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封面文章 黄天晅,吴畅书,陈忠靖,晏骥,李欣,葛峰峻,张兴,蒋炜,邓博,侯立飞,蒲昱东,董云松,王立锋 物理学报, 2023, 72(2): 025201. doi: 10.7498/aps.72.20220861 在100 kJ激光装置上开展了基于三台阶整形脉冲的间接驱动惯性约束聚变内爆实验研究。采用传统充气直柱金壁黑腔设计,在激光脉冲作用后期,腔内金等离子体运动对激光能量沉积和X光辐射场空间分布产生严重扰动,导致靶丸赤道驱动偏弱,形成不可接受的扁圆内爆。本文采用新型的花生腔设计,通过调节外环激光光斑及其产生的金泡的初始位置,补偿和缓解金等离子体运动对黑腔X光辐射分布产生的扰动影响,获得球对称的靶丸辐射驱动。在靶丸驱动辐射温度相同的条件下,由于驱动对称性得到显著改善,实验观测到花生腔内爆热斑接近球形,中子产额的测量结果与内爆一维模拟计算结果的比值(YOS)达到30%;而直柱腔内爆热斑呈现扁圆形状,YOS仅为13%。模拟计算和实验结果一致表明,在三台阶整形脉冲驱动内爆实验中,花生腔设计可以有效抑制外环金泡膨胀加剧产生的不利因素,增强辐射驱动和内爆对称性调控,并提高内爆性能。 图1 花生腔激光打靶示意图,与直柱腔的区别是在外环激光光斑处具有环形凹槽 同行评价 文章借鉴了美国 NIF相关实验的设计思路,将激光间接驱动聚变的传统直柱腔靶改进为花生腔形状靶,开展了花生腔与直柱腔的对比实验研究。在靶丸驱动辐射温度相同的条件下,通过对花生腔凹槽参数的优化设计,在黑腔半径和长度两个方向改变外环激光光斑与金泡的初始位置,达到抑制 P2 不对称性正向增长,增强对称性调控能力的目的。鉴于 ICF 间接驱动内爆物理实验的现象、过程和机制非常复杂,本文采用实验测量与模拟计算互相结合的方法,检验花生腔设计改善辐射驱动和内爆对称性,提高内爆性能的效果。工作报告了最新的实验结果,并有数值模拟佐证,值得发表。 原文链接 PDF
专题:二维转角莫尔超晶格
徐琨淇,胡成,沈沛约,马赛群,周先亮,梁齐,史志文
物理学报, 2023, 72(2): 027102.
doi: 10.7498/aps.72.20222145
极化激元是一种光与物质发生强相互作用形成的准粒子,可以极大地压缩光波长,提供一种突破衍射极限的光调制方式,为纳米光子学、非线性光学、量子光学等相关学科的发展提供了重要支持。范德瓦耳斯二维原子晶体是研究极化激元的理想平台,通过叠层、转角可以为极化激元的调控提供额外的自由度,从而展示出新颖的光学结构和极化激元特性。本文以近场光学为主要研究方法,对近几年出现的叠层及转角二维原子晶体的各种光学结构及极化激元进行综述。综述内容包括叠层石墨烯的畴结构、转角二维原子晶体的莫尔超晶格结构、转角二维拓扑极化激元、转角石墨烯手性等离激元等。最后,对叠层/转角二维原子晶体及其极化激元的未来发展进行展望。
图1 散射型扫描近场光学显微镜示意图
同行评价
散射型扫描近场光学显微技术具有突破光学衍射极限的纳米级光学分辨率,可以实现对二维体系中极化激元的实空间成像,为研究叠层和转角二维晶体材料中极化激元提供了强有力的手段。文章较全面的总结了该领域具有重要突破性的研究工作,为本领域以及其他领域对该方向感兴趣的科研人员提供了很好的综述;全文表述清晰、语言流畅、文献调研全面。
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专题:二维转角莫尔超晶格
汤衍浩
物理学报, 2023, 72(2): 027802.
