Bose-Einstein condensate (BEC) is essentially a macroscopic quantum effect with quantum volatility, macroscopic quantum coherence and artificial controllability. Owing to its unique controllability, it becomes a new ideal platform for quantum simulations and studies of interacting quantum systems.In this paper, the generation of vortices and the formation of vortex chains, as well as characteristics of vortex chains in rotating two-dimensional BEC in a potential composed of harmonic potential and optical lattice are studied numerically. Firstly, the generation of vortices, the formation and distribution of vortex chains and the effects of different physical parameters on the vortex chains in two-dimensional BEC are investigated by using the multigrid preconditioned conjugate gradient method. Secondly, the evolution of the vortex chains with time is studied by using the time-splitting spectral method. The results show that the generation of vortices in BEC trapped in the compound potential corresponds to the minimum value of the potential. When the depth of the optical lattice increases to a certain value, vortex chains are formed in the BEC. With the further increase of the depth of the optical lattice, the vortex depth in the vortex chain in the BEC decreases continuously, and finally the vortex chain disappears completely. When the interaction strength between atoms increases, the distribution range of the condensate expands, and the number of vortices and the number of vortex chains in the condensate also increase. When the interaction strength between atoms increases to a certain value, the symmetry of the vortex chains is broken. As the rotation frequency of the condensate increases, the distribution range of the condensate expands, and the number of vortices and the number of vortex chains in the condensate also increase. When the rotation frequency is close to the external trapping potential frequency, the linear alignment of the vortex chains is disrupted. It is also found that there are three stages in the evolution of the vortex chains in the BEC: in the first stage, vortex chains rotate together with the condensate, and the original chain distribution keeps unchanged; in the second stage, the phenomenon of vortex space extrusion appears, and the vortex chain is destroyed; in the third stage, the phenomenon of vortex space expansion occurs, and finally the vortex chains disappear. The results above show that the depth of the optical lattice, the interaction strength between atoms, and the rotation frequency of the condensate have important effects on the vortices and vortex chains in the condensate. By adjusting these physical quantities, the number of vortices and the shape of vortex chains in the BEC can be effectively manipulated. This may provide some theoretical reference and guidance for future experiments and applications.
液态固体电解质材料的离子电导率低,安全性问题在一定程度上限制了其发展与应用,而固体电解质材料在室温下具有很好的稳定性和高的离子电导率值,具有较好的应用前景.本文采用机械化学球磨法制备固体电解质Rb4 Cu16 I7 Cl13粉末,探索制备工艺和球磨参数,对其晶体结构进行解析、观察粉体微观结构、通过交流阻抗谱及等效电路分析得到了离子电导率与活化能、并详细探讨其离子传导性能与晶体结构的关系以及化学成分稳定性进行研究.实验结果表明,在480 rpm转速下球磨6 h时可得到纯的固体电解质Rb4 Cu16 I7 Cl13物相.粉体晶粒尺寸分布均匀,均在20 nm-400 nm之间,室温下固体电解质Rb4 Cu16 I7Cl13离子电导率可达到0.213 S/cm且活化能为0.087(9)eV.在真空干燥条件下存放5天和12天后观察了微观形貌和化学稳定性,符合阿伦尼乌斯定律.
高载流子迁移率和可调直接带隙是低维电子器件应用的两个关键特性.但目前发现的此类二维材料稀少.鉴于此在第一性原理计算的基础上,本文系统研究了In2(PS3)3单层的稳定性、电子结构性质和机械性质.研究结果表明,In2(PS3)3单层是具有直接带隙的半导体材料(1.58 eV).在-3％到3％应变下,In2(PS3)3单层的带隙是可以调节的(1.3～1.8 eV).声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,In2(PS3)3单层是热力学、动力学和机械稳定的.此外,In2(PS3)3单层的剥离能(0.21 J m-2)小于石墨烯的剥离能(0.36 J m-2),有望像石墨烯一样机械剥离得到.这些优异的的性能使得In2(PS3)3单层有望成为未来纳米光电子设备的候选材料之一.
