课程文献中心 更多>>

关键词： 数据同化   格林函数   克莱因-高登方程   一致收敛   权重系数的客观选取   距离速度方位显示   相控阵雷达   三维风场反演   误差分析  

摘要： 多普勒天气雷达资料为监测高影响天气、短时临近预报和定量估测降水量、预警强灾害的发生、减少社会经济和生命财产损失提供了重要的依据。由于中小尺度强对流天气系统影响因素众多且演变过程复杂,目前在雷达资料变分方法及多普勒速度的风场反演问题中,仍存在同化计算误差较大、三维风场反演不够准确等诸多关键问题,直接影响短临预报的及时性和准确性,亟待气象科技工作者更加深入地研究剖析。为此,本文以变分问题在天气雷达资料处理中的应用研究为主题,开展了变分方法中计算友好型格林函数构造、DVAD方法在风场反演及表达中的若干问题研究、新型高时空分辨率阵列相控阵天气雷达三维风场反演三方面工作。这三个方面工作,本质上均为对数学物理中的反问题,研究如何客服数学上的不适定性。主要内容如下:1.变分法是资料同化的一类重要方法,用变分方法对雷达和雨量计资料估测降雨量的问题中,为了求解这类源于资料同化的反演问题,针对积分区域的收敛性,需要设计计算友好型格林函数的构造及应用。利用镜像法获得了矩形域上的SKGE方程格林函数的双级数表达,再利用特征函数展开法将矩形域上的SKGE方程格林函数分解为对数奇异分量和正则分量,其中格林函数的对数奇异分量可以通过完整求和明确表示为一个初等函数,而正则分量表示为两个无穷级数之和。收敛性分析表明,该表达式具有良好的计算友好性和一致收敛性,可以通过级数的直接截断来近似计算。此外,构造了圆形区域上的格林函数极坐标表达,借助于计算友好型格林函数,构造了权重系数的客观选取算法和边界条件反演的表达式。与之前利用统计学方法进行数据处理或利用多重网格法、离散差分方法完成泛函方程求解相比,本文提出的方法将泛函变分问题的分析和求解提升到一个新的高度,数学表达上更加严谨、精确。利用常州雷达及观测区域内的雨量计测量值完成权重系数最优选取和雷达雨量计探测数据同化,实现算法验证,数据同化结果评估发现,算法取得了较好的改进效果。2.在风场反演方面,通过研究十余种参数特征的线性、非线性风场状态,对环境平均风、VAD平均风的区别以及线性风场动力学中心、DVAD探测中心的区别和线性变换关系进行了深度剖析、分辨和识别,分析了r Vd模式下计算得到环境平均风及涡度的可行性。取得的研究成果有:(1)线性风场中VAD、DVAD方法得到的(#,#)是雷达正上方平均风,而非实际的环境平均风,计算得到的垂直风廓线产品仅为不同高度的平面上雷达探测区域内的水平风廓线,其值随观测时间不同、雷达与风场动力学中心位置关系的不同而线性变化;(2)DVAD方法中r Vd模式下表达线性风场时有较好的几何优势,保持二次曲线的状态,r Vd场比Vd场更适合观测风场的移动。但r Vd二次曲线中心的移动与线性风场的实际移动之间仍不对等,而是呈线性变换关系,变换系数取决于风场一阶导数项的大小和符号;(3)在涡度观测方面,通过变化’-)的取值得到r Vd场的变化,即?r Vd成平行线状态,平行线的斜率与风场动力学中心(+,+)有关。理论研究结合2021年4月30日发生在江苏淮安的极端风雹天气的风场和降水场进行分析,发现此次由超级单体产生的下击暴流事件引发的极端大风,具有近地面层辐散风场、下击暴流前进方向的出流区域风速急剧增加、两侧气旋和反气旋明显等特征,印证了强灾害天气实例中环境风场与局地雷暴风场相互作用的非线性与复杂性。3.利用最新发展的具有里程碑意义的阵列相控阵天气雷达资料进行三维风场反演和分析。阵列相控阵天气雷达分布式、高度协同的扫描方式、垂直剖面仰角全覆盖的探测范围、高时空分辨率的数据质量,在实现短距离中小尺度系统探测方面有着巨大优势,有助于反演三维风场并分析快速变化的中小尺度强对流天气降水的精细结构演变。本文利用位于雄安的三子阵阵列相控阵雷达探测资料,分析了该区域2021年8月5日强风雹天气过程。研究表明,(1)通过阵列相控阵雷达对强风及降水的密集观测,得到水平风场和垂直剖面风场的时空分布,有助于分析中小尺度对流单体强度回波及径向速度回波的水平风场和垂直风场的精细结构,揭示其演变规律;(2)采用三维变分法、双向积分权重法、直接合成法三种反演算法反演了三维风场,定性分析表明,三种算法在反演风场的数值范围、气流结构等细节方面虽有区别,但得到了相似的气流结构特征,具有较高的合理性和可信度;(3)利用实际观测的径向速度对三种风场反演算法得到的风矢量进行了定量误差分析,结果表明三种算法反演的结果各有误差,分析误差形成的原因:风场反演问题在数学求解上的不适定问题、反演风场的前提假设不能严格对应复杂多变的局地对流风场、不确定或者不适合的Z-Vt关系、多次迭代求解导致信息失真等,说明反演算法细节方面仍有需要解决的问题。研究结果为相控阵天气雷达资料在强天气预警中的深入应用提供了前沿性的探索。总之,本文针对天气雷达数据处理中