doi: 10.7498/aps.72.20222080
通过转角或晶格失配构造莫尔人工超晶格,可以对二维材料的能带结构进行有效调控并产生平带,为研究量子多体物理提供了全新的平台。转角过渡金属硫族化物(TMDs)半导体莫尔超晶格中的平带存在于较大的转角范围,并且具有自旋-能谷互锁的能带结构以及优异的光学特性,受到了广泛的关注。本文聚焦于转角TMDs半导体,介绍了近年来实验上发现的多种新奇物态,包括莫特绝缘态、广义维格纳晶体、非平庸拓扑态、莫尔激子等;还进一步讨论了对这些新奇物态的调控及其机制,并展望了莫尔超晶格这一新兴领域未来的研究方向。
图1 转角TMDs中的关联绝缘态的电荷分布示意图
同行评价
本文详细阐述了有关转角TMD同质结及异质结的光学性质、关联绝缘态和莫尔激子态等新奇物态,对当前相关研究的前沿和热点做出了很系统的讨论和总结,是一篇不错的综述文章,对TMD转角体系的研究和转角电子学领域都有很好的指导意义。
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专题:二维转角莫尔超晶格
郭瑞平,俞弘毅
物理学报, 2023, 72(2): 027302.
doi: 10.7498/aps.72.20222046
近些年来引起广泛关注的二维半导体莫尔超晶格系统中存在着莫尔激子、强关联电子态和面外铁电性等新奇物理现象,电子的层间耦合对于理解这些现象至关重要。本文研究了二维半导体双层莫尔超晶格中的层间耦合随位置和动量的变化。外势场导致的局域布洛赫波包的层间耦合与波包宽度以及中心位置处的层间平移有着密切关系。同时,层间耦合随动量的变化使得基态S型波包和激发态P±型波包有着截然不同的随中心位置变化的层间耦合形式:在两个S型波包的层间耦合消失的位置, S和P+型(或S和P−型)波包之间的层间耦合达到最强。利用该性质,可以通过外加光电场来调控特定谷的基态波包的层间输运。此外,双层系统中发现的面外铁电性可以归结为不同层导带和价带间的耦合导致的电子在两层中的再分配现象。将本文得到的层间耦合形式与单层紧束缚模型相结合,可计算出垂直平面的电偶极密度,其随层间平移的变化形式和数量级与实验观测相符。
图1 双层TMDs中布洛赫电子之间的层间耦合 (a)层间转角为θ的双层TMDs示意图,其中蓝(橙)色大圆圈代表上(下)层的过渡金属原子M' (M),蓝(橙)色小圆圈代表上(下)层的硫族原子X' (X);下半部分为局部放大后得到的不同层的原胞,平面坐标原点选在上层的某个过渡金属原子上;(b)上下层的六角布里渊区示意图;(c)在两层TMDs晶格完全匹配的情况下,|f0(r0),|f+(r0)|和|f−(r0)|随层间平移r0的变化
同行评价
本文对二维半导体莫尔超晶格中的层间耦合进行了详细的理论分析研究,所使用的理论方法合理,推导过程严谨准确,得出的解析结果很好的解释了实验中观察到的现象,加深了对莫尔激子、强关联电子态以及面外铁电性的认识。
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H2S分子6320—6350 cm–1波段谱线参数高精度测量
田思迪,杜艳君,李济东,丁艳军,彭志敏,吕俊复,潘超,冯小雅
物理学报, 2023, 72(2): 024205.
doi: 10.7498/aps.72.20221855
硫化氢(H2S)作为一种强腐蚀性且具有剧毒的气体,在化工、能源、环境等多个领域都是重要的中间产物或排放污染物,在线精确测量其浓度对工艺过程控制、安全生产具有重要意义。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)作为一种定量吸收光谱技术,适用于大气环境监测、工业过程控制等领域H2S浓度高精度在线测量。考虑到HITRAN2020数据库中H2S的谱线参数主要来自基于半经验理论模型的计算,且缺乏实验数据验证,本文首先采用直接吸收(DAS)法扫描获得H2S分子6320—6350 cm–1波段内谱线吸收截面,选取其中6组吸收较强、相对独立、具有应用潜力的特征谱线作为实验测量的目标谱线;然后采用免标定、高信噪比的波长调制-直接吸收(WM-DAS)法测量了该6组谱线在不同压力下的吸收截面并用Voigt,Raution等线型函数对吸收截面进行最小二乘拟合,对谱线的碰撞展宽系数、线强度、Dicke收敛系数等光谱常数进行高精度测量,其中吸收截面拟合的残差标准差低至7×10–5,谱线线强度的测量不确定度小于2%,碰撞展宽系数、Dicke收敛系数、速率依赖系数的测量不确定度小于10%。完善了H2S光谱数据库,为H2S浓度高精度测量提供基础光谱数据。
图1 H2S谱线参数测量实验装置示意图
同行评价
硫化氢气体在环境、天然气、化工等领域具有重要的应用价值,然而对工业过程控制以及环境安全等需要对其进行高灵敏检测。激光光谱技术由于其独特的优势被广泛的应用到痕量气体检测中。本文主要针对激光光谱检测硫化氢的需求,弥补HITRAN数据库中数据不准确等问题,采用直接吸收光谱技术对硫化氢的吸收线强度、压力展宽系数以及不同类型线型拟合等进行了系统的分析,研究过程科学合理,结果准确。
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齐绍富,蔡飞燕,田振,黄先玉,周娟,王金萍,李文成,郑海荣,邓科
物理学报, 2023, 72(2): 024301.
