能量转换量子系统的热力学特性及其研究进展

量子物理是理解微观粒子运动规律的现代物理学理论.它与信息、生命以及化学等学科相互联系日益紧密,引发了许多新技术革命,深刻影响着人类的生活,已成为社会经济发展的原动力之一.当前,量子物理和能源科学结合,正在产生新的学科生长点.本文主要概述多种类型能量转换量子系统的发展;结合国内外的研究现状,系统地阐明如何应用热力学理论研究量子体系的能量操控以及微观器件的优化设计;总结量子热力学循环、能量选择量子电子器件、量子点热管理器件等在理论和实验方面研究的代表性成果和进展;展望量子物理与能源科学交叉领域发展的新方向.     

统计物理中的经典统计与量子统计

本文采用经典统计方法推证了热力学中的理想气体的物态方程和能量均分定理,并利用能量均分定理求解不同系统的内能及热容量,总结发现系统能量及热容量的理论值与实际不相符,出现了经典统计难以解释的几个问题,并结合量子统计方法合理解释了经典统计中的问题。最后,论述了经典统计与量子统计的区别与联系。     

超冷量子气体的统计性质

近年来超冷量子气体的研究取得了一系列重大实验突破,其中包括玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实现、超冷简并费米气的获得以及分子BEC的成功观测等,同时,BEC及简并费米气体相关理论也成为一个热门的研究课题.结合本研究组近期的部分研究工作简要地阐述超冷量子气体的统计性质,主要内容包括量子气体的尺度效应、外势的约束作用、粒子间相互作用的影响、q-形变量子气体的低温特性和非广延统计等.所得结论对进一步深入认识量子气体的低温特性,揭示各种宏观量子效应的实质具有一定的理论价值.     

热力学第三定律的一种新的论证方法

热力学第三定律的正确性早已经被实验所论证 ,许多学者对热力学第三定律的证明也运用了相应的论证方法。 [1,3 ]文根据热力学和量子统计的观点从固体和范德瓦尔斯气体在低温条件下的热容量出发论证了热力学第三定律的正确性 ,其结论与其它方法所得的结论一致     

量子扰动下引力的临界现象(英文)

相变和临界现象是热力学和统计力学中非常有趣的课题.引力与热力学有着深刻和本质的联系.接近临界点,涨落非常明显.因此,对于普通物质(由非引力作用控制的系统)在临界点附近如果我们忽略涨落,临界现象会变的非常不同.发现RN-AdS空间的临界指数在考虑到完全的量子微扰效应后保持不变.这个研究指出了引力系统与普通热力学系统的一个关键不同点.     

环形陈绝缘体的边界态与量子输运

为了探索具有特殊几何结构的拓扑量子体系,基于Haldane模型设计了一种具有环形几何结构的陈绝缘体系统,并利用量子输运模拟探究了尺寸效应、杂质效应对该系统边界态的影响.结果显示:很小的环的宽度或导线宽度均会对量子化电导平台造成破坏,平台中被破坏的部分是来自环形几何结构的内圈边界态的贡献,而平台完好的部分展现的都是外圈边...     

边耦合量子点系统的全计数统计研究

基于有效粒子数分辨的量子主方程,研究了边耦合双量子点系统中电子的全计数统计.当点间隧穿耦合强度与量子点电极耦合强度的比值小于某一数值(约为1/3)时,可以观察到超泊松噪声,并且超泊松散粒噪声可以用快慢输运通道解释.此外,系统量子相干性对电子全计数统计的影响只有在点间隧穿耦合强度相对于量子点电极耦合强度较弱时起主要作用.     

量子点量子阱中的极化子

首先研究了量子点量子阱中的电子态，对阱外及阱内的两种束缚态都进行了考虑，然后采用微扰方法，对量子点量子阱系统中的极化子效应进行了研究。最后采用CdS/HgS为材料的量子点量子阱 进行了数值计算，结果显示极化子效应对电子能级的修正明显并且不能被忽略。     

统计物理中量子效应的层次性

通过对统计物理中量子效应的深入分析,提出了在教学中应当注意区分量子效应的层次性。按照量子力学的基本假设,量子效应可以分为个体效应和集体效应两种不同的层次,分别对应统计物理中的两种不同的特征温度。认识量子效应的这种层次性,可以帮助学生深入准确理解统计物理的基本概念,针对不同情况选择适当的统计物理学方法。     

量子统计系统极限判据的讨论

目的对量子统计系统的极限判据进行讨论。方法对不同量子极限进行比较分析。结果推导得到了量子统计系统的极限判据,并进行了讨论。结论对近独立粒子体系的统计分布,小Planck常数极限与高温、低密度极限具有相同的极限效应。     

