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物理学报
中国物理学会，中国科学院物理研究所
物理学报

中国物理学会，中国科学院物理研究所

欧阳钟灿

半月刊

1000-3290

wulixb@aphy.iphy.ac.cn

010-82649294

100190

北京603信箱

物理学报/Journal Acta Physica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>刊登物理学科各领域中原创性成果的前沿研究综述、研究快讯及研究论文。该刊以论文水平高、创新性强，发表速度快的特点，受到国内外物理学工作者的高度重视，被国际著名的SCI等17种核心检索系统收录。2004年在SCI数据库中，影响因子为1.250。该刊被引频次已连续5年居中国物理类期刊第一位，已达到国际期刊的中上水平。在中信所数据库中，该刊被引频次和影响因子已连续7年居中国物理类期刊第一位，曾多次被评为中国科学院优秀期刊一等奖，荣获首届、第二届、第三届国家期刊奖，2001年荣获中国期刊方阵“双高”（高知名度，高学术水平）期刊和2001，2002，2003，2004，2005年百种中国杰出学术期刊奖。　　　 欢迎各省、市、县图书情报界、科技教育界、高科技企业界及广大物理学工作者订阅。
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收录年代

    基于深度学习的微纳光纤自动制备系统

    刘鸿江刘逸飞谷付星
    212-220页
    查看更多>>摘要：在微纳光纤拉锥制备过程中,对直径的大范围、高精度和动态实时性测量是实现低损耗传输和色散调控的关键.针对现有传统制备方法直径调控范围小、操作复杂及耗时长等问题,本文基于深度学习神经网络算法实现了微纳光纤自动检测系统.利用计算机视觉中的图像分割方法,通过制作高质量多尺度微纳光纤数据集,使用基于小目标检测改进的YOLOv8-FD算法对微纳光纤直径进行自动检测.在数据集中获得了平均均值精度高达mAPIoU=50=0.975和mAPIoU=50_95=0.765的性能参数.实验结果表明,该系统可实现微纳光纤直径462 nm-125pm范围,误差2.95％以内的测量和自动化制备,并随着光纤直径增长,误差逐渐缩小,且该系统光学成像单个像素分辨率为65.97 nm,平均检测时间为9.6 ms.本文工作适用于对微纳光纤的高精度实时测量和自动精确制备,为低损耗传输和色散可调的微纳光纤器件发展提供新的思路.

    微纳光纤直径测量深度学习图像分割

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    一维合成维度水基声子晶体

    胡晨阳梁家洛郑日翌陆久阳...
    221-226页
    查看更多>>摘要：水下声学在水下通信、水下定位和导航等方面具有广泛的应用.借助拓扑物理的概念,研究水基声子晶体中的拓扑态为水下声波的创新性调控提供了一种全新的手段,既有基础研究价值,又有重要的应用前景.本文设计了一种一维的双层铁栅水基声子晶体,通过把层间的相对横向平移量等效成一个合成维度,实现了合成二维狄拉克点.相对平移量的改变导致二重简并能带打开带隙.伴随着带隙的打开、闭合以及再次打开,能带发生翻转,也就是发生拓扑相变,从一种能谷相变化到另一种能谷相.在不同能谷相声子晶体构成的界面处,能谷陈数保证界面态的确定性存在.数值仿真与实验测量结果吻合良好,都展示了不同能谷相声子晶体的体能带以及它们之间的界面态色散.本文提出的水基声子晶体结构简单,借助合成维度的概念,为在低维实空间体系中研究高维体系拓扑特性提供了一种有效的途经,有望为拓扑功能性水声器件的设计提供新思路.此外,可以把实空间体系拓展到二维甚至是三维,并引入更多的合成维度,用于研究更高维度体系的拓扑态及其输运特性.

    水基声子晶体合成维度狄拉克点界面态

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    超临界CO2池式传热流固耦合传热特性数值模拟

    于博文何孝天徐进良
    227-236页
    查看更多>>摘要：超临界类沸腾传热已有初步研究,对类气-类液界面的定义仍不统一.采用层流模型对超临界CO2池式传热特性进行流固耦合数值模拟研究,d=70 μm的铂丝为加热件,热流密度qw范围为0-2000 kW/m2,压力P范围为8-10 MPa,加热丝附近采用多尺度网格进行建模,模拟值与实验数据吻合较好.通过与亚临界传热类比通过计算导热占比Qcon/Qt沿r方向变化规律,将超临界划分为3个区,当T＜TL时为类液区(liquid-like,LL),TL＜T＜TM时为类液向类气转变的过度区(two-phase-like,TPL),T＞TM为类气区(vapor-like,VL),与用超临界类沸腾干度x分区规律相同;根据通过计算导热占比确定的类气膜内平均导热λave和导热热阻RG随热流密度qw变化曲线可很好地解释类蒸发区换热系数h随qw的变化规律.本文提出了确定超临界池式传热类气-类液界面的新方法,较好地解释了类蒸发区传热机理,为后续超临界类沸腾池式传热的发展提供了理论基础.