关键词： 自旋霍尔效应   自旋霍尔电导率   自旋贝里曲   第一性原理计算  

摘要： 近年来,自旋霍尔效应在凝聚态物理和自旋电子学等应用领域吸引了人们极大的关注。这种效应最典型的特征是在没有外磁场或者磁性材料的参与下,人们就能够利用它将样品中的电荷流转化为自旋流。因此,其成为了一种非常有前景的操控电子自旋自由度的效应。现今人们已经提出了多种基于自旋霍尔效应的器件模型,其中包括自旋霍尔效应晶体管、全电子的自旋场效应晶体管、自旋轨道矩设备等。自旋霍尔效应的产生机制主要包括两种:非本征机制和本征机制。由于非本征机制产生的自旋霍尔电导率取决于材料的杂质、缺陷等,这使基于此机制下的自旋霍尔效应很难控制,因此人们主要关注于本征机制的自旋霍尔效应。在此机制下,材料的自旋霍尔电导率越大,在同样的自旋霍尔角(即自旋流的转换效率)下其得到的自旋流就会越大。因此,寻找具有大的、稳定的本征自旋霍尔电导率材料一直是自旋电子学领域的一个重要课题。基于此,本论文发现并研究了三类具有大自旋霍尔电导率的5d过渡金属化合物材料,具体成果概括为以下三个部分:(1)人们通常认为在拓扑非平庸态的绝缘体中才有可能出现电导率平台,本文中我们发现在存在三重费米子的Ta N系列材料中能够出现自旋霍尔电导率准平台,具体以已被实验合成的Ta N为例来研究其本征自旋霍尔效应。通过第一性原理计算,我们发现Ta N在空穴掺杂下,其自旋霍尔电导率在-0.03 e V处取得极值439(?/e)S/cm,对应的自旋霍尔角为-0.57,并在[-0.58,-0.03]e V的能量范围内形成了一个宽为0.55 e V的自旋霍尔电导率准平台。大的自旋霍尔电导率准平台和自旋霍尔角使得Ta N在热扰动下也能产生大的稳定自旋流。我们通过Ta N类材料的三重费米子四带k·p模型证明了自旋霍尔电导率准平台的产生和|3/2,±3/2>和|1/2,±1/2>电子态导致的自旋贝里曲率的局域化有关。进一步的计算表明,Ta N家族中其他材料Ta P、Ta As、Ta Sb、Ta Bi中也具有和其类似的自旋霍尔电导率准平台。(2)通过第一性原理计算我们对Hf Se家族材料中的自旋霍尔效应进行了研究。Hf Se是一种已经被实验合成的三重简并点和外尔点共存的半金属材料,其本征自旋霍尔电导率为-367(?/e)S/cm且具有大的本征自旋霍尔角(-0.55)。Hf Se和Ta N类三重简并点材料相比并没有出现自旋霍尔电导率准平台,但是其自旋霍尔电导率在空穴掺杂下是准线性缓慢变化的(变化率约为7%/0.1e V)。费米能级附近的|3/2,±3/2>和|1/2,±1/2>电子态以及外尔点导致的自旋贝里曲率的局域化,使得其自旋霍尔电导率在空穴掺杂下具有准线性分布的特征。我们还发现Hf Se家族的其他材料Hf S、Hf Te也具有准线性变化的自旋霍尔电导率,这和大部分金属化材料中的自旋霍尔电导率在电荷掺杂下剧烈变化相比具有明显的优势,有利于产生可控的自旋流。(3)通过第一性原理计算我们还发现六角层状材料PtB具有大的本征的自旋霍尔效应,其本征的自旋霍尔电导率为2159(?/e)S/cm。当对PtB进行电子掺杂,其自旋霍尔电导率在能量为0.04 e V处取得最大值2274(?/e)S/cm。此外,PtB在费米能级附近大的能量范围内具有大自旋霍尔电导率,且其自旋霍尔电导率在[0.04,0.16]e V的能量范围内还满足准线性变化(变化率约为6%/0.1e V)。PtB费米能级附近的价带的局域能量极值点在垂直于K-H的平面上形成了环且和导带之间还具有较大的能量差,导致了其在大的能量范围内具有大的自旋霍尔电导率。

