一、求解广义含时振子严格波函数的新方法(论文文献综述)
白昕[1](2021)在《共轭分子链的透热化及非绝热动力学研究》文中认为共轭分子链广泛存在于化学、生物和材料等领域,其中的电荷传输等非绝热动力学过程决定了分子链的本征性质。由于全量子动力学和全经典动力学都无法对这些大扩展体系中的电子动力学过程进行有效模拟,混合量子-经典动力学得到了广泛关注。其中,轨线面跳跃方法易于与第一性原理电子结构计算结合,同时能给出很好的动力学细致平衡和清晰的物理和化学图像,已成为目前研究非绝热动力学的一种主流方法。然而,现有的面跳跃方法在描述大量势能面之间的复杂交叉方面存在根本困难,并对电子结构计算效率提出了很高的要求,还无法用于长分子链的非绝热动力学研究。本论文针对这两方面问题开展理论工作,并将开发的新方法用于DNA链中的电荷传输研究。在第一部分工作中,我们发现在传统的轨线面跳跃框架内,额外的退相干修正会大幅增加复杂势能面交叉的处理难度,并给出了这一问题的内在机制。我们进一步提出了限制退相干修正的基本策略,发展了限制退相干修正的自洽面跳跃方法,使非绝热动力学模拟的效率提高了50倍左右。该限制退相干方法具有很强的普适性,可以与全局流面跳跃、势能面交叉分类和子空间面跳跃等结合,进一步提升处理复杂非绝热动力学的数值稳定性和模拟效率。在第二部分工作中,我们提出了一种基于机器学习的透热化方法,可以快速可靠地构建柔性分子体系的透热哈密顿量。该方法不需要计算分子绝热态之间的非绝热耦合,只依赖于分子轨道波函数和能量,就可以对任意分子轨道训练相应的神经网络,独立地实现电子态的透热化。训练好的神经网络可以直接预测任意分子结构下的透热哈密顿量,而不需要进行额外的电子结构计算,大大减少了实时非绝热动力学模拟在电子结构方面的计算量和存储成本。在第三部分工作中,基于新发展的透热化和面跳跃方法,我们使用课题组自主开发的SPADE软件包,系统研究了DNA链内的电荷扩散动力学。DNA可以看作是重掺杂体系,我们的非绝热动力学模拟成功地重现了其中的复杂电荷传输机制,发现不同序列的导电能力相差多个数量级。针对基因组中大量存在的微卫星序列,我们系统地测试了局域和非局域电-声子耦合对动力学的影响,得到了飞秒至皮秒级的电荷转移速率,发现DNA序列导电性与其在基因组中的分布概率呈现一定程度的线性关系,且随物种演化有规律地变化。
张存[2](2021)在《对称石墨烯量子点的光电特性调制研究》文中认为石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots,GQDs)具有一系列的优点并且在光电器件、光催化、生物成像、细胞成像、药物输运和荧光探针等方面被广泛研究和应用,而影响GQDs的性能包括多方面。其中一个改变其性能的重要方法就是通过对GQDs掺杂或者对其表面进行修饰。对于氮掺杂型的GQDs已被广泛的研究,GQDs通过掺氮后其很多性能都发生了重要的改变,尤其是能带隙得到很大的改善。其中关于硼、硫掺杂GQDs也有不少报道,然而关于对称掺杂GQDs的研究和应用相对较少。我们则是通过对称性掺杂GQDs对电子性质与光学特性进行调制,本文主要内容包括以下几个方面:(1)探究GQDs的尺寸对其电子性质与光学特性的影响,对不同尺寸的GQDs的光电特性进行了研究。研究表明,随着GQDs的尺寸的扩大,结合能与比结合能也随之增大,HOMO-LUMO能隙值则随着GQDs团簇尺寸的增加而减小;尺寸的改变对红外光谱、拉曼光谱与紫外-可见吸收光谱有调制作用,并且随着尺寸的增加紫外-可见吸收光谱出现红移现象。(2)通过B/N单原子掺杂,了解不同位置的B/N掺杂对GQDs的电子性质与光学性质的影响。首先考虑相同原子掺杂情况下,不同的掺杂位置对GQDs的电子性质以及光学特性的影响;其次比较相同位置掺杂的情况下,分析不同的掺杂原子GQDs的电子性质以及光学特性影响。