声波在声子晶体中的Zener共振遂穿效应

应用转移矩阵方法,研究了由两个全同声子晶体构成的可调谐声学谐振腔中声波的共振遂穿效应,其遂穿过程类似于量子力学中的Zener共振遂穿效应.通过改变声波谐振腔的长度,研究了声子晶体的带隙中声波遂穿的动力学过程.结果表明:不同带隙具有不同的遂穿特征,遂穿频率随着谐振腔的增加呈周期性振荡变化的规律.     

无限周期声子晶体全反射隧穿效应的机理研究

建立了一维无限周期声子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带频率满足的解析公式,从理论上解释了一维无限周期声子晶体全反射隧穿效应产生的物理机理.利用频率的解析公式对全反射隧穿导带的频率随导带级数、腔厚度以及入射角的变化规律进行了研究,圆满地解释了一维无限周期声子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.并且将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果完全吻合.     

声波在液浸多层多孔介质中的反射和透射

根据Biot多孔介质声学理论和多孔介质界面条件,从理论和实验上研究了声波在液浸层状多孔介质中的反射和透射.从导出的计算公式可知,声波的反射、透射系数与声波的频率、入射角及各层多孔介质参数(厚度、孔隙度、弹性参数等)有关.对水浸单层多孔介质板的参数进行的计算表明,当介质板厚与声波波长呈一定比例时,反射系数、透射系数能取得极值.用实验测量方法对这一结论进行了验证,实验结果与理论预测结果相吻合.     

声子晶体滤波特性研究

声子晶体的滤波特性引起了科技工作者的广泛关注.在二维三组元局域共振声子晶体中,通过引入两种不同填充率的共振单元分别位于规则的六角形的角顶和中心构成的缺陷态波导结构,以此为基础构建声子晶体相应的实验模型,然后基于Comsol仿真平台,模拟特定频率的声波激励声子晶体过程,计算声子晶体幅频响应函数。仿真结果表明,声子晶体可以方便设计出新型的高效、声滤波器。     

三角阵列超材料的声传播特性

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型声子晶体中的传播特性,给出了二维三组元局域共振型声子晶体的振动机制,并以原胞为基础构建了三角形阵列的声学超材料模型,探究声波与该模型内原胞间的局域共振特性。仿真结果表明,从三角阵列模型底边入射的平面点状及线状激励声源在受到模型的调控后都会重新在顶角处汇聚成焦点;通过入射由三角阵列构成的矩形模型能实现点源的低损耗搬移效果;将两至三个相同的三角阵列组合成平行四边形和梯形模型后会产生平面声波的变向传输。模拟结果显示,此种以原胞为基础的三角形声学超材料阵列模型,在共振频率下会产生反常声学现象,并且随着模型构造的改变,其共振特性也会随之变化,产生不同的反常声学现象。研究结果可为声隐身、声探测及声波低损耗定向传输等研究提供新思路。     

一维声子晶体应用探索

声子晶体的带隙特性、缺陷态特性和特殊的声学特性具有重要的理论价值和应用价值.文章对声子晶体的基本概念和特征进行简要概述,总结分析一维声子晶体在振动控制、噪声控制、抗振防震、声波控制四个应用探索方面的研究成果,为深入一维声子晶体的应用研究提供依据.     

一维声子晶体应用探索

声子晶体的带隙特性、缺陷态特性和特殊的声学特性具有重要的理论价值和应用价值.文章对声子晶体的基本概念和特征进行简要概述,总结分析一维声子晶体在振动控制、噪声控制、抗振防震、声波控制四个应用探索方面的研究成果,为深入一维声子晶体的应用研究提供依据.     

三元混晶双势垒结构中光学声子辅助共振隧穿及压力效应

采用连续介电模型,细致探讨了AIxGa1-xAs／GaAs双势垒结构中界面声子的色散关系及其与电子的耦合作用．进而采用Fermi黄金法则,在该结构的垒或阱为三元混晶材料时,分别计算了声子辅助隧穿电流密度．结果表明,在宽阱情形下,若垒为混晶材料,混晶效应不明显,只有一个明显的声子峰,该结论与实验符合较好;若阱为混晶材料,则混晶效应明显,具有两个声子峰,该结论对实验有指导意义．本文还讨论了压力对声子辅助共振隧穿的影响,结果显示：声子辅助隧穿峰和共振峰的峰值均随压力增加而减小,但声子辅助隧穿效应则随压力增加．     

单负材料光子晶体中的可调共振隧穿模

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的一维光子晶体的透射特性.研究发现:这种结构的光子晶体具有2个共振隧穿模,并且2个共振隧穿模能够通过改变缺陷层的厚度或改变两种单负材料的厚度比进行调节.这种特性可用来制作可调的双通道滤波器.     

