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关键词： 声子晶体   谷霍尔相变   拓扑绝缘体   声源定位  

摘要： 具有谷赝自旋相关输运的拓扑声子晶体是将凝聚态物理中拓扑和谷自由度的概念引入到声子晶体中发展出的一种人工结构,也可称为声谷霍尔拓扑绝缘体,具有谷选择性激发、抑制声波反向散射等特性。目前声谷霍尔拓扑绝缘体主要由C3v或C3对称性的六方晶格周期排列而成,构型和功能较为单一、固化。由于对散射体形状及晶格对称性变化条件下声谷霍尔拓扑绝缘体的色散性质和拓扑相变特性缺乏系统研究,导致谷声子晶体设计方法无规律可循。本文通过系统研究散射体形状对声谷霍尔拓扑绝缘体的色散性质的影响,揭示了声谷霍尔拓扑绝缘体中散射体形状变化与动量空间中狄拉克点的位置关系,通过晶格对称性变化构建具有新形状散射体的谷声子晶体。采用数值模拟和实验测量研究晶格对称性的改变对谷状色散关系的影响,发展准晶构型的声谷霍尔拓扑绝缘体的综合构建方法。在此基础上,研究入射声波进入拓扑边界的传递路径及方向关联性,提出利用声谷霍尔拓扑绝缘体进行三维空间中声源定位的方法。本文主要研究内容和研究结果如下: 1、研究了六方晶格中散射体形状变化与声子晶体中狄拉克点移动的关系,通过晶格对称性变化构建具有新形状散射体的谷声子晶体。以C3v对称性的六方晶格中正三角形散射体的几何形状为代表,类比电子系统中狄拉克点的移动,揭示了六方晶格中散射体形状变化导致的狄拉克点的移动规律。对于Cs对称的六方晶格,其狄拉克点随着散射体形状的变化沿着布里渊区高对称边方向移动。对于C1对称的六方晶格,其对应的狄拉克点会同时偏离于布里渊区中的高对称点和高对称边。另外Cs和C1对称性的晶格散射体形状的极端变化可导致狄拉克点附近的能带打开,形成能谷,但该类型的能谷不具有声谷赝自旋态。 2、通过旋转低对称性晶格中的散射体形成具有赝自旋态的声能谷,构建了低对称性晶格组成的声谷霍尔拓扑绝缘体。对C1对称性的晶格组成的声子晶体,通过散射体旋转角度的变化获得了声谷霍尔相变,基于体-边对应原理,对不同谷霍尔相的声子晶体进行组合得到了谷投影声学边缘态,通过仿真和实验验证了其拓扑保护的边缘态对缺陷的鲁棒性以及对声波传输路径的调控。通过对不同声学谷态的声子晶体进行综合,构建出准晶构型的声谷霍尔拓扑绝缘体。实验验证了准晶构型的声谷霍尔拓扑绝缘体拓扑保护的边缘态和良好的抑制声波反向散射的效果。 3、基于界面波矢匹配机制,研究了外声场对声谷拓扑边缘态的方向敏感性激发。通过在扶手形（armchair）声谷霍尔拓扑绝缘体入射端的不同位置施加声波激励,发现拓扑边界内部声波由体边界和拓扑边界入口两条路径进入,揭示了拓扑边界入口的局部声学传输行为和拓扑边缘态方向敏感性的激发路径相关性。 4、在拓扑边界内部声波传入路径研究基础上,提出了通过调整拓扑边界入口路径上的声压提高拓扑边缘态方向敏感性的方法。研究表明,拓扑边界入口处设置薄膜材料提高了声谷拓扑边缘态对中心方向入射声波的方向敏感性。除此之外,通过研究双声源激励下的边缘态,发现拓扑边界入口处的薄膜提高了对双声源方向的识别度,验证了边缘态对双声源之间的强干涉具有较强的抑制效果。 5、研究三维空间中外声源对声谷拓扑边缘态的方向敏感性,提出了基于声谷霍尔拓扑绝缘体的三维空间中声源定位方法,通过实验验证了所提出方法可实现声源的高精度定位。

