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科学通报 2024年

作者：张开元潘琮李璐璐孙向向张时声中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子科学与技术全国重点实验室安徽师范大学物理与电子信息学院北京应用物理与计算数学研究所中国科学院大学核科学与技术学院中国科学院理论物理研究所北京航空航天大学物理学院

近40年来,科学家一直致力于探索可能存在晕现象的原子核.迄今,实验上已确认或建议了约20例晕核或候选晕核,其中37Mg是目前已知的最重晕核.随着实验能力的提升, A≈40质量区新晕核的探索已成为可能;同时,可靠的理论预言将提供有意义的参... 详细信息

近40年来,科学家一直致力于探索可能存在晕现象的原子核.迄今,实验上已确认或建议了约20例晕核或候选晕核,其中37Mg是目前已知的最重晕核.随着实验能力的提升, A≈40质量区新晕核的探索已成为可能;同时,可靠的理论预言将提供有意义的参考.相对论密度泛函理论能够统一自洽描述核素图中几乎所有原子核,是研究晕核的重要工具.本文简要回顾形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov (deformed relativistic Hartree-Bogoliubov theory in continuum, DRHBc)理论在描述已知晕核和构建原子核质量表等方面取得的成功,主要介绍DRHBc理论预言形变晕核39Na和42Mg以及新发展的三轴相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论预言三轴形变晕核42Al.

关键词：晕核相对论密度泛函理论轴对称形变三轴形变

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一种基于Hamel形式的无条件稳定动力学积分算法

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力学学报 2022年第9期54卷 2577-2587页

作者：顾崴刘铖安志朋史东华北京理工大学信息与电子学院北京100081 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学数学与统计学院北京100081 复杂信息数学表征分析与应用北京市重点实验室北京100081

时间积分算法是求解动力学系统的一个核心问题.动力学方程的时间积分经常会出现数值不稳定现象,有限元空间离散也通常会造成伪高频振荡,因而,发展解决上述问题的数值积分算法具有重要的理论价值.本文基于Hamel场变分积分子,通过新的数... 详细信息

时间积分算法是求解动力学系统的一个核心问题.动力学方程的时间积分经常会出现数值不稳定现象,有限元空间离散也通常会造成伪高频振荡,因而,发展解决上述问题的数值积分算法具有重要的理论价值.本文基于Hamel场变分积分子,通过新的数值积分算法的构造方法,提出了一种无条件稳定的Hamel广义α方法,具体内容包括:构造特殊的变分形式,利用变分积分子等工具,建立无条件稳定的数值积分算法;在相同框架下,提出更高精度的数值格式;结合活动标架法的特性,将算法的一般形式推广到李群空间,得到Hamel广义α文所提出的Hamel广义α方法是无条件稳定的,具有二阶精度并且能够快速过滤掉虚假的高频振荡.数值算例的结果显示,本文所提方法具备了传统方法的精度、耗散和稳定性优势,既适合一般的线性空间,也适用于李群空间,同时还可以发展高阶精度算法.本文发展了构造变分积分子的新模式.

关键词：广义α方法 Hamel场变分积分子 Hamel广义α方法李群活动标架法

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机器学习原子间相互作用建模

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计算数学 2021年第3期43卷 261-278页

作者：王涵北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100094 北京大学工学院应用物理与技术中心北京100871

原子间相互作用建模是分子动力学模拟的核心问题之一.基于第一性原理的建模准而不快,经验势模型快而不准.因此人们长期面临精度和效率只得其一的两难困境.基于机器学习的原子间相互作用建模在达到第一性原理精度的同时,计算开销大大降低... 详细信息

原子间相互作用建模是分子动力学模拟的核心问题之一.基于第一性原理的建模准而不快,经验势模型快而不准.因此人们长期面临精度和效率只得其一的两难困境.基于机器学习的原子间相互作用建模在达到第一性原理精度的同时,计算开销大大降低,因而有希望解决这两难困境.本文将介绍构造基于机器学习的原子间相互作用模型的一般框架,归纳近年来的主要建模工作,并探讨这些工作的优势和劣势.