关键词： 天然双曲材料   六角氮化硼   石墨烯   等离子激元   自旋霍尔效应  

摘要： 六角氮化硼(Hexagonal boron nitride,h BN)作为一种天然的双曲材料,相比于金属或人工合成的双曲超材料而言具有更好的光学响应和更低的光损耗。石墨烯(graphene)是由排列在六边形蜂窝状晶格中的二维单层碳原子所构成。由于石墨烯具有特殊的电子能带结构而使其等离激元表现出独特的电学可调性、低本征损耗及高度光场局域等卓越的性能。本论文通过经典电磁理论及角谱理论对由六角氮化硼与石墨烯耦合形成的graphene/h BN异质结构和graphene/h BN超晶格结构表面产生的光子自旋霍尔效应进行了深入的探讨,主要研究内容如下:1.通过在六角氮化硼上引入一层石墨烯,构建了一种可调的光子自旋霍尔效应结构。六角氮化硼中的声子极化子(SPh Ps)与石墨烯中的等离子体极化子(SPPPs)的相互作用产生了杂化极化子,从而导致graphene/h BN异质结构中复杂的光子自旋霍尔效应(SHEL)。我们重点关注在h BN两个剩余频率带附近的产生的SHEL,特别是靠近近零点(ENZ)的频率区域。研究发现,在第一剩余频率带的ENZ附近,SHEL在很宽的入射角范围内被显著增强,而在第二剩余频率带内,SHEL被明显减弱,甚至在某一特定条件下趋于零。根据体系的色散性质可以看出,在第一剩余频率带的ENZ附近增强的SHEL主要归因于表面等离声子极化子(SPPPs)的产生,而位于第二剩余频率带内被削弱的SHEL主要来源于双曲等离声子极化子(HPPPs)的激发。当s波和p波的菲涅尔反射系数的比率和相位差满足一定条件,自旋位移可达到极值并通过调控化学势进行有效地调节。此外还讨论了光轴倾斜角、六角氮化硼的厚度和入射角对自旋霍尔效应的影响。这些发现可能为基于自旋光学和光子控制的纳米光学器件提供潜在的应用前景。2.在单层薄膜结构的基础上,设计了一种graphene/h BN超晶格结构。运用传输矩阵的方法,进一步探究了反射光束在介质表面产生的自旋霍尔效应。研究发现,当把材料结构变为超晶格结构后,通过调节化学势能够在更宽的频率范围观测到自旋位移的存在。当入射角在布儒斯特角附近且相位满足一定条件时,能够获得体系的自旋位移极值。此外,通过调节入射角和光轴倾斜角的大小可以有效地调控自旋位移的大小和出现自旋位移所对应的频率位置。

