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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第9期54卷 101-111页

作者：邓宝阁马远卓吕炳楠中国科学院理论物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049 密歇根州立大学稀有同位素束设施美国东兰辛48824 中国工程物理研究院研究生院北京100193

格点有效场论是原子核第一性原理计算的重要方法之一.它将手征有效场论与蒙特卡罗方法结合,从单核子自由度出发严格求解原子核多体问题.实际计算中,人们需要对手征有效核力进行正规化,引入有限的动量截断以消除发散.原则上最终计算结果... 详细信息

格点有效场论是原子核第一性原理计算的重要方法之一.它将手征有效场论与蒙特卡罗方法结合,从单核子自由度出发严格求解原子核多体问题.实际计算中,人们需要对手征有效核力进行正规化,引入有限的动量截断以消除发散.原则上最终计算结果应不依赖于人为设定的截断尺度,换言之,有效场论计算应具有重整化群不变性.但与此预期相反,近年来很多使用手征有效核力的计算中,发现结果较敏感地依赖于动量截断.本文将结合近年来发展的微扰量子蒙卡方法,基于格点有效场论,研究动量截断对^(3)H,^(4)He与^(16)O基态性质的影响.针对不同的动量截断构造了对应的手征核力,系统计算了这些原子核的基态能量、基态电荷分布与均方根半径.我们发现相比常用的非定域正规化方案,本文所使用的格点正规化方案能够很好地消除结果的动量截断依赖性.

关键词：格点有效场论核结合能电荷半径电荷密度分布重整化群不变性

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稀土金属化合物的电荷密度研究

稀土金属化合物的电荷密度研究

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作者：许涵中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

学位级别：博士

稀土金属化合物具有优秀的磁、电和光学等性能,在超导、催化、能源、半导体等领域都有着广泛的应用。由于稀土金属具有d或f轨道电子,使得它们在形成化合物时具有较多的氧化态。其中Ce O2由于其催化效率高、催化氧化活性温度低的优势,被... 详细信息

稀土金属化合物具有优秀的磁、电和光学等性能,在超导、催化、能源、半导体等领域都有着广泛的应用。由于稀土金属具有d或f轨道电子,使得它们在形成化合物时具有较多的氧化态。其中Ce O2由于其催化效率高、催化氧化活性温度低的优势,被广泛应用于去除空气中挥发性有机化合物的氧化还原反应的催化过程中。体相中的氧空位提高了晶格中氧离子的迁移率和化学活性,从而使得Ce O2具有优异的氧化还原性能。为了设计新型功能材料和提高已有功能材料的性能,需要深入研究功能材料的构效关系。由电子间相互作用引发的新奇特性要求我们不能只停留在研究原子尺度的晶格结构和缺陷,而电荷密度正是电子结构最直接的表现,引入电荷密度研究才能进一步理解稀土金属化合物的物理化学性质。在介绍本文的研究工作之前,首先回顾了透射电子显微镜成像的发展历程和发展趋势。介绍了近年来发展起来的可以实现轻重原子原子分辨率同时成像的积分差分相位衬度扫描透射电子显微成像技术（i DPC-STEM）。阐述了会聚束电子衍射的原理与应用,介绍了它测量晶体低阶结构因子的优势。本论文的第一部分采用先进的电子显微镜、精密的粉末同步辐射x射线衍射和定量拓扑分析方法,研究了氧化还原催化剂Ce O2的晶体结构和价电子密度分布。积分差分相位对比扫描透射电子显微成像显示了Ce O2的原子分辨率结构与氧的高对比度成像。基于多极模型的静态形变电荷密度分布,发现Ce-O之间的价电子并不存在明显的杂化。通过第一性原理计算,比较了Ce O2与其他两种氧化还原催化剂的氧空位形成能,发现Ce O2晶体的氧空位形成能最低,且在氧化反应中Ce O2的催化活性温度最低。定量拓扑分析进一步证实了Ce O2中只有闭壳层相互作用,且Ce与O的相互作用较弱,这是Ce O2中氧空位形成能低的原因,二氧化铈也因此具有良好的氧化还原催化活性。这些发现提供了Ce O2精细电子结构的原子细节,有助于预测其行为和潜在的应用,为催化剂材料的设计提供了一些思路。本论文的第二部分使用定量会聚束电子衍射研究了Sc S样品厚度对于低阶结构因子拟合精度的影响。精修了Sc S粉末样品的同步辐射x射线衍射数据,得到了Sc S结构信息和实空间电荷密度分布。使用图像匹配的方法通过单晶硅样品（133）带轴的高阶劳厄线与理论图像比较,精确测定了透射电镜的高压值。通过回摆曲线强度峰值的位置信息测定了Sc S样品厚度,使用Sc S晶体（002）、（004）系列衍射研究了样品厚度对拟合结果的影响,并确定了Sc S样品厚度在60-120纳米范围内拟合结果最可靠。通过拟合合适的样品厚度下得到的会聚束电子衍射花样,得到了准确的Sc S低阶结构因子。由电荷密度分布图中Sc原子核周围的电荷密度分布近似为各向同性的球形。推断出Sc2+离子剩余的价电子可能是球形分布的4s轨道电子。

