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[硕士论文] 王康
物理学 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:空间的非对易性是当前理论物理研究的热点问题之一。已有的研究表明,非对易性会破坏洛伦兹不变性,因为在非对易空间中,电磁波沿着不同方向传播的速度不同,在特定的方向的传播速度会大于真空中的光速。从量子力学的角度看,已有的研究仅仅涉及到静止质量为零的粒子—光子,对于非对易空间中具有静止质量的粒子是否会破坏洛伦兹对称性尚未涉及,本论文在此方面做一些探索。
  判断洛伦兹不变性是否被破坏,可以通过考查粒子的运动速度是否超过真空中的光速。在本论文中,我们以相对论性Dirac方程和Duffin-Kemmer-Petiau(DKP)方程为出发点,分别研究具有静止质量自旋为1/2,0和1的带电粒子与磁场耦合时波包在普通空间和非对易空间中的运动速度问题。我们首先分别在普通空间和非对易空间中精确求解了由Dirac方程和DKP方程描述的自旋为1/2和0,1的带电粒子与磁场的相互作用模型。在此基础上,我们研究了粒子波包在空间中的运动速度。我们的研究表明,对于普通空间中的粒子,相对论性粒子的波包运动速度都不可能超过真空中的光速,该结论的正确性与粒子的自旋和磁场的强度无关。但是在非对易空间中,当磁场足够强时,粒子的波包在非对易空间中运动的速度可以超过光速。这意味着,对于具有静止质量的相对论性粒子,空间的非对易性也会破坏洛伦兹不变性。
  因此,我们的研究不仅丰富了对空间非对易性破坏洛伦兹不变性的研究,也为类似的的研究提供了可借鉴的方法。
[硕士论文] 张禹斐
物理学 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:电子回旋脉塞(ECM)是一种基于电子回旋谐振受激辐射,从而实现电磁波放大的高功率微波放大原理。ECM设备在毫米和亚毫米波的电磁频谱领域已有很多应用,如:聚变等离子体加热、先进的雷达、工业加工、材料特性、粒子加速、跟踪空间目标。虽然ECM具有广泛的应用前景,但同时也面临着自己的问题,如能量转换效率太低,器件体积太大等问题。本文在大信号近似下,对于基于反常多普勒效应的慢波ECM,提出一种可以大幅提高其能量转换效率的方案。通过引入渐变引导磁场和渐变折射率介质,可以将电子与电磁场之间的共振维持更长的时间,从而达到更高的能量转换效率。数值计算表明,渐变引导磁场和渐变折射率的同时调制要比其中任一单独调制对效率的增幅要高,可以在更短时间内达到更高效率。此外,该方案在太赫兹波段和电子注轴向速度离散的情况下对能量转换效率也有很大的提高。
[硕士论文] 李玉书
固体力学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:基于有限元法,提出了一种新的非迭代反演算法,用于识别多维稳态热传导问题中的边界条件和边界几何形状。
  边界温度反演过程分为两步。第一步,根据真实的边界条件计算热传导正问题,得到测点温度。第二步,通过最小二乘法最小化测点温度的精确值和估计值,建立包含未知边界温度的目标方程组,求解该方程组得到反演结果。当未知的边界条件为热流时,在反演得到相应边界上的温度后,通过将整体平衡方程进行矩阵变换,得到包含未知热流的目标方程组,该方程组的求解结果即为边界上热流的反演结果。
  边界几何形状反演过程分为三步。第一步,根据真实的边界几何形状计算正问题,获得测点温度。第二步,在真实域中引入一个虚边界,虚边界与真实域中已知的边界形状组成虚域。在虚域中,通过最小二乘法最小化测点温度的精确值和估计值,获得包含虚边界温度的目标方程组,求解得到虚边界的温度。第三步,计算热传导正问题获得虚域的温度,在虚域中搜索与待识别边界上温度相同的等温线(二维)或等温面(三维),搜索出来的几何形状即为反演结果。
  在边界条件和边界几何形状识别过程中,没有迭代计算,因此也避免了几何形状识别问题中的网格重构问题。与迭代算法相比,本反演方法具有反演过程简洁、计算效率高的优势。本算法结合奇异值分解法和吉洪诺夫正则化方法处理反演过程中出现的不适定问题。通过奇异值分解法将病态矩阵进行分解,达到矩阵求逆等目的。吉洪诺夫正则化方法能够很好的求解病态方程组,在保证求解结果具有较高精度的同时,还能保证反演结果的稳定性,确保算法具有一定的抗噪能力。
  算例验证了该反演算法的精度性和稳定性。其中,在二维边界条件和边界几何形状识别算例中,分别考虑了测量误差、测点数量、测点位置对反演结果的影响。另外,对于边界几何形状识别问题,又分析了虚边界对反演结果的影响。在三维边界条件和边界几何形状识别算例中,分别考虑了测量误差对反演结果的影响。反演结果表明,在不同的因素影响下,本反演算法都具有较高的精确度和稳定性。
[硕士论文] 徐冉
光学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:物理学里,能量转移过程是指在激发态的分子向基态弛豫的过程中,能量传递到另一个分子,使另一个分子从基态跃迁到激发态。而在能量转移机制中,最主要的两个机制是共振机制和电子交换机制,其中共振机制又被称为F(O)STER机制。F(O)STER型共振激发能量转移理论是一种重要的理论,在许多科研领域都有涉及,尤其是在生物领域有着很重要的地位。
  本篇论文主要是对量子点-有机染料混合体系中的能量转移过程进行研究。作为新兴材制,量子点以其独有的特性,备受科学家们的青睐。从能量状态上来说,量子点的结构类似于原子的分离能级结构,从性能上来说,波长可以调节,荧光效率高,稳定性强,这些特点使其成为当下研究的热点。卟啉和罗丹明B是两种传统的有机染料,可以将其制成既能与大分子选择性结合又能部分地进入细胞特定位置的荧光染料,在物理和生化分析领域中已有120余年的应用历史。
  本文使用以飞秒脉冲作为激发光源,搭建稳态和飞秒时间分辨吸收光谱探测系统,以非水溶性四苯基卟啉为能量受体,CdSe/ZnS核壳量子点为能量给体,构建复合材料体系,对二者间的能量转移特性进行研究。结果表明,给体的荧光强度会随着受体浓度的增加而逐渐减弱。二者之间的能量转移类型为非辐射型能量转移。
  本篇文章,利用CdTe/CdS/ZnS核壳量子点为能量给体,罗丹明B为能量受体,对两者的混合水溶液体系间发生的荧光共振能量转移进行研究。以飞秒脉冲激光作为激发光源,获得时间分辨吸收光谱,实验发现,瞬态吸收信号上升与罗丹明B受体浓度之间存在明显的正相关性,随着受体浓度增加荧光共振能量转移的效率升高。理论分析表明,二者之间的能量传递机制是F(O)STER机制。
[博士论文] 李杰
物理学;凝聚态物理 东南大学 2017(学位年度)
摘要:经典的电磁多极展开式可以分解为电多极和磁多极两大类,主要包括偶极、四极和八极等等。然而,事实证明,该理论并不完整。于是,在1957年,为了解释原子和核物理中弱相互作用的宇称破缺问题,Zel'dovich教授首次提出了一个新的物理概念:磁环偶极矩(toroidal dipole moment),这一概念的提出,不仅解决了之前许多电磁学领域难以解释的问题,也使得电磁理论更加完善。磁环偶极矩是电流在一个甜甜圈式的圆环面上沿中线流动而产生的,磁场呈现首尾相接的涡旋分布,极大地增强了近场局域。但是,相较于经典的电磁多极,磁环偶极矩与自由空间的耦合很微弱,致使人们很难观测到它。因此,随着环形特异介质的出现,将磁环偶极矩与特异介质结合起来,抑制经典电磁多极共振的同时极大地增强了磁环偶极共振。近几年,环形特异介质这一有趣的课题吸引了越来越广泛的关注。在本论文中,基于前人研究的基础上,我们进一步深入探讨了磁环偶极矩的光学特性以及其引起的一些新的光学效应,整个思路框架如下:
