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关键词： 量子力学   课程思政   教学改革   教学实施  

摘要： 课程思政建设是我国落实立德树人根本任务的重要举措，也是国家提高人才培养质量的关键措施。作为物理学专业的必修核心课程，量子力学课程思政的实施对于物理学专业的人才培养和学科建设有着非常重要的影响。基于丰富的教学经验和实践，从确立马克思辩证唯物主义科学世界观、激发家国情怀、培养科学素养等三个方面，挖掘了量子力学中的课程思政的主要元素，总结了开展量子力学课程思政的方法和要素，为有效地实施量子力学课程思政提供了理论指导。最后，对于量子力学课程思政的教学实施过程中的得与失做出了总结和思考。

关键词： 硫化钼   硫化钨   组氨酸   谷极化   手性诱导自旋选择效应  

摘要： 二维(2D)材料因其卓越的物理性质和在光学、电子学、光电子学以及自旋电子学等领域的潜在应用而受到人们极大的关注。在过去的几十年里,很多研究工作都集中在了石墨烯上。然而石墨烯是一种零带隙半导体,这限制了其在光电子学方面的应用。而过渡金属硫属化物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDCs)与石墨烯相似,是一种具有蜂巢结构的二维层状材料,其层内原子的成键属于共价键,层与层之间则为较弱的范德华力,且带隙随层数的变化而变化。作为TMDCs的典型代表,块状二硫化钼(MoS)及二硫化钨(WS)是一个间接带隙半导体,受量子限制效应的影响,单层MoS及WS薄膜会转变成直接带隙半导体。除此之外,单层MoS及WS的空间反演对称性缺失,且具有强烈的自旋-轨道耦合效应(Spin-Orbit Coupling,SOC),从而导致价带与导带出现劈裂,形成两个能级,而由于时间反演对称性,这两个能谷自旋方向相反,可以通过圆偏振光实现选择性激发,这使其在谷物理、自旋电子学和谷电子学等方面的应用成为可能。通过两步化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法,将双功能钠盐NaMo O?2HO、NaWO?2HO作为钼源及钨源,硫粉为硫源,制备出了高质量且大面积的二维材料MoS及WS。同时,通过对生长温度与载气种类的阶段性调控,发现了单层薄膜的三个成长步骤,分别为成核、扩展、融合成型。此外,研究发现钼源及钨源在熔融态温度时,将保护性气体高纯Ar更换为还原性气体Ar/H混合气,将促进与硫源的结合以及单层薄膜的形成。并且在保温结束后重新换回高纯Ar,可以阻止Ar/H混合气中的H对MoS及WS单层膜和Si O/Si衬底的进一步刻蚀,最终获得高质量的MoS及WS单层膜。通过采用组氨酸(D-CHNO、L-CHNO为镜面对称结构的手性生物分子,DL-CHNO非手性生物分子)生物分子溶液对MoS单层膜进行负载修饰,我们发现D-CHNO因其独特的分子结构更容易吸附于MoS单层膜表面。室温下,由于强烈的谷间散射,MoS单层膜的极化度较低。而D-CHNO的负载因手性诱导的自旋选择效应(Chirality-Induced Spin Selectivity Effect,CISS)而在单层MoS布里渊区的+K/-K谷中分别诱导并产生了不同程度的价带劈裂值,进而极大增加了MoS单层膜的极化度。

关键词： 职业院校   工匠精神   理论逻辑   路径选择  

摘要： 工匠精神在中国制造向中国智造转变、人力资源大国向人力资源强国转变背景下引发了社会高度关注，工匠精神的强势回归顺应了时代的需要，培育工匠精神已经成为国家意志和社会共识。在职业院校，培养学生的工匠精神是一项使命担当。从理论视角梳理，准确把握工匠精神的内涵是培养工作的逻辑起点，以工匠精神培育效果为重点深入透析当前职业院校工匠精神培育现状，为在中华优秀传统文化视域下挖掘培养学生工匠精神有效路径，不失为一种新探索。

