微秒到秒时间尺度的高压相变动力学和物性研究:回顾、进展及展望

近年来,基于金刚石对顶砧的快速加载技术(如动态金刚石对顶砧)和时间分辨探测技术的快速发展为高压科学研究开辟了新的研究方向和思路。这些技术使得科学家能够探索微秒到秒级时间尺度的高压非平衡物理过程,填补了静高压与动态冲击波实验之间的空白。本文回顾并总结了近年来在快速加载和时间分辨探测技术上的进展,详细探讨了依赖于加载速率的结构相变动力学、相变途径、亚稳相的形成、微结构、力致发光等现象。希望通过深入思考和系统归纳微秒至秒级时间尺度的高压科学问题和技术挑战,为高压科学领域的研究者提供新的启示和参考。

Pb系简单钙钛矿氧化物PbMO_(3)(M=3d过渡族金属)的高温高压制备及物性研究

系统总结了近十几年利用高压技术制备简单钙钛矿功能氧化物材料PbMO_(3)(M=3d过渡族金属)及其物性研究方面的进展,重点关注M元素变化过程中的晶体结构、电子结构、磁性和电输运性质的演化,以及高压调控下的结构相变、电荷转移和绝缘体金属化等行为,同时也对该领域中一些亟需解决的问题做了展望。

磷及磷化物高压结构与性能研究进展

磷作为第五主族非金属元素,具有独特的电子结构和优异的光、电、力学等特性,展现出广泛的应用前景。近年来,研究表明磷及磷化物具有极易受到外场影响和调控的特点,且在高压条件下具有丰富的物理化学性质。此外,磷及磷化物的独特结构和电子性质使其具有许多不同于传统材料的物理特性。因此,利用高压在磷和磷化物中实现结构转变、超导转变,已然成为高压领域的研究热点。本文以黑磷、锗磷和砷磷等多种典型的磷和磷化物为例,概述了磷和磷化物在高压调控下的结构、电学、光学等方面的响应,讨论其结构与物理性质之间的构效关系,并对未来在高压下磷化物的研究进行展望。

可靠性的科学探索:从经典到量子

作为设备稳定服役能力的一种衡量,可靠性对工程技术发展和创新十分重要。基于物理、信息论和统计方法的耦合,可靠性研究正逐步发展并有望成为一门新的科学。同时随着量子技术的发展,量子相干器件及设备将会被大量地植入到传统装备系统中。这不仅给可靠性自身的研究带来新的机遇和挑战,也会使量子物理和可靠性研究交叉起来,导致交叉领域思想上的原始创新。文章首先介绍可靠性研究从工程向科学迈进的历程,然后从可靠性工程需求的视角介绍量子可靠性的基本概念和逻辑,强调量子自洽历史对寿命统计的内在描述,最后结合目前量子技术所面临的退相干挑战,展望可靠性工程对量子技术的潜在应用。

基于知识溢出的R&D时滞性理论及实证研究——以北京地区为例

知识溢出过程中时间滞后性的研究,是解决知识溢出测度这一技术创新与区域经济增长领域难点问题的关键步骤之一。从知识溢出的角度研究R&D过程中的时滞性,对R&D时滞性的影响因素、不同主体表现、实证研究成果进行理论梳理。运用知识生产函数测度R&D的知识溢出,构建多元回归模型,利用2002—2010年间的数据考察了北京地区R&D活动与中关村科技园创新绩效之间的关系。实证研究结果表明:全国高校R&D知识溢出效应存在1年的滞后期;北京高校R&D知识溢出对中关村科技园创新绩效带来正的溢出效应,全国企业R&D对中关村科技园创新绩效的影响集中体现在其研发的新产品导致的溢出效应。

基于DEW模型的地球深部流体组成与水岩相互作用计算方法综述

水岩相互作用会导致流体中元素的价态、赋存形式等发生改变,进而对元素的富集成矿、循环通量等产生影响。由于地球深部样品与实验数据有限,建立和使用地球深部流体模型可以有效地增加人们对深部流体及水岩相互作用的认知。Deep Earth Water(DEW)模型是一种描述地球深部流体热力学性质的数据库,其可以与矿物热力学数据库联用,实现对地球深部水岩相互作用过程的模拟研究。本文阐释了使用DEW模型描述深部流体的必要性,叙述了应用DEW模型进行深部流体物种和水岩相互作用计算的基本原理,介绍了一种基于DEW模型计算流体物种的软件——FluidsLab,列举了地球深部流体以及水岩相互作用的应用案例与研究现状,最后对DEW模型后续的应用与发展方向进行展望。

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10^(15)W/cm^(2),带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级,20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

大豆生物质基多位点Co_(2)P催化甲酸脱氢

本研究报道了一种通过大豆和钴盐热解制备的甲酸脱氢用Co_(2)P催化剂,制备过程简单且环境友好。催化过程中,催化剂上的含K固体碱可作为路易斯酸性位点促进HCOO^(-)中间体的吸附,而自掺杂的N可作为碱性位点促进H+的吸附。大豆生物质中的P可与钴盐结合并热解成Co_(2)P,该位点可裂解HCOO^(-)的H-C键。催化剂制备过程中当Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O/大豆的质量比为1:15时,所得Co_(2)P催化剂对甲酸脱氢反应的产气率可达237.47 mL/(g·h),并展现出良好的稳定性。本研究结果可为甲酸选择性产氢用非贵金属非均相催化剂的开发提供一定的借鉴基础。