结果表明,随着B掺杂的位置越来越靠近边缘,能带隙呈现先减小后增大;N掺杂的位置越来越靠近边缘,能带隙呈现先增大后减小;B掺杂越靠近团簇边缘,吸收峰所处位置的波长变长,频率降低从而出现红移现象;N掺杂越靠近团簇边缘,吸收峰所处位置的波长变短,频率升高从而出现蓝移现象。(3)在正六边形GQDs的中心苯环处进行掺杂,利用B/N双原子的三种掺杂,包括B双原子掺杂、N双原子掺杂和BN杂原子掺杂,考虑到掺杂原子的对称性,每种掺杂又分别进行邻位掺杂、间位掺杂以及对位掺杂。利用相关量子化学计算软件,对这些掺杂GQDs的电子性质以及光学特性进行了研究。研究表明,无论何种掺杂,间位的能带隙都低于邻位与对位,并且邻位与对位的能带隙相差较小;无论何种掺杂,间位掺杂的吸收峰强度都低于邻位掺杂与对位掺杂,并且间位掺杂吸收峰对应的波长出现红移。
张屹[3](2021)在《基于显关联高斯基的电子、电子偶素与轻核原子低能弹性散射计算》文中研究说明冷原子技术的发展推动了物理学的重大进展,使人类第一次实现了玻色爱因斯坦凝聚体。得益于冷原子物理的发展,关注反物质与物质间相互作用的正电子物理也迅速发展壮大起来。结合这两大背景,一个非常值得关注的问题就是如何实现反物质的玻色爱因斯坦凝聚。电子偶素作为一个由物质(电子)和反物质(正电子)组成的束缚态系统,被认为是实现反物质玻色爱因斯坦凝聚的重要候选体系之一。而电子偶素寿命过短以及气体束流温度过高是阻碍实现电子偶素玻色爱因斯坦凝聚的主要因素。因此寻找适合的有助于实现反物质玻色爱因斯坦凝聚体的候选体系,或是提供新的冷却途径是正电子物理的重要研究前沿。本文从第一性原理出发,从头计算电子偶素与其他原子的相互作用对于实现这一过程非常有帮助。因此本文主要内容有:1.第一部分我们发展了基于显关联高斯基函数的投影方法,使该方法能正确应用于满足交换对称性的分子系统中。利用此改进的投影方法计算了激发态电子偶素和激发态电子偶素之间的近阈值共振态行为,第一次理论预言了 0+(A1)和0+(E)这两个双激发电子偶素分子的存在,双激发电子偶素0+(A1)态的能量是-0.12550 a.u.,对应于 Ps(2S)+Ps(2S)阈值。0+(E)态的能量是-0.099298 a.u.,对应于Ps(2S)+Ps(3S)阈值。此外我们利用复转动方法得到了两个态精确的共振位置和共振宽度。这些结构性质是将来电子偶素分子谱实验重要的参数。该工作发展的改进投影方法可以用于计算激发态电子偶素间的散射行为。2.第二部分中我们探索了激发态电子偶素分子间的散射过程,目的是通过计算激发态电子偶素(o-Ps(2S))间的散射长度来确定该体系能否形成稳定的玻色爱因斯坦凝聚。我们计划用稳定性约束变分法并结合投影算符方法计算激发态电子偶素之间的散射长度,初步确定(o-Ps(2S))和(p-Ps(2S))之间散射长度为正。之后利用量子亏损理论估算了(p-Ps(2S))的散射长度,也确认其散射长度为正。正的散射长度说明Ps(2S)态能够形成稳定的BEC。3.第三部分中为了探究电子偶素散射和电子散射的异同,利用约束变分法计算了自旋极化的电子、电子偶素和氦之间的散射特性。给出了这两个体系的散射相移及散射长度,并比较了两种散射过程的散射截面差异。同时在自旋极化的电子偶素和氦的散射过程中,电子偶素pickoff湮灭率为零,这限制了自旋极化的电子偶素和亚稳态氦的热力学过程,可能用于未来的电子偶素冷却过程。同时在自旋极化的电子和氦的散射过程中,发现了在入射动量在k=0.09 a.u.附近散射截面会出现一个“Ramsauer-Townsend”极小值。这些奇异性质和自旋极化系统有很强的相关性,我们推断了长程色散系数对于电子、电子散射过程的影响很大。4.第四部分中我们使用基于超球坐标的R矩阵传播方法研究了氦-氦-氚4He2T体系的超冷散射特性,得到了体系He-He-T→He2+T的三体重组率,弹性散射相移、截面以及散射长度,这些数据可能用于未来的冷原子实验中。同时超球坐标方法展现了计算三体系统的强大能力,结合显关联高斯基可以发展能够计算四体体系的超球四体方法,这对未来进一步研究电子偶素之间的散射很有帮助。
