纳米尺度的表面化学在薄膜材料与表面工程中的应用

纳米尺度的表面化学定义为在纳米及其以下尺度研究表面与界面的结构与化学以用于精确控制材料合成与应用中发生在表面与界面的弱的相互作用力或强的化学键合。通常,新的功能材料的合成涉及到分子间弱的相互作用或新的化学键的产生。文中简要评论了有机分子在固体表面的自组装或通过表面化学反应而实现的定向组装以引证说明研究纳米尺度的表面化学对新材料合成与对材料性能理解的重要性。基于对这些组装过程的原子尺度的理解,新的纳米有机结构材料合成方法如固体表面二维纳米网格得以讨论。对通过弱的非键作用而实现的分子自组装薄膜,分子–基体间相互作用可能引起分子构型的变化甚至使分子产生手性。分子与分子之间相互作用特别是分子之间的官能团相互作用以最大化自组装薄膜的稳定性,从而决定分子在薄膜中的排布结构。有机分子在固体表面的定向排布是通过分子的活性官能团与固体表面活性场进行表面化学反应而实现的。因而分子在定向组装的薄膜中的排布主要取决于不同官能团参与表面反应的竞争与选择以及固体表面活性场的分布。用有机分子在Si(100)与Si(111)–7×7表面的反应为例对分子定向组装形成薄膜进行原子尺度的理解,并讨论了有机分子在硅表面定向组装的反应机理。研究表明在纳米以下尺度对分子在固体表面自组装和定向组装的理解对发展具有广泛应用前景的二维与三维固体表面功能材料具有重要意义。

Hamiltonian Reduction of Quantum Systems Controlled by Pulses

We explores Hamiltonian reduction in pulse-controlled finite-dimensional quantum systems with near-degenerate eigenstates. A quantum system with a non-degenerate ground state and several near-degenerate excited states is controlled by a short pulse, and the objective is to maximize the collective population on all excited states when we treat all of them as one level. Two cases of the systems are shown to be equivalent to effective two-level systems. When the pulse is weak, simple relations between the original systems and the reduced systems are obtained. When the pulse is strong, these relations are still available for pulses with only one frequency under the first-order approximation.

自旋链中量子信息的完美传输与量子链中态的完美操控

在分析了相邻耦合自旋链后,提出了一种求解使量子信息在链中完美传输的耦合强度的方法,并用Groebner基分析的方法得到了耦合强度的所有解析解。该方法同样适用于求解脉冲激光驱动的多能级量子链系统量子态完美操控的控制参数问题。该结果可以用来分析自旋链量子信息的完美传输和多能级量子链态完美操控的解结构和寻找有优化性质的参数特解。

机械力响应高分子体系的原理、构建与应用

具有刺激响应特性的高分子材料是目前高分子研究中的重要领域。机械力作为一种新型的刺激源,具有与传统光、热等刺激源不同的特点。机械应力刺激可以从来源上分为宏观机械力与微观机械力,宏观机械力早在人类发展初期已被广泛用于高分子材料的处理。而微观机械力对高分子作用的原理和应用近年来才逐渐成为研究重点。本文从高分子机械力响应的原理出发,分类阐述了各种机械力响应系统。其中,按照断裂的化学键将其分为共价键体系和非共价键体系。而共价键体系可以进一步按照环状结构与线型结构分为两大类。此外,本文还总结了已有应用,包括用于应力拆分外消旋体、应力活化催化剂及应力用于研究反应机理等。