  第一章,阐述了研究背景。首先,环形矩的提出、产生机制与光学特性;然后,环形特异介质的提出以及近些年来的发展过程。
  第二章,简单阐述了相关的理论基础以及计算方法。首先,色散理论:Drude模型和Lorentz模型;其次,电磁场数值分析方法:有限元法和时域有限差分法;电磁仿真软件:CST Microwave Studio和HFSS。
  第三章,探讨了有孔金属圆盘特异结构中几何参数以及电磁波入射角度对磁环偶极共振的影响,并利用LC电路模型进行分析。
  第四章,通过磁环偶极共振来操控偶极激发源的远场辐射并探讨了其耦合机制,促进了光与物质相互作用等方面的发展。
  第五章,将增益材料嵌入到有孔金属圆盘特异结构中,研究增益材料对偶极激发源超辐射强度的影响,在操控光与物质相互作用方面将有所应用。
  第六章,通过磁环偶极共振与电偶极共振相互耦合,产生了类电磁诱导透明现象;通过调节几何参数,两者的不对称耦合则会产生双带的类电磁诱导透明现象。在传感应用方面,提供了新的实现途径。
  第七章,为了避免金属的欧姆损耗,提出了具有高介电常数的钽酸锂介质微管,研究几何参数对磁环偶极共振频率、场热点(Hotspot)以及品质因数的影响,并探讨了其产生的物理机制。
  第八章,提出深度不对称金属圆槽特异结构,实现了电磁波正入射下的磁环偶极共振,讨论了其产生物理机制;着重讨论了由磁环偶极共振引起的场热点和完美吸收光学效应。
  第九章,全文总结及展望。
[博士论文] 吴腾飞
光学工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:由于介质内部(如生物组织、云雾等)或表面(如毛玻璃、粗糙墙面等)折射率分布不均匀,光波在透过介质内部传输或与其表面发生相互作用时会出现强散射,因此传统光学成像系统只能接收到由于散射光之间干涉而形成的散斑,而无法通过直接观测获得隐藏在散射介质之后的目标信息。通过控制光场分布,波前调制技术能够有效地克服介质的散射作用,从而实现透过散射介质聚焦或成像的目的。然而,现有的波前调制技术存在不可避免的限制。首先,波前调制技术需要复杂的反馈调制或校准过程(即:测量光学系统的传输矩阵),这些耗时且复杂的过程使得波前调制技术暂时无法应用于透过动态散射介质的成像中,如生物医学成像中的应用等;其次,波前调制技术的实现需要使用参考点,因而需要侵入散射体内部或后方,因此不适用于实际应用的需求。
  早在1988年,科研人员就发现厚度较薄的散射介质具有光学记忆效应,即:入射光在某一角度范围内扫描时,所产生的散斑强度分布具有高度的相关性,即:散斑结构不会发生明显变化,仅会随扫描方向而产生整体的相对位移。近年来,科研人员利用散射介质的光学记忆效应,提出了具有非侵入特性的散射成像方法,并且通过进一步研究,验证了基于光学记忆效应的散射成像方法还能够具有非常高的时间分辨率。尽管现有方法已能够实现透过动态散射介质的非侵入式成像,但是依然有三方面问题亟待解决:i)现有方法采用相位恢复算法重建散斑、恢复相位信息,但是相位恢复算法本身的局限性使得其无法高效地获取准确的目标相位信息;ii)现有方法基于大量散斑颗粒的统计特性,需要充分抑制重建过程中的统计噪声,因而在该过程中散射成像系统点扩散函数的影响被消除了,然而这同时决定了无法通过现有方法获得系统的点扩散函数。对于光学系统而言,点扩散函数常常是非常重要的信息;iii)现有基于光学记忆效应的散射成像方法的空间分辨率由光学系统本身决定,对高于系统衍射极限的频率信息无法分辨。对于现有非侵入式散射成像方法存在的不足,本文主要做了以下针对性的研究工作:
  (1)利用强度目标的自相关能够反映目标强度分布的特点,验证了基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法具有对灰度目标成像的能力,拓展了散斑自相关成像方法的应用范围。同时,利用散射光具有的多方向性以及随机性,验证了光学系统中的散射介质作为“散射透镜”使用时,相较于传统成像透镜来说,能够更好地克服光路中不透光遮挡物的影响,实现对目标的成像;
  (2)提出了基于双谱分析的非侵入式散斑成像方法,通过数值仿真与实验验证,表明了从单帧散斑中能够同时获取隐藏在散射介质后方目标的傅里叶幅值信息以及傅里叶相位信息。在该方法中,傅里叶幅值信息与傅里叶相位信息分别通过计算单帧散斑的自相关以及对单帧散斑进行双谱分析来获取,二者相互独立,不会相互影响。相较于使用相位恢复算法,通过计算散斑的双谱能够获得更准确的目标相位信息,进而能够更准确地恢复目标结构,比如获得目标的方向等;同时,该方法中的相位提取过程是确定性的,不需要多次重复与迭代;最后,该方法具有更好的抗噪性;
  (3)提出了基于相位多样性的非侵入式多帧散斑成像方法。通过具体的数值仿真和实验验证,表明了该方法在观测隐藏目标的同时,还可以无参考地获取散射成像系统的点扩散函数。其优势在于:首先,由于该方法不是基于大量散射颗粒的统计平均,因此仅需要多帧散斑的一小块区域,就能够恢复隐藏目标的信息;其次,一旦能够获取系统的点扩散函数,如果需要对其他隐藏目标成像,能够直接通过简单的去卷积方法从散斑中恢复出隐藏目标,而不需要重复原来的成像过程或使用其他复杂的成像方法;
  (4)提出了基于散斑照明的多帧散斑超分辨率散射成像方法。光学系统的成像分辨率由系统的衍射极限决定,现有基于光学记忆效应的散射成像方法能够达到的最高分辨率为系统的衍射极限,因此无法获取隐藏目标更高频率的信息。本文所提出的方法利用散斑照明的思想,通过计算多帧散斑的高阶累积,最终理论上能够使系统的成像分辨率提升为原有的√n倍,n为所计算的高阶累积的阶数。计算系统的高阶累积还能够有效地抑制部分光学散斑,同时提升散斑颗粒之间的对比度,最终能够实现一种基于散斑背景抑制的成像方法,该方法的优势在于不需要对散斑进行重建,就能够获得隐藏目标的信息。
[博士论文] 徐欢
凝聚态物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:第一章
  固体的光学性质作为材料的重要基本物理性质之一,一直是各个尺度材料性质的研究热点。固体的光学常数,一方面反映了材料对外界宏观电场的响应,联结了外场E和局域电场Eloc的数学关系。另一方面,固体光学常数在不同波段的响应特性包含了固体丰富的微观量子态信息,比如作用于红外区间的光子-声子、电子-电子声子相互作用,可见光波段到真空紫外波段的带内跃迁、带间跃迁、激子激发以及等离激元激发,以及更高的x-ray范围反应原子内壳层结构的电离过程。实验上,不管是宏观上研究材料的极化性质,还是微观上将材料中处于低能级(带)的电子激发到更高能级(带),我们既可以采用光子也可以采用电子作为探针研究材料的光学常数。本章我们从基本的电磁理论出发,介绍了光学常数相关的基本理论并推导了光子和电子入射材料所对应的材料介电函数之间的关系。在此基础上我们介绍了目前基于光子和电子的光学常数测量现状、评价方法。最后我们重点介绍了反射电子能谱法测量光学常数的研究现状,提出了本论文的研究动机。