    超临界池式传热流固耦合数值模拟

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    高超声速条件下凸曲率壁面混合层的流动演化

    张震易仕和刘小林陈世康...
    237-245页
    查看更多>>摘要：随着高超声速飞行器的不断更新换代,对成像窗口提出了新的设计要求,即共形窗口以提高气动特性,这要求在超声速气膜和光学窗口需要与飞行器机身保持相同的曲率外形.在马赫数Ma=6高超声速静风洞中开展了凸曲率壁面(CV)混合层稳定性研究.采用基于纳米粒子的平面激光散射技术捕获到混合层流场结构,结合分形维数对混合层失稳规律进行研究.使用数值模拟技术得到了压力、压缩冲量(Ip)沿流向演化结果.结果表明:随着来流总压(P0)的增大,静压比(RSP)减小,混合层失稳位置延迟,典型涡结构移动速度增大.CV壁面由于顺压梯度的存在使得压力沿流向下降,沿壁面切向的超声速气膜处于工作状态时,可以提升壁面压力,随着P0增大,RSP随之降低,提升效果下降;流动受到CV的膨胀效应影响,Ip沿流向下降,超声速气膜可以削弱CV上的膨胀效应从而抑制Ip的下降;压缩冲量的变化率ΔIp受P0影响显著,在弯曲冲量|IΦ|=0.191-3.624 内,当 P0=0.5 MPa,ΔIp从 178.67％降至 12.02％;当P0=1.0 MPa,ΔIp从 40.38％降至5.64％.ΔIp随|IΦ|增大而降低,随着P0增大,降低幅度减小.结果揭示凸曲率影响下的高超声速混合层流动演化规律,对高超声速飞行器实现气动减阻与防热特性的外形设计提供一定参考.

    高超声速混合层分形维数压缩冲量

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    磁等离子体发动机中磁喷管分离过程的流体模拟

    杨振宇张元哲范威杨广杰...
    246-255页
    查看更多>>摘要：磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中磁喷管的流体数值模型,并在不同入口离子温度、背景磁场条件下开展了数值模拟.计算结果表明:等离子体向下游运动的过程中轴向速度增大,并与磁力线逐渐分离,绝热性损失分离机制在分离过程中起主导作用;入口离子温度升高,离子轴向速度增大,离子与磁场分离位置更靠上游,但不会对阻性分离过程产生影响;背景磁场增强,下游离子速度减小,流线与对称轴的夹角减小,各种分离机制中绝热性损失分离机制仍起主要作用.

    磁等离子体发动机磁喷管等离子体分离流体模拟

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    间接驱动相关条件下的大空间尺度对流受激拉曼侧向散射

    曾嘉乐练昌旺季雨闫锐...
    256-269页
    查看更多>>摘要：利用基于光线追踪和对流放大模型的模拟程序PHANTAM,对神光Ⅲ原型装置间接驱动相关条件下的大空间尺度受激拉曼散射进行了研究.模拟结果表明,在该参数条件下,真空腔和充气腔中均会发生较强的对流受激拉曼侧向散射过程.入射光的焦斑大小是影响对流受激拉曼侧向散射的关键因素:在光强保持不变的条件下,真空腔和充气腔中受激拉曼侧向散射的对流增益会随焦斑增大而增大,而在功率保持不变的条件下,会随焦斑增大而减小.因此改变焦斑尺寸是调控受激拉曼侧向散射对流增益的有效途径.

    激光等离子体不稳定性受激拉曼侧向散射对流模光线追踪

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    BaTiO3单晶表面结构及表面液体pH值的影响

    郑旭李钊顾月良尹帅帅...
    270-277页
    查看更多>>摘要：铁电材料是指在一定温度范围内具有自发极化,且极化方向能被外加电场改变的材料,而水是一种普遍存在的极性溶剂.由于极性作用,铁电材料与水及水溶液的界面存在着复杂的相互作用.理解这些物理过程以及机制对于理论研究和实际应用都具有重要意义.本工作利用同步辐射衍射技术研究了(001)方向极化BaTiO3单晶的表面结构,并且研究了不同pH值液体对表面结构的影响.结果表明,BaTiO3单晶含有一个电子密度较小的表面层,并且由于极性的作用,BaTiO3单晶表面吸附了 2.6 nm的水层.表面滴加纯水后,BaTiO3的表面层结构没有明显的改变.低温原位掠入射X射线衍射实验表明表面存在冰,进一步验证表面吸附水层的存在.pH=1的盐酸溶液也对BaTiO3表面结构没有显著影响,可能是由于酸性溶液能稳定原有的极化方向.但pH=13的NaOH溶液可以使表面层变厚,可能由于碱性溶液可以使表面极化减弱,从而改变表面退极化场以及表面层厚度.

