铯冷原子喷泉Ramsey跃迁实验

中国计量科学研究院利用冷原子喷泉实现了9.19GHz微波与铯原子作用的Ramsey跃迁。文中介绍了NIM4#喷泉钟相关的微波 光学系统在时序控制下完成原子选态 激励 探测 信号处理的原理和装置,给出了Ramsey实验曲线:喷泉高度74cm时,Ramsey中心条纹FWHM约为0.95Hz,信噪比S N约40。实验结果的Ramsey中心条纹宽度、Rabi台宽度与相应的理论计算符合很好。     

金属纳米团簇结合能的计算模型

金属团簇在尺寸较小时一般为多面体形.通过考虑团簇的内部原子、面上原子、棱上原子以及顶点原子对团簇结合能的贡献,将键能模型推广至纳米团簇体系.计算表明,虽然棱上原子以及顶点原子对大尺寸微粒的结合能贡献不大,但对于团簇的结合能计算则特别重要.推广后的键能模型可以被用来研究不同形状团簇的结构稳定性和熔化热力学等.     

离化集团束淀积技术的研究

本文从可压缩气体动力学出发,推导得到原(分)子团束中的原(分)子速度,从而算得原(分)子团的动能。作者用自己设计的离化集团束装置产生银原子团,并用圆筒型静电偏转能量分析器CAD—127测量了银原子团的能量。由此得到从1650K的高温坩埚喷口经绝热膨胀所形成的银原子团中含300～500个银原子的原子团约占60%。作者还用扫描俄歇微探针(SAM)分别研究了银蒸汽、银原子团、离化银原子团三种束流淀积于硅片时,银原子沿平行于硅片平面所作的迁移运动,发现三种束流中的银原子有明显不同的迁移长度。实验还表明;由这三种束流淀积形成的银膜同基体的结合力和金—半接触特性也有所不同。     

实现74 cm铯冷原子喷泉的实验和讨论

中国计量科学研究院NIM4 #激光冷却 铯原子喷泉钟实现了原子云 74cm喷泉 ,得到S N约 2 0 0的荧光飞行时间信号。文中介绍了对NIM4 #钟与上抛 回落 信号探测相关的改进 ,列举了喷泉参数 ,报导了喷泉实验和初步讨论     

原子团、超微粒子及其功能薄膜

超微粒子系指1～100nm之间的粒子。由几个原子至10~5个原子组成的粒子称为原子团。原子团的超微粒子的表面原子数与其原子总数之比随粒子尺寸减小而增大,表面效应更趋明显;其量子效应与尺寸大小有明显依赖关系。它们有独特的物理和化学特性。近些年发展较快,各自成为新的学科领域。薄膜形成的初期会出现原子团,大多数情况是接着出现超微粒子。因此研究原子团和超微粒子的形成和生长也是薄膜研究的基础。本文对原子团和超微粒子作有选择的评述,对含有原子团和超微粒子的功能薄膜作简要的评论和介绍。     

第I类硅笼中M@Si_(20)原子团的电子态研究

采用量子化学SCF-Xα-SW方法计算了第I类Si基笼状化合物中M@Si20(M=□,Na,Zr,Cs,Ba,Ce)原子团的态密度,及各体系中Si原子的结合势。结果表明在原子团M@Si20中笼内金属原子M与笼上硅原子间的结合强度随金属原子不同而变化,结合方式依赖于金属原子M的电子结构。笼内原子的d轨道主要分布在完整晶体的导带底,此外另有少部分与价带结合。作为新型硅笼材料设计,探讨了构成笼内含Ce、Zr的硅笼材料的可能性。     

分子动力学方法模拟GaN薄膜生长

采用分子动力学模拟方法,应用Buckingham经验势模型,模拟纤锌矿相GaN的薄膜晶格生长.研究了GaN薄膜生长的早期阶段的形貌特点、生长规律、表面结构及动力学特性.模拟发现,N原子与Ga原子按照晶格特征吸附在衬底上,作层状分布趋势并且薄膜层从下到上晶态特征逐渐减弱.观察每层沉积原子数、空位比、沉积原子团簇质心高度与沉积原子均方位移随时间的变化规律,发现了随着时间步数增加,原子团簇逐渐达到稳定,在5000步时前3层都达到了较稳定状态,且N原子比Ga原子能更快地找到平衡位置.     

