静压下GaN/AlN应变超晶格的晶格动力学研究

利用弹性理论计算出静压下应变超品格两种组分材料的纵向晶格常数的改变，并用来修正应变存在时的面间力常数．在此基础上研究了应变对GaN／A1N超晶格的L-声子的色散关系和振动模式的影响．结果表明，应变可以在一定程度上破坏GaN和A1N中L-声子的准限制模式．另外静压对L-声子的色散关系影响显著，而对原子的振动模式影响较小．     

Ⅰ-型笼合物Ba_8Ga_(16)Ge_(30)笼的应变声子谱

文章使用简化模型结合物理近似的方式对Ba_8Ga_(16)Ge_(30)进行应变声子谱的研究。采用合理简化的物理模型,由经典的晶格动力学理论得到了未加应变和加应变两种条件下的布里渊区声子谱。结果显示,沿第一布里渊区高对称方向有两支声学声子谱和六支光学声子谱。单轴拉伸应变下声子频率减小,单轴压缩应变下声子频率增大,而切应变导致LA声子增大,TA声子减小。据此提出采用应变的方式来调控该材料的热学性质,以期实现材料热调控的同时提高它的热电转换效率。     

二维双原子正方晶格振动的色散关系

利用晶格动力学理论推导了二维双原子正方晶格振动的色散关系表达式,得到第一布里渊区中沿Γ-X、Γ-M和X-M 3种对称方向的声子色散曲线,每一对称方向有四支格波,即两支声学波和两支光学波.讨论了原子质量和次近邻原子间作用对色散关系的影响,结果表明:当两原子质量相等时,3个对称方向的声学波与光学波间无频隙;当两原子质量不等时,声学波与光学波间出现频隙.计及次近邻原子间作用,对Γ点声子频率的大小和简并不影响,两声学模频率为零、两光学模频率简并;对X点声子频率的简并也无影响,但相应频率增大;使M点声子频率的简并度降低,高频声学和光学声子的频率增大,而低频声学和光学声子的频率不变;沿Γ-X方向四支格波仍是非简并的,对应的频率增大,但都表现出色散性;沿Γ-M和X-M方向简并格波的简并度消失,除Γ-M方向低频声学支和光学支频率不变之外,其他格波声子的频率都增大,并且四支格波都表现出色散性.     

闪锌矿GaN/GaxIn1-xN应变异质结中电子-光学声子散射率

采用介电连续模型,计及晶格应变对材料物理参数的影响,利用费米黄金定则讨论闪锌矿GaN/GaxIn1-xN应变异质结中四支光学声子对电子的散射.计算结果表明,该异质结中对总散射率的贡献主要来自沟道材料的体纵光学声子;考虑电子吸收声子过程时,晶格应变对总散射率有较大影响.     

基于声学超晶格铌酸锂的新型体声波器件

设计了一种集成的声学器件。它的基本结构是由下列3部分组成的，即换能器部分、声学开关部分和声传播介质部分，但其材料均来源于铌酸锂晶体。其中换能器与声开关部分是由声学超晶格铌酸锂构成的，而声的传播介质则是单畴铌酸锂。着重研究了声开关部分所外加的直流偏压对在该器件中传播的声波的影响。结果显示：声开关部分对声波的反射率受到这一外加偏压大小的影响，外加偏压越大，则反射率越强；声子带隙也受到外加偏压的影响，外加偏压越大，则声子带隙将会增宽。同时我们还发现了声开关的反射谱分布决定于铌酸锂超晶格的周期大小，且超晶格周期数的减小也会增宽声子带隙。该器件在设计上有两大优点：一是实现了声学开关器件的集成化，二是充分利用了声学超晶格铌酸锂最大的机电耦合系数。     

CaX(X=S,Se,Te)晶格热导率的第一性原理计算

使用第一性原理方法精确计算了CaX(X=S,Se,Te)的声子和晶格热导率等性质,并且从体系构成的异同分析了声子谱的异同.为了解释这类化合物中硫族元素从Te变为S时,热导率以及模式热导率成倍降低的原因,逐个研究声子简正模式对各自热导率的贡献以及不同体系间相同模式的声子热导率的差异,进一步计算了各个独立声子模式的Grüneisen参数、散射相空间、群速度、寿命等与热导率直接相关的物理量.从这些物理量之间的差异推测造成热导率差异的根本原因,并且分析了这些物理量的差异和声子谱的联系,从声子谱的变化趋势验证了如散射相空间、声子寿命、群速度这些物理量的差异,并且也最终验证了声子散射的理论基础.可以预言CaX这一系列材料的热导率,但现在尚缺乏直接实验验证.     