关键词：机器学习原子间作用势分子动力学模拟

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固体炸药爆轰与惰性介质相互作用的一种扩散界面模型

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爆炸与冲击 2020年第10期40卷 107-118页

作者：于明北京大学应用物理与技术中心北京100871 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100083

提出一种保持热力学一致性的扩散界面模型,用来数值模拟固体炸药爆轰与惰性介质的相互作用问题。基于混合网格内各组分物质间可以达到力学平衡状态而不能达到热学平衡状态的假设,由混合网格能量守恒以及压力相等条件,推导出每种组分物... 详细信息

提出一种保持热力学一致性的扩散界面模型,用来数值模拟固体炸药爆轰与惰性介质的相互作用问题。基于混合网格内各组分物质间可以达到力学平衡状态而不能达到热学平衡状态的假设,由混合网格能量守恒以及压力相等条件,推导出每种组分物质的体积分数演化方程。由此获得的扩散界面模型包括组分物质的质量守恒方程、混合物质的动量及总能量守恒方程,同时包括组分物质的体积分数演化方程和混合物质的压力演化方程。该扩散界面模型的主要特点是考虑了化学反应以及热学非平衡的影响。提出的扩散界面模型在物质界面附近不会出现物理量的非物理振荡现象、适用于任意表达形式的物质状态方程以及任意数目的惰性介质。

关键词：扩散界面模型固体炸药爆轰多物质流动热学非平衡多相流模型

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单晶Ce冲击相变的分子动力学模拟

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物理学报 2020年第11期69卷 197-204页

作者：第伍旻杰胡晓棉中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京100088

金属Ce在室温条件下当压力达到约0.7 GPa时会发生一阶相变,体积突变减小14%-17%,相变前后两相分别为γ-Ce和α-Ce,均为面心立方结构.实验中发现冲击波在Ce中传播,其波形存在明显的多波结构依次为γ-Ce弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ-Ce→... 详细信息

金属Ce在室温条件下当压力达到约0.7 GPa时会发生一阶相变,体积突变减小14%-17%,相变前后两相分别为γ-Ce和α-Ce,均为面心立方结构.实验中发现冲击波在Ce中传播,其波形存在明显的多波结构依次为γ-Ce弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ-Ce→α-Ce相变波.基于新发展的金属Ce的嵌入原子势,对单晶Ce的冲击相变行为进行了分子动力学模拟.模拟结果表明,在一定强度下,单晶Ce中的冲击波阵面分裂为多波结构,波形结构与加载晶向明显相关:在[001]和[011]晶向加载下表现为双波结构,依次为前驱波和相变波;在[111]晶向加载下波阵面分裂为弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ→α相变波,与已有的实验观察相一致.冲击波速的Hugoniot关系在低强度加载下与实验符合得较好.同时在此冲击相变过程中,应力偏量对相变起促进作用,相较于静水压加载,冲击加载的相变压力条件更低一些.

关键词：冲击相变同构相变分子动力学铈

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高性能宽谱上转换成像发光二极管性能优化

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太赫兹科学与电子信息学报 2024年第10期22卷 1094-1103页

作者：韩尚杰王屹王汉斌杨宁楚卫东白鹏北京应用物理与计算数学研究所北京100088 北京邮电大学理学院北京102206 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 计算物理全国重点实验室北京100088

高性能宽谱上转换成像器件在医疗、食品安全、无损检测和国家安全等领域中发挥着重要作用,但现有半导体上转换器件因探测范围窄、上转换效率低而受到限制。为实现更宽谱和高效的上转换,本文通过优化LED结构,显著提升了棘轮上转换器件的... 详细信息

高性能宽谱上转换成像器件在医疗、食品安全、无损检测和国家安全等领域中发挥着重要作用,但现有半导体上转换器件因探测范围窄、上转换效率低而受到限制。为实现更宽谱和高效的上转换,本文通过优化LED结构,显著提升了棘轮上转换器件的性能。改进后的LED发光效率提升了2个数量级,μA量级的驱动电流下即可开启发光,发光光谱更接近规则洛伦兹线型,器件整体面发光均匀性也显著提升。研究明确了性能优化原则,并为未来上转换器件的改进提供了参考方向。

关键词：上转换成像 THz探测宽谱探测 LED发光棘轮探测器上转换效率

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一种求解二维球坐标系中子输运方程的并行SN算法

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计算物理 2021年

作者：蔡颖张存波刘旭范征锋刘元元徐小文张爱清北京应用物理与计算数学研究所北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室中物院高性能数值模拟软件中心北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法，提出了基于（单元，方向）二元组的有向图模型，在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上，设计了粒度可控多级并行SN算法。其中，采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘了空间-角度方... 详细信息

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法，提出了基于（单元，方向）二元组的有向图模型，在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上，设计了粒度可控多级并行SN算法。其中，采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘了空间-角度方向的并行度，提出新的能群流水并行方法，并进一步地通过设置合适的流水线粒度来平衡有向图调度、通信和空闲等待开销。实验结果表明，该算法可以有效地求解二维球坐标系下的中子输运方程。对于96万网格、60个方向、24能群、数十亿自由度的典型中子输运问题，在某国产并行机1920核上，并行程序获得了71%的并行效率。