陆大宝[4](2021)在《电子束作用下固体和纳米材料中的电子激发研究》文中提出固体中原子的内壳层电子保留有元素依赖的特征能级信息,可以用作为材料元素种类的鉴定。与此不同的是,价电子往往通过公有化的方式存在整个材料体系中,它们最终形成的电子结构不仅依赖于原子的种类,而且与材料内原子的组合形态相关。材料中这些繁杂丰富的价电子结构赋予了材料不同的理化性质,例如导电性、光学性质和催化活性位点等等。如何对材料的价电子进行探测、表征与应用是目前凝聚态物理领域的研究重点之一。本博士论文的研究内容主要包括两个部分:一是从理论上发展了一套具有位置依赖的微束电子探针与材料非弹性相互作用的计算模拟方法。另一部分则是研究从实验二次电子能谱中找寻其在材料识别和非晶态碳材料的长程有序度表征的关键信息。具体内容如下:第一章总结和概述了研究电子与材料非弹性相互作用的几种理论框架,阐述了这些方法的适用范围以及优缺点,简要介绍了本文发展的半经典理论框架,最后回顾了二次电子激发理论的发展历程。第二章介绍了密度泛函理论的理论基础,包括基态密度泛函理论和处理激发态的含时密度泛函。第一性原理计算是本文中关于纳米团簇电子能量损失谱模拟表征局域激发性质的重要工具。首先回顾了经典的Hartree-Fock方法,然后引申出多电子相互作用体系中电荷密度的重要性。着重描写了密度泛函理论的思想基础,通过Hohenberg-Kohn第一定理和第二定理,建立一个无相互作用粒子体系来对应真实相互作用体系的求解思路。同时阐述了关于交换关联泛函的分类、赝势的构造和基组的三种类型表达。之后介绍了含时密度泛函的发展由来,着重介绍了通过Runge-Gross定理建立对含时外场与体系密度演化的一一对应关系,从而建立起了真实系统与无相互作用系统密度响应的关联。最后我们介绍了在含时密度泛函框架下利用线性响应技术计算材料光吸收的方法。第三章介绍了我们自主发展的一种半经典的理论模型,并运用于研究在汇聚电子束作用下纳米材料内电子的激发行为。这种方法可以有效地包含电子束的位置信息,从而解决了之前研究中难以考虑位置依赖信息的难题。使用此方法研究了 zigzag纳米石墨烯体系中等离激元激发贡献的来源。通过模拟的电子能量损失谱研究表明,该方法可以在亚埃尺度上表征材料内的电子激发情况,通过对不同入射位置的电子能量损失谱比较,指出边界态的激发的影响范围只有几埃。除此之外,针对超大体系电子能量损失谱的模拟,利用扩展的紧束缚哈密顿量模型,并结合投影势的计算技术,将位置依赖的电子能量损失谱模拟体系扩大到包含数千个碳原子的缺陷石墨烯超晶胞,从而解决了对超大体系进行位置依赖的电子能量损失谱模拟的困难。仔细地研究了单个氮原子、单个硼原子、单个碳空位下局域化杂质态的形成,模拟结果表明缺陷的存在还会导致体系π电子态重构。通过电子能量损失谱模拟发现电子束在缺陷位置入射时,氮(硼)掺杂可以有效地增强(抑制)电子激发的主峰强度,而碳空位缺陷则会导致低能激发的增强。大空间尺度下的电子能量损失谱模拟表明,石墨烯中单缺陷产生的电子激发局域影响通常在1个纳米以内。第四章对纳米石墨烯体系中单个碳原子杂化方式的改变对等离激元激发的影响进行了仔细地探讨。通过引入额外氢原子吸附的方式,发现内部或者边界碳原子从sp2杂化向sp3杂化转变时会明显的抑制体和边界等离激元的激发。进一步的分析表明,单个碳原子杂化方式的转变会造成诱导电荷和诱导电场的重构,并且这一现象即使在体系的尺寸达到2纳米时仍然显着。第五章中针对固体材料中二次电子发射问题,基于二次电子产生与固体电子结构存在关联性的思考,提出了在二次电子能谱中提取出可用于材料表征的特征信号思想。提出了更为科学的双对数微分谱处理方法,成功地提取出了隐藏在二次电子能谱中材料的指纹信息。结合机器学习中的支持向量机方法,在对50多种材料的识别中达到了 98%的识别精度。这一研究为构建基于二次电子的表面多分析手段打下了坚实的基础。第六章进一步将二次电子的双对数微分谱应用于sp2杂化的碳同素异形体的研究中,将之与俄歇电子能谱和反射电子能量损失谱对比,表明可以从二次电子能谱中提取出与材料长程序相关的信息。研究成果揭示了这些材料中二次电子激发具有同源性,运用相似性判据建立了基于双对数微分谱对非晶碳长程序的数值化表征技术。第七章中对本博士论文进行了系统的总结和展望。
