. 由于阿秒脉冲从产生到应用终端之间的距离通常较长, 要实现阿秒时间分辨, 就必须对阿秒光脉冲与泵浦光进行阿秒量级的延时锁定. 针对这一问题, 本文发展了一种新型的双层光路系统, 通过对获得的干涉条纹进行快速傅里叶变换, 将获得的时间抖动量反馈给压电平移台实时补偿光程漂移, 实现了泵浦光与探测光之间阿秒量级的同步锁定. 应用该方案到光路长度从1—10 m的阿秒泵浦探测系统, 得到了锁定精度分别从7.64—31.76 as的结果, 分析表明系统延时误差与距离呈严格的线性关系, 决定数R2= 0.96. 本研究工作表明, 使用小型干涉仪可实现对大科学装置中长距离阿秒泵浦探测系统的锁定精度进行快速检测, 这对如非共线阿秒条纹相机、时间分辨光电子能谱仪、相干合成等应用具有一定的参考意义.
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当超强激光斜入射辐照固体时, 预脉冲会先将固体表面等离子体化, 随后主脉冲将与等离子体相互作用并最终被等离子体反射. 同时, 等离子体中的部分电子将锁定在激光场的加速位相, 随后在激光场中获得有效加速, 该过程被称为锁相电子加速. 由于目前超强激光的电场强度已接近TV/m量级, 因此如果电子在激光场加速位相中停留足够长的时间, 便有可能获得百GeV甚至TeV量级的能量. 本文针对现有的超强激光参数, 通过单电子动力学模型, 对锁相机制中电子在激光场的加速过程展开系统研究. 研究结果表明, 峰值功率为10 PW量级的强激光可将电子直接加速至30 GeV左右. 本研究还给出了锁相加速机制中锁相电子的远场能量角分布, 以及最终能量等与激光场强度的定标关系. 考虑到激光强度的不断提高并且激光锁相电子加速机制也适用于正电子加速, 因此本研究结果将有望应用于小型化正负电子对撞机及高能伽马射线源等领域.
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