关键词： 金刚石   固态自旋   系综NV色心   温度测量   微波天线   磁场方向  

摘要： 固态自旋NV(Nitrogey-Vacancy)色心温度测量方法是指利用金刚石氮-空位的自旋特性实现对温度的测量,即在激光激励下使色心的基态能级发生跃迁,通过获取电子自旋零场劈裂D值的变化进行温度的测量。由于其不易受探测空间、探测量程与精度的限制,且金刚石具有荧光发光稳定、生物兼容性好、无毒性等优势,是某些特定环境下纳米级测温的必要措施,在肿瘤细胞的精准靶向治疗、物质材料的磁/热物理性质分析、微观尺度下生化反应能量变化机理揭示等生物医学和材料科学领域深层次科学问题研究和实用化方面具有重大的现实意义和价值。随着测温性能需求的不断提升,高灵敏度的固态自旋NV色心测温系统成为目前研究者们追逐的目标,目前已有部分研究者通过对自旋态的调控、温度测量装置的优化等研究一定程度上提升了测温的灵敏度,但磁场作为测温的必要前提,其大小和方向也对测量的灵敏度有着重要的影响,亟需深入研究。鉴于此,论文从金刚石NV色心的制备与表征、微型天线的设计及其与金刚石的集成化、磁场对测温灵敏度的影响等关键技术出发,开展了高灵敏固态自旋NV色心温度测量方法研究,以探索一种有效提升测温性能的新方法和新途径。主要研究内容包括:(1)针对金刚石样品NV色心含量低的问题,提出了一种利用PMMA掩膜板和N离子注入的方式来提高色心浓度的可控优化制备方法。通过对金刚石进行表面N离子注入、高温退火和酸洗等流程的加工操作,使制备后金刚石中的NV色心浓度提升了约10倍,且制备后金刚石中NV色心的分布更具均匀性,为自旋数量提高提供了制备与表征方法。(2)针对目前微波天线体积大、辐射效率度低的问题,设计了一款Ω结构的微型微波天线,提出了天线与金刚石的一体化集成方法。首先利用磁控溅射镀膜的方式在金刚石表面生成了厚度为100nm的Ω型金薄膜微波天线;然后通过金线键合的方式来生成微波天线的两根导线。通过模拟仿真和实际实验数据的综合分析,所设计的Ω型微波天线辐射均匀性能达到80%左右,色心的激发效率较传统的PCB天线提高了约20倍、体积缩小了约50%,且灵敏度较之前有了较大幅度的提升。(3)针对光斑可控和激光功率可调的需求,同时兼顾高效率的NV色心荧光激发收集,搭建了由光学精密调控光路系统和共聚焦系统组成的系综NV色心光路系统,提高了NV色心荧光激发和收集效率;针对大功率、宽匀场的微波辐射需求,设计搭建了由微波源、微波功率放大器和金刚石一体化天线组成的微波系统。与前述一体化天线进行集成,提高了微波辐射功率和均匀性;针对金刚石温度的精准控制的需求,由热电偶、水冷器和PID反馈电路组成的温控系统,通过设计的温度控制反馈,提高了温度稳定性与可控性。(4)基于搭建的测温系统平台,开展了在磁场下对NV色心温度测量精度和灵敏度的研究。首先针对恒定磁场和非恒定磁场下测温数据的深入剖析,接着经过实验对比不同温度和磁场NV色心光学磁共振ODMR(Optical detected magnetic resonance)谱信号中,通过对零场劈裂D值的分析,得到了D值与温度T两者之间变化关系地拟合曲线。经过讨论和分析磁场大小、方向与测温灵敏度之间的关系,发现磁场方向对测温有较大的影响;最后,通过多组实验分别对平行于NV轴[100]、[111]和[110]磁场方向下温度进行了测量,并总结出了不同磁场方向下温度与零场劈裂D值间的对应关系,即dD/dT≈-45kHz/K,dD/dT≈-82kHz/K和dD/dT≈-110kHz/K,估算出 了不同磁场方向下的温度灵敏度分别为:10mK/(?)、20mK/(?)和47mK/(?)。