关键词：中子输运方程源迭代SN算法有向图并行算法

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椭偏光场下锂原子共振激发过程的研究

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光学学报 2024年

作者：齐昕郭丽易小鹏胡师林陈京上海师范大学数理学院中国工程物理研究院北京应用物理与计算数学研究所汕头大学理学院物理系中国科学技术大学物理学院合肥维尺度物质科学国家研究中心深圳技术大学工程物理学院深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室

本文基于散射矩阵理论建立了在强激光场的作用下电子从基态直接跃迁到里德堡态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德堡态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现：当光强较低时，激发过程与微扰理论一... 详细信息

本文基于散射矩阵理论建立了在强激光场的作用下电子从基态直接跃迁到里德堡态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德堡态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现：当光强较低时，激发过程与微扰理论一致；但当光强较高时，激光场不仅使里德堡态的能级发生移动，而且对里德堡态的空间相位分布也产生了影响，进而改变了激发率随光场椭偏率的变化曲线。同时，计算也展现出椭偏场多光子激发过程中角动量和磁量子数跃迁选择定则特点：当共振激发过程吸收偶数或者奇数个光子时，初态与里德堡态的轨道角动量量子数（磁量子数）的奇偶性分别一致或者相反。

关键词：场缀饰的里德堡态多光子共振散射矩阵理论

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冲击载荷作用下柱壳链中的弹性波传播简化模型及其解析解

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爆炸与冲击 2021年第1期41卷 23-33页

作者：彭克锋崔世堂潘昊郑志军虞吉林中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

柱壳链能引起波形的弥散,具备操控波形的潜力。建立了柱壳链结构的等效连续介质模型和细观有限元模型,研究了质量块冲击作用下柱壳链中的弹性应力波传播过程及其几何弥散特性。基于考虑横向惯性修正的Rayleigh-Love波动方程,建立了柱壳... 详细信息

柱壳链能引起波形的弥散,具备操控波形的潜力。建立了柱壳链结构的等效连续介质模型和细观有限元模型,研究了质量块冲击作用下柱壳链中的弹性应力波传播过程及其几何弥散特性。基于考虑横向惯性修正的Rayleigh-Love波动方程,建立了柱壳链在质量块冲击下的控制方程,采用Laplace变换及其逆变换获得了位移场、速度场和应变场的解析解,所得结果与细观有限元模拟结果较好吻合。结果表明,在冲击过程中应变和速度峰值均逐渐减小,应变峰值、振荡幅度和波形前沿宽度与泊松比和惯性半径相关,泊松比和惯性半径越大,应变峰值越小,应变分布振荡越剧烈,波形前沿宽度越宽。

关键词：柱壳链应力波横向惯性修正解析解几何弥散

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高功率微波作用下三维结构中多物理场耦合过程仿真方法研究综述

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电波科学学报 2024年第5期39卷 852-869页

作者：张浩轩王寅达王一尧白容川陈哲李谭毅王大伟王卫杰谢浩赵振国詹启伟周海京周亮尹文言浙江大学电磁信息与电子集成创新研究所杭州电子科技大学电子信息学院北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心浙大城市学院信息与电气工程学院上海交通大学射频异质异构集成全国重点实验室

电子系统暴露在高功率微波中，产生的多物理耦合效应会引发其性能降低甚至损毁。为指导其电磁防护设计，需要研究大规模电(磁)-热-应力耦合并行仿真方法。通过集成高性能并行计算框架和区域分解方法(domain decomposition method, DDM)... 详细信息

电子系统暴露在高功率微波中，产生的多物理耦合效应会引发其性能降低甚至损毁。为指导其电磁防护设计，需要研究大规模电(磁)-热-应力耦合并行仿真方法。通过集成高性能并行计算框架和区域分解方法(domain decomposition method, DDM)，可以实现超大规模复杂结构的高效数值模拟。在无源结构的电-热-应力耦合数值模拟中，每个时间步都需要反复求解电流连续性方程、热传导方程和热应力方程，场间通过焦耳热和温变材料参数实现耦合，当达到稳态后，进入下一个时间步；在射频无源结构的电磁-热-应力耦合过程数值模拟中，每个时间步内分别求解电磁场和热场，并通过耗散功率和温变材料参数实现场间耦合，当达到稳态后，根据温升计算热应力，然后进入下一个时间步。本文回顾了电(磁)-热-应力大规模并行仿真的实现方法，并列举了国内外科研团队在键合线阵列、系统级封装、微波滤波器等多种复杂结构的多物理场模拟方面的标志性成果。

关键词：多物理场计算高功率微波(HPM) 有限元方法(FEM) 区域分解方法(DDM) 高性能计算

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