利用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究了不同拓扑能带结构的石墨烯电极分子器件输运特性.结果表明器件导通电压与电极禁带宽度正相关，同时器件在输运过程中表现出负微分电阻特性，峰谷电流比可达2697.分析认为器件导通源自于偏压升高过程中两电极能带匹配.器件负微分电阻特性源自于偏压升高过程中两电极能带交错.散射态分析表明，能带匹配后散射态分布较为离域，有利于电子通过器件.能带交错后散射态局域于电极处，表明电子输运受到抑制.
纳米二氧化钛（TiO 2 ）由于具有卓越的生物相容性和优异的物理性能，因此有望在生物医学领域中发挥重要的作用，且应用前景广阔.利用第一性原理计算，深入地研究了金红石型TiO 2 纳米层（110）表面与脱氧核糖核酸（DNA）不同碱基在界面之间的吸附性能及相互作用的原子机制.通过分析结合能和功函数的计算结果发现，TiO 2 纳米层（110）表面对DNA碱基的吸附强度显著增强，比典型二维纳米材料的吸附强度大两倍以上.进而，通过研究电子能带结构和态密度计算结果，阐明了二者在界面之间的吸附机制，其起源于吸附体系显著降低的能级和C、N和/或O的2p轨道与费米能级附近Ti原子的3d轨道的强烈杂化.纳米TiO 2 为DNA传感器和测序仪的设计提供了一种极具潜力的候选材料.
本文基于第一性原理方法,对非金属元素(N)与过渡金属元素(Mo,Ru,Rh,Pd)掺杂SnO2的电子结构和磁学性质进行计算分析.结果表明:形成能与过渡金属原子半径密切相关,随着过渡金属原子半径的增加,形成能在降低,其中N-Mo掺杂体系形成能最低,故该体系最容易掺杂形成;能带结构分析表明,由于掺杂体系自旋向上/向下杂质能级的数量和分布均不对称,掺杂体系均有磁性产生;进一步探究态密度可知,体系产生磁性的原因是过渡金属原子和N原子之间产生p-d轨道杂化,最外层电子轨道上的空位及单电子相互耦合所导致.结果表明,由于掺杂原子的引入,SnO2体系产生磁性,并且掺杂体系呈现亚铁磁性,其中N-Rh掺杂体系的磁性最好,其磁矩为1.88μB,有望成为良好的稀磁半导体材料.
本文采用分子束外延技术,通过对金属分子束的精确控制,在MgO(002)基底上成功生长了GaxN2:Zn3-x合金薄膜.高分辨率单晶X光衍射仪表征结果表明GaxN2:Zn3-x合金薄膜仍是以(400)Zn3N2为主导的复合晶体结构,对衍射数据的分析得到该薄膜晶粒尺寸小.用扫描电子显微镜和能谱射线分析仪对其表面和成分做了深入的分析和讨论,在固定的金属流量比的生长环境下,不同厚度的样品在成膜后x均为0.65,化学通式Zn2.35Ga0.65N2.该结果表明Ga元素属于重度掺杂,同时也体现了分子束外延技术在共掺杂技术中的优越性.本文也测量并讨论了Zn2.35 Ga0.65 N2薄膜的光学性能,实验得到的1.85 eV的光学带隙与理论推算基本吻合,说明Ga的掺入有Ga-N结构的形成.同时也说明,Ga元素的掺入,实现了对Zn3 N2薄膜的光学带隙的调控.最后对该薄膜的电子输运性能进行表征,测量结果表明其为p型半导体薄膜.本文的实验技术和结果也为今后对Zn类化合物半导体的研究奠定了基础.
提出一种简化内标自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)分析方法,并应用于混合水溶液中Cr、Mn、Pb、Cd、Ca、Al、Co等金属元素绝对浓度的定量分析.实验结果表明,在最优化实验参数下产生的激光等离子体满足局部热平衡和光学薄条件,由该分析方法得到的LIBS检测精确度明显优于采用液固转换后的传统CF-LIBS方法,测定的浓度值与配置值的相对误差小于1％,说明应用该内标CF-LIBS方法能够同时精确测定液相基质中的多种微量金属元素的含量.
