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Vol.74 No.10
2025年05月20日
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微型逆变器以其模块化、灵活等优势, 近年来已被广泛应用于分布式光伏发电系统中. 然而受拓扑结构和传统功率器件性能的影响, 目前微型逆变器拓扑的电压增益低、可靠性差等问题仍制约着微型逆变器的进一步发展. 为此, 本文提出并研制了一种基于氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的增强型开关电感准Z源逆变器. 该逆变器首次采用了辅助升压单元融合开关电感准Z源网络的新型拓扑结构, 显著提高了低直通占空比下的电压增益, 同时降低了开关器件电压应力. 此外, 采用GaN HEMT作为逆变器功率开关器件, 设计了专用负压关断驱动电路, 将功率管开关频率从传统的10 kHz提高到100 kHz, 减小了电感及其他无源器件的体积. 经样机系统测试, 在直通占空比为0.2时, 逆变器实际升压因子达到5.75, 较其他开关电感准Z源型逆变器拓扑提高了15%. 本研究在现有拓扑结构的基础上有效地提高了电压增益, 结合GaN HEMT的应用, 为高效、紧凑的微型逆变器设计提供了新的技术路径.
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本文在包含两模光场、N个原子以及机械振子的耦合光机械腔中, 从理论上探讨了光与原子以及光与机械振子的相互作用引起的量子相变. 采用Holstein-Primakoff变换法, 假设了新的平移玻色算符和4个参量, 给出了系统的基态能量泛函和4个参量之间的关系, 通过两个特例证明了假设的平移玻色算符的正确性. 在共振情况下有正常相到超辐射相的相变, 调控两腔光场的耦合强度可以改变相变点. 当考虑辐射压力产生的非线性光子-声子相互作用时, 系统的相图由原来的2个相区扩展为3个相区, 包括正常相和超辐射相的共存区, 双稳的超辐射相区, 以及不稳定的真空宏观相区. 同时, 还出现了一条转折点曲线, 该曲线与相变点曲线有重叠区域, 表明系统中存在多重量子相变. 这些相变现象可以通过测量平均光子数来检测. 当不考虑两模光场的耦合作用时回到旋波近似的Dicke模型的量子相变.
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量子多体伤痕态的弱遍历性动力学与本征态热化假说相悖, 在淬火动力学中局域可观测量出现周期振荡. 这种现象通常与伤痕态二分纠缠熵的亚体积定律有关. 纠缠熵呈现出异常值, 与能谱主体相分离. 本文使用精确对角化的方法数值模拟了准一维分形子模型中的彩虹伤痕态, 该态由一系列远距离的四体纠缠组成, 依次分布于中心对称的四个格点, 其二分纠缠熵遵循体积定律. 研究发现该态在未与能谱主体分离的情况下, 表现出了弱热化现象. 当引入横场破坏模型的子系统对称性后, 弱热化特性随即消失. 进一步地, 在分形子模型中提出了彩虹伤痕态的制备方案, 通过调制局域的四体交换相互作用和$ \hat{\sigma}^z$门, 从尼尔态出发, 实现了高保真度的态制备. 分析相互作用的强度噪声影响, 该方案表现出一定的鲁棒性. 本文证明了分形子模型中彩虹伤痕态的存在, 为非平衡量子系统中弱热化的研究提供了新的途径.
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研究了一维Fibonacci准晶势调制下的p波超导体下的拓扑相变和局域化性质. 在Fibonacci准晶势调制下, 通过计算$Z_2$拓扑不变量确定了系统的拓扑相图. 分析相图指出在Fibonacci准晶势调制下, 系统可以由拓扑平庸超导相进入拓扑安德森超导相. 进一步分析发现, 在某些参数下, 系统会发生多次拓扑安德森超导相转变并伴随零能态的出现. 此外, 还研究了系统的局域化性质, 通过分析分形维度、平均逆参与率序参量, 发现Fibonacci准晶势诱导的拓扑安德森超导相, 其体态的波函数表现出多重分形行为, 这与随机无序诱导出来的传统拓扑安德森超导相完全不同. 该研究结果为一维p波超导体中拓扑相变和局域化转变的研究提供了一些新的理解和参考.
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本文从量子几何的角度研究多能级系统布居转移的优化控制. 首先, 建立基于动力学量子几何张量对受激拉曼绝热通道(STIRAP)方案进行优化设计的一般理论框架. 然后, 以具有单光子失谐的$ {{\Lambda }} $型三能级系统和三脚架型四能级系统为例, 分别计算了体系的动力学量子几何张量和非绝热跃迁率, 研究系统的布居转移动力学. 此外, 还讨论了拉比脉冲工作时间、幅度涨落以及单光子失谐等参数对转移过程的影响, 揭示了系统的绝热共振转移现象. 研究发现, 利用动力学量子几何张量优化的STIRAP方案比传统的STIRAP方案具有更快更高效的布居转移.
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W态作为一种具有鲁棒性的多体纠缠态, 在量子信息处理、量子网络构建以及量子计算等领域具有重要应用. 本文借助里德伯超级原子的有效能级进行编码, 运用超绝热迭代技术, 提出一种快速制备里德伯超级原子W态的方案. 该方案无需对实验参数和交互时间进行精确控制, 且其反绝热哈密顿量与有效哈密顿量形式相同. 数值模拟结果表明, 此方案不仅能够快速制备W态, 还具备较高的保真度和良好的实验可操作性. 进一步数值模拟分析显示, 在面对原子自发辐射和光子泄漏引发的退相干问题时, 该方案展现出较强的鲁棒性. 此外, 该方案可扩展至 N 个里德伯超级原子的情况, 这展示了该技术在大规模多体纠缠态制备中的潜力.