李建[5](2021)在《铁基超导体中新奇电子态的核磁共振(NMR)研究》文中指出对电子-电子关联效应的理解是现代凝聚态物理的核心问题和主要任务。伴随电子关联而来的多种自由度间错综复杂的耦合可导致丰富的竞争或合作的有序态,形成复杂多变的相图。本论文以系列铁基超导体作为研究对象,利用脉冲核磁共振(NMR)技术来揭示和研究关联金属体系中出现的新奇物态,并分析了其可能对应的物理模型。首先作为结构最简单的铁基超导体,铁硒(FeSe)展现出了另类的相图演化,其中反常的电子向列序引发大量的研究且至今仍存在不少疑问。为此,我们对FeSe单晶开展了细致的NMR研究。我们合成了高丰度(98%)同位素57Fe的FeSe单晶样品,并首次同时测量了 57Fe与77Se的NMR谱图及自旋-晶格弛豫率。我们发现77Se与57Fe的奈特位移具有明显不同的温度依赖,在向列相中二者的奈特位移及自旋-晶格弛豫率的各向异性随温度的演化也不同。分析可知57Fe原子核可以直接反映Fe位的局域轨道构型,而77Se更多的受到3dxz,3dyz轨道态的影响。我们的实验揭示了 1.除了3ddxz,3dyz轨道的退简并,3dxy轨道在向列序中也发生了重构;2.FeSe具有洪特耦合诱导的轨道选择的电子关联,3dxy轨道的电子态在向列相中随着降温发生非相干到相干的渡越;3.非平庸的自旋-轨道耦合(SOC)效应导致FeSe的向列相中存在不小的局域自旋磁化率各向异性。这些结果表明FeSe中的电子向列相是一个自旋轨道纠缠的电子态,其中不同轨道的电子表现出不同的关联性并随着体系温度变化而出现相干-非相干之间的渡越。FeSe单晶在静水压下演化出了丰富难懂的相图且其超导转变相对于常压可被提高~4倍。另外,其中多种电子型有序间的竞争或合作效应一直是理论与实验关注的焦点,且不同实验手段的测量结果仍存在一些分歧。为此,我们对高丰度57Fe的FeSe单晶样品进行了低压范围内(pmax~2.1 GPa)细致的变压NMR研究。通过比对77Se与57Fe的NMR谱线随静水压的演化我们揭示了长期被遗落的低压下的磁有序预相变过程,而其超导转变与低温低能自旋涨落随静水压的演化表明超导配对机制也发生了相应的变化。另外,基于NMR实验证据,FeSe的电子态随静水压变化也会发生非平庸与磁有序相关的渡越,其中高压下的电子向列序就与FeAs类的具有显着自旋涨落及低温磁有序的向列序相类似。这些结果有助于进一步理解铁基超导体丰富电子性质的起源,并提供了建立统一的物理图像的视角。FeSe及其衍生类材料体系的超导转变具有高度可调性,而常压下FeSe单晶的超导态本身也具有许多非常规的奇异特性。之前的NMR研究由于射频加热效应未能对FeSe单晶的超导态进行完备的表征。为此,我们首次合成了高丰度(50%)同位素77Se的FeSe单晶样品并采用极低功率的射频脉冲对其超导态进行了系统的规避了射频加热效应的NMR测量。我们在所有外场取向下都观测到了与电子自旋磁化率相关的Knight位移的下降,这排除了手征p-波超导配对的可能性。此外,我们在FeSe超导态的磁通晶格中发现了大量的剩余态密度及极度的NMR谱线展宽,这些结果表明FeSe超导态的磁通晶格中出现了十分反常的束缚态。这些实验现象可能与FeSe超导配对处于Bardeen-Cooper-Schrieffer超流机制与Bose-Einstein凝聚(BCS-BEC)渡越区的特征相关,但仍需进一步的理论与实验研究。这些改进的NMR结果为相关理论模型提供了重要的限定及参考。铁基超导体的准二维特征使其十分易于解离、撕薄、插层和形成复杂的共生结构。