利用分析型EAM模型研究Cu台阶面的表面声子谱

运用分析型嵌入原子模型(AEAM)与晶格动力学方法计算了弛豫后的Cu台阶表面的声子谱曲线,表面弛豫由分子动力学方法计算得到.计算结果声子谱曲线与实验数据吻合.     

四方相钛酸钡晶体的晶格动力学

建立了四方相钛酸钡铁电晶体的晶格动力学壳层模型，氧离子的极化是各向异性的，模型的参数值由拟合Г点的声子谱实验数据确定。计算了声子色散关系，态密度和晶体的弹性常数，在弹性常数计算中计及了压电体中声子谱长波区域内声学模和低频光学模的耦合，计算结果比刚性离子模型有明显的改善。     

纤锌矿GaN和AIN声子态的面间力常数模型在六角GaN/AIN超晶格中的应用

用面间力常数模型计算了(0001)方向纤锌矿结构GaN与AIN的纵向振动特性.并利用该模型对(0001)方向生长的六角结构的GaN/AIN超品格的纵向声子态进行了研究.着重讨论了超品格声子的限制效应.     

二维铁磁系统的纵向声频支声子的硬化

在二维正方Heisenberg铁磁系统的基础上建立了磁振子-声子相互作用模型.利用Matsubara格林函数理论研究了系统的纵向声频支声子激发,计算了布里渊区的主要对称点线上的纵向声频支声子色散曲线.发现在第一布里渊区,纵向声频支声子没有软化现象只有硬化现象,并且在布里渊区的边界区域纵向声频支声子硬化现象更加明显,又讨论了各项参数的变化对纵向声频支声子硬化的影响.对纵向声频支声子硬化起主要的是磁振子.声子耦合强度、材料的德拜温度θD、温度.在有限温度磁振子-声子相互作用下,只有横向声频支声子存在软化,而纵向声频支声子无软化只有硬化.     

高温高压煤复电阻率各向异性实验研究

摘要：电阻率各向异性是影响煤储层电法勘探的重要因素,针对煤样复电阻率各向异性的参数评价,本文对焦作地区煤矿储层沿平行和垂直层理方向分别钻取了煤样,并在高温高压条件下测量得到了相应的复电阻率频谱。为了定量分析温度、压力对煤样复电阻率各向异性的影响,文中建立了煤样不同方向频散参数（界面极化频率、模值频散度、弛豫时间）与温度压力的对应关系,电阻率各向异性系数与温度、压力的对应关系。结果表明：平行层理方向频散参数均与温度、压力呈现良好的线性关系,垂直层理方向频散参数的线性关系不如平行层理方向好;任意方向煤样频散与温度、压力的响应关系都可以用弛豫时间来定量评价;随温度增大各向异性系数增大,随压力增大各向异性系数变化不明显。研究结果可为更精确的定量评价温度、压力对煤储层电各向异性的影响提供实验基础和理论参考。     

Andes上空中间层和低热层中大气惯性重力波的激光雷达观测

利用Andes观测站(30. 3°S,70. 7°W)激光雷达2016年6月8～9日共11. 6 h的风场、温度以及钠原子数密度的观测数据,研究了一个在中间层顶区域惯性重力波活动事件。谱分析表明,这个惯性重力波的周期约6. 6 h,垂直波长约7. 5 km,水平波长约826 km。根据矢端曲线法分析发现,此惯性重力波的传播方向大约为西偏北38. 6°。计算出它的垂直群速度约0. 2 m·s~(-1),水平群速度约22. 9 m·s~(-1)。射线追踪结果表明,上传惯性重力波可能来自于平流层的急流区域。虽然该惯性重力波不能达到不稳定性的阈值,但是理查德森数和浮力频率显示,由于不同扰动分量的叠加,导致了在一些高度和时间上,动力学的发生和对流不稳定性的存在。因此,叠加效应引起的不稳定性可能会对中间层-低热层中波的饱和度和幅度约束有显著影响。同时利用重力波偏振关系和惯性重力波纬向风扰动,计算出了经向风、温度和大气密度扰动,同时观测的经向风和温度扰动与计算的结果一致,表明观测到的准单色惯性重力波能很好满足重力波偏振关系。另外,计算得到的大气密度扰动与观测的钠原子数密度扰动相位一致,证实了中间层-低热层区域的钠原子可以作为重力波的示踪物。     