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康普顿相机用于γ射线成像具有装置轻便、探测效率高和成像能区广的优点. 然而, 由于探测系统难以分辨康普顿散射事件和散射光子吸收事件, 造成图像重建错误. 使用GEANT4蒙特卡罗程序构建了基于三维位置灵敏碲锌镉探测器的康普顿相机模型, 模拟探测远场137Cs点源特征γ射线并逐个事件地记录探测器中发生相互作用的位置和沉积的能量. 使用反投影图像重建算法对有效康普顿散射事件的康普顿散射角进行重建并对放射源成像, 研究了事件顺序重建对成像分辨的影响. 结果表明, 错误排序事件对成像分辨的影响主要在偏离源点位置30°以内的区域, 源点位置附近产生的错误重建像点在26°附近形成环状分布. 使用基于沉积能量大小的康普顿边缘测试和简单比较法对事件进行排序, 正确排序事件的比例提升至82%, 源点位置的像点分布密度提升了47%, 成像分辨得到了提升.
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γ全吸收型探测装置由40个BaF2探测单元组成, 用于在线测量中子辐射俘获反应截面数据, 填补国内实验数据的空白. 实验本底的一个重要来源是BaF2晶体自身包含的α粒子. 为扣除α粒子本底, 数据获取系统采用全波形采集的方式, 在线实验存储的数据量为118 MB/s, 产生了较长的死时间. 利用BaF2探测单元测量3种放射源(22Na, 137Cs及60Co)的实验数据, 确定了信号波形的积分长度为2000 ns时, 能够达到最佳能量分辨率; 使用快总成分比、脉冲宽度和时间衰减常数3种方法进行α粒子和γ射线的鉴别, 计算得到快总成分比(快成分5 ns总成分200 ns)方法的品质因子为1.19—1.41, 脉冲宽度(10%峰值)方法的品质因子为0.94—1.04, 时间衰减常数方法的品质因子为0.93—1.07. 通过品质因子的定量分析和能谱的比较, 确定快总成分比鉴别方法效果最好, 能够有效去除α粒子本底, 为下一步升级数据获取系统, 减少实验数据量, 降低截面数据不确定度奠定基础.
2025, 74 (10): 103101.
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双折射作为光学晶体的基本参数, 在相位调制、分光、偏振等许多光学应用中发挥着重要的作用, 是激光科学与技术中的关键材料, 而钒酸盐多面体较大双折射率为开发双折射材料提供了一条新的途径. 本文采用第一性原理研究4种碱金属钒酸盐AV3O8 (A = Li, Na, K, Rb)晶体的能带结构、态密度、电子局域函数和双折射率. 计算结果表明碱金属钒酸盐AV3O8 (A = Li, Na, K, Rb)均为间接带隙, 带隙值分别为1.695, 1.898, 1.965和1.984 eV. 对态密度分析可知在费米能级附近, 碱金属钒酸盐AV3O8 (A = Li, Na, K, Rb)导带底主要被V原子的最外层轨道所占据, 价带顶的主要贡献者是O-2p轨道, O原子的2p轨道还在费米能级附近表现出较强的局域性, 结合HOMO和LUMO以及布居分析说明在4种晶体中主要由V-3p轨道与O的2p轨道成键, V—O表现为强的共价键. 通过对晶体结构与光学性质关系的分析, 晶体较大的各向异性, 较高水平的响应电子分布各向异性指数, 阴离子基团的特殊排列和V-3d和O-2p轨道形成的d-p轨道杂化都是导致其大双折射率的主要原因, 经计算所得LiV3O8, NaV3O8, KV3O8和RbV3O8在1064 nm处的双折射率分别为0.28, 0.30, 0.28和0.27.
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太阳风电荷交换是太阳风粒子与行星大气中性粒子碰撞过程中的一种非弹性碰撞过程, 碰撞相伴产生软X射线辐射, 对行星大气的演化起着重要的影响. 中欧联合卫星——太阳风与地球磁层相互作用全景成像(SMILE)正是利用这种X射线辐射研究太阳风与地球大气相互作用的全局性结构. 但这种辐射对天体弥散X射线源研究是一种重要的干扰, 直接影响对目标源的观测分析. 电荷交换辐射因子是分析空间X射线探测器观测数据(包括中国空间站建议载荷—银河系热重子探寻计划(DIXE)和爱因斯坦探针(EP))的关键物理量. 本文采用美国先进成分空间探测器(ACE) 13年(1998—2011年)的探测数据, 结合前期发展的辐射分析模型, 研究了不同时间段和不同太阳风起源的电荷交换辐射因子, 并与前人结果进行比较, 统计分析揭示了其随太阳风参数的变化规律, 即平均辐射因子随太阳风质子数密度增大快速变小并达到稳定值, 而随太阳风速度增大而缓慢变大并在vsw > 430 km/s趋于恒定. 冕物质抛射的辐射因子比冕流和冕洞的大, 太阳活动强周期的辐射因子比弱周期的大.
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