摘要： 创新的关键不仅是技术的进步或者科学的发现，而更在于对市场变迁的主动响应。当车作为比手机更有优势的互联网拓展平台，成为信息入口更优的途径。此项目用现代极简的空间逻辑，营造出独特的精神“场”的体验，拉近人与人之间身与心的距离，观察远近区域的场景流动，沉浸地感受时光的流转。利用新时代技术的优势去唤起人们对空间停留的渴望，让人们暂时摆脱对城市生活的物理和数字印象。

关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚体   自旋轨道耦合   偶极-偶极相互作用   准晶光晶格   受激转子   动力学   涡旋   斯格明子  

摘要： 自实验上实现碱金属原子的玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)以来,冷原子物理在理论和实验方面都取得了巨大的进展,已成为当代物理学中最富有吸引力的前沿研究领域之一。特别是,2011年科学家首次在人工规范场中实验实现了自旋轨道耦合(SOC)的超冷量子气体,为进一步探索多体和少体系统的新奇量子态和动力学性质提供了新的途径。另一方面,具有偶极-偶极相互作用(DDI)的量子气体,特别是具有DDI的BECs,近来也吸引了人们极大的研究兴趣。因此,深入研究SOC、DDI以及两者的组合效应与多组分BECs的量子相和动力学之间的物理规律将变得非常有趣。本论文主要运用平均场理论和量子多体理论并结合数值计算方法,研究SOC、DDI、囚禁势和旋转等因素对多组分BECs的基态、拓扑结构和动力学的影响,揭示体系中非平庸的量子相、拓扑激发和动力学行为,为实验研究提供理论依据和参考。论文的主要工作如下:首先,研究了旋转的环形阱中具有DDI和SOC的赝自旋1/2 BECs的基态结构和自旋纹理。引入非线性Sigma模型,建立了赝自旋之间的精确数学关系,来理解系统的拓扑结构和物理性质。系统分析了 DDI、SOC、旋转和环形阱对系统的基态结构和拓扑缺陷的组合效应及相关物理机制。分别对于DDI排斥和吸引两种情形,绘出了以相互作用比值和DDI强度作为变化参数的基态相图。该系统支持含有量子液滴的三角(方形)涡旋晶格、十字型交叉的涡旋串晶格、半斯格明子串、半斯格明子-半反斯格明子项链等新颖的量子相和拓扑激发。其次,发展了唯相的耗散模型,研究了旋转的准晶光晶格中具有SOC的赝自旋1/2 BECs的稳态结构和动力学性质。这个唯相耗散模型具有良好的预测能力,能够很好地解释相关实验结果。该系统存在独特的动力学行为。对于初始的螺旋条纹相,旋转后系统演变成一个包含巨涡旋和隐藏的涡旋项链的显涡旋项链结构。同时,自旋纹理历经一个结构相变,从梅隆-反梅隆对演化成半反斯格明子项链。此外,针对无外势均匀情形的平面波相,通过推导和求解Bogoliubov-de Gennes方程研究了体系的一维和二维元激发谱。总结了简谐势阱、环形势阱、标准光晶格和准晶光晶格中旋转的两组分自旋轨道耦合BECs的各种典型的量子相。再者,研究了一维紧束缚环形阱中受激自旋轨道耦合赝自旋1/2 BECs的动力学。系统地讨论了 SOC、受激周期、受激强度、初始相位和接触相互作用对系统动力学的影响。随着SOC强度的增大,系统的动力学经历一个跃迁,从周期(准周期)运动演变成调制的量子拍频。当受激周期为π的偶数倍时,系统表现为量子反共振、量子拍频、拉比振荡等周期(准周期)运动,而当受激周期为π的奇数倍或半整数倍时,系统主要展现为动力学局域化。受激强度的增加可导致系统能量振幅的增大,系统呈现出量子拍频行为。最后,研究了准晶光晶格中具有自旋张量动量耦合(STMC)的偶极自旋1反铁磁BECs的基态量子相。系统地讨论了 DDI、STMC、SOC、自旋交换相互作用以及准晶光晶格对系统基态结构的组合效应。鉴于准晶光晶格与谐振子势的区别与联系,对这两种情形分别得到的结果进行了对比分析。当体系含有STMC时,随着DDI强度的增加,两种体系中均呈现出一、三组分的密度分布不断汇聚而第二组分的密度分布逐渐消失的奇特现象,最终系统分别展现为含花瓣状密度液滴反铁磁相和密度条纹反铁磁相。对于含有STMC和SOC而无DDI的情形,系统的基态是一种典型的铁磁相。随着DDI强度的增加,铁磁相逐渐演化为另一种反铁磁相。因此,STMC、SOC和DDI等参数对于超冷原子分子物理和凝聚态物理中的量子态工程和量子模拟能起到有效的调控作用。