    铁电极化pH值表面结构

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    CrO2单层:一种兼具高居里温度和半金属特性的二维铁磁体

    刘冰心李宗良
    278-286页
    查看更多>>摘要：半金属铁磁体在费米能级附近具有特殊的能带结构,电子极化率可高达100％,在自旋电子学领域备受关注.但是大部分铁磁半金属材料的居里温度远低于室温,这大大限制了二维铁磁半金属材料的实际应用.因此寻找具有高居里温度的半金属铁磁体是一项具有挑战性的工作.本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,研究了过渡金属氧化物CrO2单层的晶体结构、电子特性、基态磁性和铁磁相变.形成能计算、声子谱计算和分子动力学模拟表明CrO2具有动力学稳定性和热稳定性,弹性常数计算表明CrO2具有力学稳定性.基于GGA+U和SCAN方法的自旋极化计算表明CrO2单层的磁基态是铁磁态.采用GGA+U方法计算了 CrO2的电子态密度和能带结构,CrO2被确认为一种宽带隙的二维铁磁半金属.运用蒙特卡罗模拟方法求解Heisenberg模型,得到CrO2单层是一种居里温度超过400 K的二维本征半金属铁磁体.CrO2单层的高居里温度在二维铁磁材料中并不多见,在半金属材料中更为稀少,这将使它成为制备自旋电子器件和研究自旋量子效应的理想材料.

    过渡金属氧化物二维铁磁半金属居里温度第一性原理

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    基于SnS2/In2O3的气体传感器及其室温下高性能NO2检测

    陈进龙陶然李冲张健磊...
    287-293页
    查看更多>>摘要：NO2是一种有毒气体,能与空气中的其他有机化合物发生反应,造成空气污染并对人体有很大的危害.因此,需要一种气体传感器来检测NO2.然而,传统的NO2传感器很难在室温(25 ℃)下工作.本研究报告了SnS2/In2O3的室温(25 ℃)NO2气体传感,采用热注入法和水热法制备了 In2O3量子点和SnS2纳米片.凭借SnS2独特的二维结构,在其上装饰In2O3,复合增强了其传感性能,产品采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)进行表征.结果表明,SnS2/In2O3传感器对体积分数为1×10-6 NO2的响应为26.6,响应和恢复时间分别为146 s和243 s.由于异质结结构增加了活性位点的数量,加速了气体的传输,促进了电荷转移和气体解吸,提高了 NO2气体传感性能.这种优异的传感性能在NO2检测中具有广阔的应用前景.

    气体传感SnS2/In2O3NO2室温

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    熔融旋甩制备Co掺杂TiNiCoxSn合金的热电性能

    何俊松罗丰王剑杨士冠...
    294-306页
    查看更多>>摘要：TiNiSn基half-Heusler高温热电材料具有较高的功率因子,但其也具有较高的晶格热导率,这极大地阻碍了其热电性能的提升.本文采用熔融旋甩快淬与放电等离子烧结工艺制备TiNiCoxSn(x=0-0.05)样品,研究磁性Co元素掺杂对材料的相组成、微观结构和热电性能.结果表明,该制备工艺能够直接获得纳米晶的TiNiCoxSn样品.在纳米晶影响下的样品的热导率明显低于块体材料的热导率,平均降幅约为17.8％.在Co掺杂后样品的晶粒尺寸进一步降低,与TiNiSn基体相比,TiNiCoxSn样品的热导率显著降低,最大降幅约为38.9％,其中晶格热导率最低值为3.19 W/(m.K),最大降幅约为42.6％.随着Co掺杂量x的增大TiNiCoxSn样品出现n/p转变,电导率随x增大而逐渐下降,电输运性能劣化,功率因子缓慢减小,其中TiNiSn样品在700 K时获得29.56 W/(m.K2)的最高功率因子.ZT值随Co掺杂量x的增大而逐渐降低,TiNiSn样品在900 K时的最大ZT值为0.48.本工作表明采用熔融旋甩制备工艺及磁性Co掺杂能够有效降低TiNiSn材料的热导率.

    TiNiSn热电材料熔融旋甩half-Heusler

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