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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。
正式出版
收录年代

    基于遗传算法的太赫兹多功能可重构狄拉克半金属编码超表面

    栾迦淇张亚杰陈羽郜定山...
    92-105页
    查看更多>>摘要：多功能可重构超表面能够满足对器件小型化、集成化、适用于多场景应用的需求,是近几年的研究热点之一.本文采用狄拉克半金属作为可控材料,提出了一种太赫兹多功能可重构编码超表面.首先设计了一种顶部由狄拉克半金属材料构成的"回"字形结构的三层太赫兹编码超表面单元,利用外加偏置电压动态调节狄拉克半金属介电常数,使超表面单元在1.95 THz处实现2 bit编码.然后基于设计的编码超表面单元结构,利用遗传算法对编码超表面的阵列排布进行逆向设计,从而实现波束赋形、涡旋波束产生及雷达散射截面缩减等功能.研究结果表明,针对波束赋形,在1.95 THz处可以实现俯仰角在40.范围内、方位角在360.范围内任意角度的单波束与多波束反射,并且多波束中的各个波束的俯仰角和方位角都可以单独调控,提高了对太赫兹波束调控的灵活性;针对涡旋波束,可以产生拓扑电荷数为l=±1,l=±2的单涡旋波束,并且可以实现俯仰角在30°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单涡旋波束与多涡旋波束调控;此外,在1.72-2.51 THz范围内可以实现大于10 dB的雷达散射截面缩减.因此,提出的狄拉克半金属编码超表面可以实现多种功能,且性能优良,在通信网络、天线和雷达系统等领域具有一定的应用前景.

    狄拉克半金属遗传算法编码超表面多功能可重构

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    一种基于反谐振结构的三能级掺钕激光光纤设计

    许海琛付士杰田浩盛泉...
    106-111页
    查看更多>>摘要：900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了 900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐振光纤,用于产生高功率900 nm激光.通过在有源光纤中引入双层反谐振单元结构,并对光纤结构参数和折射率分布进行优化,模拟结果表明光纤在880-913 nm波段基模损耗小于0.1 dB/m,高阶模式损耗大于10 dB/m,同时在1060 nm波段所有模式损耗达到100 dB/m.本文提出的掺钕实芯反谐振光纤在900 nm高功率光纤激光器和放大器等领域具有广泛的应用前景.

    实芯反谐振光纤掺钕光纤大模场面积光纤单模光纤

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    基于梯度结构波导实现的定向声学自旋角动量密度操控

    张孝悦徐华锋陈婉娜周农...
    112-120页
    查看更多>>摘要：近年来,人们在结构声场和声学结构表面波中发现了声波横向自旋的现象,其不仅丰富了人们对声波基本性质的理解,也为操控声波提供了新的途径.在本文中,我们设计了平整型、上凸型、下凹型的梯度声学波导,实现对声学表面波的横向自旋分布进行操控.通过理论分析和数值仿真,研究了自旋声源在3种梯度结构中激发的压力场分布以及自旋角动量密度分布,验证了近场声自旋-动量的方向锁定,展示了梯度波导中声表面波的自旋强度分布操控.研究结果可能促进对声学近场物理的对称性理解,以及提供一种操控声学自旋角动量密度的方法,为利用声波操控粒子开辟新的路径.

    声学超构材料声自旋角动量定向声传输梯度声学波导

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    基于声子水动力学方程分析全环绕栅极晶体管的瞬态热输运过程

    刘哲魏浩崔海航孙锴...
    121-129页
    查看更多>>摘要：相较于经典的傅里叶定律,声子水动力学模型在描述纳米尺度超快声子热输运中已经展现出显著优势.全环绕栅极晶体管(GAAFET)通过三维沟道设计极大优化了电学性能,但其纳米尺度特征也导致自热问题和局部过热的挑战.基于此,本文针对纳米尺度GAAFET器件内的声子热传输特性开展理论和数值模拟分析.首先,基于声子玻尔兹曼方程严格推导了声子水动力学模型和边界条件,建立了基于有限元的数值求解手段,针对新型的GAAFET器件,分析了表面粗糙度、沟道长度、沟道半径、栅极电介质、界面热阻等因素对其热传输特性的影响规律.研究结果表明,本文构建的连续介质框架下基于声子水动力学模型及温度跳跃条件的非傅里叶热分析方法能够精确预测GAAFET内部非傅里叶声子导热过程,并揭示声子阻尼散射和声子/界面散射的作用机制.这项工作为进一步优化GAAFET的热可靠性设计,提高其热稳定性和工作性能提供了重要的理论支持.