用调制的半导体激光直接检测^87Rb原子的0—0跃迁能级

在光抽运原子频标中,为了探测原子基态超精细0-0跃迁,传统上,在光抽运的同时,还需用微波腔提供射频场作共振激励。 近年来,直接利用周期性的激光脉冲所产生的相干共振来探测原子能级,而不必另外使用微波激励,已被证明是一种高分辩率的探测原子超精细能级的方法。人们正在探索这种纯光学的方法应用于研制原子频标的可能性。     

第Ⅰ类硅笼中M@Si20原子团的电子态研究

采用量子化学SCF—Xα—SW方法计算了第Ⅰ类Si基笼状化合物中M@Si20(M=□,Na,Zr,Cs,Ba,Ce)原子团的态密度,及各体系中Si原子的结合势。结果表明在原子团M@Si20中笼内金属原子M与笼上硅原子间的结合强度随金属原子不同而变化,结合方式依赖于金属原子M的电子结构。笼内原子的d轨道主要分布在完整晶体的导带底,此外另有少部分与价带结合。作为新型硅笼材料设计,探讨了构成笼内含Ce、Zr的硅笼材料的可能性。     

Ni对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响

用原子探针层析技术和时效模拟方法,研究了不同N i含量并且提高了Cu含量的反应堆压力容器(RPV)用模拟钢中富Cu、富N i和富Mn原子团簇的形成。结果表明,提高钢中的N i含量会促使富Cu原子团簇的析出,富Cu原子团簇中含有N i和Mn。实验检测到富N i的原子团簇,团簇中含有Cu和Mn,富N i原子团簇可以作为富Cu原子团簇析出时的形核区。实验还检测到富Mn原子团簇,当Mn原子团簇中含有较高的N i时,它也可以成为富Cu原子团簇析出时成核的地方。由于钢中的合金元素N i在形成富N i原子团簇后会成为富Cu原子团簇析出时成核区,因而提高N i的含量将促进富Cu原子团簇的析出,这是合金元素N i会增加压力容器钢中子辐照脆化敏感性的本质原因。     

单晶铜纳米切削过程的研究

采用分子动力学三维模型研究单晶铜纳米切削过程，工件原子间相互作用力和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算．通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、单位切削力和轴向切削力与切向切削力比值。发现在整个切削过程中有位错产生，在加工表面发生弹性恢复，但未发生切屑体积的改变，切屑以原子团方式去除，单位切削力和轴向切削力与切向切削力的比值比传统切削时大得多．单晶铜纳米切削过程是位错在晶体中运动产生的塑性变形．     

通过多圆孔衍射、干涉同时调控实现冷分子（或冷原子）囚禁的光学偶极阱

基于通过单圆孔衍射产生实现冷分子（或冷原子）光学囚禁的光阱,考虑多光束干涉因子及衍射因子的同时调控,研究单色平面波通过多圆孔产生实现冷分子（或冷原子）光学囚禁的光阱。首先运用圆孔衍射理论分析讨论了光学偶极阱的光强分布、光学势及偶极力,紧接着联想并推广到处于同一条直线上多孔（相邻两孔之间距离相等）的情况。通过类比（如类比光栅衍射）研究与推导,得到了单圆孔衍射时垂直于光轴平面上的光强分布公式,并进一步得到了多圆孔衍射的公式。导出了光强分布与光学系统参量（如照明光波的波长、小孔的孔径）间的解析关系,通过编程成功地在DTP平台上演示了出来。该方案将单圆孔实现原子囚禁进行了推广,在冷分子物理、原子光学、分子光学和量子光学等领域中有着广阔的应用前景。     

金属凝固过程中纳米级团簇结构的形成、演变与表征研究

采用分子动力学方法对含有100万个Na原子的液态金属大系统在凝固过程中纳米级团簇结构的形成与演变进行了模拟研究。采用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和原子团类型指数法（CTIM）的基本原子团表征了各种类型大团簇的结构组态。结果显示：在液态金属Na凝固过程中，与1551键型密切相关的（13364），（131102），（14248）等3种基本原子团及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用；凝固过程中形成的纳米级大团簇结构是由大小不同的中、小团簇及各种基本原子团相互连接而成，且大团簇结构内各种基本原子团的中心原子都是相互呈单键连接或多键连接，团簇结构内呈多键结合的中心原子的数目越多，该团簇越稳定；系统中各种类型团簇结构的数目具有明显的幻数特性，与Knight等人的实验结果甚为相符。     

高空光测系统误差的恒星法修正

在高空目标光学测量中,由于设备和环境条件的影响,数据存在一定的系统误差,系统误差修正是获取高精度位置参数的关键.针对高空光测系统误差修正问题,首先分析了80 km 以上目标光测数据的系统误差来源,建立了高空目标光测数据的系统误差模型,提出了基于恒星的修正方法,对大气折射误差和设备轴系误差进行联合修正.为验证方法的有效性,将该方法应用于实际高空光学测量,实验结果表明修正效果明显,可使系统误差修正精度提高到2″.     