doi: 10.7498/aps.72.20221793
声操控微粒技术可以非接触无损伤地控制声场中的物体运动,其在精密制造、材料工程、体外诊断等领域具有广阔的应用前景。传统声操控微粒技术一般采用自由声场,如利用单个换能器或阵列换能器产生的聚焦声场、行波场或驻波场等。然而,一般单个换能器产生的声场仅能操控单个微粒;而阵列换能器的驱动系统复杂,导致操控器件成本高昂且难以微型化;因此,亟需研究新的声场形态实现多样性微粒操控。本工作中,采用单个换能器产生的平面波激发一维声栅的共振声场,实验实现了大规模泡沫微球的周期排列操控。其操控机制是由于声栅狭缝中法布里-珀罗谐振声场与声栅表面周期衍射场共振耦合,在声栅表面形成周期分布的局域梯度声场,导致微粒在平行于声栅表面受到声捕获力,在垂直于声栅表面受到指向表面的声吸引力,实现了微粒周期排列在声栅表面上。该工作为利用超声在空气中大规模排列微粒提供了理论基础和技术支持。
图1 声栅样品示意图与归一化透射谱,以及一维声栅归一化声压分布图 (a) 声栅样品示意图;(b) 平面波透过声栅样品的透射谱;(c) 共振频率为39.6 kHz时声场分布图;(d) 非共振频率为38 kHz时声场分布图
同行评价
本文研究一维声栅表面排列大规模微粒。首先从理论上分析了声栅的共振声场特征,以及微粒在声栅表面的受力分布特点;然后搭建了空气中声操控微粒的实验平台,并从实验上观察了在声栅共振时大规模泡沫微粒的并行排列,且其实验观察的排列位置与理论分析的停驻位置吻合。该工作为利用超声在空气中大规模排列微粒提供了理论基础和技术支持,总体而言是一项很不错的研究工作。
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多模态混合输入模拟实验过程实现新型Al-Si-Mg系合金设计
段志强,裴小龙,郭庆伟,侯华,赵宇宏
物理学报, 2023, 72(2): 028101.
doi: 10.7498/aps.72.20221736
数据驱动下,基于大量的实验数据,建立混合特征与力学性能之间非线性规律实现合金新成分的配比和工艺设计一直是一个挑战。本文基于机器学习的方法,提出一种面向性能的Al-Si-Mg系合金“成分-工艺-性能”的设计策略。将同一体系不同牌号合金的成分、熔炼及热处理工艺等混合因素作为特征,通过随机森林寻找特征与抗拉强度之间的非线性规律。之后将数据集中部分合金的成分、工艺参数设置为目标空值,使用链式方程多重插补算法对目标缺失数据进行预测插补。通过该策略进行性能预测或指导设计的合金抗拉强度的实验值和预测值的误差均保持在±5%之内;而且经实验证实,其中Al-6.8Si-0.6Mg-0.05Sr的成分配比和540 ℃×10 h+170 ℃×10 h工艺方案使合金综合拉伸性能优异,质量指数QDJR达到517.3,高于同类合金低于500QDJR值的水平。这一结果表明该策略有助于改善高强度Al-Si-Mg系合金传统设计方法周期长、成本高、效率低的问题。
图1 Al-Si-Mg系合金设计示意图
同行评价
本文采用多模态数据以增加模型的数据量,扩大模型的应用范围,提出一种面向性能的Al-Si-Mg系合金“成分-结构-工艺-性能”的设计策略。结果表明该策略有助于改善高强度Al-Si-Mg系合金传统设计方法周期长、成本高、效率低的问题。文章思路清晰,实验丰富,具有较高的现实意义与实用价值。
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应用重力场模型二阶位系数及新近岁差率约束火星内核大小及密度组成
钟振,文麒麟,梁金福
物理学报, 2023, 72(2): 029601.