关键词： 高年级小学生   学习判断   学习判断准确性   表象学习策略  

摘要： 学习判断指对正在学习的材料在以后回忆测验中成绩的预测性判断,是元记忆监测的重要组成部分,并影响个体在学习中选择性的调节学习时间和加工策略。学习判断研究指标主要有学习判断的值即等级和判断准确性,反映了个体预测和监控学习过的知识和技能的能力。表象学习策略是指对呈现的大量识记材料进行联想从而形成表象从而对材料保存更为牢固印象的策略。本研究旨在提高学生学习效率,探讨不同学习策略对学习判断的影响。本研究实验一以沈阳市某小学四、六年级学生为被试,以传统二字词对作为学习材料,采用2×2被试间实验设计,通过对表象学习策略组和拼读策略学习组的学习成绩、学习判断值进行对比,探讨不同学习策略对回忆成绩、学习判断值及学习判断准确性的影响。实验结果显示:（1）拼读学习组的学习判断值比表象学习组的学习判断值更高;（2）表象学习策略组的回忆成绩比拼读学习策略组的回忆成绩更高,六年级学生回忆成绩比四年级学生回忆成绩更高,且二者有显著的交互作用;（3）四年级学生表象学习组学习判断比拼读学习组的学习判断更准确,六年级表象学习组的学习判断准确性高于四年级表象学习组,但二者都出现了明显的高估。实验二以沈阳市某小学四、六年级学生为被试,以表象性、熟悉度高的四字成语对作为学习材料,采用2×2被试间实验设计,通过对表象学习组和拼读学习组的学习成绩、学习判断值进行对比,探讨不同学习策略对成语回忆成绩、学习判断值及学习判断准确性的影响。实验结果显示:（1）表象学习策略比拼读学习策略回忆成绩更高,年级与学习策略之间交互作用显著;（2）六年级表象学习组学习判断比拼读学习组的学习判断更准确,四年级表象学习组的学习判断准确性高于六年级表象学习组,但都出现了明显的低估。本研究通过两个实验,考察了不同策略对高年级小学生词对和成语的学习判断的影响,主要得到以下结论:（1）表象学习策略对高年级小学生的学习判断准确性有影响。采用表象学习策略能提高学习判断准确性。（2）高年级小学生的学习判断准确性存在年级差异。六年级学生的学习判断准确性更高。（3）高年级小学生对不同学习材料的学习判断准确性不同。具体表现为对词对出现高估,对成语出现低估。

关键词： 自旋交叉   Mn(Ⅲ)   席夫碱配体   氢键   阴离子   取代基效应  

摘要： 具有d-d电子构型的第四周期过渡金属八面体配合物是制备磁性双稳态自旋交叉材料的理想体系。其中,席夫碱配体及其金属配合物因为其优异的可塑造性长期地吸引了人们的注意力。设计制备室温附近的具有热滞后效应的自旋交叉材料是当前的研究热点,此类材料是制备新型分子开关,传感器和磁性存储器的理想原料。本文引入了(sal-N-1,5,8,12)系列配体,通过对改变配体苯环上的取代基的种类和位置,阴离子的种类以及溶剂分子的存在与否等条件来对Mn(Ⅲ)六齿席夫碱配合物的自旋交叉行为进行深入研究。在第一个体系中,为了探究在席夫碱配体上引入羟基配体对超分子作用的影响,设计制备了配合物[Mn(4-OH-sal-N-1,5,8,12)]NO(1)和[Mn(4-OH-sal-N-1,5,8,12)]ClO(2)。通过羟基增加氢键的数量,以加强阴离子和阳离子之间的联系,提高体系的协同性,从而增加配合物自旋交叉的驱动力。然而,磁化率测量结果表明上述两个配合物在测试温度范围内都处于高自旋态。尽管Hirshfeld表面分析证实了羟基的引入使得分子间协同作用增强,但是羟基也使相邻的阳离子形成了稳固的二聚体,导致Mn(Ⅲ)中心不易发生形变。第二个体系研究了[Mn(3-OMe-sal-N-1,5,8,12)]SbF6·H2O(3),[Mn(4-OMe-sal-N-1,5,8,12)]SbF·HO(4),[Mn(4-OMe-sal-N-1,5,8,12)]ClO·HO(5),[Mn(3-OMe-sal-N-1,5,8,12)]Cl·1.5HO(6),[Mn(3-OMe-sal-N-1,5,8,12)]Br(7)。与上一体系不同的是,这些配合物的结构中大都含有结晶水,其中配合物4有渐变的自旋交叉行为,配合物7的Mn中心则在300 K时表现出介于高低自旋之间的中间态。第三个体系着重研究当控制阴离子同为六面体的AsF–时,配体取代基的位置效应对Mn(Ⅲ)六齿席夫碱配合物自旋交叉性质的影响。本章的研究对象为[Mn(3-OMe-sal-N-1,5,8,12)]AsF·HO(8),[Mn(4-OMe-sal-N-1,5,8,12)]AsF·HO(9)和[Mn(5-OMe-sal-N-1,5,8,12)]AsF(10)。六面体AsF–阴离子保证了Mn(Ⅲ)阳离子间有足够的空间进行变形,此外,还可以对溶剂水分子的影响进行进一步研究。