TiAl基合金感应熔炼自由液面的变化规律研究

冷坩埚感应熔炼技术提高了钛铝基合金的熔体质量.对合金熔体在该熔炼中自由液面变化的认识,增强了对熔炼过程的控制优化.对Ti48Al(原子分数)进行了冷坩埚感应熔炼实验研究,采用十字钢板烧痕法测试了自由液面形状,计算了熔体自由液面高度,获得了Ti48Al自由液面形状随功率、炉料质量或者密度的经验公式.结果表明:增加功率或减少炉料质量均使自由液面高度增大;Ti48Al比相同熔体体积纯Ti的自由液面高度增加.与纯Ti比较,TiAl基合金的密度小、电导率大,增加功率、减少炉料质量不利于TiAl基合金获得稳定的熔体自由液面.     

我超冷化学量子模拟研究领域获重要进展

正中国科学技术大学潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等在超冷分子和超冷化学量子模拟研究领域取得重要进展,首次在实验上直接观测到超低温度下弱束缚分子与自由原子间发生的量子态可分辨的化学反应,并实现了其动力学的探测,从而向基于超冷分子的超冷量子化学研究迈进了重要一步。这一重要研究成果7月4日以研究长文的形式发表在国际权威学术期刊《自然·物理学》上。量子计算和模拟具有强大的并行计算和模拟能力,不仅为经典计算机无法解决的大规模计算难题     

第十九讲 真空溅射镀膜

正用高能粒子(通常是由电场加速的正离子)轰击固体表面,固体表面的原子、分子与入射的高能粒子交换动能后从固体表面飞溅出来的现象称为溅射。溅射出来的原子(或原子团)具有—定的能量,它们可以重新沉积凝聚在固体基片表面上形成薄膜,称为溅射镀膜。通常是利用气体放电产生气体电离,其正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材,击出阴极靶材的原子或分子,飞向被镀基片表面沉积成薄膜。     

液态金属Cu大系统快速凝固过程中微观结构转变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen多体势,对液态金属Cu的快速凝固过程进行了计算机模拟跟踪研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属Cu原子的成键类型和形成的原子团簇结构.研究发现,系统形成以1551、1541和1431 3种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和缺陷多面体基本原子团(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)在液态转变为非晶体过程中起到了关键性作用;系统所形成的纳米级团簇由一些基本多面体原子团相互连接而成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别.通过对双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团和平均原子体积的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×1014K/s时的非晶转变温度Ts约为673K.     

冷原子量子真空计量技术研究进展

超高/极高真空度测量技术在宇航科学、半导体制造、表面科学等领域具有广泛的应用。随着超冷原子技术的发展,利用冷原子损失率与气体压力之间的关系测量真空度,逐渐发展成一种新的真空测量方法——冷原子量子真空测量。在该方法中,冷原子损失率仅仅与冷原子和气体的碰撞截面有关,因此基于冷原子量子真空测量的方法有望发展出绝对真空计量技术。首先介绍了激光冷却和囚禁原子的基本概念以及磁光阱的结构和工作原理。其次,论述了冷原子量子真空计量技术的国内外研究现状、技术优势和关键技术。最后展望了冷原子量子真空计量技术的发展趋势。随着冷原子装置的小型化、商业化、普及化,这种新型量子真空计量技术有望应用到诸如航天器等需要高性能、轻量化、微型化装置的领域中。     

基于衍射光学器件的芯片尺度激光冷却原子研究

冷原子系统为量子精密测量过程提供了一种接近于静止的测量介质,从而避免了热原子工作介质中存在的频移和展宽,使得测量结果更加精确。但是目前量子精密测量系统中原子冷却部分体积庞大、结构复杂,不利于实现可分发量子计量标准系统的小型化。为了解决现有磁光阱系统复杂的问题,采取衍射光栅芯片与原子冷却俘获相结合的方案,通过线性光栅对单束入射光波进行相位调制,成功实现芯片尺度下原子的冷却。微小型化磁光阱核心芯片的制备,搭建了光学结构简单的磁光阱系统,为未来进一步实现磁光阱整体系统微小型化奠定了坚实基础。