高k栅栈MOSFET共振隧穿模型

针对高介电常数（k）栅堆栈金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）实际结构,建立了入射电子与界面缺陷共振高k栅栈结构共振隧穿模型.通过薛定谔方程和泊松方程求SiO2和高k界面束缚态波函数,利用横向共振法到共振本征态,采用量子力转移矩阵法求共振隧穿系数,模拟到栅隧穿电流密度与文献中实验结果一致.讨论了高k栅几种介质材料和栅电极材料及其界面层（IL）厚度、高k层（HK）厚度对共振隧穿系数影响.结果表明,随着HfO2和Al2O3厚度减小,栅栈结构共振隧穿系数减小,共振峰减少.随着La2O3厚度减小,共振峰减少,共振隧穿系数却增大.随着SiO2厚度增大,HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈结构共振隧穿系数都减小,共振峰都减少.TiN栅电极HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈比相应多晶硅栅电极栅栈结构共振隧穿系数小很多,共振峰少.     

弹性波与周期介质相互作用及声子晶体研究现状

声子晶体是一种新型的声学功能材料,对声子晶体的研究引起了人们极大关注。介绍了国内外声子晶体的研究状况,分析了声子晶体研究中存在的问题,阐述了声子晶体的某些概念、特征和基本研究方法,强调了由于禁带和缺陷态的存在可以有效地控制周期介质中声波的传播,讨论了声子晶体研究的未来发展方向．     

一维三组元准周期结构声子晶体的透射性质

构造了一维三组元类Fibonacci、广义Fibonacci准周期结构声子晶体模型,研究弹性波在其中的传播和局域行为.对弹性波通过一维三组元复合结构声子晶体的透射系数进行数值计算,并与一维二组元复合结构声子晶体的透射系数作比较.结果表明:一维三组元准周期结构声子晶体可以获得比二组元复合结构声子晶体更宽的带隙,而且在带隙内有丰富的局域模式存在;三组元广义Fibonacci准周期结构声子晶体可用于弹性波/声波滤波器件的制作材料.     

声表面波声子晶体中的能带结构及带隙类型

声表面波声子晶体对于实现声表面波的精确操控有着非常重要的应用价值.针对两大类最为主要的声表面波声子晶体的结构类型,即:"凹陷"孔洞阵列型和"凸起"柱体阵列型,采用三维有限元方法,数值计算并获得了基于压电铌酸锂基底的声表面波声子晶体的能带结构,同时验证了声子晶体中所具有的声表面波带隙,并进一步分析了这两大类声表面波声子晶体中的各种本征模式所呈现的特征.结果表明,在这两大类声表面波声子晶体中,均可以存在由于带边布拉格散射导致的声表面波的部分(方向)带隙甚至全(方向)带隙;在"凸起"型声表面波声子晶体中,更是存在由于"凸起"结构中的局域共振而导致的局域共振带隙.局域共振带隙的频率可以远小于布拉格带隙所具有的频率,同时,其频率范围仅由局域共振体本身的几何形貌及声学参数决定,而与声子晶体整体的晶格常数或对称性无关.     

