多频带声学超构材料的透射性能

为了研究多频带声学超构材料的透射性能,采用声学有限元方法(FEM)模拟不同长度的OE-CE(一端封闭一端连通)空心方管结构单元的声透射谱,分析讨论管长对透射谱的影响,设计出一种占空比较小的由不同长度OE-CE空心方管并联组合的多频带声学超构材料板。结果表明:嵌有9个空心方管声学超构材料的声透射曲线出现声透射阻带,随着空心方管的长度增加,透射阻带峰值和负等效质量密度频带向低频方向移动;透射阻带的个数与不同长度的空心方管数目有关,即2种不同长度的空心方管并联组合的声学超构材料板可以实现2个透射阻带,3种不同长度的则可以实现3个透射阻带;宽频带声学超构材料板则需要在较低频率区域增加对应长度的空心方管数目,在较高频率区域减小相邻空心方管的长度梯度。所提出的采用OE-CE结构单元构建的声学超构材料具有结构简单、响应频带低的优点,并在多个响应频带具有优异的声学透射阻带特性。

扶手椅型石墨烯纳米带吸附镍、铜原子链的电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带吸附3d过渡金属磁性Ni和非磁性Cu单原子链的结构、电子性质和磁性。吸附体系经过弛豫后,不同宽度纳米带吸附单原子链的稳定结构是不同的。Ni比Cu原子链在石墨烯纳米带表面的吸附更为稳定。原子链吸附在纳米带的边缘洞位(即5AG-1、6AG-1和7AG-1位置)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加。原子链和石墨烯纳米带的相互作用使得Ni单原子链吸附体系的磁矩为零。Cu原子链吸附5AG-1的复合体系具有磁性。Ni原子链的吸附体系呈现出带隙较小的半导体性质,而Cu原子链的吸附体系全都表现出金属性质。

过渡金属原子链对双层石墨烯纳米带的电磁性质的调控

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)原子链对AB型双层石墨烯纳米带(BGR)结构和电磁性质的调控规律。所有吸附体系都能够形成稳定结构[GTMG]。对于不同TM,V吸附BGR体系最为稳定。对于原子链吸附在BGR不同位置,边缘吸附时稳定性最高。电荷从TM原子链转移到近邻碳原子,形成的离子键有助于增强复合体系的稳定性。TM原子链吸附在BGR不同位置上,导致了不同的电子结构和磁性。形成的复合体系中[GCrG]2、[GCrG]4、[GMnG]2、[GMnG]4、[GFeG]1和[GCoG]2体系具有半金属特性,其他体系具有半导体或金属性质。Ni原子吸附体系的磁矩为零。V原子链吸附在纳米带最边缘位置时磁矩较小,其他位置的磁矩均为零。复合体系[GTMG](Mn、Fe、Cr、Co)的磁性较强且其磁矩大小按照Mn、Fe、Cr、Co的顺序降低,原子链中两个不同位置(A类和B类)原子的磁矩呈现明显的边缘效应。研究结果表明,结构稳定性、电子性质和磁性均与双层石墨烯纳米带的边缘效应有关,这种边缘效应带来了丰富的电磁性质,能够扩展石墨烯的应用范围。

碱金属声子色散的改进分析型嵌入原子法计算

结合晶格动力学理论,运用改进分析型嵌入原子法,沿Brillouin区中的3个高对称方向[00ζ][ζζζ]和[0ζζ],计算了碱金属Li,Na,K,Rb,Cs的声子色散。计算结果表明:沿着相同方向,5个碱金属的声子色散曲线相似,但是频率依次沿Li,Na,K,Rb,Cs的顺序降低。这是由于它们的原子质量依次增大或者是它们的结合能依次减少的缘故;沿着[00ζ]和[ζζζ]方向,2个横波相互简并。这是因为碱金属晶体具有高度的四重和三重旋转对称轴。理论计算结果与实验结果符合得比较好。