    全环绕栅极晶体管声子水动力学模型温度跳跃非傅里叶热分析

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    热光伏器件中的光谱调控

    熊家骋黄哲群张恒王启祥...
    130-144页
    查看更多>>摘要：热光伏器件是一种利用光伏效应将热源的热辐射转化为电能的器件.高效热光伏器件在电网规模的热能存储、全光谱太阳能转换、分布式联合发电、废热回收等方面有着广阔的应用前景.然而,大多数热辐射处于低能量波长范围,无法有效激发光伏电池半导体的电子跃迁从而产生电能.因此,对热辐射光谱发射的选择性调控是实现高效热光伏器件的关键.近年来,伴随着纳米光子学、材料科学与人工智能赋能科学的发展,热光伏器件中的光谱调控也取得了极大进展.本文首先回顾了热光伏器件的发展历史,继而围绕热光伏器件中热端和冷端的光谱调控,详细讨论了超结构选择性发射器、本征选择性发射器、光滤波器以及背表面反射器的热辐射光谱调控物理机制与调控手段,并梳理和总结了近场热光伏的相关研究,最后对热光伏器件的未来发展进行了展望.

    热光伏热辐射光谱调控热光子学

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    幂律流体顶盖驱动流中的颗粒运动

    杨晓峰刘姣单方柴振华...
    145-154页
    查看更多>>摘要：采用扩散界面格子Boltzmann模型研究了圆形颗粒在幂律流体方腔流中的运动,重点分析了初始位置、幂律指数、颗粒大小对圆形颗粒在幂律流体顶盖驱动流中的运动的影响.数值结果表明不同初始位置的圆形颗粒最终均能稳定在极限环上运动.不同幂律指数的幂律流体对圆形颗粒运动的极限环有明显影响,对于剪切增稠流体,颗粒的运动速度明显增大,极限环半径明显缩小;对于剪切稀化流体,左下角和右下角的次级涡收缩,极限环向方腔的右下角移动.圆形颗粒较小时,颗粒的运动速度较快,运动半径较大,运动轨迹更接近流体的流线;圆形颗粒较大时,受到边界的限制,极限环半径较小,运动速度较慢.此外,还讨论了颗粒对顶盖驱动流主涡涡心位置的影响,颗粒会将主涡涡心推向远离颗粒的方向.

    格子Boltzmann方法圆形颗粒幂律流体顶盖驱动流

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    基于源项解耦的物理信息神经网络方法及其在放电等离子体模拟中的应用

    方泽潘泳全戴栋张俊勃...
    155-166页
    查看更多>>摘要：近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个通用的PINNs框架(源项解耦PINNs,Std-PINNs),用于求解多粒子低温等离子体流体模型.Std-PINNs通过引入等效正离子,并将电流连续性方程替代各粒子输运方程作为物理约束,实现了重粒子输运方程源项与电子密度、平均电子能量的解耦,极大降低了训练复杂度.本文通过两个经典放电案例(低气压氩气辉光放电、大气压氦气辉光放电)展示了 Std-PINNs在求解多粒子低温等离子体流体模型的应用,并将结果与传统PINNs和有限元(FEM)模型进行了对比.结果显示,传统PINNs输出了完全错误的训练结果,而Std-PINNs与FEM结果之间的L2相对误差能达到约10-2量级,由此验证了 Std-PINNs 在模拟多粒子等离子体流体模型的可行性.Std-PINNs为低温等离子体模拟提供了新的思路,并拓展了深度学习方法在复杂物理系统建模中的应用.