自由落体的双波函数研究

本文完整地给出了自由落体的双波函数量子论，讨论了刚性边界对落体的非局域性影响，研究了非厄密算符（－ｉｈｄ／ｄｘ）＾３｛ｘ∈［０，∞］｝的意义，本文的结果不仅再一次说明了双波函数量子论的优美之处，即经典力学结果是双波函数理论的经典极限，通常的量子力学结果是统计系统中的统计结果，还表明了双波函数量子论对算符厄密性的要求比通常量子力学对它的要求要低。     

不同类型连续变量量子态离物传送的判据

文章利用量子力学的测量理论 ,分析了不同类型连续变量量子态在离物传送过程中的态演化 ,并推导出输出态的保真度表示式。结果表明对不同类型的输入态 ,其保真度和保真度的非经典边界有不同的形式。和相干态比较 ,当输入态为非经典量子态时 ,为达到同样的保真度必须应用具有高关联度的量子纠缠态光场     

统计物理学基础研究新进展

统计物理学基础研究主要针对3个基本问题:平衡态的由来、系综理论如何描述热力学测量以及非平衡定态的一般理论.本文总结了最近几年统计物理学在这些基本问题,尤其是在非平衡态一般理论研究上所取得的进展.强相互作用系统的计算方法是统计物理学,甚至是整个物理学的基本问题.本文除了处理非平衡态的一般框架外,还初步整理了这一框架在相互作用系统上的应用与发展.     

单根碳纳米管的低温电输运性质

报道了单根碳纳米管的低温电输运测量结果,特别关注了由于碳纳米管在长度方向的尺寸较小时产生的库仑阻塞性质,碳纳米管的低温电输运出现了零偏置反常和库仑振荡。因此碳纳米管在小的尺寸和低温时不仅出现能量量子化而且可以出现电荷量子化-量子点的行为。     

双态平方噪声驱动系统的平均首通时间

本文应用边界过程的几率分析方法,讨论了双态平方噪声系统的平均首通时间(MFPT),通过对双态马尔可夫过程和双态矩过程的MFPT计算,获得一些有意义的结论。     

相变蓄热器多温位释热特性模拟研究

针对翅片管式相变蓄热器多温位释热过程进行数值模拟,分析其多温位相变传热过程的放热特性。结果表明,蓄热器低温级相变材料温度的变化速率高于高温级相变材料温度的变化速率,这是因为蓄热器低温级制冷剂流量高于高温级制冷剂流量,且低温级制冷剂出口温度与相变材料的温差高于高温级。采用热焓法对单管蓄热器模型在第一类边界条件下的融化和凝固过程进行数值模拟,并与实验测得的数据进行对比,模拟分析蓄热器高、低温级液相率及温度变化情况,综合分析相变传热过程的蓄放热特性,为进一步优化蓄能除霜过程高、低温级能量分配提供理论基础。     

沥青混合料低温劈裂虚拟试验影响因素研究

基于离散元法(discrete element method, DEM)建立沥青混合料二维劈裂(indirect tensile, IDT)试验模型,研究集料模型、集料形状、空隙率,以及加载方位角等因素对混合料低温劈裂虚拟试验结果(劈裂强度和最大水平拉应力)的影响。结果表明：沥青混合料低温虚拟劈裂试验时,集料模型对数值模拟计算效率、内部结构中的接触力链和裂纹扩展路径等有很大影响;实际边界模型较等效椭圆形与等效多边形模型其数值模拟结果变异性较小;空隙率大小对劈裂强度及水平向最大拉应力有显著影响,随空隙率的增大两者均有不同程度的减小;不同加载方位角下的劈裂试验数值模拟结果呈各向异性。     

包被试剂对CdS量子点化学发光特性的影响

分别以半胱胺(CA)、半胱氨酸(L-cys)、谷胱甘肽(GSH)为包被试剂,制备出了3种粒径相同的水溶性CdS量子点,考察了这些CdS量子点在不同氧化剂体系下的化学发光行为.结果表明,CdS量子点化学发光性能与氧化体系密切相关,而且包被试剂对CdS量子点化学发光性能影响很大.此研究为提高量子点的化学发光效率提出了一种新的途径,即通过优化其包被试剂来提高量子点的化学发光效率.     

侧向耦合对量子线传输性质的调制

利用递推格林函数方法,研究了‘T’型介观结构中的侧向耦合量子链对主量子线输运性质的调制,发现了能量对称中心位置对于判断调制模型的输运特性起关键性作用.结果表明,格林函数方法的计算较为简捷,并且,可以较方便地用来研究其他各种人造介观量子器件的输运性质.     

基于李雅普诺夫稳定性理论的最优量子控制

利用宏观领域中双线性系统的设计方法,结合纯态量子系统的数学模型具有双线性系统形式的特点,通过选定的系统控制的性能指标,采用李雅普诺夫稳定性理论,提出了基于李雅普诺夫稳定性理论的量子系统最优控制策略;详细推导了最优控制律的设计过程;并在自旋1／2粒子上进行了系统仿真实验,结果验证了该方法的有效性,同时分析了不同参数的选择对系统控制效果的影响．