关键词： 经验格林函数   拐角频率   应力降   强震动观测   地震破裂  

摘要： 地震应力降是表征震源特性的重要参数,观测谱的拐角频率是计算应力降的关键参数。目前,国外学者基于测震记录利用经验格林函数(EGF)谱比法估算震源参数已进行了详细地研究,EGF谱比法应用于消除地震动的传播路径衰减和局部场地效应日趋成熟。然而基于强震动观测记录,国内学者普遍使用广义谱反演方法估算震源参数,EGF谱比法的应用还有待发展。本文围绕着探究EGF谱比法应用于强震动观测记录的可行性和提高震源参数估算结果的稳定性,旨在为该方法在国内强震动观测记录的应用打下基础。本文主要工作如下:(1)基于强震动观测记录,以芦山地震序列为案例验证了EGF谱比法估算震源参数的可行性。利用EGF谱比法获取了中小地震(～M4、～M5)的震源谱。其中,确定了经验格林函数选取标准,使用快速傅里叶变换法获得振幅谱,使用Boatwright震源谱模型拟合振幅谱比获得震源谱比,并定量给出了震源谱比曲线质量标准。最后,估计了它们的拐角频率和应力降。计算结果给出了17次余震的拐角频率和应力降。拐角频率主要在1.0—3.0Hz范围内,应力降在8.2—75.31MPa范围内,平均值29.00MPa,应力降在时间和空间上没有明显异常。(2)为提高估算结果的稳定性对EGF谱比法进行了多项优化,以漾濞地震序列为案例验证了优化措施取得理想的效果,包括选择基于更高密度的烈度台网和小微地震数据更充足的漾濞地震序列为对象开展工作;选择P波单震相时程记录进行计算,增加了波形数据选择、到时拾取、P波截取、信噪比要求等数据处理工作;采用多窗口法获得振幅谱比。完善了经验格林函数选取标准和震源谱比曲线质量标准,同样利用EGF谱比法和Boatwright震源谱模型获取了中小地震(～M3、～M4、～M5)的震源谱。最后,估计了它们的拐角频率和应力降。计算结果给出了28次前震和余震的拐角频率和应力降。拐角频率在2.8—12.0Hz范围内,应力降在3.85—88.35MPa范围内,平均值32.96MPa。在时间上主震发生前的地震应力降整体上大于余震的应力降,随时间的推移平均应力降呈减小趋势,在空间上应力降没有明显异常。整体上,两次地震序列的震源参数有以下特征:拐角频率与震级有着明显的相关性,震级越小拐角频率的上限值越大,小地震的拐角频率更离散;应力降在几MPa和几十MPa范围内变化,应力降未发现明显的震级相关性,相同震级的应力降变化范围可达2个数量级。(3)针对漾濞地震序列震源参数估算结果的稳定性,归纳并分析五种类型的低质量观测记录。从地震破裂类型方面解释了主要影响估算结果的低质量观测记录,23次地震获得了震源时间函数并判断出破裂类型,12次地震为自停止破裂地震,10次地震为被迫停止破裂地震。分析得出被迫停止破裂类型地震的震源参数估算结果稳定性更低。

