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亮点文章 | 2021年第8期

已有 1418 次阅读 2021-5-8 09:12 |系统分类:论文交流

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封面文章     

激光加速高能质子实验研究进展及新加速方案

马文君, 刘志鹏, 王鹏杰, 赵家瑞, 颜学庆

物理学报. 2021, 70 (8): 084102

利用超强激光与等离子体相互作用来加速高能离子是激光等离子体物理及加速器物理领域的研究热点。经过了近20年的发展,激光离子加速已取得丰硕成果,催生了一批新的应用。本文概述了国内外激光离子加速所取得的标志性实验研究进展,围绕高能质子的产生这一关键问题进行了深入的探讨,介绍了近几年来发展的有潜力的新加速方案。


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图1  靶背鞘层场加速机制


同行评价

利用激光加速获取高能质子束是一种新的加速方法,是当前激光物理及加速器物理领域的研究热点,随着研究的深入,已获得了多方面的应用。我国的研究工作者在相关领域的理论和实验研究中做出了许多具有世界先进水平的工作。论文概述了国内外在这一研究领域取得的重要进展,并介绍了一些新近发展起来的有潜力的新加速方案。论文的文笔流畅,提供了丰富的参考文献,对开展相关领域的研究有重要的参考价值。

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LaAlO3/SrTiO3界面增强光伏效应

息剑峰, 李宝河, 刘丹, 李熊, 耿爱丛, 李笑

物理学报. 2021, 70 (8): 086802

探索LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)界面产生的新奇物理特性对理解关联电子系统中多自由度耦合和设计功能材料器件具有重要的价值。本文通过脉冲激光沉积方法在SrTiO3基底上制备了LAO/STO薄膜,研究了正面照射LAO/STO膜面和侧面照射LAO/STO界面时的光伏效应,探讨了LAO/STO界面对光伏效应的影响。研究结果表明,在同样光照能量下侧面照射LAO/STO界面产生的光电压远高于正面照射LAO/STO膜面产生的光电压,说明LAO/STO界面对光伏效应有明显的增强作用。通过偏压调控可以进一步增强照射LAO/STO界面产生的光电压,当偏压为60 V时,LAO/STO样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm。这些研究结果为设计场调控位置敏感探测器等新型光电子器件提供了新的思路。


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图1  LAO/STO样品的截面TEM图 (a) 整体TEM图; (b) LAO/STO界面高分辨TEM图; (c) STO/LAO界面高分辨TEM图


同行评价

研究LaAlO3/SrTiO3界面的光学特性是一项很有意义的工作。文章研究了LaAlO3/SrTiO3界面对于LaAlO3/SrTiO3多层膜结构光伏效应的影响。作者报道了在LaAlO3/SrTiO3多层膜结构发现的横向光伏效应,并且LaAlO3/SrTiO3界面效应对横向光伏效应有明显增强作用,他们通过电压调控使样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm。这些研究结果很有趣,并且具有一定的实际应用价值。

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综述    编辑推荐

原位液相透射电子显微镜及其在纳米粒子表征方面的应用

刘玄玄, 国洪轩, 徐涛, 尹奎波, 孙立涛

物理学报. 2021, 70 (8): 086701

近年来,基于透射电子显微技术、微纳加工技术和薄膜制造技术的发展,原位液相透射电子显微技术产生,为构建多种纳米级分辨率尺度下的微实验平台,发展新型纳米表征技术和众多领域的相关研究提供了途径。本文首先介绍了应用于原位液相透射电子显微技术的液体腔设计要求,然后介绍了液体腔的发展和典型的制备工艺,最后综述了近年来液体腔透射电子显微镜在纳米粒子成核和生长方面的应用研究,并探讨了该技术前沿发展面临的机遇和挑战。本文将为提高我国先进纳米表征技术和原子精准构筑技术提供相关讨论和支持。


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图1  三类液体环境TEM实现方式示意图 (a) 基于差分泵真空系统TEM结构示意图; (b), (c) 基于离子液体构建的液体环境TEM实验装置示意图; (d) 基于液体腔构建的液体环境TEM实验装置示意图; (e), (f) 基于微纳加工制备的氮化硅窗口液体腔结构示意图; (g), (h) 基于石墨烯窗口的液体腔结构示意图