  第二章
  本章介绍了电子在材料中的散射理论以及常用的电子能谱解谱方法。这主要包括电子的弹性和非弹性散射理论、电子多重散射表述方法以及需要用到的全局优化算法。电子能谱实验中,电子在材料中经历从入射材料到最终被接收器收集的过程包含了非常复杂的相互作用类型。对于快电子而言,这些作用类型包含了(1)对材料原子核以及核外屏蔽电子云构成的离子实的弹性散射,此类作用源于运动电子在离子实库伦作用下的运动方向的偏转。在这部分内容中,我们介绍了弹性散射的常用模型,如著名的屏蔽卢瑟福散射截面和准确的Mort截面。(2)电子与原子核外电子的相互作用,包括两类常见的激发类型,即单电子激发和集体激发过程。对于非弹性散射,我们首先介绍了关于电子能量损失函数的full-Penn方法、单极近似方法以及Ritchie和Howie的介电函数模型。然后,我们给出了无限大材料和半无限大材料的非弹性散射截面公式和推导过程。强调了实际样品中的表面激发贡献。除此以外,本章还介绍了目前主要的几个从反射电子能谱中提取光学常数的模型,包括Tougaard-Chorkendorff方法extended-Landau方法Werner双级数卷积方法Yubero方法。最后我们介绍逆Monte Carlo(Reverse Monte Carlo,RMC)方法中的Monte Carlo方法和全局优化算法。
  第三章
  电子在材料中的非弹性散射过程对于基于表面电子能谱技术的表面分析方法(如x射线光电子谱XPS和俄歇电子能谱AES)具有关键的作用。我们知道,电子和材料的非弹性散射和材料的能量损失函数(Energy Loss Function,ELF)之间有着密切的联系。对于无限大介质,ELF和电子在材料中非弹性散射概率成正比,它决定了电子发生非弹性散射的能量损失分布和非弹性散射角分布。电子的能量损失函数Im[-1/ε(ω,q)]是能量损失(h)ω和动量转移(h)q的双变量函数,它本质上来自于材料能带中各种激发态的概率统计,因而表征了材料对电子的非弹性散射性质。在第一章中我们证明了光学能量损失函数和电子能量损失函数在hq=0情况下的等价性,对于动量转移不为零的情况,需要采用合适的介电函数模型外推光学能量损失函数。在本章中我们根据Ritchie和Howie提出的方法,采用有限个Drude-Lindhard振子拟合了26种材料的实验测量的光学能量损失函数Im[-1/ε(ω)],而后外推到电子能量损失函数Im[-1/ε(ω,q)]。在本章的内容中,我们通过挑选合适的实验测量数据获得了26种材料的能量损失函数,利用求和规则对它们的准确性作出了评价。在此基础上我们拟合了26种材料的Drude-Linhard振子参数数据库,以便于表面电子能谱领域的研究。最后作为一个应用Drude-Linhard振子参数的例子,们给出了Ag的反射电子能量损失谱(Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy,REELS)谱的模拟。
  第四章
  本章我们主要介绍了RMC方法的原理并通过对多个过渡金属材料的应用证实了其准确、可靠的应用效果。在对Fe材料的应用中,我们获得了Fe材料在1000 eV,2000 eV和3000 eV的能量损失函数,证实了RMC方法获得的材料能量损失函数是与电子的入射能量无关的,从而满足理论上的自洽性。之后我们通过与文献中结果的对比发现RMC方法得到的能量损失函数在很大范围内和文献中DFT的计算结果、Palik的光学测量数据以及Henke的X射线吸收测量完全吻合。我们还获得了Fe材料在0-3000 eV区间的电子非弹性散射平均自由程,以此修正了著名的Tanuma-Powell-Penn(TPP-2M)公式的错误结果。另外,通过RMC方法对Ni材料的反射电子能谱的应用,我们得到了Ni的能量损失函数、光学常数以及介电函数。通过于Wemer解析方法的系统对比研究,我们指出了Werner方法得到的结果的不准确性。最后,我们基于Cr、Co、Pd三个材料在三个能量下的实验REELS谱,求解了他们的能量损失函数,发现RMC方法具有很好的普适性。通过对每种材料结果的细致分析,我们指出了Palik的能量损失函数不正确的一个重要来源是折射率测量的不准确性。
  第五章
  在本章的内容中,我们回顾了镧系材料广泛的应用场景和与之不相称的甚少的光学常数数据。由于其活泼的化学性质,Sm的光学测量非常困难,需要通过一系列的手段保证Sm样品在测量过程中的纯净性。我们发展的RMC方法正符合这样的测量特性,本章介绍了我们首次测量的Sm的光学常数在0-100 eV完整区间的光学常数。我们采用Sm在1000 eV和2000 eV的实验能谱,通过RMC方法得到了相应能量下的两个能量损失函数。我们发现,这两个能量损失函数在36-60 eV区间表现出了较大的差异性。通过求和规则的计算,我们证实了1000eV REELS谱测量结果的准确性。对于2000 eV能谱测量结果存在较大误差的原因,我们认为可能是能谱中参杂了少量氧原子激发的贡献。最后我们对比了文献中不多的Sm的光学数据,以此佐证了我们所测量的Sm光学数据的合理性。
  第六章
  石墨烯是一种由sp2杂化碳原子构成的单原子厚度的蜂巢结构的大分子。自2004年发现以来,由于它诸多独特的量子性质,石墨烯吸引了世界范围内科学界的广泛关注。本章我们针对单层石墨烯-块状Ir衬底的样品所测量得到的200 eV、500 eV和2000 eV的反射电子能量损失谱,通过能谱分析,发现200 eV和500 eV的能谱中具有更加明显的石墨烯电子激发特征结构。于是我们通过构建真空-单层石墨烯-块状衬底的三相样品的的非弹性散射截面模型,结合Monte Carlo方法模拟了真空-单层石墨烯-块状Ir衬底的反射电子能谱。最后我们对模拟能谱和实验能谱进行了比较,并认识到从当前的模型出发具有获得石墨烯在很宽范围内光学性质和介电响应性质的可能性。
[博士论文] 邹艳波
凝聚态物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:二次电子信号的出射在科学技术领域都有着重要的价值,作为扫描电子显微镜最常用的成像模式,能够反应电子束轰击范围内原位的材料以及形貌信息。二次电子极易受到实验条件以及材料变化的影响,由此可以利用其得到多种实验可观测的衬度,这使得二次电子在更多的领域得到应用,例如二次电子产额用于薄膜材料层厚的估计,环境扫描电子显微镜用于生物样品的观测等。二次电子的发展期待着可以成为更多领域的表征工具,实现这一目标依赖于二次电子实验观测与理论模拟的紧密结合。基于上述研究背景,本论文关注二次电子实验测量的发展,在二次电子模拟计算方面开展了以下几项工作:
  首先介绍了扫描电子显微镜的发展,及二次电子成像的实验观测,概述了二次电子产生过程的理论描述以及数值模拟方法。(第1章)