基于Comsol Multiphysics的十字状裂隙中流体运动特征分析

地震波在岩石中传播时,在微观尺度下的十字状裂隙中,压力梯度会引起垂直于波传播方向的扁平裂隙中流体流动到临近的平行于波传播方向的裂隙中,这个流动过程具有特征尺度小和持续时间非常短的特征,被称之为微观喷射流。针对喷射流机制提出一种新的数值方法,认为多孔介质的固液两相分别遵循不同的物理方程,并为了深入了解在地震波的作用下裂隙中流体的流动特征及压力分布情况,应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对平面波入射导致的喷射流的发生过程进行数值模拟,分析不同时刻水平及垂直裂隙轴向上流体流动速度和压力状态。结果表明:在水平裂隙中,越靠近中心位置,流体的流速越大,压力越小,在中心位置处达到其最大值和最小值;在垂直裂隙中,越靠近中心位置,流速也是逐渐增大,在中心位置处流体速度达到最大值,由于压缩波的传播方向与垂直裂隙的轴向一直,在波传播方向上使流体强制运动,其次水平裂隙中流体在壁面压力作用下流入到垂直裂隙中,造成垂直裂隙流体压力不规则变化的现象。     

爆炸地震地面竖向振动的幅值特性

对地面附近爆炸地震引起的地面竖向振动幅值特性进行了实验研究,用药量为2kg的TNT药包分别放置于地面,地上和地下引爆,得以了离开原不同距离处地面的竖向振动速度,分析表明,地面竖向最大加速度和最大速度随距离的衰减均服从负幂函数关系,地面竖向振动速度比加速度具有更长的持续时间。     

横向各向同性介质中的地震波传播特性

在各向异性介质中 ,地震波的传播特性随传播方向而变化 ,常表现为地震波传播的相角和群角、相速度和群速度的不一致性。应用理论模型计算方法研究了具有垂直对称轴的横向各向同性介质中P波、SV波的传播规律和Thomsen参数对P波相速度的影响。计算表明 ,横向各向同性介质中的P波与SV波的相速度曲线不再是各向同性介质中的圆形。就相速度而言 ,在垂直方向附近 ,SV波的速度变化要比P波明显得多 ;Thomsen参数vS0 对P波相速度的影响非常小。研究结果对各向异性介质中的弹性参数反演、速度反演、NMO、DMO及时间域的偏移有着重要意义。     

等离子体中(3+1)维弱非线性离子声波的摄动分析

通过约化摄动法,获得了等离子体中离子声波的(3 1)维KP(Kadomtsev Petviashvili)方程.结果表明,离子声波沿轴方向的速度分量、密度和电位势,在垂直方向有色散的情况下,仍然有孤立波解出现,但其它2个垂直方向的速度分量不会出现孤波结构.     

计及次近邻作用二维单原子正方晶格振动的色散关系

基于晶格动力学理论推导了计及次近邻原子作用下二维单原子正方晶格振动的色散关系,得到第一布里渊区中3种特殊对称方向的色散关系表达式,每一对称方向仅有两支声学波．分析讨论次近邻原子间作用对色散关系的影响,结果表明：在缺乏次近邻原子作用下Г-X方向横波频率为零,X-M方向高频声学波是无色散的,Г-M方向纵波与横波简并;随着次近邻原子间作用的增强,Px和X-M方向声子频率增大,Г-M方向纵波频率也增大,并且当4γ2〉γ1时纵波频率出现极大值,而其横波频率不变,但是11点和M点声子频率始终不变并分别简并．     

松质骨孔隙率的二维光电检测

采用二维光电检测方法研究松质骨孔隙率沿不同方向的分布规律。新鲜猪胫骨后肢松质骨制备成36张切片并均分成两组：一组为沿胫骨轴向的横切切片，另一组为垂真于胫骨轴向的纵切切片。经光镜观察和图像分析，计算出每张松质骨切片表面的总面积、骨基质的面积、孔隙的面积及该松质骨切片的孔隙率。测试结果表明：松质骨孔隙率在轴向沿靠近密质骨的方向逐渐减小，在垂直于胫骨轴向方向基本不变；松质骨可看作是横观各向同性材料；如果切片数据足够多，采用二维光电检测方法，能较为准确地测试出松质骨孔隙率沿不同方向的分布规律。     

海洋内波水平波数的数值计算

海洋内波是发生在层化海洋内部的一种波动现象,其色散关系的求解是研究海洋内波的基础.应用Thompson-Haskell算法,对线性内波方程的推导进行了详尽的描述,结合算例给出了求解水平波数的方法.在此基础上,可以给出海洋内波的色散关系,进而求解海洋内波的垂向结构.     

植被覆盖的河道水流纵向流速垂向分布

为研究天然湿地灌木植被群落交错区植被特征参数垂向变化对水流流速垂向分布的影响,进行了室内实验。在室内水槽种植灌木植被和灌木-草本植被,沿纵向方向设置5个监测断面,垂向布设若干测点,利用Doppler流速仪测量纵向流速,比较分析单一灌木植被群落和群落交错区内纵向流速垂向分布规律。结果表明:植被之间水流纵向流速垂向分布近似为双曲线;植被冠层以上流速垂向分布符合幂函数曲线。