关键词： 滚动轴承   故障诊断   小波包能量   BP神经网络   支持向量机   卷积神经网络  

摘要： 滚动轴承作为工业设备的关键部件之一,在服役时发生故障将对设备的性能以及利用率产生较大影响,甚至引发安全事故。因此,对滚动轴承故障进行有效、准确的诊断十分必要。含有故障的滚动轴承信号由于其复杂性给用于判断故障的特征选取带来一定的困难,虽然目前故障特征选取的方法较多,但在传统故障特征选取方法中,由于参数需要人工选择等影响带来的局限性,使故障表征的选择过程存在陷入鞍点,无法达到全局最优等问题,最终影响轴承故障诊断的准确性。本文针对上述故障特征选取中的问题,同时为了进一步提高轴承故障的诊断效率及准确性,将粒子群优化的支持向量机、BP神经网络算法与小波包结合优化故障特征的选取过程并进行诊断,同时利用CNN算法对信号的二维图像表征进行故障诊断。结果表明,将机器学习算法与信号处理方法相结合的方式能够有效解决外部人工因素影响带来的局限性,降低信号中的不确定性表征,提高轴承故障诊断的效率与准确性。1、为了能够获取更加精确、有效的故障特征,利用小波包分析在时域信号上处理的优势,对健康振动加速度信号,以及含有内圈、滚动体、外圈等典型轴承故障的振动加速度信号进行多尺度的正交分解,得到各个频带相互独立的多层分解信号,据此构建分解后的故障敏感特征信息。同时验证了不同分解层数的诊断效果,证明3层分解最合理。2、针对传统BP神经网络算法易于落入鞍点,难以达到全局最优的缺点,利用粒子群优化（PSO）算法对BP神经网络的权值参数进行优化,将轴承故障动态信号的敏感特征输入到优化后的BP神经网络当中进行诊断,并与其他算法进行了对比,诊断结果验证了该方法的有效性。3、针对应用较广的有监督算法—支持向量机（SVM）存在的问题,将PSO算法对惩罚因子C和高斯核参数g组合成参数对进行寻优,构建多分类器模型并对模型进行训练。验证了不同核函数及核参数的诊断精度,分析了模型参数的选择对诊断结果的影响程度。利用敏感特征对故障进行了诊断,并与其他算法进行了对比,诊断结果验证了该方法的实用性。4、搭建二维振动时域信号图像表征下的卷积神经网络（CNN）架构,构建故障图像表征的数据集,将其作为CNN网络的输入。利用Le-Net5模型对轴承故障进行诊断,对不同组合优化下的模型进行对比,分析在不同误差以及损失情况下的诊断效果。诊断结果表明,该算法的性能较好,具有广阔的应用前景。

关键词： 旋量玻色爱因斯坦凝聚   自旋向列压缩   量子精密测量   量子干涉仪  

摘要： 玻色-爱因斯坦凝聚体中原子的相干性与激光相似,能够为高精度的干涉测量提供良好的相干原子波源。玻色-爱因斯坦凝聚体中原子之间存在着非线性相互作用,可以通过它来产生自旋压缩态。自旋压缩有着自身显著的优势,譬如自旋压缩参数在实验上易于测量,而且它在提高测量精度方面具有广阔的应用前景。除了在量子信息领域的应用外,压缩还被广泛地应用在光谱学研究。而以往的工作主要集中在压缩态的性质,如果要应用于提高精密设备(原子钟、干涉仪等)的测量精度则需要保持甚至加强压缩。因此,有关旋量爱因斯坦凝聚中自旋向列压缩的研究对加快发展量子科技,推动量子精密测量都具有非常重要的研究意义。本文主要通过提出了一种简单的方案来存储和改善外加磁场下自旋BEC凝聚体中的自旋向列压缩。同时,还提出了一种旋量凝聚体的干涉仪,根据提出的方案提高压缩,最后有效地提高相位灵敏度。希望本文的研究能为原子超高灵敏自旋混合干涉测量在实验中的实现提供理论基础。