同行评价

作者综述了原位液相透射电子显微镜技术及科研应用的最新进展,包括液体腔的制备方法以及在纳米粒子形核生长方面的最新应用成果。文章对原位电镜方法及纳米晶生长机理研究等领域具有参考价值。

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超弹性球体入水过程空泡演化及球体变形实验

杨柳, 孙铁志, 魏英杰, 王聪, 李佳川, 夏维学

物理学报. 2021, 70 (8): 084701

超弹性材料是工程实际中常用的材料,具有很强的非线性力学性能。将超弹性材料应用于入水问题是一个新的跨学科研究方向。与传统的刚性球体入水现象不同, 超弹性球体入水后极易发生变形。为了探究该大变形的入水流固耦合问题,本文采用高速摄像方法,对超弹性球体垂直入水问题开展实验研究。基于实验结果,对比分析了球体材料属性和入水冲击条件对入水空泡流动及球体变形行为的影响。实验结果表明,超弹性球体入水后产生嵌套空泡现象的条件是需要足够大的入水冲击条件和小的材料剪切模量。嵌套空泡产生和保持的时间与球体的剪切模量和直径有关。超弹性球体的入水位移及其形成空泡的长度随入水冲击速度和剪切模量的增大而增大,却随球体直径的增大而减小。入水冲击速度的增加只会加剧球体的变形程度, 而不影响嵌套空泡的产生时刻。同时,本文对球体的变形行为随弗劳德数和剪切模量与水动力之比的变化特性进行了描述与研究。


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图1  超弹性球入水空泡


同行评价

研究工作很有意义,实验做得很细致,论文写作质量很好。

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基于铌酸锂双折射晶体的皮秒拍瓦激光系统光谱整形

张腾, 李大为, 王韬, 崔勇, 张天雄, 王丽, 张杰, 徐光

物理学报. 2021, 70 (8): 084202

为补偿皮秒拍瓦激光系统中钕玻璃宽带放大引起的增益窄化,提出了一种基于铌酸锂双折射晶体的高能量光谱整形方法。在相同强度调制下,对比了BBO、铌酸锂和石英3种晶体,针对1053 nm激光,选用了高双折射率、大口径且不易潮解的铌酸锂作为整形晶体。理论分析了晶体厚度、倾斜角、面内旋转角对强度调制的影响,发现它们分别决定调制的带宽、中心波长及深度。并对整形过程中晶体引入的光谱相位进行了分析,发现各阶色散量随晶体厚度、倾斜角、面内旋转角变化的规律,因此可通过上述参数控制各阶色散量. 在此基础上,开展了中心波长为1053 nm、带宽为10 nm、调制深度为80%的光谱整形实验和相位测量实验,实验与理论分析相一致。针对神光Ⅱ皮秒拍瓦激光系统,利用上述整形方案, 国内首次实现了1700 J,6 nm (FWHM)的高能宽带激光输出,有效补偿了增益窄化。研究结果对国内基于钕玻璃放大系统的宽频带激光装置的工程研制具有重要意义。


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图1  皮秒拍瓦激光系统装置框图及注入钕玻璃放大系统前的预补偿光谱图 (a) 神光Ⅱ高能拍瓦激光系统装置框图; (b) 强度调制前后注入钕玻璃放大系统前的预补偿光谱实验和模拟图


同行评价

论文首先清晰的阐述了补偿光放大过程中的增益窄化效应和引入光谱整形技术的重要意义,提出了采用性能相对较好的铌酸锂双折射晶体进行光谱整形的方案,对该晶体的透射特性做了严谨的理论分析,对晶体厚度、倾斜角等参数的选取做了数值模拟和优化。最终通过实验验证了理论分析结果,并在神光II高能拍瓦激光器系统上首次实现了1700J、6nm的激光输出,光谱展宽达到原光谱宽度的2倍以上。研究工作有重要创新性进展。