  本文的工作是基于电子-固体相互作用的理论以及所构建的Monte Carlo模型,并结合二次电子级联处理方法来得到研究结果。电子从样品表面入射,与材料内原子及电子发生一系列的弹性或非弹性散射,输运过程中弹性散射使用更加准确的相对论Mott微分散射截面描述;基于介电函数理论描述电子在材料内的非弹性散射事件,采用full Penn算法从实验测量光学能量损失函数扩展到动量依赖的能量损失函数,并计算得到非弹性散射截面和非弹性散射平均自由程,进而计算得到二次电子信号的产额、成像衬度等。(第2章)
  出射信号的表面灵敏性是表面分析技术中的一个重要问题。二次电子由于出射过程中级联现象的存在,使得平均逸出深度的定义更加复杂,传统的逸出深度的计算是由非弹性散射平均自由程或最大逃脱深度粗略的估计得到,这个定义掩盖了二次电子激发和发射两个不同的过程。本文的研究中,我们引入激发深度分布函数,发射深度分布函数,和深度分布函数来定义二次电子的逸出深度。计算了C、Al、Si、Cu、Pt、Ag和Au几种基本元素固体材料的平均逸出深。不同实验条件的计算和精确的平均逸出深度的定义弥补了其在实验测量上的困难。二次电子逸出在浅表面的次纳米区域,因此它们的逃逸深度比预期的更加局域。(第3章)
  关键尺寸测量一直是纳米级精确测量领域最具挑战的问题之一,关键尺寸控制的价值是随着尺寸的减半而翻倍增加。CD-SEM是工业上广泛使用的关键尺寸测量工具。然而受二次电子信号边缘效应的限制,边缘探测算法显著影响关键尺寸测量的稳定性以及精度。依据模型数据库(MBL)的二次电子信号数据分析方法遵循测量的物理原理,使用收集到的所有信息,已经被证明优于任意阈值以及其它经验的方法。MBL方法相对于传统的阈值方法来说实现比较复杂。这一章中我们细致研究了MBL方法用于关键尺寸测量,给出了完整的数据库模拟过程。构建了Au元素样品的数据库,并基于该数据库,使用实验条件与之匹配的测量CD-SEM二次电子像进行关键尺寸的测量。通过MBL方法测量得到的关键尺寸不只是线宽的单一值,而是扩展到3D形貌的探测。这项研究工作的主要目标是MBL方法用于关键尺寸测量的标准化。本项研究考虑了MBL方法 用于关键尺寸测量标准化过程的诸多细节问题,最终形成了标准草案,并提交国际标准化组织微束分析技术委员会(ISO/TC202),2016年6月2日“Method for Evaluating Critical Dimensions by CD-SEM”通过投票立项为国际标准(ISO/AWI21466 (ISO/TC202/SC4)),预计2019年6月2日发布。(第4章)
  二次电子信号产生过程涉及电子在材料内部的输运、激发以及散射过程,二次电子出射强度依赖于目标材料更大的深度。如果激发电子在穿越材料内部的过程中有另外一种物质,那么即使在化学成分均匀的表面上,二次电子强度也会发生变化。基于二次电子出射与样品层结构之间的关系的实验观测结果,我们研究了均匀表面但是具有深度上不均匀性样品的二次电子出射问题。我们构建了更为复杂的多层结构样品,层元素为Ni-C交替,Si衬底,并改变层结构以及顶层厚度,逐次计算样品表面出射二次电子产额。二次电子产额受层结构以及顶层厚度的影响,理论模拟与实验观测结果比较,整体变化趋势符合的较好。我们从二次电子信号产生过程解释了厚度衬度的原因。(第5章)
  二次电子模拟工作值得关注的另一个问题是环境状态的下二次电子像模拟及衬度机制的解释。环境扫描电子显微镜(ESEM)区别于传统的SEM,可以观察样品的“原生”表面。对于生物样品、含水样品等不需要脱水和导电处理,可在自然的状态下直接观察二次电子像。二次电子及易受到实验条件及材料变化的影响,由此可以利用其得到多种实验可观测的衬度。不同环境下定量的ESEM图像衬度模拟有助于实验二次电子像衬度的解析。参照ESEM环境样品室,构建了石墨烯窗口、液态水介质、Au元素样品的结构,并模拟其二次电子出射。计算复杂环境下出射二次电子产额对入射电子能量的依赖,以及液态水介质层的厚度、Au样品的厚度对出射产额的影响。(第6章)。
[博士论文] 张大地
物理化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:本论文专注于消除密度泛函理论中交换相关近似泛函的离域化误差,以提高分子和固体能隙的计算精度。占据与非占据轨道之间的能级(能带)间隙,是分子(固体)的基本物理性质,对分子(固体)体系其他性质的研究和应用至关重要。密度泛函方法在计算精度和计算效率上具有良好的平衡性,已广泛应用于预测体系的各种理化性质。密度泛函理论本身是严格的,但由于密度泛函近似有离域化误差,使得能隙的计算精度往往不高。论文阐述了非经验性标度修正方法的发展,以及如何系统性缓解离域化误差。考虑轨道弛豫后的Kohn-Sham前线轨道能可以大幅提高电离电势、电子亲和势和分子能隙的计算精度。论文也阐述了数值计算的程序实现。该方法对体系的电负性、化学硬度、反应性等研究有重要意义。论文还论述了周期性固体的局域轨道标度修正方法,该方法可以大幅提高各种固体的带隙计算精度,包括金属、半导体、过度金属氧化物、离子晶体、惰性气体晶体和有机聚合物链。除此之外程序的数值计算也十分高效。
  本论文具体内容安排如下.
  第一章首先简要介绍了密度泛函理论基础,本论文的研究内容均基于密度泛函理论。之后介绍了近似泛函的离域化误差,是当前密度泛函理论面临的主要问题之一。最后详细介绍了减轻离域化误差的标度修正方法,是后续章节理论研究的基础。
  第二章论述了非经验全局标度修正方法的发展,探索了密度泛函理论中轨道弛豫对Kohn-Sham前线轨道能的影响。轨道弛豫信息可被用来提高Hartree-Fock、局域密度近似、广义梯度近似方法计算的Kohn-Sham前线轨道能计算精度。数值结果明确展示了考虑轨道弛豫效应的重要性。除此之外,标度修正方法提供了直接计算N电子体系导数能隙和Fukui函数的方法(N是整数),而不需要对相应的(N±1)电子体系进行自洽场计算。
  第三章的结果表明了标度修正后的Kohn-Sham轨道能可以用作分子电子亲和势的精确预测。实际上使用密度泛函理论方法很难精确预测分子的电子亲和势,计算的电子亲和势中大部分的误差源自近似交换相关泛函内在的离域化误差。在这项工作中,电子亲和势由标度修正后的中性分子Kohn-Sham前线轨道能获得,计算精度得到了系统性提高,而且不需要对负离子进行自洽场计算。
  第四章阐述了如何将局域轨道标度修正方法扩展至周期性固体。第一章介绍的局域轨道标度修正方法可以普遍缓解有限体系的离域化误差。通过使用万尼尔函数来表征局域分数电子分布,这项工作扩展了局域轨道标度修正方法使其可应用于周期性固体中。固体版本局域轨道标度修正方法可以提高各种固体系统基础能隙的计算精度,包括零带隙金属至宽带隙绝缘体。该方法在固态材料的理论研究中十分有前景。
[博士论文] 王建平
光学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:确定性纠缠光源在量子信息技术中有重要的应用。在传统的实验方案中,它们一般是通过非线性参量下转换过程实现的。但是这种纠缠光源不是确定性的,有很小的概率产生冗余的多光子纠缠,并且在每个脉冲中光子对的有和无完全是随机的。为了克服这一困难,人们提出了基于量子点双激子级联跃迁产生确定性的纠缠光子对。这种纠缠光源的优势在于它每次可以确定性地产生一对纠缠光子对。但实现这种量子点纠缠光源的最大困难是,在级联过程中单激子的两个偏振态的能量不是简并的,存在一个能量差,被称为精细结构劈裂。精细结构劈裂的存在会破坏光子的纠缠性,所以在实验上很难实现量子点纠缠光源。在过去的十多年中,对量子点的精细结构的调控研究受到了广泛关注。本论文主要讨论外应力对量子点精细结构劈裂的调控。