doi: 10.7498/aps.72.20221170
针对当前InSight数据无法检测火星固态内核是否存在的问题,提出利用火星平均密度和平均惯性矩因子估算火星固态内核的大小及其密度组成。根据火星高阶重力场模型JGMRO120f和GMM3-120以及最新火星岁差率,推导了观测数据下的火星平均密度和平均惯性矩因子;参考火星内部结构的4层模型以及不同自由参数(壳层密度、幔层密度、外核密度、内核大小和内核密度),求解了火星平均密度和平均惯性矩因子的模型值。利用观测值与模型值最小残差平方和作为约束条件,大批量统计结果表明:1)两个重力场模型求解的自由参数具有相同的分布特征,自由参数的最优值基本一致;2)火星壳层密度、幔层密度和外核密度接近其他研究结果,表明统计结果有一定的参考价值;3)火星可能存在840 km左右的固态内核,其密度约为6950 kg⋅m–3。内核密度大小表明火星内核不由纯铁物质组成,该结果与火星核富集轻元素物质的近期研究一致,计算结果具有一定的参考价值。由于反演结果的非唯一性,未来随着InSight火星星震数据处理技术的提高,有望进一步约束火星内核的大小及其组成。
图1 火星内部圈层结构
同行评价
该文利用火星大地测量参数,结合粒子群反演算法,对火星内核大小、密度、火幔大小和密度等参数进行了反演。这一工作在火星内部结构研究中具有显著的重要性,对我国火星探测任务数据的处理和应用也能起到一定的参考作用。文章整体写作规范,结构合理,逻辑清晰,整体而言是一篇优秀的论文。
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徐浩哲,徐象繁
物理学报, 2023, 72(2): 024401.
doi: 10.7498/aps.72.20221400
添加高导热填料的有机聚合物是最常用的一种热界面材料。其中一种提升热导率的方式是采用不同形貌填料复合添加,结合各种填料的优点,取长补短. 然而,由于有效介质理论的局限性,以及热逾渗理论的滞后研究,对于不同形貌填料的协同机制依旧缺乏探索。为了剔除不同材料的耦合影响,本文采用不同形貌的同种氧化铝作为填料,分别制备了添加氧化铝球、氧化铝片以及球/片1∶1混合的环氧树脂复合材料。通过稳态法测量样品的热导率,发现球/片1∶1混合样品热导率得到显著提升。结合热逾渗理论,以及对填料微观分析的观测,发现片状和球状填料复合添加的协同作用对热逾渗网络有促进作用。
图1 氧化铝/环氧树脂复合材料的制备流程示意图
同行评价
本工作测量了不同形态的氧化铝与环氧树脂构筑的复合材料热导率,发现当球形和片形氧化铝混合添加时,复合材料的热导率显著提升。分析发现这种热导率的提升归因于复合添加对热逾渗透网络的贡献。文章研究方法新颖,结果有趣,对微纳电子器件散热优化设计具有很好的借鉴意义。
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刁彬,许妍,黄修林,王夷博
物理学报, 2023, 72(2): 022601.
doi: 10.7498/aps.72.20221599
开展中子星宏观性质的研究,对于揭示中子星内部组成和结构具有重要意义。本文基于相对论平均场理论模型,研究了 δ 介子对传统中子星和超子星物态方程、最大质量、勒夫数和潮汐形变能力的影响。结果表明,对于中小质量传统中子星(或超子星),δ介子使其潮汐形变能力变强;随着传统中子星(或超子星)质量的增加,δ介子对其潮汐形变能力影响逐渐减弱;尤其对于大质量超子星,含有δ介子的超子星潮汐形变能力相比不含δ介子的超子星变弱。此外,在相同质量下超子的存在会降低星体的潮汐形变能力,在本文所选的参数下,含有δ介子的星体中,仅同时含Λ,Σ和Ξ超子的超子星潮汐形变能力能同时满足GW170817和GW190814天文观测约束。随着与中子星相关的引力波数据逐渐增加,将为人们判断超子星内超子种类提供一个可能的途径。
图1 6种情况下,星体物态方程
同行评价
文章在包含与不包含超子的相对论平均场理论框架下,通过引入同位旋矢量-标量介子交换自由度,研究了其对于中子星潮汐极化率的影响。该工作面向学科前沿热点,结合天文观测,对于中子星物质状态方程开展了有益的探索,从一个新的角度来探讨超子是否能在致密星内部出现这一学术问题,具有创新性。
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《物理学报》2023年第2期全文链接:
https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2023/2
《物理学报》2020—2022年电子期刊,点击下图即可阅读。
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GMT+8, 2024-5-9 07:46
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