关键词： 磁子阀   Fano共振   逆自旋霍尔效应   磁声相互作用  

摘要： 随着科技的发展,计算机及电子设备均处于高速迭代的时期,对计算机的运算速率和存储密度的要求进一步提高,因此对晶体管制程工艺的要求愈来愈苛刻,如今成熟的晶体管工艺已达到七纳米,原子极限及量子效应的瓶颈逐渐凸显,继续迭代新制程工艺面临更大的挑战。近年来,利用电子的内禀属性自旋进行信息传输,为打破摩尔定律提供了新的发展方向。其中,采用磁性绝缘体为主的自旋电子器件,可借助磁子以波动的形式进行长距离高效的信息传输,且由于不存在净电荷的移动,使得器件功耗大幅度衰减。因此开发磁子阀为核心的自旋电子器件,实现具有磁子自旋的存储与逻辑器件,引起广泛关注。为了进一步优化磁子阀结构器件,本文以磁性绝缘体异质结为基本单元,进行了新的探索和尝试,主要集中在如下两个方向:首先对磁子阀的性能进行了系统的研究,通过其本身结构的不对称破缺性,将磁子阀磁化动力学与Fano共振相结合,实现了磁子的Fano效应。而后,结合磁子-声子之间的相互作用,实现由声子介导的自旋信息传输并结合自旋泵浦、自旋霍尔及逆自旋霍尔等测试手段研究了钇铁石榴石(YIG)/钆镓石榴石(GGG)异质结的自旋输运特性。对实现以磁子为信息载体的低功耗高性能自旋电子学器件,具有十分重要的意义。首先,本文对已有的相关理论及背景进行了介绍。从磁性能量角度入手,介绍磁化动力学理论,对磁化进动过程进行了分析,并详细阐述了铁磁共振相关理论与Fano共振相关理论模型及应用,自旋流的产生与探测机制。为之后对磁子阀结构的自旋输运及动力学研究提供了理论基础。并对本文所使用的样品制备及测试技术进行了介绍。其次,对新型磁子阀结构YIG/Au/YIG的制备工艺及方法进行了研究。通过改变Au层厚度得到不同结构类型的磁子阀单元,其中包括YIG/Au纳米颗粒/YIG、YIG/Au纳米柱/YIG等。对不同类型的磁子阀单元进行了详细的表征,包括TEM、XRD、Raman、XPS,对磁子阀的微观结构模型、晶体结构以及声子振动模式、元素价态进行了详细的分析及探讨。通过UV-visible测试研究了YIG/Au/YIG磁子阀的光学性能,通过其透射谱及反射谱,计算得到其光学带隙的变化,发现随着Au层厚度的增加,光学带隙逐渐降低。然后,对YIG/Au/YIG磁子阀随Au层厚度变化的磁化动力学特性进行了系统的研究。并成功在Au层为60 nm的磁子阀中观察到了磁子Fano共振现象。通过耦合振荡器模型,描述了Fano共振的来源。并通过对铁磁共振吸收峰的数值拟合提取了Fano因子,发现可以通过Fano因子定义铁磁层间相互作用的方向。最后,为了进一步探索基于纯自旋流的磁子自旋器件,制备完成YIG/GGG/Pt异质结薄膜并进行了自旋输运相关研究。通过脉冲激光沉积获得的GGG薄膜呈现以(111)晶向为主的多晶薄膜,且具有不同结构体所对应的拉曼峰。以此为基础,研究了在不同厚度GGG间隔层条件下的逆自旋霍尔效应,探索声子自旋输运的可能性。在YIG/GGG/Pt异质结中,通过逆自旋霍尔测试系统成功探测到GGG层厚度在100 nm以内的逆自旋霍尔信号,且随着GGG薄膜厚度的增加,声子介导的自旋输运在100 nm以内呈幂指数型衰减。

