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Vol. 69, No. 8 (2020)

2020年04月20日
总论 专题:统计物理与复杂系统专题
专题
专题:统计物理与复杂系统
专题
原子和分子物理学 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学 气体、等离子体和放电物理 凝聚物质:结构、力学和热学性质 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质 物理学交叉学科及有关科学技术领域
总论
行人跟踪算法及应用综述
曹自强, 赛斌, 吕欣
2020, 69 (8): 1-18. doi: 10.7498/aps.69.20191721
摘要 +
行人跟踪是计算机视觉领域中研究的热点和难点, 通过对视频资料中行人的跟踪, 可以提取出行人的运动轨迹, 进而分析个体或群体的行为规律. 本文首先对行人跟踪与行人检测问题之间的差别进行了阐述, 其次从传统跟踪算法和基于深度学习的跟踪算法两个方面分别综述了相关算法与技术, 并对经典的行人动力学模型进行了介绍, 最终对行人跟踪在智能监控、拥堵人群分析、异常行为检测等场景的应用进行了系统讲解. 在深度学习浪潮席卷计算机视觉领域的背景下, 行人跟踪领域的研究取得了飞跃式发展, 随着深度学习算法在计算机视觉领域的应用日益成熟, 利用这一工具提取和量化个体和群体的行为模式, 进而对大规模人群行为开展精确、实时的分析成为了该领域的发展趋势.
偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的各向异性耗散
赵珊珊, 贺丽, 余增强
2020, 69 (8): 1-6. doi: 10.7498/aps.69.20200025
摘要 +
针对偶极相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体, 解析计算了点状杂质沿平行极化轴和垂直极化轴运动的能量耗散率, 证明了在超流临界速度更大的方向上耗散率也更高. 该结论为最近在162Dy原子气体中观测到的实验现象提供了理论支持. 对于一般的运动方向, 给出了耗散率在高速极限下以及临界速度附近的渐近形式. 结合数值计算的结果, 论证了耗散率随方向角的变化总是表现出与临界速度一致的各向异性.
基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟
任金莲, 蒋戎戎, 陆伟刚, 蒋涛
2020, 69 (8): 080202. doi: 10.7498/aps.69.20191829
摘要 +
为数值求解描述不同物质间相位分离现象的高阶非线性Cahn-Hilliard (C-H)方程, 发展了一种基于局部加密纯无网格有限点集法(local refinement finite pointset method, LR-FPM). 其构造过程为: 1) 将C-H方程中四阶导数降阶为两个二阶导数, 连续应用基于Taylor展开和加权最小二乘法的FPM离散空间导数; 2) 对区域进行局部加密和采用五次样条核函数以提高数值精度; 3) 局部线性方程组求解中准确施加含高阶导数Neumann边值条件. 随后, 运用LR-FPM求解有解析解的一维/二维 C-H方程, 分析粒子均匀分布/非均匀分布以及局部粒子加密情况的误差和收敛阶, 展示了LR-FPM较网格类算法在非均匀布点情况下的优点. 最后, 采用LR-FPM对无解析解的一维/二维 C-H方程进行了数值预测, 并与有限差分结果相比较. 数值结果表明, LR-FPM方法具有较高的数值精度和收敛阶, 比有限差分法更易数值实现, 能够准确展现不同类型材料间相位分离非线性扩散现象随时间的演化过程.