WDM光纤孤子通信系统中的关键技术

论述了WDM光纤孤子通信的发展现状,分析了WDM光纤孤子通信系统中的几个主要问题。信道间碰撞、集总放大效应、定时抖动等都将限制WDM技术的有效性,给出了解决问题的方案。对研究WDM光纤孤子通信系统具有指导意义。

双层石墨烯掺杂Pd对CO和NO的气敏特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了AA堆叠型双层石墨烯掺杂Pd原子(Pd/BG)后对气体分子CO和NO的气敏特性和吸附机理。结果表明,Pd原子的掺杂改变了双层石墨烯的电子性质和局部几何结构。Pd原子替代双层石墨烯的一个碳原子后,杂质原子突出层外区域(Po)和突入层间区域(Pi)都可以形成稳定结构,但是突出(Po)构型更有利于气体分子的吸附。对于Po构型,CO和NO吸附在Pd/BG上的最稳定结构是不同的,CO分子与石墨烯表面呈一定夹角,而NO分子近似垂直于石墨烯表面。Pd/BG对NO分子的吸附强于CO分子。气体分子在Po构型上属于化学吸附,而在Pi构型上属于物理吸附。Pd/BG吸附CO和NO气体分子后具有不同的电子性质。Pd/BG体系为半导体性质,在吸附CO气体分子后,转变为金属性,系统无磁性;而在吸附NO气体分子后变为金属性且具有较大磁矩。这种电子性质的变化能够阐明气体分子吸附的敏感程度。研究结果能够为石墨烯基的气体传感器或者探测器提供理论基础和实验指导。

电场调控双层石墨烯纳米带的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了外加电场作用下双层AA堆垛的Armchair边缘石墨烯纳米带 (BAGNRs )的电子结构和光学性质. BAGNRs具有半导体特性,其带隙随带宽 (宽度为4~12个碳原子 )的增加而振荡性减小. 当施加电场后,BAGNRs的带隙随着电场强度的增加而逐渐减小,带隙越大对电场值的变化越敏感. 当电场值为0.5 V/ 时,所有BAGNRs的带隙都为零. BAGNRs具有各向异性的光学性质,其介电函数在垂直极化方向为半导体特性,而在平行极化方向为金属特性. 在外加电场的作用下,BAGNRs的介电函数、吸收系数、折射系数、反射系数、电子能量损失系数和光电导率,其峰值向低能量区域移动,即产生红移现象. 电场增强了能带间的跃迁几率. 纳米带宽度对这些光学性质参数具有不同程度的影响. 研究结果解释了电场调控BAGNRs光学性质的规律和微观机理.

拉曼效应下飞秒光脉冲间的相互作用及其抑制

数值模拟了Raman自频移效应下fs光脉冲间的相互作用及其抑制,结果表明:Raman效应的存在使得fs脉冲的相互作用与常规的ps脉冲间的相互作用不同,在初始阶段孤子相互吸引,而后一直处于排斥状态,脉冲间距随传输距离增加而增大,脉冲在传输过程中发生漂移,孤子产生能量交换,传输距离显著减小,严重影响了通信质量;同步幅度调制、非线性增益与滤波器相结合可有效抑制Raman效应下fs光脉冲间的相互作用。

基于自由选课的大学物理课程教学调查分析

大学物理课程作为公共基础课,一方面为学生较系统地打好必要的物理基础知识,另一方面使学生初步学会研究问题的方法和科学思维方法,是直接影响高等教育教学质量的重要因素。本文针对西安科技大学实施的自由选课模式下的大学物理课程教学,采用调查问卷的方式对教与学的现状进行了调查分析,为进一步提高大学物理课程教学质量提供依据和指导。

光纤通信中高阶色散对飞秒光脉冲传输影响的数值研究

数值模拟了光纤通信中三阶色散和四阶色散对飞秒光脉冲传输的影响,结果表明三阶色散和四阶色散都会影响通信质量,三阶色散起主要作用,正常色散使光脉冲向前沿偏移,反常色散使光脉冲向后沿偏移,它们都使脉冲展宽且形成振荡带;四阶色散使脉冲展宽且光谱出现旁瓣。

