半导体中热载流子输运的平衡方程方法

本文简略地介绍处理半导体中热载流子输运的一个解析方法——平衡方程方法.这个方法的基本思想是把多载流子系统在电场作用下的输运化为一个单粒子(质心)的经典运动加上相对运动电子在没有电场情况下的多体统计运动.输运的描述只包含几个参量(非均匀情况下是参量场)——平均漂移速度,电子温度,载流子浓度及声子占据数.它们由平衡方程完全决定.如果只考虑到电子-杂质和电子-声子相互作用的最低阶,平衡方程的数学结构十分简单:只包含一个系统的特征函数,即无外电场,也没有杂质、声子散射势时载流子的密度关联函数,从而不需要大量的数值计算就可得到强电场下的输运性质.     

无碰撞磁重联中的电子动力学

磁重联提供了一种快速地将磁场能量转化为等离子体动能和热能的物理机制, 它和空间 物理中的许多爆发现象密切相关. 另外, 空间环境中的等离子体基本上是没有碰撞的, 人们更加 关心的是无碰撞的磁重联过程. 本文从以下几个方面论述了电子动力学行为在无碰撞磁重联中 的作用. 在离子惯性长度尺度范围内, 离子和电子的运动是分离的, 由此产生的Hall 效应决定了 此区域中的重联电场. 另外, 电子的运动决定了重联平面内电流体系, 同时形成了沿分界线的电 子密度降低区域, 这种重联平面内的电流体系决定了垂直重联平面的第三方向磁场分量的结构; 在电子惯性长度尺度范围内, 电子压强分布的各向异性决定了在此区域内的重联电场的大小; 高 能量电子的产生是磁重联的一个重要特征, 重联电场在电子加速的过程中起着决定性的作用, 但 不同的磁场位形及其时空演化会影响电子加速的过程, 并决定电子的最终能量; 讨论了X 点附近 的次级磁岛不稳定性形成小磁岛的模拟结果和观测证据, 及其对电子加速的可能影响; 对电子动 力学行为在实验室等离子体磁重联中的进展也做了介绍. 最后, 指出了一些尚未解决的问题.     

一种新型的数值模拟近岸波浪的动谱平衡方程模型

简述波浪数值推算的几种模型,对动谱密度平衡方程模型的源项、数值造波和边界条件的处理方法进行了研究。在源项中不仅包括非线性四相波相互作用,还引进非线性三相波相互作用,数值模拟波浪在近岸运动机理。与Boussinesq方程和缓坡方程进行了分析比较;数值计算了海安湾有效波高及平均波周期场分布,在非定常情形下以数值试验模拟了计算域内流速和水位变化对风浪要素的影响。讨论了模型将来的发展趋势。     

外电场中分子内电子转移速率常数的研究

电子转移在有机分子及生物体中有重要意义,是目前最活跃的研究领域之一.关于电子转移的速率理论,目前有Marcus的经典模型、对核运动作量子力学处理的量子力学模型,以及忽略核运动隧道效应而考虑非绝热电子态跃迁的半经典模型.在研究对称双势阱结构图1(a)的电子转移时,有适合于弱偶合的半经典动力学模型.而在外电场中,电子转移反应能垒降低,势能面结构不再是对称结构图1(b),这时,基元步骤为放热反应.当外电场达到某一阈值时,反应能垒完全崩溃,变为如图1(c)所示的无能垒结构.在外电场中考察反应的重组能(E_λ),电子转移矩阵元(V_(AB)),活化能及反应速率常数,对分子电子器件等的研究具有重要意义.本文在谐振模型近似下,建议外电场作用下双势阱结构的半经典模型,计算在外电场作用下共线电子转移O_2O_2~-→O_2~-O_2的透热势能面、过渡态结构参数及反应速率常数.     