蓝移阱中单个铯原子基态磁不敏感态的相干操控
李翔艳, 王志辉, 李少康, 田亚莉, 李刚, 张鹏飞, 张天才
2020, 69 (8): 080301. doi: 10.7498/aps.69.20192001
摘要 +
$\left| {{\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}},F = 3,{m_F} = - 1} \right\rangle $$\left| {{\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}},F = 4,{m_F} = 1} \right\rangle $间的相干操控, 并研究了其相对能级频移随磁场的变化, 获得了“魔术”磁场(magic magnetic field)大小为1.4(2) Gauss (1Gauss = 10-4 T). 利用魔术磁场可大幅改善超精细态$\left| {\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}}\right.$, $F = 3 $, $\left. {m_F} = - 1 \right\rangle $$\left| {{\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}},F = 4,{m_F} = 1} \right\rangle $之间的相干性, 测量到的相干时间可达1.0(1) s.">单个中性原子的超精细微波跃迁能级的相干性是基于中性原子量子计算、量子信息处理和量子模拟的基础. 我们在实验上利用微波双光子拉曼过程实现了蓝移阱中铯原子基态超精细态$\left| {{\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}},F = 3,{m_F} = - 1} \right\rangle $$\left| {{\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}},F = 4,{m_F} = 1} \right\rangle $间的相干操控, 并研究了其相对能级频移随磁场的变化, 获得了“魔术”磁场(magic magnetic field)大小为1.4(2) Gauss (1Gauss = 10-4 T). 利用魔术磁场可大幅改善超精细态$\left| {\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}}\right.$, $F = 3 $, $\left. {m_F} = - 1 \right\rangle $$\left| {{\rm{6}}{{\rm{S}}_{1/2}},F = 4,{m_F} = 1} \right\rangle $之间的相干性, 测量到的相干时间可达1.0(1) s.
交错跃迁Hofstadter梯子的量子流相
刘彪, 周晓凡, 陈刚, 贾锁堂
2020, 69 (8): 080501. doi: 10.7498/aps.69.20191964
摘要 +
为玻色Hofstadter梯子模型引入交错跃迁, 来扩展模型支持的量子流相. 基于精确对角化和密度矩阵重整化群计算发现, 无相互作用时, 系统中包含横流相、涡旋相和纵流相; 横流相来自均匀跃迁时Hofstadter梯子模型的Meissner相, 纵流相是交错跃迁时才可见的流相. 强相互作用极限下系统的超流区也包含横流相、纵流相和涡旋相, 但存在更多的相变级数; 超流区的横流相、纵流相之间存在相变但Mott区的不存在, 把Mott区的“横、纵流相”称为Mott-均匀相, 在Mott区只存在均匀相和涡旋相. 跃迁的交错会压缩涡旋相存在的区域, 使Mott区最终只剩下均匀相; 跃迁的交错不仅能驱动Mott-超流相变, 还使磁通的改变也能够驱动系统的Mott-超流相变. 对这一系统的研究丰富了磁通系统中的量子流相, 同时为研究拓扑流特性提供了模型支持.
蚁群元胞优化算法在人群疏散路径规划中的应用
王培良, 张婷, 肖英杰
2020, 69 (8): 080504. doi: 10.7498/aps.69.20191774
摘要 +
针对疏散路径规划问题, 以栅格化地图为背景的基础上, 提出了蚁群元胞优化算法. 首先为统一仿真时间步长, 建立以六边形元胞为基础的栅格地图; 然后利用静态势场对启发函数进行优化, 利用分段更新规则优化信息素更新方式; 最后, 将模型参数作为粒子群优化算法的粒子位置信息进行优化, 求解参数的最优组合值. 仿真结果表明: 采用蚁群元胞优化模型进行疏散路径规划时, 不仅加快了搜索速度, 而且增大了解空间, 提高了搜索能力, 可以有效避免陷入局部最优解.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
复杂网络上的部分同步化: 奇异态、遥同步与集团同步
王振华, 刘宗华
2020, 69 (8): 1-15. doi: 10.7498/aps.69.20191973
摘要 +
近年来, 复杂网络上耦合振子的部分同步化引起了人们极大的关注, 其潜在或背后的原因是部分同步化斑图在大脑网络中广泛存在, 并很可能与大脑的认知或记忆等功能有密切的联系. 本文对这些进展进行简单的总结与归纳, 并按照学者们研究的不同侧重点, 将其分成三方面来进行介绍, 即奇异态、遥同步与集团同步化. 着重强调这三种情形各自出现的条件、常用的研究模型、检测的方法以及侧重解释的生物现象等方面. 并对它们三者之间的相互关系及今后的研究方向做一些简单的探讨.
社会引力定律追根溯源
闫小勇
2020, 69 (8): 1-8. doi: 10.7498/aps.69.20191686
摘要 +
在交通出行、人口迁移、商品贸易、信息流通、社会交往、科研合作等大量人、物、信息的空间流动现象中, 都存在类似万有引力定律的规律, 即两地之间的某种流动量与两地活力的乘积成正比、与两地距离的幂成反比. 类比万有引力定律建立的引力模型也在交通出行分布预测、人口迁移量预测、地区间贸易量预测等诸多方面获得了广泛应用. 但复杂的社会系统中为何会有这样简单的引力定律存在? 这是个非常有趣也有价值的问题. 本文对从统计物理学、微观经济学和博弈论等不同视角探索社会引力定律根源的研究进行了综述.