  本文包含的主要工作如下:
  1.发展了有限温度经验赝势方法研究温度对量子点光学性质的影响:温度对量子点的光学性质影响很大,比如它会使得量子点的发光位置红移。在我们的方法中温度对经验赝势的影响主要是通过Debye-Waller因子引入的。通过拟合体材料高对称点的有效质量,能隙以及它们的能带随着温度的变化关系,我们确定了有限温度经验赝势理论中的相关参数。利用该方法我们计算了量子点发光能量和温度的关系,与实验结果吻合很好。我们发现量子点的精细结构劈裂不随温度显著变化。
  2.应力对量子点精细结构的调控:量子点的精细结构劈裂可以通过外力调控。我们讨论了单轴应力和组合应力对量子点精细结构劈裂的影响。我们证明利用组合的两个单轴应力,量子点的精细结构劈裂可以被调节到接近零,从而可以在实现纠缠光源。该方案已经被很多实验验证。
  3.应力调控量子点物理性质的模型理论:我们利用Bir-Pikus方法讨论了应力对量子点精细结构劈裂的影响,并且解析推导了精细结构,激子偏振角等在外应力下的行为。该方法得到的结果和经验赝势方法得到的结果在数量级上是一致的。利用该方法,我们可以深入理解应力对量子点精细结构影响的微观机制。
  4.波长可调的纠缠光源:尽管量子点可以作为理想的纠缠光源,而且也已经在实验上获得了验证,但是量子点的差异很大,不同的量子点的发光能量完全不同,无法实现不同量子点之间的纠缠。我们证明了利用三个独立应力,不仅可以完全消除其精细结构劈裂,而且可以调节其波长,为实现可扩展的量子点纠缠光源打下了基础。
[博士论文] 朱钟湖
物理学;量子光学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:量子相干介质中的电磁诱导透明效应可以改变介质的线性和非线性偏振率,使介质的光学特性发生显著改变,具体表现为:其一,介质的线性吸收减少,色散增强;其二,原子与光量子态之间的转化易于相干调控;其三,原子介质的非线性效应显著增强。由于这些非线性光学特性,过去几十年里,与电磁诱导透明相关的诸多量子光学现象受到了人们的普遍重视,并得到了广泛的研究,其中包括高阶非线性增强,无反转激光,光学双稳态与多稳态,多波混频,高精度原子局域化以及光群速减慢等。对这些光学现象进行深入研究不仅有助于理解和掌握量子理论的本质,而且对进一步预言和发现其新的潜在的应用也大有好处。
  在本论文中,我们主要实现了在电磁诱导相干介质中对光学双稳态和多稳态的调控,并且利用可控的原子能级布居和光学吸收测量获得了高精度高分辨率的二维和三维原子局域,主要研究工作包括以下几个方面:
  1)利用单向环形腔在一个由椭圆偏振控制光和线性偏振探测光驱动的Y型四能级原子系统中实现了光学双稳态和多稳态。考虑电偶极矩和旋转波近似,利用密度矩阵方程推导出光场的输入-输出关系,结果表明光学双稳态的阈值及其磁滞的区域可以通过探测场的频率失谐量,椭圆偏振场的强度,原子合作参数等系统参数进行有效的调控。此外,我们还探讨了在有自发产生相干效应存在的情况下,椭圆偏振场两偏振部分之间的相对相位对光学双稳态和多稳态行为的影响。研究结果为在原子系统利用椭圆偏振光实现全光开关提供了理论指导。
  2)在微波驱动的超倒Y型五能级原子系统中,利用测量相位敏感的吸收增益谱的方法研究了亚波长区域内的二维原子局域。由于依赖空间位置的驻波场与原子的相互作用,通过测量探测场的吸收增益谱可以直接获取原子的位置信息,从而实现原子局域。在稳态解情况下,数值结果表明,当两个相互垂直驻波场用来耦合同一原子能级跃迁时,通过适当地调节系统参数可以将原子局域到一个特定的位置,并得到不同结构的二维局域峰,如格子状的,火山口状的,长钉状的等。同时,原子局域的精度和空间分辨率极大地依赖于探测场频率失谐量,两控制场强度与驱动场的相对相位。另外,选取合适系统参数,在驻波场的一个周期内在一特定位置找到原子的最大概率可以达到100%,这样在真正意义上实现了高精度和高分辨率的二维原子局域。更加有趣的是,由驻波场,两行波场和微波驱动场所引起的联合量子干涉效应提高了二维原子局域的精度和空间分辨率,这在光学通讯,新型光电子器件的制作和原子纳米光刻技术等方面具有潜在的应用价值。
  3)基于远场空间干涉效应,我们在一个双二能级原子系统中提出了实现高精度和高分辨率的三维原子局域的方案。利用三个相互垂直驻波场耦合原子能级跃迁,通过探测激发态布居,我们实现了具有相移依赖性的三维原子局域。研究表明对三维原子局域精度的调控可以通过调节探测场频率失谐量和驻波场相移来实现。更加重要的是,通过定义远场空间干涉图样的能见度,我们在三维原子局域和远场空间干涉效应之间建立起了关联。我们发现增强远场空间干涉的强度可以提高三维原子局域的精度。
  接着,用类似的方法,分别在梯型三能级和V型三能级原子中研究了三维原子局域的行为。基于原子系统自身的特点和量子干涉效应,通过调节系统参数,原子位置的条件几率分布在八个子空间不再相同,可以使在某些子空间探测到原子的几率增大。值得指出的是,在一立方光波长空间内探测到原子的最大几率可以提高八倍。此外,我们还讨论了自发产生相干效应对三维原子局域的影响。
  总之,本论文的研究加深了人们对电磁诱导相干介质中非线性光学特性的认识和理解,有助于进一步实现量子相干调控。这些研究对精密非线性光谱学,光电子学,量子信息和量子相干调控等学科和领域的发展具有一定的参考价值。
[博士论文] 代冰
光学工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:太赫兹成像技术近年来发展迅速,在无损检测、人体安检等领域已经初现端倪。太赫兹辐射以其能量低的特性在检测领域中备受关注,但是,空间分辨率和光谱成像对比度依然是检测复杂结构样件中的瓶颈问题。本文采用三维太赫兹无损成像系统对复杂样件内部进行了成像,为了提高成像质量,引入了小波变换算法,有效地提高了图像的对比度和纵向分辨率,为太赫兹无损检测提供了一个新的思路。
  本文对太赫兹三维成像进行了研究,主要做了四方面的工作:
  (1)为了提高系统的成像对比度,采用连续小波变换对检测的纵向光强信息进行了处理。提取合适尺度上的小波系数可以有效的将原始信号的反射峰脉宽变窄,这一点能有效地增强图像的对比,使得原来不清楚的缺陷更加清晰。同时,在提取某一个尺度的小波系数的时候,已经“丢弃”了含有高频噪声小波尺度系数,能够有效地减小系统噪声,使得图像更加“干净”。
  (2)当样件厚度在波长量级时,容易出现样件上下表面“合峰”的现象,使得检测到的纵向信息模糊不清,难以分辨。小波变换能够有效地区分出这些特征峰。采用某一个尺度的小波系数来代替原始检测信号,再进行三维重构,有效地提高了太赫兹三维检测成像的纵向分辨率,纵向分辨精度可以达到1mm。
  (3)对于多层结构样件,针对如何有效地定位出各层结构的分界面,本文引入了Lipschitz指数来描述信号特征,这种描述方法比连续和可微更加精细。