具有松动约束悬臂输液管的三维非线性振动

输液管动力学是流固耦合振动力学研究的重要问题之一.悬臂输液管的二维平面振动已经得到较多的研究,但其三维非平面振动,特别是在非线性碰撞约束力下的动力学问题,已有的工作还很少.考虑松动约束及其摩擦力对悬臂输液管的三维非线性振动的影响,建立了系统的非平面动力学控制方程.基于Galerkin法离散后的动力学方程组,研究了内流激励下悬臂管与松动约束的碰撞振动问题,着重分析了输液管在两个垂直坐标方向上的非线性振动行为,以及摩擦系数的大小对管道动力学行为的影响.研究结果表明,松动约束产生的碰撞力可使管道的动态响应行为发生很大变化,在某些流速情形下管道可出现三维概周期运动,流速对管道发生二维周期运动所在平面的方位也有较大影响.对较小的内流速度,管道与约束间的摩擦力对其动力学响应影响较小;对较大的内流速度,摩擦力对管道平面运动的轨迹有一定影响.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法, 系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响, 得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO 能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系, 这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法,系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响,得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系,这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

无碰撞磁场重联中电子动力学的粒子模拟

采用二维全粒子模拟方法研究了存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联中电子的动力学特征, 在计算中采用的质子电子质量比为m_i/m_e=256. 结果表明, 初始强引导场的存在将会改变电子的流向, 在沿着分离线的电子入流区出现了电子密度空洞和平行于磁场的电场, 入流和密度空洞只出现在二、四象限内. 另外与采用较小的质子电子质量比的计算结果不同的是, 在X线附近的扩散区出现了新的结构特点: (1) 在此处同时出现了狭窄的电子密度增大区和空洞区; (2) 与X线附近电子密度的变化相对应, 在扩散区沿着一、三象限的方向出现了较强的平行电场, 而这部分电场对电子的加速和加热可能会比空洞区的电场作用更大一些.     

基于真实地磁场的中低纬电离层电场理论模式

地磁场作为电离层电动力学过程的背景磁场, 对全球电离层发电机过程以及电离层电场、电流的分布有着决定性的影响. 在研究电离层电场经度结构等精细问题时, 以往模拟中经常采用的偶极场近似过于粗糙和理想化. 基于电离层发电机理论, 通过改进原有电离层电场模式, 在改良的APEX坐标系下发展了一个电离层发电机模式. 该模式较为灵活, 地磁场既可采用较为真实的国际地磁参考场(IGRF)也可采用理想的偶极场, 中性风场和电导率由经验模式的输出参数计算得出. 采用逐线法求解电势的偏微分方程得到中低纬电离层静电势、电场和电流的时空分布. 模式较好的再现了电离层电势、电场和赤道电集流的基本结构和形态, 可应用于中高层大气、电离层电动力学过程的相关研究.     

小鼠艾氏乳腺癌腹水细胞质膜质子泵活性研究

生物换能膜(如线粒体、叶绿体及细菌质膜)中分布有电子传递链酶系和H~+-ATP酶,它们都具有质子泵的功能。电子传递、质子转移和能量偶联的ATP合成三者的相互关系一直是生物能力学研究的中心问题。但是,近年来在若干动物、植物和真核微生物细胞质膜也发现广泛分布有电子跨膜传递与质子转移相偶联的氧化还原系统(图1)。这样的偶联系统,当外部     

交叉电、磁场中铯原子里德伯态结构的初步实验研究

里德伯态原子外场特性由于其重要的学术价值和应用前景,多年来一直是原子物理研究的前沿.目前这一研究的重心逐步转移到外电场和外磁场同时作用(联合场)的情况.尤其是当电场和磁场相互垂直交叉时,原子作用势的对称性遭到严重破坏,使问题更趋复杂.已有的理论研究指出,在交叉场中有可能出现“双势阱原子”,即价电子被囚禁于离核很远的另一势阱中的一种特殊原子,这就更增加了对这一问题研究的兴趣.然而,交叉场问题虽已有     

直流和交流电场作用下超晶格电子准经典输运特性

Bloch振荡现象很早以前就在理论上预言了,直到1969年,Esaki提出超晶格的概念才使Bloch振荡的实验证实成为可能,并在实验上得到超晶格的负微分电导特性。目前已有很多实验和理论研究。理论研究主要是采用Boltzmann方程分析超晶格的负微分电导特性。本文采用Fokker-Planck方程(FPE)在准经典近似下分析超晶格电子的输运特性,比较简捷地得到负微分电导特性,并且独到地分析了随阻尼大小连续变化时输运特性的演化,以及交流电场作用下的输运特性。     

高次非线性薛定谔方程(Ⅰ)

非线性薜定谔方程被用来描述各种非线性波动现象.目前研究得最广泛的是下述“立方薜定谔方程”: ia_tE a_x~2E |E|~2E=0 (1)式中,E(x,t)是波场(例如电场)的包络.方程(1)被证明是可积的,具有无限多个运动常数。采用散射反演方法,从方程(1)可得到碰撞不变的孤立波解.     