复杂网络链路可预测性: 基于特征谱视角
谭索怡, 祁明泽, 吴俊, 吕欣
2020, 69 (8): 1-10. doi: 10.7498/aps.69.20191817
摘要 +
近年来链路预测的理论和实证研究发展迅速, 大部分工作关注于提出更精确的预测算法. 事实上, 链路预测的前提是网络的结构本身能够被预测, 这种“可被预测的程度”可以看作是网络自身的基本属性. 本文拟从特征谱的视角去解释网络的链路可预测性并刻画网络的拓扑结构信息, 通过对网络特征谱进行分析, 构造了复杂网络链路可预测性评价指标. 通过该指标计算和分析不同网络的链路可预测性, 能够在选择算法前获取目标网络能够被预测的难易程度, 解决到底是网络本身难以预测还是预测算法不合适的问题, 为复杂网络与链路预测算法的选择和匹配问题提供帮助.
基于电动可调焦透镜的大范围快速光片显微成像
胡渝曜, 梁东, 王晶, 刘军
2020, 69 (8): 088701. doi: 10.7498/aps.69.20191908
摘要 +
搭建了一种基于电动可调焦透镜(electrically tunable lens)的大范围快速光片荧光显微成像系统. 通过引入电动可调焦透镜与一维振镜以实现成像物平面和光片位置的快速移动, 再结合高速sCMOS完成快速光片荧光显微成像. 另外实验中通过改善光路与提升动态成像质量, 实现了大范围扫描并减少了伪像. 最终对成像性能进行测试, 本系统的纵向分辨率和横向分辨率分别达到约5.5 μm和约0.7 μm, 单幅图像稳定成像的速度约为275 frames/s, 成像深度可超过138 μm, 能满足对具有一定尺寸的生物样本进行实时清晰成像的需求.
专题:统计物理与复杂系统专题
排名聚合算法在少量长列表聚合中的性能比较分析
陈玟宇, 朱章黔, 王晓蒙, 贾韬
2020, 69 (8): 080201. doi: 10.7498/aps.69.20191584
摘要 +
排名聚合将多个排名列表聚合成一个综合排名列表, 可应用于推荐系统、链路预测、元搜索、提案评选等. 当前已有工作从不同角度对不同排名聚合算法进行了综述、比较, 但存在算法种类较少、数据统计特性不清晰、评价指标不够合理等局限性. 不同排名聚合算法在提出时均声称优于已有算法, 但是用于比较的方法不同, 测试的数据不同, 应用的场景不同, 因此何种算法最能适应某一任务在很多情况下仍不甚清楚. 本文基于Mallows模型, 提出一套生成统计特性可控的不同类型的排名列表的算法, 使用一个可应用于不同类型排名列表的通用评价指标, 介绍9种排名聚合算法以及它们在聚合少量长列表时的表现. 结果发现启发式方法虽然简单, 但是在排名列表相似度较高、列表相对简单的情况下, 能够接近甚至超过一些优化类方法的结果; 列表中平局数量的增长会降低聚合排名的一致性并增加波动; 列表数量的增加对聚合效果的影响呈现非单调性. 整体而言, 基于距离优化的分支定界方法(FAST)优于其他各类算法, 在不同类型的排名列表中表现非常稳定, 能够很好地完成少量长列表的排名聚合.