    物理信息神经网络低温等离子体源项解耦流体模型

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    新型双过渡金属MXene热电输运性能第一性原理计算

    黄盛星陈健王文菲王旭东...
    167-176页
    查看更多>>摘要：二维双过渡金属MXene相较于单一过渡金属MXene,有着更高的可调控性,在热电器件方面有着潜在的应用.本文通过第一性原理的计算方法结合玻尔兹曼输运理论,研究了新型二维双过渡金属MXene单层TiZrCO2和VYCO2的稳定性和热电性能.结果表明,两者的热电输运性能优良.计算预测的结果:在最优载流子浓度下,300 K 时,p 型 TiZrCO2 功率因子为 11.40 mW/(m.K2),远高于 n 型,p 型 VYCO2 功率因子(2.80 mW/(m.K2))和n型(2.20 mW/(m.K2))大小类似.300 K下,TiZrCO2和VYCO2的晶格热导率较低,分别为5.08 W/(m·K)和 3.22 W/(m.K),并且随着温度升高进一步降低,900 K 时为 2.14 W/(m-K)和 1.09 W/(m.K).TiZrCO2 和 VYCO2的热电优值随温度升高而增大,温度为900 K时,p型TiZrCO2和VYCO2的热电优值分别达到1.83和0.93,优于两者n型的0.23和0.84.双过渡金属MXene TiZrCO2和VYCO2相比单一过渡金属MXene(如Sc2C(OH)2,ZT=0.5)具有更好的热电性能,有潜力作为综合性能优良的新型热电材料.本文采用的一套计算方法亦可为新型双过渡金属元素MXene热电性能探索提供一定借鉴.

    双过渡金属MXene第一性原理热电性能晶格热导率

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    结构相变引起单层RuSe2载流子迁移率的提高

    陆康俊王一帆夏谦张贵涛...
    177-184页
    查看更多>>摘要：过渡金属二硫族化合物(TMDs)是二维材料家族中的重要成员,具有丰富多样的晶体结构和物理特性,是近年来在科学研究和器件应用领域关注度较高的材料之一.本文通过第一性原理计算研究了单层RuSe2的结构和相变,在确定其基态为二聚相(T′相)的同时,发现该材料存在能量相近的三聚相(T(''')相).分别从动力学和热力学角度预测了该晶相结构的稳定性.结合相变势垒的计算和分子动力学模拟,预测在室温下对T′相结构施加较小的应力就可以实现晶格从T′相到T(''')相的转变.相变后的能带结构以及载流子迁移率都发生了明显的改变,其带隙由1.11 eV的间接带隙转变为0.71 eV的直接带隙,载流子迁移率有了大幅的提升,空穴迁移率达到了 3.22 × 103cm2·V-1·s-1.本文对比研究了 RuSe2单层中可能共存的两种畸变相,分析了不同晶相的电子结构和迁移率,为实验上研究二维RuSe2材料及其在未来器件中的应用提供了理论依据.

    二硒化钌结构相变载流子迁移率第一性原理计算

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    Ge20Se80-xTex玻璃网络结构演变及理论带隙-玻璃性能评价

    夏克伦管永年顾杰荣贾光...
    185-192页
    查看更多>>摘要：开发特殊性能红外材料是目前提升红外光学系统性能的关键,硫系玻璃作为组分-性能可调的红外材料无疑成为了热门选项.Se基与Te基玻璃涵盖中波、长波红外窗口,是最典型的红外器件应用材料之一,通过对Ge20Se80-xTex玻璃体系的结构与性能分析,阐述了 Te含量对该玻璃体系结构与性能演变的规律.随着Te含量的增大,玻璃转变温度(Tg)受网络结构及平均键能的影响先升高后降低,密度与折射率近似线性的梯度增高,阿贝数逐渐增大,而维氏硬度几乎不随Te含量的变化而变化,断裂韧性随Te含量的增大而降低.针对平均配位数无法评价两种及以上同族元素组成的玻璃体系问题,成功建立了理论带隙-玻璃性能评价体系,并对Ge20Se80-xTex玻璃体系的密度、折射率、阿贝数、断裂韧性等参数与理论带隙建立了函数关系,该体系可用于快速评估玻璃组分与性能.

    红外材料硫系玻璃理论带隙玻璃性能

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