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基于反角白光中子源次级质子的探测器标定

蒋伟, 江浩雨, 易晗, 樊瑞睿, 崔增琪, 孙康, 张国辉, 唐靖宇, 孙志嘉, 宁常军, 高可庆, 安琪, 白怀勇, 鲍杰, 鲍煜, 曹平, 陈昊磊, 陈琪萍, 陈永浩, 陈裕凯, 陈朕, 封常青, 顾旻皓, 韩长材, 韩子杰, 贺国珠, 何泳成, 洪杨, 黄翰雄, 黄蔚玲, 黄锡汝, 季筱璐, 吉旭阳, 姜智杰, 敬罕涛, 康玲, 康明涛, 李波, 李超, 李嘉雯, 李论, 李强, 李晓, 李样, 刘荣, 刘树彬, 刘星言, 栾广源, 穆奇丽, 齐斌斌, 任杰, 任智洲, 阮锡超, 宋朝晖, 宋英鹏, 孙虹, 孙晓阳, 谭志新, 唐洪庆, 唐新懿, 田斌斌, 王丽娇, 王鹏程, 王琦, 王涛峰, 王朝辉, 文杰, 温中伟, 吴青彪, 吴晓光, 吴煊, 解立坤, 羊奕伟, 于莉, 余滔, 于永积, 张林浩, 张奇玮, 张显鹏, 张玉亮, 张志永, 赵豫斌, 周路平, 周祖英, 朱丹阳, 朱科军, 朱鹏, CSNS Back-n合作组 

物理学报. 2021, 70 (8): 082901

目前国内外的质子标定终端较少,且普遍为单能质子束流。基于中国散裂中子源的反角白光中子源的eV—200 MeV中子能量区间的白光中子束流,以及中子与氢的1H(n, el)反应, 可以获得宽能谱的能量连续次级质子。利用1 GSps采样率、12 bit的波形数字化获取系统采集探测器输出波形信号,通过对波形信号的分析,得到中子及反冲质子的飞行时间,进而得到反冲质子的动能。利用该方法得到的质子,为探测器质子标定等研究提供了新的研究平台。在该研究平台已经开展了带电粒子望远镜的标定实验。研究了CsI (Tl)探测器不同的信号读出方式对望远镜的ΔE-E二维谱、幅度-质子动能二维谱等粒子鉴别方法得到的粒子鉴别的效果,得到了较优的探测器信号读出方案。该研究为带电粒子望远镜的建设提供了实验依据,也说明了基于反角白光中子源的宽能谱质子标定的可行性。


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图1  Si+CsI (Tl)望远镜探测器的测试与标定实验设置示意图


同行评价

用中国散裂中子源上的反角白光中子源的eV至200MeV能量区间的白光中子束流,通过np弹散得到的宽能谱质子,为MeV到100MeV区间的探测器质子标定等研究提供了研究平台。这是一件非常有意义的工作。

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非线性超声射频信号熵对乳腺结节良恶性的定征

张玫玫, 高凡, 屠娟, 吴意赟, 章东

物理学报. 2021, 70 (8): 084302

文章提出了一种基于非线性超声射频(radio frequency,RF)信号熵对乳腺结节良恶性进行定征的方法。对306例乳腺结节样本(良性158例,恶性148例)提取了基于超声RF信号二次谐波的熵和加权熵, 以及常规超声参数(图像灰度、纵横比、不规则度、乳腺结节大小、深度);采用t检验和线性分类器检测参数对乳腺结节良恶性的区分度; 进一步将有效参数组合输入支持向量机对乳腺结节良恶性进行分类。结果表明: 除图像灰度外,其余参数均在乳腺结节的良性与恶性间有显著差异。多参数结合输入支持向量机的良恶性分类的准确率、敏感性和特异性分别为81.4%,78.4%和84.2%。本文工作表明非线性超声RF信号的熵可有效地定征乳腺结节的良恶性,有望成为乳腺结节良恶性定征新参量。


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图1  306例乳腺RF信号的平均熵值随窗口大小的变化


同行评价

该文介绍了一种基于超声射频信号熵参数进行乳腺肿块良恶性判断的方法。根据其判别效果可见,该方法在无需大量样本作为数据集进行训练的情形下,即可获得高达80%以上的准确率,因此具有较大的学术价值和应用前景,对物理学与医学交叉研究有积极意义。

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《物理学报》2021年第8期全文链接:

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2021/8


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