面心立方金属对称和非对称方向的声子谱

依据晶格动力学理论,采用改进分析型嵌入原子法(Modified Analytic Embedded AtomMethod,MAEAM),沿Brillouin区中的4个对称方向和4个非对称方向,计算了面心立方金属Al、Ni、Rh、Ir、Pd、Pt、Pb的声子谱.结果表明,除Rh、Ir和Pb误差稍大外,其余理论计算结果与实验符合很好,预示着非对称方向计算值的正确性.同时表明MAEAM能够用来描述面心立方(FaceCenter Cubic,FCC)金属晶体原子间的多体相互作用,但是还需要改进和提高.沿着相同方向,FCC金属的声子谱曲线相似,频率依次沿Al、Ni、Rh、Ir、Pd、Pt、Pb的顺序降低,这是由于它们的原子质量与结合能的比值依次降低的缘故.

自由选课教学模式下大学物理学习现状调查分析

在我校学生的大学物理调查问卷的基础上，对调查结果相关数据进行分析，了解了我校的大学物理学习现状及学生对目前大学物理教学模式的认同程度、对大学物理教材和教学的意见及建议，为进一步改革大学物理课堂教学模式，探索形式多样的教学方法，提高大学物理的教育教学质量奠定扎实基础。

低损耗高双折射太赫兹Topas光子带隙光纤

以太赫兹低损耗聚合物材料Topas环烯烃共聚物为基材,设计了一种带隙型光子晶体光纤.光纤由三角形排列的圆角正六边形空气孔构成包层,缺失四个近邻空气孔构成近菱形的二重对称空气芯.采用有限元法分析了该光纤在太赫兹波段的传输特性.结果表明：在1.5THz附近约0.3THz的宽频范围内存在光子带隙,光纤可以基于光子带隙效应将太赫兹波束缚在空气芯中传输.在1.4~1.6THz范围内具有10-3数量级的高双折射;x偏振基模和y偏振基模的损耗都小于0.1cm-1,分别在1.53THz和1.5THz处达到最小值0.029 1cm-1和0.028 7cm-1.所设计的太赫兹Topas光子带隙光纤具备结构简单、易制备、直径小而易弯曲的特点.

相场法模拟流动下纯物质多晶粒枝晶形貌研究

基于相场方法对包含多晶粒的纯物质凝固过程进行了数值模拟。以Ni为例,展示了多核晶粒形貌的生长过程,研究了流速、各向异性、过冷度和晶核个数等参数对多枝晶生长形貌的影响。结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核的生长模式由自由生长演化为竞争生长;引入强制流动后,晶核生长为非对称的枝晶,上游枝晶臂的生长受到促进,下游臂受到抑制并向下倾斜生长,垂直臂受到的影响很小,但是它逐渐向迎流方向倾斜生长;随着流速的增大,多枝晶的非对称性增强,A枝晶的上游臂增加最快。另外,模拟晶核的个数越多,晶核间的相互影响就越大,A枝晶形貌就越紧实。

用二元相位调制实现啁啾纠缠光子对关联时间的压缩

啁啾纠缠光子对具有超宽带的频谱特征,但由于同时产生了二次频率相位因子使其关联时间也被拓宽,限制了其在量子计量、量子光刻等领域的应用.通过类比透镜在空间对光场的相位变换原理,本文提出了一种通过在频域制作"类透镜"(菲涅耳波带透镜)来等效消除二次频率相位因子,从而压缩啁啾纠缠光子对关联时间的方法.这种"类透镜"是基于菲涅耳波带片思想,通过将啁啾纠缠光子对光谱划分成菲涅耳频率波带,并进行二元相位(0,π)调制来实现.该方法可以在不损耗纠缠光信号的情况下极大地增强光子对的时间关联,同时又避免了相位补偿方法中压缩结果对色散介质长度的依赖和高阶色散影响的缺点.这些结果为产生超宽带、超窄时间关联的纠缠光子对提供了理论依据,在量子计量和量子光刻领域有潜在的应用.