关键词： 光自旋霍尔效应   各向异性   非线性  

摘要： 对于空间受限的线偏振光来说,当其在非均匀介质中传输时,会发生反射/折射。反射/折射过程中为了保证总角动量守恒,自旋-轨道会相互作用,从而导致反射光束/折射光束产生分裂,即所谓的光自旋霍尔效应。光自旋霍尔效应以其独特的物理性质在精密计量、微纳光子器件研究以及通信等方面都存在巨大的应用潜力,因此成为了光学领域研究的热点问题。本文基于各向异性介质中光自旋霍尔效应的特殊性质,分别研究了线性和非线性各向异性晶体中的光自旋霍尔效应。本文主要研究工作总结如下:(1)从理论和实验两方面证明了一种在空气-单轴晶体界面上的新型光自旋霍尔效应。首先,从理论上构建了水平偏振傍轴高斯光束在空气-各向异性晶体界面的反射模型,分析了在此模型上发生的光自旋霍尔效应。水平偏振光在晶体表面上反射时,晶体的各向异性使入射偏振态发生交叉偏振转换,其中转换效率与横向波矢K相关,反射光的线偏振角度随K矢量呈线性变化,而自旋方向相反的光子在入射面内空间分离,即产生光自旋霍尔相应。实验中测量了自旋位移与晶体光轴和光束入射角的关系,当入射角接近布鲁斯特角时,转动晶体光轴,得到最大自旋位移为29.5μm,约等于光束束腰的一半;且自旋位移方向会在光轴为90°时发生反转。因此,在这种由各向异性诱导的新型光自旋霍尔效应中,反射光束的自旋位移可以通过入射角和晶体光轴的方向进行调节,基于此方法可以实现对光自旋霍尔效应的灵活操控。(2)提出并观测了非线性各向异性晶体中的光自旋霍尔效应。首先,从耦合波方程入手,建立了光束在非线性各向异性晶体中传输的模型,分析了非线性光场自旋霍尔效应的产生过程,发现在线性自旋-轨道耦合和非线性倍频效应共同作用下,非线性光场的自旋分裂依赖于入射光焦点在晶体中的位置,不同于非线性光场,基频光场的自旋分裂现象与焦点的位置完全无关。当焦点从晶体的前端面移动到后端面时,非线性自旋光子的位移方向发生改变,自旋方向相反的非线性光子完全分离。在实验上,我们以BBO晶体的倍频效应为例验证了非线性自旋霍尔效应,其中晶体长度为20 mm。实验发现:当焦点位置从0变为20 mm时,倍频光中右旋圆偏振分量的质心位移从正值变为负值,左旋圆偏振分量的质心位移从负值变为正值;且当焦点位置从3 mm移动到19 mm时,倍频光中左右旋圆偏振分量的自旋位移随晶体的移动基本呈线性变化。而当焦点位置从0变为20 mm时,基频光的自旋位移没有任何变化。类似的实验结果在二维光束入射晶体的情况下也得到证实。实验结果与理论预期基本一致。以上研究工作及成果,加深了光自旋霍尔效应中自旋和轨道相互作用的理解,为实现对光自旋霍尔效应的操控提供了新的方法,进一步促进了光自旋霍尔效应的实际应用。