关键词： PSHE   自旋偏移量   THz   光学传感器  

摘要： 光子自旋霍尔效应（PSHE）是一种有趣的输运现象,指的是在两种不同介质的反射或折射界面上,左旋和右旋圆偏振分量发生自旋相关的横向分裂。通过结合弱值放大技术（即量子弱测量）,PSHE被广泛用于检测离子浓度、设计高灵敏度的光学传感器、光学微分运算、鉴别石墨烯层数和边缘检测等。为了进一步扩展PSHE的应用,对自旋偏移量的增强研究是具有重要的科学意义和应用价值的。目前,科学家们提出了多种获得较大自旋偏移量的方法,如表面等离子体共振效应（SPR）、共振光隧穿效应（ROTE）和光泵浦等。但大部分研究结果都将入射光频率限定在可见光和红外波段,为了进一步推进PSHE在宽频带范围内实现应用,研究PSHE在太赫兹（THz）波段的表现是非常有必要且十分迫切的。THz是一种性质非常独特的电磁波,其电磁频率落在0.1到10THz（波长为30μm-3mm）之间,正好处于微波、毫米波与红外之间。THz的频率很高脉冲很短,这导致了其具有很高的空间分辨度和时间分辨度。另外THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级,通过取样测量技术,可以有效的抑制远红外背景噪声的干扰,可以看出就精密测量方面THz射线相对于可见光有着更显著的优势。我们相信研究PSHE在THz波段的表现能够为PSHE带来更好的应用前景。基于上述讨论,本文的具体研究成果总结如下:1.本论文提出了基于In Sb的长程表面等离子体共振（LRSPR）效应对THz波段PSHE的显著增强作用,并详细探讨了In Sb层厚度和温度对PSHE的影响。在最优的结构参数和温度条件下,H偏振光的最大自旋位移可达2.68 mm,远高于已有文献报道的数值。2.本论文提出了一种利用梯度折射率（GRIN）材料增强THz波段反射光PSHE的有效方法。对三种不同类型（单增、单减和双线性）GRIN结构的横向位移进行了理论研究,我们发现双线性GRIN材料表现出突出的反射光PSHE,H偏振入射光束的横向位移几乎可以达到其上限（即光束腰的一半）,这主要是由菲涅耳反射系数的比值所导致的。3.本论文还对PSHE在THz折射率传感器方面的应用进行了理论探索,提出了一款基于In Sb的LRSPR结构的PSHE气体传感器,该传感器的强度灵敏度能达到0.2m/RIU,且温度可对传感器的灵敏度进行灵活调控。此外,我们也研究了基于GRIN材料的折射率传感器的传感性能。这些发现为增强THz区域的PSHE提供了有效的方法,并为今后开发基于PSHE的光学传感器提供了新思路,具有较好的科学意义和潜在应用价值。

关键词： OBE理念   量子力学   教学改革  

摘要： 以应用型人才培养为目标导向,针对量子力学课程中教法、学法及评价机制等存在的问题,基于OBE教育理念为指导,借助"雨课堂"和"学堂云"等一体化平台,对量子力学课程进行教学改革,将过程评价与结果评价相融合,探索和实践多途径的人才培养模式。