关键词： 海森堡反铁磁   量子相变   能级交叉   二聚化算符   自旋液态  

摘要： 海森堡模型是描述自旋系统的典型模型,简单直观,常被用于研究材料的磁性。它能很好地描述绝缘体磁性、铁磁体的自发磁化以及反铁磁材料的特性,在理论物理研究和数值计算领域具有重要意义。本文中我们利用数值迭代方法计算了海森堡反铁磁系统的低激发态,并利用量子态的保真度、态比重、态纹图、自旋关联、能级交叉、序参量和结构化算符研究了系统的量子相变。我们分析了对易子耦合下量子相变中,结构化算符的微观机制。本文主要结果是利用能级交叉和二聚化算符,得到量子相变点和自旋液态存在的区域。按照无量纲参数g=J2/J1,g=0～0.40为Neel相,g=0.72～0.99为条纹相。自旋单态E2（S=0）与三重态E1（S=1）在临界点gcin1=0.49发生交叉,并在gcin2=0.53的位置发生交叠,这两个临界点将中间相分成三个精细区域,我们在g=0.50～0.52的区域发现低激发态二度简并的自旋单态,并通过二聚化算符显示了该区域自旋液态的存在。我们改进了数值迭代算法,将其应用于二维反铁磁方格子系统的计算,通过自主编写的C程序,获得了系统的低激发态,实现了系统能态在一般精度模式下的地毯式搜索,以及高精度模式下的精准定位。

关键词： D-A共轭聚合物   本征可拉伸   分子量   主链结构  

摘要： 近年来,随着可穿戴电子器件的快速发展,高性能本征可拉伸半导体材料也备受人们关注。基于吡咯并吡咯二酮（DPP）的共轭聚合物因具有结构简单、平面性好、禁带宽度窄、宽光谱、高迁移率等优点,成为制备可拉伸电子器件的最有前途的材料之一。然而,共轭聚合物的载流子传输性能和可拉伸性能对结构要求是相互矛盾的,因此同时提高共轭聚合物的载流子传输性能和拉伸性能仍然是共轭聚合物材料研究中的一大难题。本论文通过分子设计策略调控和优化了DPP基共轭聚合物的机械性能和载流子传输性能,分别以调控分子量和改变给体结构的策略成功制备出两组含有硅氧烷修饰的DPP基共轭聚合物材料,并对其结构和性能等方面进行了一系列的研究。本论文主要内容总结如下: 1)设计合成了以硅氧烷侧链修饰的DPP基团为受体,以硒吩基团为给体的共轭聚合物,研究分子量对共轭聚合物结构和性能的影响。通过控制聚合条件,制备了五种不同分子量（M_n）的共轭聚合物材料（27、47、60、100和315 k Da）。根据溶液粘度随M_n的变化趋势,测算出临界分子量（Mc）的范围为60-100 k Da。当聚合物分子量小于该范围时,聚合物表现出高结晶性、高迁移率,但是其薄膜延展性较差;当分子量超过这个范围时,聚合物分子链的缠结密度迅速增加,并表现出明显增强的拉伸性能。在100%的拉伸比例下,低分子量的聚合物出现破坏性裂纹,而远高于Mc的聚合物P5-315k可以保持薄膜的完整性,载流子迁移率也在平行拉伸方向上增强为初始薄膜的2.14倍。 2)为了同时优化共轭聚合物的载流子传输性能和机械性能,将硅氧烷修饰的DPP基受体单元与不同给体单元共聚制备了四种聚合物PTDPPSe-5Si（P1）、PTDPPTT-5Si（P2）、PTDPP2T-5Si（P3）和PTDPPTVT-5Si（P4）。在这四种聚合物中,因为聚合物P4的高结晶度的特性,所以该聚合物有最好的载流子迁移率为1.35 cm2V-1s-1;而聚合物P1因为低的结晶度,导致明显增强的拉伸性能和较低载流子传输性能。结合载流子传输性能和拉伸性能的变化,聚合物P3是同时提高载流子传输性能和机械性能的最佳聚合物,该聚合物有较高的初始载流子传输性能(1.24 cm2V-1s-1)和良好的拉伸性能。在50%拉伸比例下,聚合物P3的薄膜出现少量的微裂纹,在100%的拉伸比例下,表现出较多的裂纹,迁移率仅稍有下降。载流子传输性能与薄膜形貌也保持一致性,在平行于拉伸方向上表现为显著提高的迁移率数值,在垂直方向上,也可以保持基本不变的迁移率数值。