关键词： 磁各向异性   自旋轨道矩   电流诱导磁矩翻转   磁线二色  

摘要： 随着信息通信技术的不断创新,大数据、社交媒体、物联网和云计算等所产生的信息量迅速增长。“信息爆炸”使得尺寸更小、功耗更低、处理速度更快这三项指标成为引领电子产品发展的重要方向。与半导体器件相比,新型自旋电子学器件在信息存储方面具有非易失性、容量更大、速度更快、能耗更低等显著优势,可为满足上述需求提供更为广阔的前景,而作为其主要构成的磁性薄膜因此成为人们研究的热点。本论文以铁基单晶磁性薄膜为核心研究体系,分别以具有面内磁各向异性的单晶Fe/Co多层膜和具有垂直磁各向异性的L10-FePt合金薄膜为切入点,着眼于表面重构对体系磁性能的调控、外延结构FePt合金薄膜中的自旋输运特性与深紫外激发下的磁线二色效应等,围绕材料制备、机制探索和器件设计三个方面展开研究。主要工作内容和创新成果总结如下:(1)利用具有温度依赖特性的表面重构实现对单晶Fe/Co双层膜体系磁各向异性的调控。利用单晶Fe薄膜中的表面重构现象,系统地研究不同Co层厚度下表面重构对体系磁各向异性的影响,构建了磁各向异性与表面/界面重构的关联,并通过分离Fe/Co双层膜磁各向异性中的体贡献和界面贡献阐明了表面重构对Fe/Co界面各向异性的增强,进而实现体系磁各向异性的有效调控。(2)以外延L10-FePt/Cr薄膜作为核心体系,结合具有强轨道霍尔效应的3d金属Cr实现高效的电流诱导磁矩翻转。利用电流注入Cr层激发产生的轨道流,通过FePt层实现高效的轨道流-自旋流转化,从而驱动FePt自身磁矩翻转。实验证明,与具有强自旋霍尔效应的重金属相比,该结构中电流驱动磁矩翻转需要的电流密度降低了 69%。(3)在单晶L10-FePt单铁磁层结构体系中分别通过Cr元素掺杂以及局域电流退火的方式实现其不依赖于外磁场的电流驱动磁矩翻转。在保证L10有序结构的前提下,Cr掺杂后的L10-FeCrPt结构会诱导产生面内交换耦合场,打破器件面内反演对称性,进而通过自旋轨道矩效应实现磁矩不依赖于外磁场的定向翻转并结合理论计算对比相关物理机制予以阐明。通过局域电流退火的方法,设计出纵向Fe成分梯度反对称的器件构型,打破面内反演对称性,有效地实现L10-FePt单层膜结构无外磁场下的电流驱动磁矩翻转。这两部分工作为实现单铁磁层中自旋轨道矩在无外磁场下驱动磁矩翻转提供了思路,为高能效自旋电子学器件的构建提供了新的技术路线。(4)在具有(001)与(111)双取向外延结构的FePt薄膜中使用线偏振态的深紫外激光对其过渡区域的磁线二色效应进行研究。通过对比具有相同晶体结构、磁各向异性不同的CoPt与利用退火温度调控有序结构的形成证明了DUV磁线二色衬度的形成与自旋取向以及有序结构的形成存在重要关联。这对进一步理解价带电子激发中磁线二色效应的起源具有重要意义。

