铁基氧化物团簇催化CO还原NO反应模拟

固定床实验表明,在深度欠氧的条件下,铁基氧化物对CO还原NO的反应具有催化作用.为进一步理解脱销催化反应机理,本文利用量化软件Gaussian模拟了铁及其三种不同价态氧化物团簇:Fe_(2)团簇、Fe_(2)O_(2)团簇、Fe_(2)O_(3)团簇催化CO还原NO的反应路径,为进一步改进脱硝反应提供理论基础.本文分析了反应过程的各阶段能量壁垒,三种团簇中最容易发生催化反应的团簇为Fe_(2),整个反应过程中的决速步为NO在Fe_(2)团簇上的解离吸附过程.

基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态,具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造,将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造等是原子/分子团簇器件制造的关键发展方向,主导着从原子到产品制造的发展历程。把握这些发展背后的重要机遇,将有助于占领原子级制造研究的制高点,引领原子级制造方法的变革。本文从团簇新材料的宏量制造、新型功能器件的原子/分子团簇构筑、团簇—器件的跨尺度制造工艺和装备等三个方面概括了原子/分子团簇与器件制造领域的主要研究进展,总结了原子/分子团簇与器件领域的关键科学问题及面临的挑战,并对其未来发展方向和发展战略给出了建议。

原子层制造的研究现状与科学挑战

原子层制造是指加工精度达到原子层量级的可控制造技术,包括原子层去除、添加、迁移等。针对信息、能源、航空航天等领域核心零部件超高性能构建的发展需求,通过原子层可控去除制造全频段原子级精度无损表面,并结合原子层增材制造原子级新结构,有望实现特殊功能的有效创成,保证超高性能的安全可靠。另外,后摩尔时代先进芯片的制造工艺将迈入亚纳米物理极限,原子层制造需求贯穿芯片制造工艺的全流程。本文阐述了原子层制造技术的发展需求与研究进展,围绕原子层抛光、原子层沉积/刻蚀、原子层损伤控制、原子层工艺与装备等领域,梳理了原子层制造的发展方向及研究目标,凝练了原子层制造领域未来的关键科学问题及面临的挑战,探讨了前沿研究方向和发展战略。

原子精度制造新原理和新方法

目前航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域高性能装备的性能需求日渐严苛,核心零部件的制造精度必须迈进原子级水平,亟需研究原子精度的高性能制造新原理和新方法。本文归纳并提出了目前迫切需求的原子级表面精度、原子级结构精度、原子级损伤控制以及原子级特征尺寸结构创成四大原子精度制造核心能力,从能场辅助原子级切削、多能场辅助原子有序排布、表面能弱化原子精度材料去除以及超光学衍射极限的原子精度制造四大方向进行系统梳理,介绍了面向不同应用场景的原子精度制造新原理和新方法的研究现状,并概述了各类方法的优势和缺点,从中提炼出多能场耦合条件下的能量和原子间相互作用机理这一关键科学问题,并从四大方向上对未来我国原子级制造的基础研究提出了建议。

自激式混合原子自旋振荡器的实验研究

基于碱金属-惰性气体混合自旋体系的原子共磁力计被广泛应用于寻找新相互作用、暗物质粒子等基础物理研究,以及惯性导航与生物磁探测等现实应用领域.基于Rb-Xe原子共磁力计,我们实现了一种自激式的混合原子自旋振荡器.其原理是在z轴方向上使用圆偏振光将碱金属原子极化,碱金属与惰性气体原子在高温下发生碰撞,进而将惰性气体的核自旋极化.当外磁场存在时,核自旋磁矩将在磁力矩的作用下以拉莫尔频率绕外磁场进动.在x方向上使用线偏振光进行探测,可得到原子自旋振荡信号,通过将光检信号放大、滤波、移相再施加到横向激励磁场线圈上,产生的交变磁场同步驱动核自旋进动,实现闭环自激的原子自旋无衰减振荡信号.本文从实验角度研究了该自旋振荡器的开环频率响应特性,及闭环状态下的自旋振荡频率移动随增益、相位参数变化的关系.实验结果与前期理论预期基本符合,并为提高该振荡器的频率稳定性提供重要参考.

精确测量氢原子能级以确定质子大小

之前物理学家以为很好地确定了质子大小,因为氢原子光谱和电子散射等实验得出了一致的结论:质子半径约为0.88 fm。然而,2010年光谱测量得出的质子半径约为0.84 fm,这动摇了人们的信心。此后几年,这个“质子半径之谜”就令人挠头:有些实验支持原来的结论,但也有一些实验发现了更大的差异。最近瑞士联邦理工学院Scheidegger和Merkt重新精确测量了氢原子的一个亚稳低能级与几个高激发态之间的跃迁(图1),让人们对氢原子属性(如电离能)的理解更加深入。这也有助于澄清一些基本问题。