  (4)对于主动式太赫兹成像系统,难以在提高检测速度的同时提高检测图像分辨率,本文引入图像融合和插值的方法对太赫兹检测图像进行了处理。通过对多层带有特征信息的图像进行图像融合,有效增强了图像的特征。基于该方法能够有效地对检测样件的缺陷区域进行面积计算和边缘提取。
  本文通过对多层结构隔热样件的脱粘缺陷进行检测,充分验证了这种方法的可行性。采用这种方法可以有效识别出五层结构样中隔热垫的上表面脱胶和下表面脱胶,纵向分辨率可达2mm。对于结构简单的光敏树脂样件,采用小波变换之后再重构的三维太赫兹图像的纵向分辨率可达到1mm。文中引入 Lipschitz指数来定位多层结构样件的分界面,采用一致Lipschitz指数来描述信号的奇异特征,具有很好的效果。在文章的最后两部分对多层结构的检测结果进行了图像融合,能够有效提高太赫兹成像检测的横向分辨率,本文第六章将小波变换和太赫兹无损成像相结合,应用到太赫兹生物医学的成像检测上,能够有效识别出鸡皮下方的反射面。采用太赫兹成像技术能够识别出人体手背的一些信息,本文只进行了一些初步的研究,太赫兹成像在生物医学领域的应用有待新的发展。
[硕士论文] 张冰冰
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技进步,量子信息学在各分支都有了很好的发展,但是各个分支的前身也都是量子信息学。而这些分支领域中最突出的研究主要还是对量子纠缠的研究。纠缠作为量子信息所独特拥有的资源,在新兴又引人关注的量子信息学中起到不可估量的作用。而量子纠缠的应用,如量子稠密编码、量子隐形传态等方面的研究已经不仅在物理领域有了很好的发展,甚至在医疗、军事等领域得到很好的利用。因此人们在近几年中一直热衷于对于量子纠缠应用的研究。在量子信息时代初期,量子纠缠一直被认为是和量子关联等价的。它被人们认为是量子计算比经典计算更具有优越性的唯一因素。然而量子失协的提出,让人们认识到还有比量子纠缠更能反映系统量子性质的关联。从此以后量子失协的研究便成为一个热门主题。在研究者们对量子信息处理的过程中,往往设定量子系统处于封闭的状态,忽略了环境与系统的相互作用,即产生退相干效应。考虑研究结果的准确性以及为了减弱退相干对系统的影响,对退相干的研究显得极为迫切。
  基于以上原因,本文主要研究了单轴扭曲模型中內禀退相干对量子失协及量子稠密编码的影响。第一章简单回顾了量子信息的产生和发展,说明了本文的主要研究内容和章节安排。第二章介绍了量子关联中量子纠缠的定义、度量方法以及应用,在应用中主要介绍了量子稠密编码的相关理论,还给出了用量子失协表征量子关联性的一般方法。第三章讨论了考虑內禀退相干作用,单轴扭曲模型中量子失协的特性。运用控制变量法,分别研究了在不同初态下,自旋压缩参数、外磁场强度对系统量子失协(QD)特性的影响。研究结果表明:随着时间的增大,QD有明显的减小,即內禀退相干作用减弱系统的关联;QD在时间趋于无穷大或者达到一定的值时,将会到达稳定的值(SQD),即內禀退相干并不能永远减弱量子失协。此外,QD和SQD的值还受到初态的纯度、自旋压缩参数、外磁场强度的影响。具体的,为了提高稳定的量子失协,可以通过增加初态的纯度来削弱退相干作用对系统的影响。第四章讨论了在单轴扭曲模型中,考虑退相干作用,体系量子稠密编码的实现。研究了在不同初态下(贝尔态和Werner态),各个参数(退相干因子、初态的纯度、自旋压缩参量以及外磁场强度)对量子稠密编码信道容量?的影响。结果显示:随着时间的增加,?从最大值开始迅速减小,之后经历一个振荡的过程,并且振荡逐渐减弱(振荡的振幅逐渐减小),最后当时间增加到一定的值后,量子稠密编码信道容量?逐渐趋于稳定的值,即內禀退相干只在有限的时间内对体系的量子稠密编码信道容量有减弱的影响,并且对系统稠密编码的影响力度逐渐减小,直至完全不影响信道容量。此外,通过调节各个参数(增大自旋压缩参数?,或者减小外磁场强度?和內禀退相干率?)可以得到有效的、甚至是最优的稠密编码,如在贝尔态下,调节参数,在适当的范围内,使自旋压缩参数?相对于外磁场强度?足够大,就有可能使??2,即获得最优的稠密编码。值得注意的是,贝尔态下可以实现有效的甚至是最优的稠密编码,但是Werner态对于实现有效的稠密编码并不是完全可行的。
[硕士论文] 范文亮
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:嵌段共聚物以及聚合物混合体系能够自组装形成许多新奇的结构,然而这些聚合物在均质基板或本体中往往形成高度无序的纳米结构。受限环境在相分离的过程之中饰演了不容忽视的角色,它能够改变本体自组装相行为。因此我们可以通过改变外部环境实现对自组装过程可控的目的,这样一来通过嵌段共聚物的定向自组装便会出现用途更加广泛的纳米材料。不同的受限环境能够诱导嵌段共聚物形成各种各样有趣且新颖的相形貌,这些结构在纳米技术应用方面有广泛的应用前景,例如:高密度媒体存储、纳米刻蚀、光子晶体等。为了能够有效地改善受限表面特性,我们可以在受限表面接枝嵌段共聚物或均聚物来实现这一目的。在本文中,我们运用自洽场理论,讨论了两嵌段共聚物及其与均聚物的混合体系在不同几何形状的软受限情况下自组装。
  首先,我们研讨了AB两嵌段共聚物受限于交替接枝两种不同性质的聚合物刷平行板间的相行为。考虑了嵌段共聚物对称性、聚合物刷接枝周期、聚合物刷体积分数、平板间距以及AB嵌段间的相互作用参数对体系相形貌的影响,获得了四角柱状与六角柱状的交替相、四角柱状与八角柱状的交替相、平行的斜层状相以及弯层状相等结构;同时发现,接枝周期性混合刷有利于减少体系无序相的产生,并且较小周期的聚合物刷体系有利于六角柱状相的形成;在一定条件下,通过调节聚合物刷体积分数能够实现由水平层状到垂直层状的转变,这对纳米平板制造具有重要的意义;随着平板间距的减小,也获得了从水平层状到垂直层状的转变。
  其次,我们利用均聚物对圆孔进行化学修饰,将AB两嵌段共聚物和星型均聚物的混合体系放置于其中进行自组装。均聚物与B组分存在排斥作用。对于对称嵌段共聚物,当增加均聚物体积分数或聚合物刷体积分数时,体系结构的整体转变趋势为:先是发生了层柱状数目的减少,然后形成了胶束状结构。当A嵌段体积分数Fa=0.7时,体系结构均为柱状相,当增加均聚物含量时,体系结构由四层柱状相→三层→两层→一层。当fA=0.6,在不同的均聚物含量或不同聚合物刷体积分数情况下,体系自组装结构实现了多种新颖结构之间的转变。同时我们通过构建三角相图,整体上研究了φH,φAB以及φbr三者对体系相形貌的影响。
  本文所提出的调控共聚物结构的新方法以及获得的新颖结构,能够对新型功能材料的设计提供一定的指导。
[硕士论文] 李志超
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:塔尔博特效应为相干照明下光栅衍射区等距离地重现光栅分布的现象。对传统单位宽度刻线较少的光栅,几乎可以完全重现光栅后表面的光场复振幅。在标量衍射理论下可以得到成像平面的位置,及分数塔尔博特效应。随着技术的提高,1mm内刻线接近2000条,光栅的周期可以和波长相比拟的时候,标量衍射理论失效。对光栅衍射规律的研究应该采用严格的衍射理论。