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种元素快速分析的光学检测技术.在工业化发展进程中,重金属污染时刻威胁着大米等粮食作物生产地的安全性.以四川地区常见的Cr元素污染为例,采用双脉冲LIBS技术对市面上购买的五种地区大米中的Cr元素进行定量分析,并与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测结果进行对比.结果显示LIBS测量误差满足相对误差标准,证明了LIBS方法具有对元素进行快速定量分析的能力,是检测大米重金属元素含量的一种有效手段.
基于第一性原理密度泛函理论(DFT),广义梯度近似下的GGA+U方法,计算了Ge64-xCx(x=0～3)合金体系的能带结构和光学性质.计算结果显示,纯Ge的带隙宽度数值与实验值相符,为0.732 eV.在本文所研究的C浓度范围内Ge64-xCx(x=1～3)均转变成直接带隙,带隙随C原子的增加逐渐减小.光学性质的计算结果表明,C原子引入对所有的光学性质均产生影响,随着C浓度的增加Ge64-xCx合金的静态介电常数增大,在近红外区的吸收系数增大,且吸收光谱红移,对于Ge61C3吸收边延伸至中红外区.C原子掺杂使体系对光的利用率增强,Ge64-xCx合金的载流子寿命和光催化能力也随C浓度的变化而变化.Ge64-xCx合金有希望成为在近红外、中红外区域的光学材料.
单原子催化剂(SACs)以其最大的金属原子利用率和较高的催化活性而备受关注.本文提出了在Mn负载g-C3N4单层(Mn/g-C3N4)中进行B掺杂的方案来提升单原子催化剂的光催化活性,并利用第一性原理对Mn/B-g-C3N4单原子催化剂的晶体结构,电子结构,带边位置和光学性质进行计算.计算结果表明B掺杂具有较强的结构稳定性,带隙变小,同时带隙中出现杂质能级,导致吸收边向可见光区发生红移,提高了g-C3N4在太阳光下光吸收能力和光催化活性,研究结果为制备高效的g-C3N4基光催化SACs提供了理论指导.
氯化物熔盐作为传热储热工质,在太阳能热发电系统中应用时会造成金属管道的腐蚀和失效,严重威胁系统的运行安全.本文采用第一性原理方法,构建了不同腐蚀介质(Cl原子、H原子、O原子、OH基团以及H2 O分子)在γ-Fe(111)表面的吸附微观物理模型,并阐明了其吸附性能.结果发现:Cl原子和H原子在γ-Fe(111)表面最稳定的吸附点位为Fcc位,O原子和OH基团最稳定的吸附位点为Hcp位,H2 O分子最稳定的吸附位点位Top位.另外,O原子在γ-Fe(111)表面的吸附能和得到的电荷数最大,分别为-8.073 eV和0.53.这为管道的腐蚀研究提供了理论支撑.
基于高温高压下面心立方(FCC)铁的状态方程和熔化温度实验数据,建立了热力学模型计算FCC铁、固-液混合相、液态铁在高温高压下的状态方程.在相同密度和温度下,计算的FCC铁、固-液混合铁、液态铁的压强与实验测量结果较为一致,且计算结果与实验结果平均偏差分别为-1.61 GPa、1.05 GPa、-0.05 GPa.在0～100 GPa压强范围内,当铁完全发生熔化时,随着压强的增大其密度变化由-7.5％下降至2.7％.
基于Material Studio软件平台,利用分子动力学方法,对Ni原子与石墨烯层状结构相互作用和晶体结构变化过程进行模拟分析,得到如下结论:低浓度Ni原子会吸附在石墨烯表面层沿边缘生长,活性从中心向边缘逐渐降低,高浓度的Ni原子会溶解到内层石墨烯中.当石墨烯层数增加,附着在表层石墨烯的Ni原子生长排列范围扩大,且在石墨烯表面形成的点阵排列被破坏,附着在内层石墨烯的Ni原子比表层石墨烯Ni原子排列更散乱,同时石墨烯生长结构逐渐出现弯曲;随着层数增多和Ni原子浓度增加,石墨烯的拉伸强度也随之增加,石墨烯生长缺陷的偏转角度也随之增大.通过计算以上结构的径向分布函数(RDF),验证了石墨烯长程有序到短程有序的结构变化过程.