量子信息中的度量空间方法在准周期系统中的应用

得益于量子信息理论的发展,保真度、纠缠熵等概念被引入到量子相变的研究中,不仅能用来标识新奇的物质相,还能用来探测量子相变的临界点以及描绘其临界行为.从度量空间的角度来看,这些物理量都可以被理解为度量空间中两个函数的距离.本文利用波函数和实空间中密度分布函数的距离,研究了以广义Aubry-André-Harper模型为代表的准周期系统,发现该方法不仅能标识拓展相、临界相和局域相,还能找到准确的相变点并计算出临界指数.此外,不仅将度量空间方法推广到波包扩散动力学研究,还提出了一种新的量,即态密度分布函数的距离,发现上述定义的两种物理量都能标识不同的物质相及相变点.通过定义某个函数在不同参数下的距离,不仅为标识已知系统相变点提供了研究工具,还为探测未知系统的不同物质相、相变点及其临界行为提供了一种直观的方法.

1,8-萘酰亚胺类衍生物的结构特性对其吸收和发射光谱影响的密度泛函研究（英文）

利用B3LYP/6-31G(d)方法优化了一系列N取代1,8-萘酰亚胺类物质的结构,利用含时密度泛函TD-B3LYP/6-31+G(d)方法及C-PCM模式,计算了它们在气相及二氯甲烷溶剂中的吸收和发射光谱。利用计算得出的前线轨道电子云分布及其对应的能级对它们的取代基对电子吸收光谱的影响进行了讨论。结果表明:此种方法计算出的二氯甲烷溶剂中的1,8-萘酰亚胺的吸收光谱与实验光谱比较吻和。取代C=O基团的C=N基团及其成环在吸收光谱和发射光谱中发挥了重要的作用。酰亚胺结构上的改性即C=N基团的引入及在萘环上取代基一方面引入了结构上的不对称性,导致了衍生物的偶极矩的增大;同时结构上的改性扩展了萘酰亚胺共轭结构。4位取代NO_2衍生物从基态到第一激发态的Mulliken原子电荷比5位多一些,这意味着5位取代NO_2衍生物提供了较多的电子。对N(Ph)_2和N(Me)_2衍生物而言,他们4位取代衍生物提供了更多的电荷。前线轨道电子云表明:O=C—N—C=N基团改性扩展和N(Me)_2,N(Ph)_2和NO_2取代基拓展了这类分子的π—π*跃迁范围,从而使得前线轨道能级差降低,它们的吸收和发射光谱也发生了一定程度的红移。对给体取代基而言,它们的4位是电子传输态;对受体取代基NO_2而言,它们的5位是电荷传输态。当NO_2基团与C=O基团在同一侧及当N(Me)_2和N(Ph)_2与在C=N在同一侧时,此类化合物具有较好的传导特性。从化合物1到4,吸收光谱红移了139nm。电荷传输越明显,吸收光谱红移的就越多。O=C—N—C=O的结构改性及其电荷传输机理为今后的萘酰亚胺类物质的分子设计提供了设计理论依据。

Ca_2CuO_3的高压结构性质研究

采用金刚石压砧高压装置 (DAC) ,对具有Cu—O链结构的Ca2 CuO3的多晶粉末样品进行了高压同步辐射能散X射线衍射实验。实验结果表明 ,在 0～ 3 4GPa压力范围内 ,Ca2 CuO3晶体没有发生结构相变 ,用Birch Murnaghan状态方程拟合 ,得到在压力导数B′0 =4时 ,零压体弹模量B0 =(1 6 5 .4± 1 .8)GPa。

基于数字图像与数值计算的节理岩体锚固效应研究

为了研究锚杆对裂隙岩体的加固作用,通过自主研发的数字图像相关(DIC)试验技术和离散元(DEM)数值计算方法,对预置裂隙岩体试样锚固前后进行测试。从细观层次量化分析了加载过程中两类岩体(未锚固和锚固岩体)裂隙的起裂、扩展等特征,对比了数字图像测量的位移场,应变场和裂隙张开度(COD)以及数值计算得到的裂隙发育数量,区域分布和扩展方向。结果表明:基于DIC测量软件,可精确进行岩体非接触的无损测量,并且能够监测出岩体锚固这种内部隐蔽的过程;加固岩体的锚杆与裂隙交叉位置出现应变集中成核现象,定量地说明了岩体加固对裂隙的抑制作用;同时还得出岩体加固可以改变裂隙扩展类型和主裂隙发育方向。