关键词：催化氧化氧空位定量会聚束电子衍射电荷密度分布同步辐射X射线衍射

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静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置

静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置

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作者：张子生刘导史晓东刘波峰张耀元 071002 河北省保定市五四东路180号

本发明涉及一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置，所述测量方法是先确定分选机转辊表面的有效荷电区域，再对有效荷电区域的转辊表面进行分区，在分区内黏贴铜箔胶带，将铜箔胶带连接微安表，然后测量铜箔胶带表面... 详细信息

标准号: CN103513119A

本发明涉及一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置，所述测量方法是先确定分选机转辊表面的有效荷电区域，再对有效荷电区域的转辊表面进行分区，在分区内黏贴铜箔胶带，将铜箔胶带连接微安表，然后测量铜箔胶带表面的电晕电流，计算面电荷密度，最终得到转辊表面的电荷密度分布情况。本发明把分选机转辊的表面细分成一个一个的长条细小区域，然后再对每个细小区域的电晕电流进行测量，再用电流的强度计算出面电荷密度，从而得到面电荷分布的情况。本发明测量方法及装置经济实用，操作简单，易于实现，且测量准确，对高压静电分选机的结构改进设计具有重要的指导意义，解决了静电分选机转辊表面电荷密度分布不能测量的难题。

关键词：转辊电荷密度分布静电分选机测量方法电荷密度电晕电流分选机胶带铜箔分区测量方法及装置高压静电分选结构改进设计测量铜箔测量装置电荷分布胶带表面强度计算安表黏贴电流细分连接

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有限长带电导体直线电荷分布的讨论

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物理教师 2023年第6期44卷 55-58页

作者：江俊勤姜付锦广东第二师范学院物理与信息工程学院广东广州510303 湖北省武汉市黄陂区第一中学湖北武汉430300

有限长带电导体直线的电荷分布是否均匀的问题,一直存在争议.对现有文献的研究思路进行了分析,发现该问题的争议来自对两种不同的带电体系的混淆,本文的结论是:(1)当带电体系是有限长无穷细直线段时,带电线段必然是绝缘的,电荷均匀分布;... 详细信息

有限长带电导体直线的电荷分布是否均匀的问题,一直存在争议.对现有文献的研究思路进行了分析,发现该问题的争议来自对两种不同的带电体系的混淆,本文的结论是:(1)当带电体系是有限长无穷细直线段时,带电线段必然是绝缘的,电荷均匀分布;(2)当带电体系是有限长导体直线(有限长直导线)时,不能简化为无穷细直线段、必须具有横截面积,电荷分布是两头密中间疏.

关键词：有限长带电直导线电荷密度分布坐标变换法宏观电磁场

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Al、Cr、Fe掺杂对KDP(001)晶面力学性能影响的第一性原理研究

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材料导报 2022年第S01期36卷 173-178页

作者：贾慧灵于海滨吴锦绣谭心王峰孙士阳内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对KDP(001)晶面及三价金属Al、Cr、Fe掺杂KDP(001)晶面的拉伸、剪切应力-应变曲线进行了模拟研究,并对其理想强度、径向分布函数、电子态密度、电荷密度分布进行了分析。研究结果表明,Al、C... 详细信息

