几个典型的数学物理方程的物理解读

拉普拉斯方程、泊松方程、热传导方程（扩散方程）和波动方程是大学物理教学中常见的几个典型的微分方程,分别涉及到了流体力学、电磁学、热学和波动等重点教学内容.探索了如何用直观明确而容易理解的物理语言解读这些方程.从拉普拉斯方程的物理本质出发,通过改变该方程右端的形式,分别引出泊松方程、热传导方程（扩散方程）和波动方程,详细阐述了上述方程与相关物理现象之间的内在联系,提出了一种关于以上方程的纵向对比讲授法,为学生深入理解典型的数学物理微分方程的物理含义提供了可行的思路.

大学物理中关于驻波教学的一些体会

驻波一直是大学物理课程讲授的重点和难点之一.本文通过具体的推理,说明了驻波中"驻"的三层含义:没有波形的定向传播,没有相位的传播,以及没有能量的定向传播.同时总结了在讲授驻波过程中用到的一些具体案例.通过推理和案例教学,加深学生对驻波理论和物理图像的理解,提升学生利用课堂知识解决实际问题的兴趣和能力.

一种密立根油滴实验数据处理的新方法

从元电荷反证法出发,通过对其误差项进行分析、讨论,提出了一种利用对数求解元电荷e值的实验数据处理新方法.通过对大量实验数据样本的计算结果表明,这种方法能有效地减小数据处理的误差,提高元电荷e值的测量精度,与元电荷反证法相比数据处理精度约提高一个数量级.

电子能量损失谱探测银纳米棒与介质层强耦合的数值模拟

表面等离激元与量子发射体间的强耦合现象通常通过散射、吸收以及荧光等远场光谱探测方法进行研究.利用高度聚焦的电子束,电子能量损失谱能够实现亚纳米尺度的局域探测,可以更加有效地研究强耦合现象.本文在理论上分别模拟了银纳米棒、介质材料以及介质层包裹银纳米棒复合结构的电子能量损失谱.得到了可以与实验结果比拟的银纳米棒表面等离激元的电子能量损失谱.在上述复合结构的电子能量损失谱中观察到了谱峰的拉比劈裂,探究了银纳米棒尺寸对拉比劈裂的影响.分别在红外、可见光波段讨论了介质层的元激发与银纳米棒偶极辐射及高阶非辐射表面等离激元模式间的强耦合现象,从损失谱的空间分布成像角度探讨了强耦合引起的杂化等离激子(plexciton)的形成.本研究对强耦合现象的进一步实验和理论研究具有指导意义.

GaAs衬底上等离子体增强原子层沉积GaN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在斜切的砷化镓(GaAs)衬底上低温沉积了氮化镓(GaN)薄膜,对生长过程、表面机制以及界面特性等进行分析,得到GaN在215~270℃的温度窗口内生长速度(Growth-Per-Cycle, GPC)为0.082 nm/cycle,并从表面反应动力学和热力学方面对GPC的变化进行了分析。研究发现,生长的GaN薄膜为多晶,具有六方纤锌矿结构,且出现(103)结晶取向。在GaN/GaAs界面处观察到约1 nm厚的非晶层,这可能与生长前衬底表面活性位点的限制和前驱体的空间位阻效应有关。值得注意的是,在沉积的GaN薄膜中,所有的N皆与Ga以Ga-N键结合生成GaN,但是存在少部分Ga形成了Ga-O键和Ga-Ga键。这种成键方式,可能与GaN薄膜中存在的缺陷和杂质有关。

基于研究型教学开展拔尖人才培养的实践探索

文章拓展了研究型教学中科研训练环节的教学方法,在学生普遍受惠的基础上,对于部分有意愿的学生,安排他们进入导师的研究室,同研究生一起参加研究室的科学研究活动,学习时间从课程的开始一直延续到他们毕业,以此来加强对学生的科研能力和科研素养的培养,培养拔尖人才。此外,文章还归纳总结了近十年来我们实施的一套研究型教学的方法。

GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性

采用分子束外延(MBE)生长技术生长了周期厚度不同的1 e V吸收带边的Ga N0.03As0.97/In0.09Ga0.91As应变补偿短周期超晶格(SPSL)。高分辨率X射线衍射(HRXRD)测量结果显示,当周期厚度从6 nm增加到20 nm时,超晶格的结晶质量明显改善。然而,当周期厚度继续增加时,超晶格品质劣化。对超晶格周期良好的样品通过退火优化,获得了具有低温光致发光现象的高含N量Ga NAs/In Ga As超晶格,吸收带边位于1 e V附近。使用10个周期的Ga NAs/In Ga As超晶格(10 nm/10 nm)和Ga As组成的p-i-n太阳电池的短路电流达到10.23 m A/cm2。经聚光测试获得的饱和电流密度、二极管理想因子与由电池暗态电流-电压曲线得到的结果一致。

含铜超低碳微合金钢冷却过程硼的晶界偏聚

用硼径迹显微照相技术研究含铜超低碳微合金钢从1 150℃以5℃/s冷却到850℃过程中硼的晶界偏聚的形成与发展的过程。统计分析了冷却到不同温度时富集因子与贫化区宽度的变化,研究表明在冷却初始阶段硼—空位复合体迅速扩散到晶界上,使晶界上的硼迅速增加,在1 090℃达到极大值,冷却到1 090～940℃区间时,随着温度的降低晶界上的硼发生明显的反向扩散,晶界上的硼逐渐减少,继续降低温度,随着析出物的出现反向扩散变弱,晶界上硼的偏聚量又开始增加。

利用红外光谱测量氮化镓薄膜的载流子浓度和迁移率

利用红外光谱仪无损测量氮化镓薄膜的反射红外光谱,通过拟合计算获得薄膜的载流子浓度以及迁移率.实验测得氮化镓薄膜的载流子浓度为3.204×1018 cm-3,迁移率为2.149×102 cm2/(V.s),该结果与霍尔效应方法测量结果一致.

微波布拉格衍射实验中发射喇叭张角引起的奇异峰

分析了微波布拉格衍射实验中发射喇叭张角在模拟晶体(100)面引起奇异峰的原因,由于喇叭发射的微波不是严格的平面波,产生布拉格衍射时存在一个临界掠射角,掠射角小于临界角时,接收喇叭不但可以接收到晶面反射波,还可以直接接收到发射喇叭发射的微波,二者相干叠加而产生奇异峰,理论计算得到了奇异峰对应的掠射角,与实验测量数据吻合.

研究型教学中科研训练环节的教学实践

本文探索了研究型教学中科研训练环节的教学模式,结合大学生科技训练项目和实验课教学内容,开展研究型教学中的科研训练环节教学,加强对学生的科研能力和科研素养的培养,提高学生提出问题、发现问题、分析问题和解决问题的能力。

研究型教学的学生受益状况分析

本文以北京科技大学物理系232名同学课程成绩数据为基础,分析了四年来研究型教学中学生的受益状况,得出以下结论:根据在研究型教学中学生投入的时间和精力看,有56%的学生积极投入,38%的学生一般投入,6%的学生投入不足;研究型教学不仅使得少数优秀的学生受益,而且也使得94%的学生通过研究型教学提升了科研能力和科研素养,提高了提出问题、发现问题、分析问题和解决问题的能力。

垂直磁场对光抽运信号的影响

保持扫场和垂直磁场合成的叠加磁场大小一定,定量研究了地磁场的垂直分量抵消不同时叠加磁场方向变化角度Δθ对光抽运信号幅度的影响.结果表明:光抽运信号幅度随叠加磁场方向变化角度Δθ的增大而增大,当Δθ=180°时,即地磁场的垂直分量完全抵消时,光抽运信号幅度最大,并用量子理论的观点解释了这一规律.