我们利用NMR的位置选择性对复杂异质结构铁基超导体Ba2Ti2Fe2As4O不同层的物理性质进行了细致的研究。经过系统的角度依赖的NMR谱的测量,我们将之前一直未能确定的发生于~125 K之下的电子相变确认为[Ti2As2O]层中的二维特征的轨道玻璃态。另外,借助NMR的超高分辨率我们首次在该体系中揭示了更低温度下的轨道有序转变及其伴随的结构畸变。类似于电子向列相,其在低温下也出现了相互正交的有序畴区。我们在[Fe2As2]层中还观测到了磁有序与超导的共存。总之,该体系中出现的丰富的电子态使其可作为探索轨道调控及异质结构铁基超导体层间耦合作用物理性质的平台。更多的微观机理仍需大量的理论与实验上的努力。我们也初步的研究了重空穴掺杂的铁基超导体CsFe2As2中Fe位的NMR信号。相关实验证据表明该体系中存在明显的轨道选择的电子关联性以及可能的电子向列序或短程磁有序。另外,我们对系列低超导转变温度的FeSe单晶样品进行了系统的NMR表征。我们发现FeSe单晶的超导态正相关于低温下浮现的强的低能自旋涨落,而其与电子向列序似乎关系不大。这些研究对于厘清FeSe中电子态的本征行为以及主导各电子型有序的关键物理机制具有重要的指导意义。
向俊翔[6](2021)在《二维材料光学性质与磁学性质的第一性原理研究》文中指出二维材料只有一个或几个原子的厚度,这使得量子限域效应非常明显,进而催生出许多与对应块体材料截然不同的新性质。同时二维材料的范围也随着持续不断的研究而日益扩大。二维材料繁多的种类、多样的特性以及优异的可堆叠性为实现不同领域中各式各样的应用提供了无限可能。本论文的主要工作是从第一性原理出发结合经典理论在较大尺度及有限温度下研究二维材料的光学和磁性性质。在第一章中,本论文首先回顾了二维材料的发展历程以及目前对二维材料光学性质、磁性性质的研究情况。然后简单介绍了第一性原理材料计算的基本理论和微磁学模拟的基本理论。最后介绍了在二维材料研究中的一些常见的磁电输运测试方法。第二章介绍了利用第一性原理计算和亥姆霍兹-基尔霍夫衍射定律对MoS2光栅进行的研究工作。通过模拟计算本章节证明了利用一维的MoS2光栅可以完成对面内双轴应变的测量,且测量精度可以达到1‰。第三章介绍了利用第一性原理和极化子模型对Co掺杂MoS2的磁性进行的研究工作。通过第一性原理本章节得到了极化子模型中的交换常数,并进一步计算出了极化子间自旋夹角余弦值的热力学平均值与温度的关系,进而推测出Co掺杂MoS2在不同温度下的磁性。进一步的实验测试得到了与模拟一致的结果。第四章介绍了利用第一性原理和微磁学模拟方法对单层MnPS3的磁动力学性质进行的研究工作。通过模拟获得的M-H、M-T曲线,本章节得到了与实验一致的磁性参数。通过进一步模拟,本章节得到了单层MnPS3的反铁磁共振谱和自旋波传播色散关系。第五章介绍了本论文为未来将会进行的二维材料磁电输运性质的实验研究设计搭建的低温磁电输运测试系统。这一部分详细介绍了从设备选择到设备集成再到测试程序编写的全部历程并展示了在这套系统上完成的实际测试的结果。在第六章中,我们先对本论文的内容做了总结,然后对未来可能的进一步研究工作进行了展望。
叶盛[7](2021)在《蛋白质分子光谱的理论模拟与人工智能预测》文中指出蛋白质分子是生命的基石。生物系统的各种功能,依赖于各种蛋白质分子不同形式和程度的表达。认识分子的功能,建立在对其结构的精准认识的基础上。特别是,揭示蛋白质分子动态过程中的结构变化,是理解具体环境中的蛋白质性质机理的关键。如何获得蛋白质动态过程的结构信息,以建立蛋白质分子精准的构效关系,是蛋白质结构研究的核心问题。分子光谱技术是研究物质结构最重要最广泛的手段之一,实验上通过测量分子与光照辐射相互作用的响应信号,结合量子化学计算可以获得分子体系精确的结构信息。