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对KDP(001)晶面及三价金属Al、Cr、Fe掺杂KDP(001)晶面的拉伸、剪切应力-应变曲线进行了模拟研究,并对其理想强度、径向分布函数、电子态密度、电荷密度分布进行了分析。研究结果表明,Al、Cr、Fe掺杂KDP晶体后晶格常数只略微增大,掺杂后费米能级附近主要由掺杂元素的Al-3s、Cr-3d、Fe-3d电子轨道占据,且O-2p轨道向低能级移动,结构变稳定。三种掺杂体系沿[001]向和[100]向的拉伸、剪切弹性模量、理想强度均高于KDP晶体,而三种掺杂体系的[110]向剪切弹性模量、理想强度几乎不变。在[001]向拉伸应力作用下,理想及掺杂KDP晶体始终保持四方晶系结构不变。KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Cr、Fe掺杂体系的O-2p轨道由低能级向高能级移动,结构变得不稳定。[100]向和[110]向剪切作用下,理想及掺杂体系均由四方晶系转化为单斜晶系。理想及Cr掺杂KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Fe掺杂体系的O-2p轨道由高能级向低能级移动,结构变稳定。KDP晶体容易沿[110]向发生剪切变形。

关键词：掺杂KDP晶体应力-应变曲线理想强度态密度电荷密度分布第一性原理

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双折叠势与其他核-核势的对比研究

双折叠势与其他核-核势的对比研究

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作者：马瑛晗辽宁师范大学

学位级别：硕士

重离子核-核相互作用势是深刻理解熔合反应机制的关键物理量之一,一般可以表示为反应体系的核势、库仑势和离心势之和。在实际计算时,一般不考虑离心势,该部分相互作用已经内含到具体计算程序中,因此描述核-核势的关键在于如何准确计算... 详细信息

重离子核-核相互作用势是深刻理解熔合反应机制的关键物理量之一,一般可以表示为反应体系的核势、库仑势和离心势之和。在实际计算时,一般不考虑离心势,该部分相互作用已经内含到具体计算程序中,因此描述核-核势的关键在于如何准确计算核势和库仑势。区别于常见的现象学模型,对核物质密度分布和电荷密度分布的相对简单处理,双折叠模型(DFM)严格计算了在有限范围内,上述两种密度分布对提取核-核相互作用势的影响。出于系统研究的目的,本文各选了七组球形弹靶核系统和六组形变靶核系统,进行了数值计算。然后结合DFM拟合得到的势参数,然后结合DFM拟合得到的势参数,利用耦合道模型计算了上述两类重离子反应体系的熔合激发曲线,并与修改的Woods-Saxon势参数的计算结果进行了比较。利用DFM对球形弹靶系统的计算结果表明:由DFM计算的核势要低于由其他现象学模型的计算结果,且在两核间距的某一临界位置时,DFM计算的核势下降趋势要更明显,该临界位置与反应体系的库仑参数和质量不对称系数有关。反应体系对称性越强,该临界位置就越靠前。在临界位置处,分别由DFM和现象学模型计算的库仑势间的差值随着反应体系库仑参数的增大而变大,这进一步说明DFM中库仑势的计算将决定该模型描述重离子核-核势的准确性和可靠性。对熔合激发曲线的计算结果表明:DFM提取的核-核势参数完美地重现了轻反应体系的熔合激发曲线,但随着反应体系质量不对称性的增加,尽管DFM拟合的势参数依然能够完美地重现了垒上能区的熔合激发曲线,但却低估了垒下区实验数据。这是由于随着两核间距的减小,所涉及到的反应机制就越复杂;且对重反应体系,复合核将通过裂变以及轻粒子蒸发等多种方式退激。随着反应体系质量不对称系数的减小,由DFM拟合的势参数的计算低估了垒下能区的熔合激发曲线。这除了与反应道的增加以及反应机制的复杂化有关,还与弹靶核在低激发态时存在着耦合道效应有关。对形变靶核系统的计算结果表明:与球形弹靶系统类似,由DFM计算得到核势整体上低于其他现象学模型;随着两核间距的减小,DFM计算的核势下降幅度远远大于其他现象学模型的结果,上述现象在两核间方位角为150°时最为明显。此外,对形变靶核系统,仍然存在核势强弱变化的临界位置。当两核方位角为90°时,该临界位置参数越靠前,这是因为此时两核连线与靶核对称主轴相垂直。对熔合激发曲线的计算结果表明:采用DFM拟合的势参数的熔合激发函数的计算高估了O+Sm系统的熔合激发曲线。相比而言,MWS势则低估了该系统的曲线,且该规律普遍存在于S+Zr、O+Sm和O+Th几个反应道,其主要原因在于对上述反应道,实验数据为熔合蒸发剩余截面,而本文的计算除了包括蒸发剩余激发以外,还包括了其他反应道的贡献。对Ca+Zr反应道,DFM拟合的势参数高估了垒上能区的熔合激发曲线,而低估了垒下能区的激发曲线,这是因为在垒下能区,该反应存在着明显的耦合道效应。