专题:统计物理与复杂系统
耦合相振子系统同步的序参量理论
郑志刚, 翟云, 王学彬, 陈宏斌, 徐灿
2020, 69 (8): 080502. doi: 10.7498/aps.69.20191968
摘要 +
节律行为, 即系统行为呈现随时间的周期变化, 在我们的周围随处可见. 不同节律之间可以通过相互影响、相互作用产生自组织, 其中同步是最典型、最直接的有序行为, 它也是非线性波、斑图、集群行为等的物理内在机制. 不同的节律可以用具有不同频率的振子(极限环)来刻画, 它们之间的同步可以用耦合极限环系统的动力学来加以研究. 微观动力学表明, 随着耦合强度增强, 振子同步伴随着动力学状态空间降维到一个低维子空间, 该空间由序参量来描述. 序参量的涌现及其所描述的宏观动力学行为可借助于协同学与流形理论等降维思想来进行. 本文从统计物理学的角度讨论了耦合振子系统序参量涌现的几种降维方案, 并对它们进行了对比分析. 序参量理论可有效应用于耦合振子系统的同步自组织与相变现象的分析, 通过进一步研究序参量的动力学及其分岔行为, 可以对复杂系统的涌现动力学有更为深刻的理解.
相对性区域创新指数与经济周期挖掘
方学进, 崔俊英, 胡淡淡, 韩筱璞
2020, 69 (8): 088905. doi: 10.7498/aps.69.20191970
摘要 +
提出了一类新的相对性区域创新指数, 并采用世界专利申请数据对其进行了具体计算. 基于区域创新同经济发展水平之间的超线性关系, 该指数消除了经济发展水平对创新能力的影响, 可以实现对不同发展水平的经济体之间进行有效的创新能力横纵对比. 该创新指数尽管极其简单, 却揭示出一系列迥异于传统认知的现象, 例如中国的技术创新能力在1980年代就已经位居世界前列. 采用该指数, 不但可以在较高水平上解释世界各国的经济增长, 还发现它同经济增长率之间的相关性存在一个20年的经济周期. 这些结果显示, 该指数作为一个单一性指标, 以极小的数据依赖就实现了较高程度的解释性, 不但重新定位了世界各经济体的创新能力, 对深入理解创新同经济发展之间的关系提供了新的角度, 而且暗示着这类相对性经济指标的发展潜力与应用空间.
复杂系统重构
张海峰, 王文旭
2020, 69 (8): 088906. doi: 10.7498/aps.69.20200001
摘要 +
远离平衡态的开放复杂系统遍及自然、社会和技术领域, 是复杂性科学的主要研究对象. 通过与外界的能量和物质交换, 复杂系统通过自组织形成了多种多样的内在结构、秩序和规律, 对认识和预测复杂系统提出了艰巨的挑战. 随着实验技术的提高和科技的进步, 反映和体现各种复杂系统机理的数据呈指数增长, 为研究复杂系统提供了新的机遇. 通过系统行为表象数据, 揭示复杂系统结构和动力学属于物理领域的反问题, 是认识复杂系统的基础, 是预测系统状态演化的前提, 对于实现系统状态的调控必不可少. 然而, 复杂系统的多样性和复杂性给解决这一反问题造成了极大的困难. 因此, 需要开阔思路, 借助多学科的交叉与融合, 充分挖掘数据中隐藏的知识和深层次机理. 本文综述了近年来复杂系统, 特别是复杂结构重构和推断方面的研究成果, 希望能够启发复杂系统反问题方面的创新. 同时, 也希望呼吁各领域学者都能关注复杂系统反问题, 推动自然、社会、经济、生物、科技领域的交叉与融合, 解决大家共同面对的科学问题.