验证原子能级量子化的里程碑:弗兰克—赫兹实验

1引言古斯塔夫·赫兹(Gustav Hertz,1887—1975)于1911年从柏林洪堡大学获得博士学位之后,詹姆斯·弗兰克(James Franck,1882—1964)随即邀请他一起在柏林大学进行气体放电相关实验。他们的合作只持续了三年,到了1914年第一次世界大战爆发。

原子结构的研究历史与启示

总结了原子结构的早期假设和发现历史,以及这些研究对物质世界理解、化学反应认识和新材料发展的启示.研究指出早期对原子结构的假设主要包括行星结构原子模型、中性原子模型、实心带电球原子模型和葡萄干蛋糕原子模型.通过此类假设和后续实验,科学家们逐步揭示了原子结构的真实面貌,包括发现电子和原子核,提出玻尔氢原子理论和微观粒子的波粒二象性,以及进行弗兰克赫兹实验等.这些研究不仅为深入理解物质世界提供了基础,还为化学反应认识和新材料发展带来了重要启示,包括预测和解释化学反应过程、设计催化剂和特定功能材料,以及调整材料性能等方面.因此,原子结构的研究成果对于推动科学技术领域形成了深远影响.

俄歇电子能谱测试中非导电粉末样品的荷电效应及消除方法

俄歇电子能谱在分析绝缘样品时,要得到正确的谱图,荷电效应是一个重要的影响因素。本文选取Al_(2)0_(3)粉末为例,提出了俄歇电子能谱分析Al_(2)0_(3)粉末样品的制样方法,通过对比几种减少荷电效应的实验,选取了以覆盖铝导电膜的方法进行实验。此方法流程简便、高效,降低了因荷电效应的影响,通过对Al203的标准摩尔比进行匹配,得到了比较好的匹配度。此方法检测结果较好。

模型建构、解释及预测系列(2):原子模型的变迁

在物质科学领域(包括科学、物理、化学)中有大量的模型,帮助我们更好地了解科学现象或原理,如原子模型、光的传播模型、受力模型、化学反应模型等。

《原子物理学》课程思政元素初步探索

原子物理学旨在研究原子的结构、性质、相互作用及其运动规律。由于该课程内容晦涩难懂,因此将课程思政教育融入教学过程具有极其重要的作用。本文基于物理学专业《原子物理学》的课程特点,对课程思政教育进行初步探索,引导学生在学习过程中应用所学内容解释原子结构的全貌,体会学科在推动人类科技与文明过程中的重要作用。课程思政教育的主要目的不仅是传授知识,更要注重对学生综合素质的培养以及价值观的引领。本文结合课程内容与特点,从教学实践环节融入课程思政元素,加深学生对原子物理学知识的掌握,增强学生的综合运用能力,发挥课程思政教育的育人作用。

基于二维磁光阱的增强型^(199)Hg冷原子团制备

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱技术降低了原子团温度,实现了用于^(199)Hg光晶格钟的增强型冷原子团制备.实验上通过优化三维和二维磁光阱的失谐量和磁场梯度以及推送光的失谐量和功率等参数,将三维磁光阱的^(199)Hg冷原子装载率增强了51倍,提升至3.1×10^(5)s^(–1),然后使用压缩磁光阱技术将^(199)Hg冷原子团的温度降低至45μK,低于多普勒冷却理论温度.这种基于二维磁光阱的增强型冷原子团制备可在超真空环境下实现对三维磁光阱装载率的高增益,有效地缩短了冷原子团的制备时间,同时也降低了原子团的温度,有利于提高光晶格的转移效率,为其他冷原子实验中冷汞原子团制备提供了有效方案.

论回旋电子与涡旋电磁波量子:涡旋电子波包

回旋电子辐射涡旋电磁波量子的理论模型是量子态涡旋电磁波技术的关键.本文是“论回旋电子与涡旋电磁波量子”系列论文的第一部分,建立了“涡旋电子波包”相关理论模型.能级跃迁辐射是涡旋电子最自然的辐射之一.为了给出单个涡旋电子回旋辐射产生涡旋电磁波量子机理,本文根据磁场中电子的守恒量推导了恒定磁场中涡旋电子波函数,对相对论电子波包的运动情况做出分析,并通过求解狄拉克方程解释了自旋角动量和轨道角动量在本质上不可分割的情况.另外,在求解过程中根据相对论能量本征方程得到回旋电子在磁场中的横向能级分布,即朗道能级,并仿真得到电子具有确切轨道角动量数时的朗道能级形状.

里德伯原子幻零波长

原子极化率反映其对外场的响应特性,动态极化率等于零的外场波长称为零极化或幻零(tune-out)波长.里德伯原子的tune-out波长计算较为困难,本文设计室温气室里德伯原子测量装置,基于调幅电磁感应透明(amplitude modulation electromagnetically induced transparency,AM-EIT)光谱技术实现tune-out波长测量.实验采用双光子级联激发制备铯原子里德伯态,利用阶梯型电磁感应透明(electromagnetically induced transparency,EIT)光谱实现里德伯原子量子态检测;通过微波频率连续扫描测量里德伯原子AM-EIT信号;在tune-out波长处,邻近耦合能级对目标里德伯态的动态极化为零,原子动态Stark效应相消,AM-EIT信号极弱.我们建立简化三能级模型计算tune-out波长,理论与实验结果基本符合.