关键词：双折叠势核势亲近势电荷密度分布熔合反应截面

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集成基片间隙波导的传播常数理论

集成基片间隙波导的传播常数理论

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2023年全国天线年会

作者：陈剑培申东娅云南民族大学云南大学

本文提出了集成基片间隙波导(ISGW)的传播常数理论。通过ISGW和介质替代为空气的ISGW两种情况下导带的分布线电容求解,分布线电容用谱域的变分函数表示,用格林函数和电荷密度分布表示。采用横向传输线法计算格林函数,得到静电状态下的... 详细信息

本文提出了集成基片间隙波导(ISGW)的传播常数理论。通过ISGW和介质替代为空气的ISGW两种情况下导带的分布线电容求解,分布线电容用谱域的变分函数表示,用格林函数和电荷密度分布表示。采用横向传输线法计算格林函数,得到静电状态下的电荷密度分布。理论结果和仿真结果进行了比较,验证了所提出的理论。

关键词：集成基片间隙波导传播常数分布线电容格林函数电荷密度分布

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ZIFs衍生的钴-氮-碳氧还原电催化剂活性位点的调控

ZIFs衍生的钴-氮-碳氧还原电催化剂活性位点的调控

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作者：王娟华中科技大学

学位级别：硕士

燃料电池是高效洁净的能量转换装置,但是其缓慢的阴极氧还原反应(ORR)需要使用催化剂来加快动力学过程。铂基催化剂是有效的ORR电催化剂,但是其成本高、资源短缺、稳定性低、甲醇耐受性差,这限制了燃料电池的整体性能及商业化。因此研... 详细信息

燃料电池是高效洁净的能量转换装置,但是其缓慢的阴极氧还原反应(ORR)需要使用催化剂来加快动力学过程。铂基催化剂是有效的ORR电催化剂,但是其成本高、资源短缺、稳定性低、甲醇耐受性差,这限制了燃料电池的整体性能及商业化。因此研发高效、经济的非贵金属ORR电催化剂是非常必要的。ZIFs衍生的过渡金属氮掺杂碳(M-N-C)纳米材料是一种良好的ORR电催化剂,但是M-N-C活性位点与含氧中间体之间的作用力需要进一步的提高。本论文以ZIFs作为主体分子,利用引入客体分子和掺杂杂原子硫的方法在ZIFs衍生的Co-N-C中引入新的活性位点并对其化学环境和电荷密度分布进行调控,来提高Co-N-C在碱性或酸性条件下的ORR活性。主要研究内容及结果如下:(1)硫化钴/氮,硫共掺杂中空碳纳米立方体(CoS/N,S-HCNC)的制备及其ORR性能研究本工作中,以ZIF-67作为前驱体,引入间氨基酚、甲醛和碳酸氢钠等客体分子,得到以ZIF-67为核,以碱式碳酸钴(CCH)和聚间氨基酚(Pm AP)复合物为壳的ZIF-67/CCH-PmAP核壳结构。利用ZIF-67/CCH-PmAP整体组成的差异,经两步热解后得到中空的CoS/N,S-HCNC。通过物理表征和电化学测试得出:(1)新引入的活性位点CoS与杂原子硫协同作用促进Co-N-C的ORR催化活性;(2)中空结构内部存在额外的反应活性位点,并且反应物可以快速的扩散,因此加快了ORR过程中的传质;(3)CoS纳米颗粒被碳层包覆,增加了催化剂的稳定性。得益于CoS/N,S-HCNC组成和结构的优势,其在碱性条件下的ORR活性和稳定性优于商业Pt/C。(2)硫掺杂的富含吡咯/石墨氮的钴-氮-碳(S-P/G N-rich Co-N-C)的制备及其ORR性能研究前一个工作制备的CoS/N,S-HCNC中存在非活性的金属颗粒,使其在酸性条件下的ORR活性很差。因此,在本工作中我们通过简单的一步法将客体分子聚(对苯二胺-甲醛)原位固定在Co,Zn-ZIF的框架上。经一步热解后成功构建出具有单分散钴的P/G N-rich Co-N-C。通过物理表征和电化学测试得出:一方面,(对苯二胺-甲醛)衍生的吡咯/石墨氮可以有效减少钴周围的电荷分布,使得活性位点与含氧物种之间的作用力显著增强。更重要的是,P/G N-rich Co-N-C具有大的比表面积,高的孔容和单分散的钴,从而具有有效的Co-N-C活性位点。因此,P/G N-rich Co-N-C在碱性条件下ORR的半波电位高达0.889 V,优于商业Pt/C,在酸性条件下的半波电位达到0.755 V。另一方面,对P/G N-rich Co-N-C的碳母体进行硫掺杂之后,引起邻近碳原子自旋密度的变化,可以提供更多的活性位点,从而促进OOH的形成,进一步提升酸性条件下的ORR活性,使得其半波电位可达0.772 V。