基于密度泛函理论的第一性原理对二维拓扑相1T′-MoS2和2M-MoS2的电子结构、有效质量和光学性质进行研究,并将其与二维H-MoS2进行对比分析.研究表明,电子有效质量大小关系为:2M-MoS2
基于密度泛函理论框架下,利用第一性原理计算方法,对本征Mn4Si7以及不同Al掺杂浓度下Mn4Si7的电子结构及光学性质进行系统计算分析.Mn4Si7晶胞中有16个Mn原子及28个Si原子,建立4种Mn16-xAlxSi28(x=0,2,4,8)的掺杂模型,计算结果表明:本征Mn4Si7的禁带宽度Eg=0.775 eV,属于间接带隙半导体,Al的掺入导致了Mn4Si7费米能级附近的电子结构发生改变,导带向低能方向发生偏移,价带向高能方向发生偏移,禁带宽度由0.775 eV降至零,呈现出金属性.计算还表明,在光子能量低能区域,Al的掺入使Mn4Si7的介电函数、折射率、吸收及反射系数等光学性质有所提升,改善了Mn4Si7在红外光区的光电性能.
此文采用密度泛函理论,研究了Cu38纳米粒催化剂模型,分别研究了CO2和H2O分子在催化剂上不同吸附位,确了稳定的吸附构型,并进一步研究了CO2催化还原反应机理,确定催化剂的活性.本文主要研究催化CO2还原生成CO过程,研究了两条可行的反应路径,路径I为水分子的H原子直接转移到CO2上,路径II为H原子先迁移到Cu38纳米粒上再转移到CO2上,研究结果发现此步反应机理路径I优先.从微观角度解释了实验研究结果.
全无机无铅卤化物钙钛矿已经成为重要的新一代太阳能电池材料.采用密度泛函理论的第一性原理研究了不同静水压下CsSnX3(X=I,Br,Cl)材料的晶体结构,电子结构和光学性能,并分析了其内在联系.结果表明施加静水压可使材料中Sn-X键长减小,使原子之间的耦合增强,带隙值减小,且随着卤族元素半径的增大,压力效应越明显;随着压力的增加,材料的吸收系数和复折射率增大,吸收光谱出现红移现象,在可见光区和近红外光区吸收增强.相比CsSnBr3和CsSnCl3,CsSnI3在可见光区吸收最佳且受压力作用影响最小,更适用于钙钛矿太阳能电池材料.
研究了两量子比特海森堡XXX自旋链处于x方向的非均匀磁场时系统的纠缠特性,并用负度N来度量.得到N的解析表达式,并在此基础上进行数值计算.仔细讨论了均匀磁场B、非均匀磁场b、温度T和自旋耦合系数J对纠缠度N的影响.结果表明:N会随着大而增大.同时,增大的J和b还会使临界磁场场范围和温度范围都变大.这一点在较大磁场和较高温度下需要纠缠具有实际意义.由此,我们可以通过调节B、b、T和J来控制热纠缠,这对固态系统中通过构建和选择参数调整系统的纠缠度具有一定的作用和意义.
生物磁性纳米粒子在所有三个生命领域的有机体中存在着,包括在原核生物、古细菌和真核生物中.这些生物体中的生物磁性纳米粒子具有相似的物理化学特性,也随着物种的不同存在着差别.在人体中的正常组织和病变组织中同样存在着生物磁性纳米粒子,这些粒子与其它物种中的生物磁性纳米粒子具有相似性和区别,人体病变组织中生物磁性纳米粒子数量的增多与人类神经退行性病变、癌症和动脉粥样硬化病等疾病有着密切的关系.基于比较基因组学研究方法,科学家认为生物体中生物磁性纳米粒子生物矿化过程有相似的基因调控机制,并给出了预测的基因调控机制模型.本文对以上内容做了简要描述,希望对有关研究提供借鉴.