基于微尺度光学偶极阱的一维单原子阵列的实验制备

光学偶极阱俘获的中性原子阵列是多体物理、量子计算、量子模拟等领域的重要实验平台.本文详细介绍了制备包含40个铯原子的一维均匀单原子阵列的实验过程,包括偶极阱阵列的产生装置、原子阵列荧光成像以及偶极阱阵列均匀性优化.偶极阱阵列的非均匀性主要是由声光偏转器(AOD)衍射效率的非线性和多频率射频信号在功率放大过程中的互调效应引起.测量偶极阱光强和受俘获原子光频移的起伏并反馈优化施加于AOD多频率射频信号的相位和振幅,将偶极阱阵列的强度均匀性优化为2%.另外,实验测量了偶极阱阵列内原子的振荡频率、装载率和寿命的均匀性.结果显示,振荡频率均匀性为2%;单原子平均装载率为58%,阱中原子的光谱一致性为3%;单原子暗阱平均寿命约为6(1) s,不同原子寿命的起伏为8%.

利用非均匀正交激光选择谐波发射短量子路径

理论研究了谐波发射的量子路径在非均匀正交激光场下的调控机制.结果表明,在适当的双色激光偏振角和非均匀参数的组合下,不仅谐波截止能量有明显增大;谐波发射的短量子路径可以被单独选择出来对谐波连续区起到贡献作用.并且,该方案在长脉宽激光下依然适用.最后,利用谐波连续区可以获得脉宽在50 as的孤立阿秒脉冲.

镱原子超精细诱导5d6s^(3)D_(1,3)→6s^(2)^(1)S_(0)E2跃迁及超精细常数的精确计算

在镱原子中,利用5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0)跃迁探索宇称破缺效应已经得到了深入的研究.但是5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁很大程度上影响了宇称破缺信号的探测.因此,很有必要精确计算5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁的跃迁概率.本文利用多组态Dirac-Hartree-Fock理论精确计算了5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0) M1跃迁和超精细诱导5d6s^(3)D_(1),3→6s^(2)^(1)S_(0) E2跃迁的跃迁概率.计算时详细分析了电子关联效应对跃迁概率的影响.此外,还分析了不同微扰态和不同超精细相互作用对跃迁概率的影响.本文计算的^(3)D_(1,2,3)和^(1)D_(2)态的超精细常数与实验测量结果符合得很好,从而证明了本文所用计算模型的合理性.结合实验测量的超精细常数和本文理论计算所得的核外电子在原子核处的电场梯度,重新评估了^(173)Yb原子核电四极矩Q=2.89(5)b,评估结果与目前被推荐的结果符合得很好.

两种波形调控方法获得单次谐波光源的研究

本文利用啁啾波形调控和双色场波形调控对单次谐波光源的产生进行了研究.结果发现:在啁啾波形调控下,单次谐波光源的调节范围在170次到370次谐波区间,能量调节范围较宽.并且,单次谐波的产生对激光脉宽和光强的要求不高.在双色场波形调控下,单次谐波光源的调节范围仅在80次到110次谐波区间,能量调节范围较窄.并且,单次谐波的产生对激光脉宽和光强的要求较高.

基于光谱成像仪的量子化能级测试与分析

以反射式光栅和CCD为核心器件,搭建了反射式光谱成像仪,开发程序对CCD输出的光敏像元与待测光谱波长之间的关系进行快速定标和可视化处理,进而对特定气体原子或分子的量子化能级进行测试和光谱分析,并对该量子化能级测量试验仪的性能进行了评估与不确定评定.实验系统的搭建与测试,增加了学生的动手能力,加深了学生对能级的量子化、原子内部结构和运动特征等知识的深入理解.

氢分子在Na_(2)Al_(6)团簇上的吸附和解离性能

氢的物理和化学吸附是氢存储的基本形式,而H_(2)分子的解离能垒是决定可逆储氢动力学性能的重要因素.纳米团簇是研究材料储氢性能的重要物质层次,研究氢与Na-Al团簇的相互作用性质能够了解纳米尺度的Na-Al氢化物的储氢性能.本文利用密度泛函理论,计算研究了H_(2)分子在较小的合金团簇Na_(2)Al_(6)上的吸附与解离性能.结果表明H_(2)分子在Na_(2)Al_(6)团簇上是弱的物理吸附,但很容易发生解离.氢分子的解离能垒很低,解离可以在环境温度下发生,纳米结构的Na_(2)Al_(6)团簇具有良好的化学储氢性能.