关键词：电催化氧还原金属-氮-碳硫掺杂电荷密度分布

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会聚束电子衍射测量材料结构因子的研究

会聚束电子衍射测量材料结构因子的研究

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作者：尚彤彤中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

学位级别：硕士

层展现象普遍存在于强关联电子体系中,是很多功能材料研究的重点,比如多铁性、高温超导、金属-绝缘体转变等。这些是由于电子关联性约束了给定晶格位置处的电子数量,并引起电荷,自旋和轨道自由度的局部纠缠引起的。所以研究功能材料的... 详细信息

层展现象普遍存在于强关联电子体系中,是很多功能材料研究的重点,比如多铁性、高温超导、金属-绝缘体转变等。这些是由于电子关联性约束了给定晶格位置处的电子数量,并引起电荷,自旋和轨道自由度的局部纠缠引起的。所以研究功能材料的电子结构有助于我们去理解材料的新奇物性。而这其中,电荷密度是电子最直接的表现。透射电子显微镜由于其超高的空间分辨率,成为了材料研究材料物性机理的非常重要的手段。其中,会聚束电子衍射指的是电子束以一定的会聚角照射在样品上,那么在物镜后焦面处不再是衍射点,而扩展为有强度信息分布的圆盘,所以衍射盘可以提供很多衍射点没有的信息。由于高能电子与材料中的原子相互作用时,对材料的价电子信息非常敏感,所以会聚束电子衍射是很适合于电荷密度分布的研究.这对于揭示材料物性、提高材料性能和设计新材料具有重要的指导意义。本文主要研究的是利用定量会聚束电子衍射方法来精确地测定单晶Si的低阶结构因子。主要内容如下:首先介绍了电子衍射和X射线衍射测量材料的结构因子的异同,通过理论分析可知,价电子主要影响的是低阶结构因子,而电子衍射对低阶结构因子比X射线衍射更加敏感,所以电子衍射测定低阶结构因子明显优于X射线衍射。然后主要介绍了电子射线衍射的多束动力学理论计算,并且通过实验得到Si(2-20)的一维会聚束电子衍射图,通过与理论计算值进行精修,得到了Si的(2-20)结构因子。最后分析了实验结果不够精确的原因,是CCD畸变导致光斑不圆,以及样品太厚增加了多重弹性散射引起的。

关键词：会聚束电子衍射结构因子电荷密度分布

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雷暴云内电荷分布形式对闪电放电影响的数值模拟

雷暴云内电荷分布形式对闪电放电影响的数值模拟

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第34届中国气象学会年会

作者：林辉谭涌波杜赛仇梦扬周洁晨南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心

＜正＞1模拟方法Tan et al.（2006;2007）在Mansell et al.（2002）提出的随机放电模式的基础上,对闪电的启动、正负先导的传播方式以及感应电荷的计算方法等进行了修改和补充,并建立了高分辨率闪电参数化方案。在此工作的基础上,为了... 详细信息

＜正＞1模拟方法Tan et al.（2006;2007）在Mansell et al.（2002）提出的随机放电模式的基础上,对闪电的启动、正负先导的传播方式以及感应电荷的计算方法等进行了修改和补充,并建立了高分辨率闪电参数化方案。在此工作的基础上,为了便于开展模拟敏感性实验,本文建立一个四极电荷结构分布模型,并以此电荷模型所产生的空间电荷分布作为闪电启动的初始背景

关键词：电荷密度分布闪电类型先导传播行为数值模拟

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