  基于空域,频域,空频域的标量衍射理论,对比分析得出了光栅衍射在其衍射区等距离平面上重现光栅后表面复振幅的原因。其一为光栅的周期性结构使得经光栅出射的光场具有分立的频谱,即出射的光场可以表示为具有特定频率的一些平面波的组合。其二为菲涅耳近似条件下,传递函数为二次复指数函数。基于时域有限差分法,采用CPML边界条件,研究了二维情况下光栅衍射的规律,得到当光栅周期大于2倍波长时,周期性成像依然存在,光栅周期小于二倍波长时,周期性成像逐渐消失。利用矢势方法对光栅衍射规律的分析得到了相同的结论,当周期性的结构的周期小于二倍波长时,周期性成像现象消失,周期大于二倍波长时,依旧存在塔尔博特效应。在应用塔尔博特效应进行结构测量,阵列照明等应用上可能存在指导意义。在更短波长的探测波可以探测更精细的结构。
[硕士论文] 李凤舞
光学工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:激光诱导空气等离子体放电通道是受到了长久而广泛关注的一个领域。它可以用来引雷,避免重要场所遭雷击破坏;也可以传递高压电击,当作一种激光武器;还可以用作一种传能通道,远距离传输能量。这些在科研、军事和工业等方面的可能应用使它成为世界范围的一个研究热点。
  为了研究激光诱导空气放电的特性,本文搭建了高压电容充放电实验平台。实验中使用的电极为针状电极和圆形铜板电极。所采用的激光器为横向激励大气压(Transversly Excited Atmospheric pressure, TEA)CO2激光器,波长10.6μm,脉冲能量46.5±0.3 J,10%峰值全宽约5μs。
  聚焦光学系统是获得长等离子通道的关键。我们设计了离轴抛物面聚焦镜、圆锥聚焦镜和圆环线聚焦器,并完成了前两种聚焦装置的制作。利用 Fresnel-Kirchhoff衍射积分方程对聚焦特性进行了分析,结果显示,圆锥聚焦镜及圆环线聚焦器,对功率均匀分布的平面波,能够获得设计长度500 mm的聚焦线,但对高斯光束或者稳定腔产生的高阶模式光束,只能获得一小段的高功率密度聚焦线;对实验中选用的激光束,这两种聚焦装置获得的最大功率密度离空气击穿阈值的下限还有一定差别,因此实验研究主要由离轴抛物面聚焦镜完成。
  实验获得的最长等离子体放电通道达到106 mm。通过改变激光能量、放电电压、电极间距等实验条件,获得了放电特性的变化趋势。对不同实验条件下的放电延时及抖动进行分析,发现相同放电电压下,放电延时和抖动会随电极间距的增加而增加,在最长放电等离子体通道106 mm时,放电延时约12μs左右;采用二阶振荡电路模型对放电电流进行拟合得到了激光诱导等离子体放电通道的阻抗,该阻抗会随着电极电压增加略有减小,但受等离子体通道长度的影响并不明显;利用等离子体光谱分析手段,对放电启动前后的激光等离子体和放电等离子体电子密度进行了分析,最高电子密度达到1019/cm3,比飞秒激光等离子体通道高2个数量级,尽管放电启动时等离子体辐射显著增强,但等离子体密度近乎单调下降;最后,我们进行了等离子体通道的电能传递实验,没有单向开关时,能量传输效率为25%,与欠阻尼振荡的理论预期一致。
[博士论文] 任丹
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:腔体结构可用于阻挡电磁能量传输,是电子产品抑制电磁干扰、防止能量泄露的重要手段。由于通风散热、装配及数据传输的需要,腔体结构上不可避免的存在孔阵、缝隙及线缆等各类电磁耦合通道,它们是影响腔体电磁屏蔽性能的重要因素。为了快速准确分析腔体上电磁耦合通道对屏蔽性能的影响,本文研究了电磁耦合通道的等效建模方法,提出一种计算电磁耦合的解析方法。本文的主要研究内容及创新点有:
  (1)基于小孔尺寸效应的孔阵等效建模方法研究。孔阵是腔体最常见的后门电磁耦合通道,是造成腔体电磁干扰的重要途径。由于组成孔阵的小孔数量众多且与腔体总体尺寸相差很大,跨尺度效应导致模型网格数量巨大,特别是在复杂腔体的电磁特性分析中,可能由于存在大量小孔而导致整机仿真无法进行。为此,本文提出一种孔阵等效建模方法,该方法在保证等效前后腔体内场分布相同条件下,将孔阵等效为单孔,可以显著简化建模过程,降低网格数量。同时,该方法可对Robinson模型进行改进。原始Robinson模型只是将各个小孔的阻抗进行线性叠加,计算出的屏蔽效能误差较大,利用本文方法改进的Robinson模型在计算孔阵腔体屏蔽效能时精确有明显提高。
  (2)基于转移阻抗的缝隙等效建模方法研究。缝隙是腔体上另一种常见的后门耦合通道,由缝隙引起的电磁干扰也不容忽视。由于缝隙具有非常大的长宽比,分网时需要在缝隙处加密网格,导致模型网格数量巨大。本文提出一种基于转移阻抗的缝隙等效建模方法,可在保持仿真精度的前提下,将缝隙宽度扩展5倍,以缓解仿真时间与精度的矛盾。在此基础上分析缝隙参数对腔体屏蔽效能的影响,并提出在缝隙处填充导电橡胶、在腔体内填充损耗介质的方法,可有效抑制缝隙电磁耦合和腔体谐振,可在腔体内部形成一个非常干净的电磁空间。
  (3)基于负载阻抗的复杂线缆束等效建模方法研究。腔体上不可避免的存在供电或信号线缆,线缆是典型的前门耦合通道。由于线缆横截面尺寸远小于电磁波波长,因此可以用集中参数电路模型来求解线缆的响应,但是线缆长度又往往和传播电磁波波长相比拟,为了计算的准确又需要运用电磁场理论来研究场线耦合。由于“路”方法的局限性,而“场”方法又太过复杂,为此本文从“路”的角度提出一种复杂线缆束等效建模方法,然后利用“场”的方法对简化的线缆模型进行数值分析。通过数值仿真对比,显示该方法可明显简化复杂线缆束的建模过程、降低模型规模,以方便后续的场线耦合分析。
  (4)基于模式匹配及BLT方程的腔体电磁耦合计算方法研究。孔腔耦合和场线耦合是电磁耦合计算的典型问题,本文基于模式匹配及BLT方程理论,提出一种计算带孔阵腔体内传输线电磁耦合的解析计算方法。将外部激励源对腔体内传输线的耦合分解为孔腔耦合和场线耦合两个过程,腔体内任意点的场强由模式匹配理论及矩量法计算得到,腔体内的场线耦合由Agrawal模型构建BLT方程进行计算。与测试数据对比得出,模式匹配理论可以准确计算腔体内部电磁场。与CST数值仿真数据对比得到,该方法可以准确计算任意入射波激励下线缆终端负载上的电流响应且计算效率高,可用于腔体内场线耦合的研究。
  本文提出的腔体结构电磁耦合通道等效建模和计算方法可用于电子产品结构设计阶段的电磁兼容仿真和分析。同时,本文研究的诸多电磁耦合通道结构参数对腔体电磁兼容特性的影响规律,可为电子产品电磁兼容测试及结构整改提供理论依据。
[博士论文] 刘飞虎
理论物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:量子纠缠的神秘之处在于,当对量子系统的某一个局部进行测量时,它可以立刻影响到很远处的另一个量子测量。这种现象的的本质是来源于量子态的非局域性。当今量子信息传输的基础理论就是建立在这种非局域性之上。如何去度量与理解量子纠缠是一个长期而且很吸引人的研究方向。从贝尔不等式开始,现在关于量子纠缠的数学理论以及物理实验都已经发展了很多。要真正的理解量子纠缠,人们不得不回答下面的问题:1)如何判断是否纠缠;2)如何利用纠缠;3)如何量化纠缠。本文的重点是研究纠缠熵,而纠缠熵是量化纠缠的一个非常重要的物理量。