关键词： 氮化镓   范德瓦尔斯异质结构   自旋电子学   自旋阀   第一性原理  

摘要： 基于电子的电荷的属性而设计的传统半导体芯片和集成电路构成了现代信息技术的基础。电子除了是电荷的载体,同时也是自旋的载体。受限于结构、材料和量子效应,传统基于电荷工作的集成电路面临着巨大挑战。进入后摩尔时代,研究和发展低维半导体磁性异质结构材料与器件是今后进一步突破半导体器件性能、发展新一代量子器件的迫切需求。二维氮化物半导体/二维磁性材料异质结构可以通过同时操控电荷自由度和自旋自由度处理和存储信息,并借此发展新一代微型化、低功耗、多功能和非易失性的低维自旋电子学器件。本文基于二维宽带隙半导体氮化镓(GaN),通过和不同的二维铁磁材料的垂直堆叠组建范德瓦尔斯异质结构,设计了具有室温磁性、信息存储、高电导率等突出优点的范德瓦尔斯自旋阀、二维双栅极自旋场效应管等自旋电子学器件。采用第一性原理计算并结合晶体场理论、微扰论分析、玻尔兹曼输运方程等理论手段研究了低维GaN基磁性范德瓦尔斯异质结构的电子、磁学和输运性质。具体研究内容如下:(1)通过第一性原理计算研究了二维GaN与二维VN所组建的异质结构的电子和磁学性质。GaN中的N原子对V的库伦排斥力导致d轨道的占据发生变化。拥有半占据简并轨道的VN必然的半金属性转变为允许出现带隙的满占据。三明治结构的VN/GaN/VN范德瓦尔斯异质结构的导电性很大程度取决于VN的磁化配置,通过平行-反平行的磁化配置切换使异质结构的导电性在半金属-半导体之间切换。能级占据的转变同时伴随了易磁化轴的转变,并通过二阶微扰论分析对其进行了解释。VN、GaN/VN、VN/GaN/VN的居里温度均高于440 K。远高于室温的磁相变温度和外场可调的高低电阻态使VN/GaN/VN范德瓦尔斯异质结构是理想的范德瓦尔斯自旋阀候选材料。(2)系统地研究了双栅极场效应管的静电掺杂下GaN/Cr I异质结构的电子、磁学、输运性质。虽然单层Cr I的易磁化轴在0.2电子掺杂下由面外向面内转变,但在GaN/Cr I范德瓦尔斯异质结构电子掺杂下保持面外的易磁化轴,这对高密度信息存储至关重要。电子掺杂和空穴掺杂均能提高GaN/Cr I范德瓦尔斯异质结构的居里温度,解决了单层Cr I中电子掺杂将导致居里温度降低而无法保持自发磁化的问题。在相同静电掺杂条件下,GaN/Cr I异质结构保持了半金属性质,同时载流子有效质量的大幅降低使得自旋相关的电导率远大于单层Cr I。利用高载流子迁移率的GaN和铁磁体构建磁性范德瓦尔斯异质结构是开发高性能场效应晶体管的有效策略。(3)基于MoSiN和WSiN相同的原子结构,构筑了具有双层磁性原子的单层Ti CrN。通过第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论的结合研究了单层Ti CrN和GaN/Ti CrN范德瓦尔斯异质结构的电子、磁性和输运性质。Cr N四面体晶体场使xy面成为中心的Cr原子的易磁化面。当两侧的Cr原子磁化夹角在xy面内增大,由平行到反平行,带隙逐渐增大单层Ti CrN和GaN/Ti CrN范德瓦尔斯异质结构的电导率显著下降,最大磁阻率分别达到了23 300%和18700%,表现出明显的巨磁电阻效应。单层Ti CrN和GaN/Ti CrN范德瓦尔斯异质结构的居里温度分别为673 K和551 K。这些结果表明,在单分子层极限下,设计包含多层磁性原子层的范德瓦尔斯材料是开发低维自旋阀等自旋电子学器件是的有效策略。

关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚   环形势   自旋轨道耦合   基态  

摘要： 环形势中玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现,使得对该系统的研究成为超冷原子领域的热点方向之一。环形势特殊的几何结构和玻色-爱因斯坦凝聚的参数精准可控优势的结合,为人们研究超流、迟滞和原子器件等提供了优秀的量子模拟平台。然而,玻色-爱因斯坦凝聚中原子的电中性限制了人们利用其模拟凝聚态物理中和电荷相关的物理现象。人工规范场理论的提出及在玻色-爱因斯坦凝聚系统中的实验实现打破了这种局限性。光与原子的相互作用,使得原子具有类似电子行为的性质。在人工规范场理论中,自旋轨道耦合是最为重要的一种机制。此时粒子的自旋和轨道产生相互耦合,在自旋霍尔效应、拓扑绝缘体和自旋电子器件中至关重要。本文主要研究环形势中含自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚系统,着重分析了不同的自旋轨道耦合形式存在情况下对系统基态相图和动力学性质的影响。基于平均场理论来处理二维弱相互作用玻色-爱因斯坦凝聚;使用分步傅里叶方法来进行虚时间演化,从而在数值上得到系统的基态;通过对数值结果的分析,然后利用有效的准一维模型进行建模,对系统进行解析求解,揭示其物理本质。本文主要结果如下:首先研究了两组分Rashba自旋轨道耦合和Dresselhaus自旋轨道耦合共存时环形势中的玻色-爱因斯坦凝聚,发现这两种耦合的共存破坏了系统的旋转对称性,使基态存在倾斜分布的条纹相;基态动力学在径向和方位角方向都展现出有趣的周期性运动。其次研究了环形势玻色-爱因斯坦凝聚中三组分Rashba自旋轨道耦合,该系统基态存在沿方位角空间分离的偶数花瓣相和沿径向分离的持续流,证明了该系统具有旋转对称性;通过分析其对称性进一步验证了二维数值模拟结果和准一维模型的解析结果;发现可以通过调节自旋轨道耦合强度来操控花瓣相的花瓣数和持续流相的相位绕数。最后将拉曼诱导的自旋轨道耦合和自旋张量轨道耦合引入环形玻色-爱因斯坦凝聚中,发现其密度占据为独特的两瓣结构;二次塞曼位移的引入产生了更多有趣的条纹相。其二维数值模拟结果与哈密顿量所对应的色散关系结果相一致,通过分析两种自旋轨道耦合的对称性揭示了其背后的物理。