关键词： 量子Fisher信息矩阵   量子相变   拓扑量子相变   Ising-XXZ自旋链模型   XY自旋链模型  

摘要： 量子参数估计是量子计量学的理论基础,而量子Cramér-Rao定理是量子参数估计中研究最为广泛的数学工具。在量子Cramér-Rao定理中,量子Fisher信息矩阵（quantum Fisher information matrix,QFIM）是表征多参数估计精度极限的关键量。近年来,人们从不同的角度对量子Fisher信息矩阵进行了比较丰富的研究。然而关于量子Fisher信息矩阵在低维自旋体系中的应用研究目前还是比较缺乏,因此研究量子Fisher信息矩阵在低维自旋体系的应用具有重要意义。本文的研究工作主要有如下两个方面:首先,从量子Fisher信息矩阵的角度,我们研究了Ising-XXZ金刚石模型的量子相变。通过对Ising-XXZ金刚石模型中量子Fisher信息矩阵的计算和分析,我们揭示出量子Fisher信息矩阵可以清晰的表征Ising-XXZ金刚石模型中的量子相变。此外,我们发现量子Fisher信息矩阵的行为不仅与估计量方差相关,还依赖于不同量子相变点上的驱动参数;在多参数估计中,多参数同时估计策略并不总是比独立估计策略具有优势和更好的精度。其次,我们运用量子Fisher信息矩阵来研究具有非平凡拓扑特征的扩展各向异性XY自旋链模型。研究结果显示,量子Fisher信息矩阵可以为检测该模型中的拓扑临界点提供一个有用的工具。量子Fisher信息矩阵的行为不仅与估计量方差相关,还依赖于不同拓扑量子相变点上的驱动参数。同时,估计量的选择对量子Fisher信息矩阵的行为也起着重要的作用。

关键词： q变形的H-S自旋链   T-L代数   拓扑基   (?)矩阵   自旋单态  

摘要： 近年来,具有长程相互作用的一维量子可积自旋链模型得到了越来越多的关注。一维量子可积自旋链模型与近代物理学和数学中的广泛问题有着十分密切的联系,例如Yangian量子群、分数量子霍尔效应与Yang-Mills理论等。自旋为1/2的Haldane-Shastry(H-S)自旋链模型是可积模型中非常重要的一种,它是仅考虑了近邻粒子间相互作用的Heisenberg自旋链模型XXX的推广。H-S自旋链模型考虑到了所有粒子间的相互作用,它不仅具有Lie代数对称性,而且还具有Yangian对称性,并且在有限链长内也是可积的,可以导出清晰的基态波函数。拓扑基理论在近代物理模型的研究中有着十分广泛的应用。现有的文献结果表明:拓扑空间恰好是Temperley-Lieb(T-L)代数的作用空间,自旋为1/2的H-S模型的哈密顿量可以由T-L代数的生成元算符构造,进而可以将拓扑理论应用于物理模型中。对于多个粒子的长程相互作用问题,由于拓扑子空间的维数远远小于自旋链模型体系总空间的维数,我们可以研究自旋链模型与拓扑子空间的联系,在拓扑子空间中探究自旋链模型的一些物理性质,大大降低了问题的复杂程度,使得计算变得简单易行。本篇文章通过引入带有q参数的T-L代数生成元,构造出一组正交归一的拓扑基{|e1>,|e2>},建立一个由{|e1>,|e2>}张成的封闭的拓扑子空间。在此基础上,建立新的q变形H-S模型的能量交换顺序,构造出新的哈密顿量表达式,再根据该哈密顿量与带有q参数的T-L代数生成元的关系,将哈密顿量在封闭的拓扑子空间中约化,并且揭示拓扑基在其自旋链模型中具有的重要作用。研究表明:自旋为1/2的、四粒子q变形的H-S模型具有量子群代数对称性;拓扑基态是这个自旋链系统的两个本征态;而且这两个拓扑本征态恰好是该自旋链系统的两个自旋单态;并且拓扑基态的数量正好等于系统自旋单态的数量。同时,在反铁磁性的情况下,系统的能量基态落在由拓扑本征态|φ1>,|φ2>}张成的拓扑子空间。当q→1时,q变形的H-S自旋链模型退化为H-S自旋链模型。