  量子纠缠熵作为一个非常基础的物理量,人们还利用用它来研究其他一些重要问题,比如黑洞熵,低温量子多体系统的临界现象,全息原理等等。在某种程度上量子纠缠熵将凝聚态物理、量子信息理论以及高能物理联系在一起。从一方面,纠缠熵可以作为一维量子系统相变的序参量,比如一维的伊辛模型,在临界点附近纠缠熵是发散的。从另一方面它也可以被看成高亏格黎曼曲面上的共形场论,而对这类问题的研究最多的还是出现在微扰弦论中,人们试图像微扰量子场论中一样,计算弦论中的多圈散射振幅,也就是高亏格黎曼曲面上的关联函数。尽管高亏格g>2的计算目前仍然是一个非常困难的问题,但是幸运的是我们面对的是一类非常特殊的黎曼曲面,弦论中发展出来的一些工具已经足够。最后值得一提的是,纠缠熵与AdS/CFT猜想也有很重要的联系,人们甚至已经发现,二维量子系统中的量子纠缠熵可以是三维引力理论中的测地线长度。除了物理上的应用以外,在数学上,黎曼曲面上的共形场论与模形式也有很多有趣的联系,比如月光理论(moonshine module)。
  本文主要研究的对象是二维的紧致的自由复标量场。最重要的工作分成三部分:
  (1)第一部分研究的是这样一类物理问题:考虑一个紧致的自由复标量场定义在一个无限大的一维空间,这时如果存在一个子系统A,它可以是有一个或者多个间隔构成,那么能否找到子系统与其补集之间的纠缠熵?对这类问题最早的研究只考虑了于子系统只含有一个间隔的情况。对于这种情况计算相对比较简单,人们只需要引入一类特殊的twist顶点算子,然后计算它们的两点关联函数就可以了。而且如果只有一个间隔的话,纠缠熵没有来至瞬子的贡献。后来人们又讨论了子系统中有两个间隔的情况,事实证明这是一个非常不一样的问题。首先在共形场论中四点关联函数无法通过共形对称性完全确定,这就注定了它的计算要比两点关联函数复杂的多。另外,两个间隔的存在使得世界面流型具有了非平庸的拓扑结构,因此还必须引入了瞬子的贡献才能得到正确的结果,这一点在早期的工作中甚至曾经被忽视但后来又被更正了。本文作者希望将这一结果推广到子系统包含到任意多的情况,但是之前的方法并不有效,主要的原因是出在经典部分的计算引入了冗余的经典解,由于这类问题本质上是在计算CP1的覆盖曲面上的共形场论,因此本文利用代数曲线的一些工具,提出了一种更直接的办法来找到所有相互独立的经典解,并得到了包含任意间隔情况的纠缠熵。
  (2)第二部分研究的物理问题是:同样是一个紧致的复标量场,但是定义在一个有限的圆上,考虑一个子系统A包含两个间隔,本文计算了其在有限温度下的n=2的R  (3)第三部分的研究是为了将第二部分的研究进一步推广,计算在有限温度下,有限系统内,任意多间隔的纠缠熵。与第一部分研究不一样的地方在于,这类问题对应的黎曼曲面是环面的覆盖曲面,如之前CP1的覆盖曲面不同,我们很难用代数曲线来描述这类曲面。因此为了找到所有的满足运动方程的解,本文提出了新的方法,给出了这类曲面的第一同调群以及第一上同调群的正则基失,利用他们能够找到所有相互独立的运动方程的解,从而提出一个比较有效的方法来得到最一般的情况下的配分函数。
[硕士论文] 阮超
凝聚态物理 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着纳米器件尺寸的不断减小,纳米材料的尺寸效应、相稳定性等性质研究逐渐成为研究讨论的热点。而铁氧体作为纳米材料中重要的研究对象,更是因为其广泛的实际应用,具有更高的研究价值。本论文中,通过制备从纳米至微米级别一系列不同尺寸下的α-Fe2O3纳米结构作为研究对象,利用综合物性测量系统对样品的热学性能、磁学性能进行了较为系统的研究。除此之外,也对α-Fe2O3纳米材料的结构形貌对应用于锂离子电池负极材料上的影响作了详实的研究。本文的主要研究成果如下:
  (1)我们通过水热法合成了一系列尺寸的单晶α-Fe2O3纳米立方块体。在高真空(9.5×10-6 Torr)下通过920K之前的磁学性能的测量表明,单晶纳米颗粒随着其尺寸的减小,其热稳定性逐渐降低,对应的相转变点由~850nm的729K转变温度减小到~40nm的609K转变温度。而且,我们通过引入焓值的理论来有效地支持并解释这一实验结果。
  (2)我们测量了该系列α-Fe2O3纳米结构在上述相转变点前后的磁学性能。实验结果发现,对于α-Fe2O3纳米立方块体,随着尺寸的减小,其矫顽力、剩磁值都逐渐降低,整条磁化曲线呈缩小趋势,即表明更小的纳米尺寸可以在反复磁化/去磁过程中有效地减小能量损失。而对于相变后的铁氧体纳米颗粒,其饱和磁化强度随着样品尺寸的减小而显著增大,并且我们通过进一步的 RIR算法,半定量的计算出相变过程中的转变量。另外,我们对纳米尺寸下的样品,测量了其不同尺寸的 Morin转变温度的影响,进一步支持了前人的结论。
  (3)我们以铁氧体作为本次的研究对象,通过调节实验参数,有效的调控合成了一系列直径在~100nm左右,长度由100nm~`600nm的空心环结构样品。结果发现,随着样品结构尺寸的缩小,其首次充放电容量会呈现逐渐增大的趋势。对于100nm尺寸的样品,0.1倍率下可达到1200 mA h g-1;而随着尺寸的增加,同样倍率下其首次放电容量降至约800mA h g-1。在充放电循环稳定性方面,其性能的表现却并未和结构尺寸大小呈单调性关系。对于这一结果,我们理解为随着样品尺寸的减小,其比表面积增大,促使电极材料与电解液具有更好的接触,从而增强了 Li+的迁移率;但与此同时,更大的电极材料与电解液接触面会导致 Li+在充放电循环的镶嵌/脱嵌过程中有效利用率降低,从而导致随着充放电循环的持续,性能衰退更为严重,循环稳定性变差。
[硕士论文] 毛祥
凝聚态物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,由于拓扑超导体的边缘态具有独特的马约拉纳束缚态,而使之成为一种新型的量子体系,使得拓扑超导体与传统超导体有很大区别,因为马约拉纳费米子拥有独特的性质,在诸多方面具有潜在的应用价值,使研究马约拉纳费米子的拓扑超导体成为物理学尤其是凝聚态物理最受关注的前沿课题之一。由于无论在实验室研究还是在理论研究方面,量子点都是很好地探测马约拉纳费米子的量子体系,因此研究马约拉纳费米子对单量子点输运性质的影响就显得非常有意义。
  笔者在本文中从理论上研究了马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质。基于广义主方程方法,计算了通过此系统的电流、微分电导和Fano因子,同时,为了比较,我们同样研究了费米子-杂化系统的输运性质。计算结果表明:
  1.在马约拉纳费米子-量子点杂化系统中,马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合Tm消除了系统的四重简并,使系统变成了四个双重简并。在Tm的增加过程中,整个系统保持偶宇称量子态与奇宇称量子态一对一的双重简并,即Tm的出现消除了系统的四重简并,但保持了系统的双重简并,导致零偏置反常现象的出现。
  2.在马约拉纳费米子-量子点杂化系统中,库仑相互作用增加了量子态|e4>和|o4>的能量,因而增加了电流台阶,但库仑相互作用不会影响系统量子态的简并度,也不压制零偏置反常现象,而Tm对能级有显著的影响,所以随着Tm的增加,其电流线型呈现出四个台阶。
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