基于人工梯度结构的声传输特性分析

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,使其在声通信、声探测及声波低损耗定向传输等方面提供新思路,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型人工梯度结构中的传播特性。仿真结果表明:在波平面经过一系列的低传输后,所设计模型吸收了大多数的入射声波,与此同时,在模型的另一侧,声波重新在出射声波处汇聚出了一个全新的焦点。此外,越接近共振频率,声波的传输特性便相对越好,由于人工声学结构具有设计灵活性及可调控性,因此在实际应用中可以根据具体情况进行结构的设计,使其满足传输声波信号所需的共振频率,以此提高声波传输效率,为实际水下声源探测、声波通信等提供新思路。     

三能级人工原子-声学腔耦合系统中的声子阻塞效应

研究了与级联型三能级人工原子耦合的声学腔中的声子统计.研究采取的模型是由一个级联型三能级人工原子和两个声学布拉格镜组成，其中两个布拉格镜组成系统的声学腔.研究表明，在弱驱动和强控制场的作用下，模型中将产生常规声子阻塞，系统耦合强度和控制场强度对声子阻塞具有较大影响.此外，还研究了环境热噪声对声子阻塞的破坏作用.这项工作为实验上实现声子阻塞提供了一个可行的方案，可用于制备单声子源.     

金属基底层上NiO(111)外延薄膜的变温电阻开关特性与隧穿机制

利用射频磁控溅射方法在Pt层上制备了沿111晶向外延生长的NiO薄膜,研究了其晶体微结构和变温电阻开关特性.微结构观测分析发现, NiO(111)薄膜与Pt层满足"立方-立方"晶格生长关系.在周期性外电场作用下,薄膜中氧空位的定向漂移和电极附近银离子的氧化还原反应相互促进,使得在较低的翻转电压下即可在薄膜中形成周期性导通/截断的氧空位导电丝通道,从而使得Ag/NiO(111)/Pt存储单元在室温至80°C测试温度范围里的电流-电压曲线均呈现稳定的双极性电阻开关特性.运用Arrhenius作图法以及肖特基热激发隧穿公式拟合薄膜高阻态电流-温度曲线符合线性关系,表明薄膜高阻态漏电流符合肖特基热激发隧穿机制.     

一种双局域共振型压电声子晶体梁的带隙与振动衰减特性

通过在环氧树脂梁上周期性黏贴压电层,并连接含有两个分支的谐振分流电路,构建了含压电分流电路的声子晶体梁结构。使用传递矩阵法(TM)计算压电声子晶体梁的带隙特性,发现这种压电声子晶体梁结构可产生两个局域共振带隙,并且这两个局域共振带隙都可以通过改变电路参数来调节位置和带宽等,这就可以很方便的对两个频段的弹性波的传播进行控制。采用有限元仿真分析计算压电声子晶体梁的振动传输特性,仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果为压电智能型声子晶体的波传播控制提供了一种新的手段。     

二维声子晶体板的声波能带结构

采用基于超元胞的平面波展开法研究了二维声子晶体板的声波能带结构,分析了二维声子晶体板的几何参数(板的厚度,圆柱体的半径和高)对声波能带的影响.研究结果表明：该声子晶体具有更优的带隙,带隙的调节机制更为简单,超元胞法是研究这一类声子晶体能带结构的一种有效方法.     

约瑟夫森结中的涡旋动力学特性

利用周期瞬子方法从理论上研究了环状偏流约瑟夫森结中的单个涡旋隧穿特性.将涡旋在约瑟夫森结中的运动简化为一个粒子在特定势阱中的运动,由于涡旋可以从阱中逃逸,这就使得涡旋在阱中的能态是不稳定的.理论上指出,正是由于涡旋的隧穿,使得涡旋所处的能态是亚稳态,该能态是一个复数,其虚部正比于能态的衰变率.通过理论计算得出:在温度较高的情况下,涡旋进行的是热隧穿,在低温条件下,涡旋的逃逸只能通过量子隧穿的方式.还指出过程中系统随着温度的降低,通过二阶转变过程从热隧穿过渡到了量子隧穿.     

介质光学厚度对光子晶体透射峰带宽的影响

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体（CBA）,（ABC）,透射峰带宽的影响,结果发现：介质光学厚度对光禁带中的透射峰带宽的影响规律明显,当A层介质的光学厚度增大时,透射峰带宽变宽;当分别增大B或者c层介质光学厚度时,透射峰带宽却均变窄;透射峰带宽对各介质光学厚度的响应灵敏度不同,尤其是对c层介质光学厚度的响应最为灵敏,而对A和B层光学厚度的响应灵敏度相当。介质光学厚度对透射峰带宽的这种影响规律,可为光子晶体设计不同频率范围的高品质光学滤波器和光开关等提供理论指导。