全息照相实验中光强的测量

文章提出了使用硅光电池配合LED电压表测量参考光以及物光光强的实验方法。经过实验与教学验证,该方法简单易行、性能稳定、成本低、在全息实验教学中取得了良好的教学效果。

K_2NiF_4型Sr_2CrO_4的磁电性质研究

以SrO和CrO2为原料,在高温高压的条件下直接反应生成纯相的K2NiF4结构的Sr2CrO4多晶样品.结构用粉末X射线衍射及GSAS精修表征.磁化率测试显示样品存在一个弱的反铁磁相变,奈尔温度为N=95 K.在奈尔温度以上,磁化率随温度的变化遵循居里-外斯定律.对样品进行了电阻测试,结果显示了样品的绝缘特性.

依托科研实例课程开展科教融合创新人才培养

文章介绍了将科研实例编排成课堂教学内容,为学生开设科研实例的课堂教学课程。该课程既能教授学生理论和专业知识,又能加强对学生科研能力和科研素养的培养。此外,文章还归纳总结了科研实例课程的6个主要特征,本研究的教学实践和取得的效果丰富了科教融合的研究型教学理论和教学方法。

光激发作用下分子与多金属纳米粒子间的电荷转移研究

金属纳米粒子在光激发作用下的增强作用是纳米科学领域的一个研究热点.针对分子和多个不同位形下的金属纳米粒子在光激发下的相互作用展开了理论研究.应用密度矩阵理论描述分子和金属纳米粒子同时激发产生表面等离激元后的电荷输运过程.研究发现,表面等离激元增强效应与分子和各个金属纳米粒子的相对位置有密切关系.详细分析了金属纳米粒子间的耦合强度、分子和金属纳米粒子间的耦合强度、表面等离激元能级杂化、分子激发能和外场频率对表面等离激元增强效应的影响.

Cu掺杂及SPS工艺对Ba_8Ga_(14)Cu_2Si_(30)热电性能的影响

采用电弧炉熔炼、球磨、放电等离子烧结(SPS)的方法合成了名义配比为Ba8Ga16-xCuxSi30(x=0,2)的第I类笼状化合物。研究了Cu对Ga的替代对材料结构以及热电性能的影响。结果表明,相比于Ba8Ga16Si30,Cu的掺杂使得样品的晶格常数减小,热导率降低,Seebeck系数的绝对值增大,ZT值有明显的升高。另外工艺条件的微小变化也对材料结构和性能有影响。

对普朗克公式的再认识

本文简要回顾了普朗克公式的建立过程,从数值拟合与物理内涵两个方面对普朗克公式进行了详细的阐述,并着重分析了普朗克公式中的高频抑制因素的作用。

分子聚集体中激子-激子湮灭过程

分子的激发能量转移和电荷转移是提高光伏电池和发光二极管效率的关键问题,其中分子聚集体中的激子-激子湮灭过程是影响分子激发能量转移的重要方面,细致研究激子-激子湮灭的动力学过程并与相关的瞬间吸收谱信号对比对相关的理论和实验都有重要意义.本文在分子间弱耦合近似下,用经典的率方程,应用方酸分子的基本参数对激子-激子湮灭过程做了微观描述,通过改变相关参数,研究了外场激发强度、聚集体的偶极矩位形、分子内的衰变率等因素对激子-激子湮灭过程的影响,分析了激子在第一激发态和高阶激发态的驰豫时间、电荷转移相干时间、激子融合和湮灭时间之间的关系,得到的结论适用于高阶激发态能级能量约为第一激发态能级能量的2倍的分子组成的分子聚集体.研究发现,J型聚集体由于相干能量转移时间较短,比H型聚集体有更高的湮灭率.激发场强越强,激子-激子湮灭的效率越高.分子高阶激发态的衰变率是激子-激子湮灭过程的关键因素.