然而对于蛋白质体系而言,量子化学计算模拟其光学响应信号是十分困难的,原因在于蛋白质往往含有成千上万个原子,对其使用量子化学模拟计算成本高昂,其次,蛋白质的生命功能主要取决于其自身结构的动态演变,这就意味着我们需要对上千个蛋白质动态构型做昂贵的量子化学计算,如此大的计算量成为蛋白质光谱理论模拟的最大瓶颈。这大大限制了实验光谱的解读,也严重制约了实时谱学探测技术的发展。因此,发展快速响应并实时探测蛋白质动态结构的分子光谱技术是生物化学领域的一个关键科学问题。本论文将数据驱动的机器学习方法与电子密度泛函计算、分子动力学模拟相结合,发展了替代量子化学计算生物大分子电子结构、激发态和相互作用的新方法,建立了蛋白质谱学响应与结构变化之间的构效关系,实现了快速有效的从蛋白质结构预测光谱信号。主要分为以下五个部分:第一章介绍了蛋白质分子光谱技术的发展。蛋白质分子的结构探测一直是蛋白质科学研究的核心。实验上发展的分子光谱技术被广泛用于表征探测蛋白质的结构信息。然而,蛋白质分子光谱的理论模拟面临严重的计算瓶颈问题,由于蛋白质在溶液中的结构是溶质分子与周围环境相互作用的整体效果的反映,既要计算大量的纳米尺度肽键的局域光电响应和分子间电子相互作用,还要考察几百纳米以上的蛋白质空间构象受到环境外场的影响,同时也要模拟激发态电荷在跨尺度体系内的演化过程,如此大的计算量给蛋白质光谱的理论模拟带来了巨大的挑战。随着大数据时代的到来,基于精确可控的科学数据进行训练的人工智能技术正在成为物理化学研究的强有力工具,为蛋白质光谱的理论模拟提供了新的路径。第二章介绍了密度泛函理论。密度泛函理论通过构建求解多电子体系的Kohn-Sham方程来获得体系的性质,随着众多不同而种类交换-相关泛函的提出,密度泛函理论成为了量子化学中应用最广泛且实用性最高的方法,随后我们介绍了用于体系激发态性质模拟的含时密度泛函。第三章介绍了分子动力学理论。随着体系原子数目的不断增加,使用量子力学计算体系的性质会变得越来越困难,尤其当模拟的对象是蛋白质这种生物大分子的体系时,严格的量子力学处理几乎是不可能的。而分子动力学方法使用经典力学的势函数来描述原子相互作用,是模拟蛋白质等生物大分子的主要理论框架之一。第四章介绍了使用机器学习方法结合传统的量子化学计算用来模拟蛋白质肽键电子性质的工作。蛋白质的结构是由肽键组成的基本骨架上面连接着不同种类的氨基酸残基组成的,其中蛋白质肽键骨架的紫外吸收光谱常被用于探测蛋白质的二级结构信息。然而理论模拟蛋白质肽键骨架的紫外光谱一直存在着严重的计算瓶颈,我们通过使用神经网络技术训练构建了蛋白质肽键模型分子基态结构信息与其电子激发态性质之间的构效关系,可以高效准确地预测蛋白质肽键的紫外光谱。第五章介绍了一种使用机器学习方法结合传统的量子化学计算用于预测蛋白质红外光谱的研究工作。在这个研究中,我们开发了一种基于高精度量子化学计算数据的机器学习流程,该流程仅需要输入蛋白质的基态结构信息,就可以快速准确的预测其酰胺I带的红外光谱,并且预测结果与实验测定的光谱很好的吻合。与传统的量子化学计算相比,我们这里开发的机器学习模型大大的提高了蛋白质红外光谱的模拟速度。更重要的是,我们这里建立的神经网络模型具有优秀的迁移性,它可以快速的预测机器学习训练集范围之外的蛋白质红外光谱信号,从而准确的分辨出不同蛋白质的二级结构,并且还可以模拟不同环境状态下蛋白质红外光谱的信号变化,考察温度对蛋白质红外光谱的影响、以及利用预测的谱学信号跟踪蛋白质的折叠过程。
熊标[8](2020)在《光力系统非经典效应及其应用的理论研究》文中提出光力系统由腔场与介观或宏观的机械振子组成。该系统可以用来研究微观宏观纠缠、超灵敏测量、量子信息存储,是一个重要的器件。本文以光力系统为研究对象,探究该系统的机械振子噪声压缩、猫态制备、量子三极管与量子照明,这些问题在量子信息存储与超灵敏探测中起着重要的作用。本文首先介绍量子物理和腔光力学的发展背景,近期进展及概况。给出本文的研究动机、研究内容以及各章节的安排。介绍与本文研究内容相关的基础知识,包括量子光学基础、开放量子系统基础及腔光力系统基础。