动态压力加载/卸载装置dDAC及原位表征技术研究进展

动态压力加载/卸载装置dDAC(Dynamic diamond anvil cell)是近年来备受高压界关注的研究装置之一,可以用来开展亚稳态材料制备、相变动力学、超高压化学等方面研究,在材料学、凝聚态物理学、化学、地学等领域具有重要的应用前景。综述了近年来国内外动态压力加载/卸载装置及原位表征技术的研究进展,详细介绍了一套新型与原位时间分辨光谱测试系统及原位加热/冷却系统相结合的、具有较大加载/卸载速度和较宽压力范围的动态压力加载/卸载装置。该动态压力加载/卸载装置及原位光谱表征系统的建立,将成为新的高压实验研究平台,从而促进高压极端条件下材料新结构和新性能等方面的研究。

与物理“纠缠”的半世人生

我是《物理》的忠实读者,尤其喜欢阅读“三八”国际妇女节专题文章,看看大家讲述自己求学和工作之中的收获及感悟,欣赏女物理学家的风采和魅力,受到了鼓舞和启发。回顾一下我的职业生涯,也是我与物理“纠缠”的半世人生。

北京高新技术产业科技创新能力指标评价

20世纪中叶以来,高新技术产业受到国际科技界和经济界的共同关注,世界各国纷纷大力发展高新技术产业,其规模迅速扩大,拉动了国民经济的快速增长。而我国高新技术产业在改革开放后发展起来,并于1985年7月成立了第一个高新技术开发区（深圳）。

针对电子极化子迁移的哈伯德U修正受限密度泛函理论方法:TiO_(2)实例研究

极化子的形成和迁移对过渡金属氧化物的物理和化学性质有重要影响.含哈伯德U修正的密度泛函理论和受限密度泛函理论方法经常被应用于小极化子迁移性质的理论研究.本文在投影缀加波框架中实现了哈伯德U修正的受限密度泛函理论(cDFT+U),并将其应用于体相TiO_(2)中的极化子迁移性质的计算.确认了哈伯德U的取值对极化子性质的理论预测有重要影响.采用基于cDFT计算所获得的哈伯德U值,可对TiO_(2)金红石和锐钛矿相中的极化子性质获得与实验符合很好的描述.本文表明,使用与理论上一致的方式计算获得的哈伯德U值,cDFT+U有望成为一种有效的不需经验输入而计算过渡金属氧化物极化子性质的第一性原理方法.

高精度全自动物料粒度检验装置的研究

结合首钢京唐公司1#、2#两座高炉返焦、返矿物料粒度检验的生产实际,研制了高精度全自动物料粒度检验装置,它由共用一套PLC控制系统的4台相互独立的检验筛组成。阐述了其机械组成、工作原理,重点介绍了检验装置的电气控制部分构成及控制过程、检验原理。出厂实验结果表明:筛分效率大于90%,检验误差小于0.3%,检验精度高,达到了首钢的技术要求。

近十年我国在地球内部物质高压物性实验研究方面的主要进展

近十年中国主要地学科研院所都将高温高压实验研究领域作为重点发展学科方向,加大人才引进力度,促进了地学领域高压物理实验研究的快速发展。本文借《高压物理学报》创刊30周年之际,对最近十年由中国科学家主导的、与地球科学联系紧密的相关高压物理研究成果进行了总结和梳理,所涉及的研究方向主要有:下地幔的有关相变、下地幔矿物中铁的自旋态转变、地核物性、岩石电性测量、矿物电性测量、矿物状态方程、高压谱学、高压扩散、高压超声、硅酸盐熔体物理性质、地质流体等。总体来说,过去十年是中国地学高压物理研究飞速发展的十年,研究成果的数量、重要性和显示度都有较大突破,在国际上占有重要地位。这种快速发展势头仅仅是开始,未来十年将是中国地学高压物理研究发展过程中的关键十年,需要各位同仁共同砥砺前行。

Sn_nSm(n=1～9)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用Saunders全局优化随机踢球模型与密度泛函理论相结合的方法,在B3LYP/SDD理论水平下研究了锡基原子团簇Snn（n=2-10）及锡基稀土原子钐掺杂团簇SnnSm（n=1-9）的几何结构、稳定性、电子性质和磁性.结果表明,团簇SnnSm（n=1-9）中掺杂的钐原子通常位于主团簇的表面,掺杂团簇的基态结构更倾向于具有较高对称性的三维结构;二元锡基混合团簇的平均结合能变大,稳定性增强,这主要归因于Sn—Sm键比Sn—Sn键的键能大,具有更强的相互作用;掺杂团簇具有较高的磁性,其总磁矩主要源自于钐原子4f电子的贡献;随着团簇尺寸的增加,二元团簇的总磁矩呈现出趋于饱和的现象.

γ相Fe_(1-x)T_x(T=Cr,Mn,Co,Ni)合金的第一性原理研究

运用密度泛函理论研究了Fe_(1-x)T_x(T=Cr,Mn,Co,Ni)合金反铁磁γ相的结构、磁性和稳定性.结果发现,γ相Fe_(1-x)T_x合金的晶格参数、磁矩、体模量和能量随着掺杂浓度x的变化规律不相同,说明金属Fe与过渡金属T合金化时具有复杂的结构、磁性和组分关联.在γ相Fe_(1-x)T_x合金中,微小的c/a变化(fct→fcc)会引起较大的局域磁矩和能量的改变,说明合金结构的四方性来源于反铁磁性.