关键词： 旋量玻色爱因斯坦凝聚   动力学量子相变   量子涨落   量子精密测量  

摘要： 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)受到很多科技领域的青睐,如量子光学、量子信息等。它的实现也进一步推动了超冷原子以及冷分子物理的迅速发展。由于BEC气态粒子之间的相互作用较弱,在理论上容易研究,也可以与实验进行较为细致的比较,因此围绕着它的性质出现了大量的理论以及实验的研究。近几年,随着新技术与新方法的应用,探索BEC中新颖的性质已经成为了研究的热点问题。最近人们对非平衡情况下的量子多体动力学进行了实验研究,这些实验研究也验证了相关的理论研究。总体来说,对于具有自旋作用的量子多体系统,其非平衡态的演化规律还处于初期研究阶段,因此还需要进行进一步研究。本文主要研究了旋量BEC中原子数涨落的动力学行为,揭示了原子数涨落可以用来刻画动力学量子相变的行为。同时研究了动力学过程中的相位灵敏度问题,发现动力学过程产生的量子态的相位灵敏度接近于海森堡极限,这对量子精密测量有重要的意义。

关键词： 分数阶Schr(?)dinger方程   Coulomb位势   PS条件   变分法   多重性   Hardy位势   正规化解  

摘要： 在本文中,我们研究了下列三类带有不同位势的分数阶薛定谔方程:(?)和(?)以及(?)其中(1)式中p∈(1,2),(3)式中p∈(3+4s/3,3+2s/3-2s+),V代表不同的位势,s∈(3/4,1),β,λ,ω∈R均为参数,a和b为正数.我们分别运用变分法特别是喷泉定理的思想得到了上述三个方程解的存在性和多重性问题.

关键词： 红外模拟器   黑体辐射   光线追迹   结构设计   仿真分析  

摘要： 导弹告警系统性能的测试如果采用实物试验的方式,有可重复性差、实验成本高的缺点。通常使用红外目标模拟装置进行红外导航、红外目标识别、红外目标预警等军事武器系统的性能测试,提高实验检测效率,缩短研发周期。本文基于模拟目标的红外辐射特性,根据装置设计指标和黑体辐射理论,设计了一款使用硅钼棒高温辐射源的红外目标模拟装置并进行了仿真与实物检测。该装置可出射3μm～5μm的红外辐射,辐射头出口直径为350mm,辐射强度大于1k W/sr/μm,辐射强度分辨率小于6W/sr。本文完成了模拟器结构设计和装置的仿真与实验。设计了双反射式匀光结构的辐射光路,Light Tools软件仿真结果表明装置的硅钼棒温度1500K时,辐射强度达到1k W/sr/μm@3μm～5μm,在2°×2°视场辐射均匀性为86.37%。模拟器结构设计采用分模块设计的方法,装置分为光学系统、辐射强度控制系统、外壳三个模块。结构设计结果满足了3μm～5μm辐射波段控制、辐射强度控制、散热的功能要求。采用有限元分析的方法验证装置工作状态的安全稳定性,仿真结果的热应力分布场表明各元件均不超过材料的屈服强度,未发生塑性变形,模拟器模型在工作时的安全稳定性合格。最后经过实物检测,所设计模拟装置满足设计指标要求,达到了使用要求。