在此基础上开展了以下几个方面的研究工作:探索利用非马尔科夫环境增强机械振子的压缩(见第三章),通过解析与数值计算,发现与振子相互作用的腔模和非马尔科夫库能够诱导振子的有效参量放大项,从而实现振子压缩。提出了利用李雅普诺夫控制实现对振子超过3分贝的压缩的方案(第四章)。设计振子的含时调制,导出振子的动量方差在弱耦合的参数区域下可以单调递减而不会发散,从而实现了机械振子超过3分贝的压缩。并且进一步给出了通过辅助腔模来实现振子频率的含时调制的方法。研究在非可解边带下,实现振子的强压缩问题(见第5章)。通过引入一个非线性介质,发现量子反馈加热可以完全被移除,此时量子反馈冷却极限不受腔泄漏率的影响,从而即使在非可解边带参数区域,仍然可以实现缀饰模的基态冷却,相应地,通过缀饰模冷却和参量放大的联合效应,可以实现强的机械振子压缩。提出一个实现两个机械振子的纠缠猫态的方案(见第六章)。通过对两个光力腔引入可调耦合,实现平均声子数很大,纠缠度很高的纠缠猫态。结果指出在开放系统下,虽然系统的耗散和环境的热激发都会破坏方案制备纠缠猫态,但是在优化的参数条件下,方案仍然能够高保真度地制备振子的纠缠猫态。提出了利用光力系统来构造量子三极管的方案,见第七章。通过分析基极输入量子信号和经典信号两种情况,分析了三个端口的行为。在基极输入量子信号的情况下,利用迭代的方法,证明了集电极和基极的信号可以通过三体相互作用传输到发射极,且透射大于反射。在基极输入经典信号的情况下,基于不同的参数条件,分别可以得到集电极和发射极之间光学分束器型相互作用和参量型相互作用,通过分析输入输出的关系,证明了这两种情况都能实现量子三极管的功能。考虑在电-力-光耦合系统的光力腔中,引入一个OPA晶体来提高微波量子照明,见第八章。结果显示加入的OPA晶体可以增强输出的光场和微波场的纠缠,从而增强微波量子照明,降低探测的错误率。即使目标物体的反射率很低,方案仍然具有较高的信噪比和较低的错误率。与传统的相干态微波雷达相比,方案具有明显的优势。这些研究对于光力系统作为重要的量子器件具有理论意义。
刘伟[9](2020)在《非凸问题鞍点计算的新算法及其应用研究》文中提出本文研究非凸问题鞍点计算的新算法及其应用,主要内容分为四个部分.第一部分,我们研究计算无约束鞍点的基于新的优化策略的局部极小极大方法(LMM).首先,我们给出一类推广的局部极小极大原理,并从连续动力学的角度理解LMM能以稳定方式计算不稳定鞍点的数学本质.然后,我们在使用一般下降方向的LMM算法框架下,系统地讨论各种步长搜索准则的可行性,并建立完整的全局收敛性结果.这使得各种高效的优化策略可以应用到LMM算法中.特别地,我们提出全局收敛的Barzilai-Borwein(BB)型LMM、共轭梯度型LMM和L-BFGS型LMM三类新的LMM算法,用于改进传统LMM算法的计算效率.最后,我们将新的LMM算法应用于几类半线性椭圆边值问题、带非线性边界条件的椭圆问题和Kirchhoff型拟线性非局部问题的多解计算,并比较不同LMM算法的数值性能.广泛的数值结果表明,这三类新的LMM算法能显着地提高传统LMM算法的计算效率.第二部分,我们研究计算无约束鞍点的基于新的优化策略的虚拟几何对象型LMM(VGOLMM).首先,基于对一类广义的VGOLMM动力系统的分析,我们提出使用一般下降方向的广义VGOLMM算法框架,并在这一框架下讨论不同步长搜索准则及相应的全局收敛性.许多高效的优化策略可以用于实现该VGOLMM算法框架.由于BB策略的简单性和高效性,我们提出使用BB型步长的VGOLMM算法.最后,我们将新的VGOLMM算法应用于散焦型非线性Schr?dinger方程和一类Allen-Cahn型奇异摄动Neumann问题的多解计算,得到了丰富的数值结果.数值结果表明,使用BB型步长的VGOLMM算法比原始VGOLMM算法的收敛更快.