杨振宁引力规范场的平面类波解

杨振宁引力规范场在无源时的方程为Einstein场方程在无源时为习知,Einstein场方程在真空情况下不存在真正的引力平面解。虽然某些人称某些引力波为平面波,但那不是真正的平面波,而是因为它具有平面电磁波的许多对称性。但在杨振宁场方程中情况却不同,本文导出了它存在平面解,并且准确地求出了平面类波解。这些类波解可以分为两大类,一类是类时的,一类是类空的,并不存在类光的平面类波解。     

门式刚架中楔形柱平面内稳定长度系数的探讨

对门式刚架中工字楔形柱平面内稳定作了理论分析和探讨,推导了基于结构力学意义上柱的平面内一阶线弹性稳定性方程,对两端简支情况给出了平面内稳定长度系数的高精度近似解析解.给出了其他可能的近似支撑情况的边界条件,对4种支撑情况给出了平面内长度系数的袁和相应的修正公式.对于一般意义上柱的平面内长度系数给出了力学近似简化模型,并给出了符合一定条件的柱的长度系数的一种计算方法.另外,文章导出的一个微分方程解析解为推导工字楔形单元在压力作用下的转角位移方程提供了依据,即为二阶线弹性分析工字形变截面构件提供了理论依据.     

一类带广义边界条件的积-微分算子的谱

§1.引言 迁移算子是Banach空间中一类无界且豫解算子不紧的积-微分算子,研究这类算子的谱是十分困难的数学课题。在零边界条件,这个谱问题前人虽有过许多系统的工作,但远未得到解决;对非零边界条件下的结果更少。但非零边界条件下的谱问题却愈来愈为人们所关注.文献[7]在L_2空间中讨论了一类具广义边界反射的单速粒子迁移方程确定的算子的谱,若在L_p(1≤p<∞),特别在具物理意义的L_1中讨论这类具非零边界条件的算子的谱遇到了较大困难,本文的目的是讨论这一问题。我们在L_p(1≤P<∞)中较系统     

磁场-渗流场耦合作用下的铁磁流体多孔介质流动数值模拟

铁磁流体作为一种新型功能材料,由于同时具备磁性及流体性质被广泛应用于各个技术领域.本文从数值模拟理论上研究了利用磁场控制的铁磁流体驱油问题:针对外磁场作用下的铁磁流体多孔介质流动物理过程,将磁力项引入铁磁流体相运动方程从而耦合磁场-渗流场给出其流动方程,并采用全隐式有限体积法形成相应数值离散格式;通过二维均质填砂平板流动实验验证了模型和算法的正确性,在此基础上,对比了平面及纵向非均质多孔介质中注水及注铁磁流体的驱油效果,计算结果表明通过控制铁磁流体的驱替路径可以提高驱替波及范围继而提高采收率,为提高原油采收率提供了新的思路和方法.     

门式刚架中楔形柱平面内稳定长度系数的探讨

对门式刚架中工字楔形柱平面内稳定作了理论分析和探讨,推导了基于结构力学意义上柱的平面内一阶线弹性稳定性方程,对两端简支情况给出了平面内稳定长度系数的高精度近似解析解。给出了其他可能的近似支撑情况的边界条件,对4种支撑情况给出了平面内长度系数的表和相应的修正公式。对于一般意义上柱的平面内长度系数给出了力学近似简化模型,并给出了符合一定条件的柱的长度系数的一种计算方法。另外,文章导出的一个微分方程解析解为推导工字楔形单元在压力作用下的转角位移方程提供了依据,即为二阶线弹性分析工字形变截面构件提供了理论依据。     

时空拓扑为R~1T~dS~2的量子虫洞

一般说来,经典虫洞是瞬子,是由咽喉连接的两个大的时空区域的Einstein场方程的欧氏解,而量子虫洞是具有确定边界条件的Wheeler-De Witt方程的解.Hawking指出,这类边界条件是波函数在大的三维空间中指数衰减,并当三维空间趋于零时应以某种适当的方式保持正则.本文在Kaluza-Klein理论中探讨了量子虫洞,求解了相应边界条件下的Wheeler-De Witt方程的虫洞波函数解,给出了拓扑为R~1(?)T~d(?)S~2的量子虫洞.