数值模拟多晶粒生长形貌

基于相场方法,对包含多晶粒的纯物质凝固过程进行了二维数值模拟。以镍为例,展示了界面形貌的生长过程,研究了各向异性参数对枝晶界面形貌的影响。结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核由独立生长演化为竞争生长,晶臂间区域的晶臂生长受到抑制。随着各向异性值的增大,各枝晶相貌大小均逐渐增大,同时晶臂间区域减小导致晶臂的竞争生长加强,最后在该区域呈排斥性生长。

数值模拟流动下等温多晶粒枝晶生长形貌研究

基于相场方法对包含多晶粒的纯物质凝固过程进行了数值模拟。以Ni-Cu合金为例,展示了多核晶粒形貌的生长过程,研究了流速、各向异性参数对多枝晶生长形貌的影响。结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核的生长模式由自由生长演化为竞争生长;引入强制流动后,晶核生长为非对称的枝晶,上游枝晶臂的生长受到促进,下游臂受到抑制并向下倾斜生长,垂直臂受到的影响很小,但是它逐渐向迎流方向倾斜生长;随着流速的增大,多枝晶的非对称性增强,随着各向异性值的增大,各枝晶形貌大小逐渐增大,上游臂尖端界面的溶质堆积程度逐渐减弱。

有限长金属纳米线调控纳米线波导的传输特性研究

基于有限元方法,通过改变有限长金属纳米线的长度、半径、介质有效折射率以及有限长金属纳米线和波导之间的距离,研究了有限长金属纳米线对纳米线波导传输特性的调控效果。结果表明:沿有限长金属纳米线长度方向,表面等离极化激元在两金属纳米线耦合区域内形成共振。随着有限长金属纳米线长度的增加,透射率逐渐减小,并呈周期性变化。随着金属纳米线半径和介质衬底有效折射率的增大,复合波导的透射率均相应增大。透射率与两根纳米线间距紧密相关,当金属纳米线取不同半径值,两根纳米线间距为20nm左右时透射率均达到最小值;当两根金属纳米线间距较大时,透射率不再明显变化。

模型参数对开口空心球超材料透射行为的影响

为了探究模型参数对开口空心球(Split Hollow Spheres,SHS)超材料声学透射行为的作用机理,采用声学有限元方法(FEM)模拟了SHS超材料结构单元,计算球壳材料杨氏模量、泊松比、密度以及环境温度和气体密度等模型参数发生变化时的声透射谱,并推导出相应结构单元的等效模量值,最后将各参数对透射谱和等效模量的影响进行比较。结果表明:当SHS球壳材料的杨氏模量增大到2×108 Pa时,声透射谱中阻带峰值和负等效模量频带同时向高频方向移动,透射阻带宽度保持不变;球壳材料的泊松比和密度对透射阻带和负等效模量频带无明显影响;当环境温度逐渐升高时,阻带峰值和负等效模量频带同时向高频方向移动,透射阻带宽度保持不变;当气体密度逐渐增大时,阻带峰值向低频方向移动且幅值变小,透射阻带宽度变窄,同时负等效模量频带向低频方向移动且幅值变小。研究发现,在球壳的材料参数和环境因素中杨氏模量、温度和气体介质的密度对SHS结构单元透射行为的影响尤为突出。

MAEAM研究过渡金属V,Nb,Ta的声子谱

运用改进分析型嵌入原子法,沿Brillouin区中的6个对称方向[q00],[qqq],[qq0],[1qq],[1/21/2q]和[q11],计算了体心立方过渡金属V,Nb,Ta的声子谱。研究结果表明,沿3个方向[q00],[qqq]和[qq0],在频率较低(波长较大)的区域,声子谱曲线与实验符合的非常好,在高频率(波长较小)区域,计算结果有稍微的偏差。同时计算结果预测了[1qq],[1/21/2q]和[q11]3个方向的声子谱曲线。