原子和分子物理学
基于新CH2(${\tilde {\rm{X}}^3}{\rm{A''}}$)势能面的C(3P)+H2→CH+H反应量子波包动力学
赵文丽, 王永刚, 张路路, 岳大光, 孟庆田
2020, 69 (8): 083401. doi: 10.7498/aps.69.20200132
摘要 +
$\left( {{{{\rm{\tilde X}}}^3}{\rm{A''}}} \right)$势能面, 运用切比雪夫波包方法对初始态为($\nu = 0{\rm{ }},j = 0$)的${\rm{C}}\left( {^3{\rm{P}}} \right) + {{\rm{H}}_2}\left( {{{\rm{X}}^1}\sum\nolimits_g^ +} \right) \to {\rm{H}}\left( {^2{\rm{S}}} \right) + {\rm{CH}}\left( {^2\Pi } \right)$反应体系在1.0—2.0 eV 的碰撞能量范围内进行了动力学研究. 通过对角动量量子数J = 60以下的所有分波进行计算, 得到了反应几率、积分散射截面和速率常数. 计算中用到了耦合态近似方法和考虑科里奥利耦合效应的精确量子方法. 通过对比发现, 随着角动量量子数以及能量的增加, 科里奥利耦合效应的影响越发显著, 因而对于该反应体系, 科里奥利耦合效应不可忽略. 本文计算所得的积分散射截面和速率常数尚无实验数据可以比较, 对该反应的后续研究有一定的参考价值.">基于一个最新的CH2$\left( {{{{\rm{\tilde X}}}^3}{\rm{A''}}} \right)$势能面, 运用切比雪夫波包方法对初始态为($\nu = 0{\rm{ }},j = 0$)的${\rm{C}}\left( {^3{\rm{P}}} \right) + {{\rm{H}}_2}\left( {{{\rm{X}}^1}\sum\nolimits_g^ +} \right) \to {\rm{H}}\left( {^2{\rm{S}}} \right) + {\rm{CH}}\left( {^2\Pi } \right)$反应体系在1.0—2.0 eV 的碰撞能量范围内进行了动力学研究. 通过对角动量量子数J = 60以下的所有分波进行计算, 得到了反应几率、积分散射截面和速率常数. 计算中用到了耦合态近似方法和考虑科里奥利耦合效应的精确量子方法. 通过对比发现, 随着角动量量子数以及能量的增加, 科里奥利耦合效应的影响越发显著, 因而对于该反应体系, 科里奥利耦合效应不可忽略. 本文计算所得的积分散射截面和速率常数尚无实验数据可以比较, 对该反应的后续研究有一定的参考价值.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
激光等离子体去除微纳颗粒的热力学
罗菊, 冯国英, 韩敬华, 沈雄, 张丽君, 丁坤艳
2020, 69 (8): 084201. doi: 10.7498/aps.69.20191933
摘要 +
微杂质污染一直是影响精密器件制造质量和使用寿命的关键因素之一. 对于微纳米杂质颗粒用传统的清洗方式(超声清洗等)难以去除, 而激光等离子体冲击波具有高压特性, 可以实现纳米量级杂质颗粒的去除, 具有很大的应用潜力. 本文主要研究了激光等离子体去除微纳米颗粒过程中的热力学效应: 实验研究了激光等离子体在不同脉冲数下对Si基底上Al颗粒去除后的颗粒形貌变化, 发现大颗粒会发生破碎而转变成小颗粒, 一些颗粒达到熔点后发生相变形成光滑球体, 这源于等离子体的热力学效应共同作用的结果. 为了研究微粒物态转化过程, 基于冲击波传播理论研究, 得到冲击波压强与温度特性的演化规律; 同时, 利用有限元模拟方式研究激光等离子冲击波压强和温度对微粒作用规律, 得到了颗粒内随时间变化的应力分布和温度分布, 并在此基础上得到等离子体对颗粒的热力学作用机制.
钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测
周峰, 蔡宇, 邹德峰, 胡丁桐, 张亚静, 宋有建, 胡明列
2020, 69 (8): 084202. doi: 10.7498/aps.69.20191989
摘要 +
孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式, 孤子间的相互作用能够映射出复杂非线性系统的多体动力学过程, 具有重要的基础研究价值. 被动锁模激光器是研究孤子相互作用的理想平台. 光孤子之间的吸引、排斥作用能够形成孤子分子, 而时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术使得实时探测孤子分子动力学成为可能. 基于TS-DFT技术, 本文实验研究了钛宝石飞秒激光器产生的孤子分子的内部动态, 通过改变抽运功率, 分别观察到了间隔为180 fs的稳定的孤子分子和间隔为105 fs的具有微弱相位振荡的孤子分子, 后者的振动幅度仅为0.05 rad. 实验发现受到环境影响, 稳定态的孤子分子还能够转变为相位滑动状态. 这些间隔为百飞秒量级的光学孤子分子对于研究孤子的近程非线性相互作用具有突出的意义.
气体、等离子体和放电物理
脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断
周瑜, 操礼阳, 马晓萍, 邓丽丽, 辛煜
2020, 69 (8): 085201. doi: 10.7498/aps.69.20191864
摘要 +
利用工作在浮点模式下的发射探针, 对500 Hz脉冲调制的27.12 MHz容性耦合氩气等离子体的空间电位和电子温度的时变特性进行了诊断. 等离子体空间电位是通过测量强热状态下的发射探针电位获得的, 而电子温度则是由发射探针在冷、热状态下的电位差来估算得到. 测量结果表明: 脉冲开启时, 空间电位会快速上升并在300 ms内趋于饱和; 当脉冲关断后, 空间电位经历了快速下降后趋于稳定的过程. 电子温度在脉冲开启时存在过冲并趋于稳定的特征; 而在脉冲关断期间, 电子温度在300 ms内则快速下降到0.45 eV后略有上升. 无论在脉冲开启或关断期间, 空间电位基本上都随功率和气压的变化存在有线性的依赖关系; 而放电功率对脉冲开启期间过冲电子温度与稳态电子温度差异的影响较大. 针对空间电位和电子温度在各阶段及不同放电条件下的时变特性, 给出了相应的解释.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象
卢超, 陈伟, 罗尹虹, 丁李利, 王勋, 赵雯, 郭晓强, 李赛
2020, 69 (8): 086101. doi: 10.7498/aps.69.20191896
摘要 +
体硅鳍形场效应晶体管(FinFET)是晶体管尺寸缩小到30 nm以下应用最多的结构, 其单粒子瞬态产生机理值得关注. 利用脉冲激光单粒子效应模拟平台开展了栅长为30, 40, 60, 100 nm FinFET器件的单粒子瞬态实验, 研究FinFET器件单粒子瞬态电流脉冲波形随栅长变化情况; 利用计算机辅助设计(technology computer-aided design, TCAD)软件仿真比较电流脉冲产生过程中器件内部电子浓度和电势变化, 研究漏电流脉冲波形产生的物理机理. 研究表明, 不同栅长FinFET器件瞬态电流脉冲尾部都存在明显的平台区, 且平台区电流值随着栅长变短而增大; 入射激光在器件沟道区下方体区产生高浓度电子将源漏导通产生导通电流, 而源漏导通升高了体区电势, 抑制体区高浓度电子扩散, 使得导通状态维持时间长, 形成平台区电流; 尾部平台区由于持续时间长, 收集电荷量大, 会严重影响器件工作状态和性能. 研究结论为纳米FinFET器件抗辐射加固提供理论支撑.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能
梁琦, 王如志, 杨孟骐, 王长昊, 刘金伟
2020, 69 (8): 087801. doi: 10.7498/aps.69.20191923
摘要 +
采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法, 以Al2O3为衬底, Ga金属为镓源, N2气为氮源, 在不采用催化剂的情况下, 成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线. 研究表明, 生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌, 当反应温度为950 ℃时, 生长出的GaN微米片为六边形; 当反应温度为1000 ℃时, 生长出了长度为10—20 μm的超长GaN纳米线. 随着反应时间增加, GaN纳米线的长度增加. GaN纳米线内部存在着压应力, 应力大小为0.84 GPa. 同时, 也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制. GaN纳米线光致发光结果显示, GaN纳米线缺陷较少, 结晶质量良好, 在360 nm处有一个较为尖锐的本征发光峰, 可应用于紫外激光器等光电子器件. 本研究结果将为新型光电器件低成本绿色制备提供一个可行的技术方案.
介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响
翁明, 谢少毅, 殷明, 曹猛
2020, 69 (8): 087901. doi: 10.7498/aps.69.20200026
摘要 +
以介质填充的平行板放电结构为例, 本文主要研究了介质填充后微波低气压放电和微放电的物理过程. 为了探究介质材料特性对微波低气压放电和微放电阈值的影响, 本文采用自主研发的二次电子发射特性测量装置, 测量了七种常见介质材料的二次电子发射系数和二次电子能谱. 依据二次电子发射过程中介质表面正带电的稳定条件, 计算了介质材料稳态表面电位与二次电子发射系数以及能谱参数的关系. 在放电结构中引入与表面电位相应的等效直流电场后, 依据电子扩散模型和微放电中电子谐振条件, 分别探讨了介质表面稳态表面电位的大小对微波低气压放电和微放电阈值的影响. 结果表明, 介质材料的二次电子发射系数以及能谱参数越大, 介质材料的稳态表面电位也越大, 对应的微波低气压放电和微放电阈值也越大. 所得结论对于填充介质的选择有一定的理论指导价值.