第三部分,我们研究计算玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)基态解的精确、高效的新算法.BEC的基态解通常定义为相应的Gross-Pitaevskii(GP)能量泛函在某些约束条件下的最小值点,离散归一化梯度流法(GFDN,或虚时间演化法)是计算BEC基态解的最主要的方法之一.我们以单组分BEC和spin-1 BEC模型为例,通过分析和数值实验说明,采用基于GFDN的几种典型时间离散格式计算BEC基态往往会得到误差依赖于时间步长的不准确的结果,这是本文的一个重要发现.为了改进GFDN,我们提出计算BEC基态解的带Lagrange乘子的梯度流法(GFLM),并证明基于GFLM的各种典型的时间离散格式均能与基态解的Euler-Lagrange方程精确匹配.进一步,我们将GFLM推广到具有挑战性的一般spin-F BEC模型,并研究确定投影常数的方法.由于精确投影方法往往在计算上比较复杂或缺乏投影常数的存在唯一性保证,我们提出两类非精确投影策略,使得投影常数可以直接显式计算,并估计它们的约束违反度.最后,我们给出spin-1,spin-2和spin-3情形的广泛的数值结果以及观测到的一些非常有趣的基态现象.第四部分,我们研究计算约束鞍点的新算法并应用于BEC激发态计算.首先,我们提出计算一般约束鞍点的约束最柔上升动力学(CGAD)方法,证明其稳定平衡点是具有对应指标的约束鞍点,并对一类理想化的CGAD建立约束鞍点附近的局部指数收敛性.然后,我们将CGAD应用到BEC模型的激发态计算.由于BEC的激发态对应于GP能量泛函在某些约束条件下的能量高于基态的临界点,因此GP能量泛函的约束鞍点一定是激发态解.我们应用CGAD计算单组分BEC模型对应的GP能量泛函在单位球面约束下的鞍点,并设计基于(半隐)向后向前Euler时间离散格式和Gram-Schmidt正交规范化过程的高效数值格式.最后,我们基于一维和二维数值实验,发现了一些新的激发态解和有趣的物理现象.
刘东晓[10](2020)在《温稠密金流体的金属-非金属转变理论模拟与实验研究》文中研究说明温稠密物质广泛存在于行星内核及惯性约束聚变的内爆路径中,温稠密物质的物性参数对于理解行星内部磁场的产生以及惯性约束聚变的靶设计具有重要的意义。温稠密物质中的金属-非金属转变是极端条件下材料物性研究中的重要科学问题,而直流电导率是判断温稠密物质中金属-非金属转变是否发生的最直接依据。当前对于温稠密物质中的直流电导率往往是通过测量光学反射率结合Drude模型获得,但在金属-非金属过渡区由于传导电子的局域化,Drude模型不再适用,通过Drude模型获得直流电导率的方法失效。金属-非金属转变还可通过光学反射率进行判断,通过光学反射率的变化特征结合电导率的理论计算判断金属-非金属转变的发生。本论文从理论和实验两个方面对温稠密金流体在膨胀过程中的金属-非金属转变过程进行了研究,利用基于第一性原理的分子动力学对温稠密物质物性参数进行了计算,在实验上分别基于黑腔内的硬X射线和基于短脉冲质子束的加热产生了温稠密金流体,利用VISAR分别获得了时间分辨的膨胀速度和反射率,结合一维辐射流体模拟和第一性原理的计算分别计算了膨胀路径上的直流电导率和光学反射率,并与实验结果进行了比较。具体的研究内容包括以下几个方面:1.采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学对膨胀的温稠密金流体在从固体密度到六分之一固体密度、温度范围在5000K-20000K的热力学区间,计算了其结构参数、光学参数和电学参数。研究发现随着密度的减小,其动态电导率由金属特征变成非金属的特征。根据计算的动态电导率通过Drude模型或Drude-Smith模型拟合出直流电导率。根据中心峰值的移动、直流电导率对温度斜率的改变以及电荷密度分布中出现非连接的“网络”判断膨胀金流体的金属-非金属转变发生在三分之一固体密度处。2.利用黑腔内的L带X射线对金样品加热产生温稠密金流体,结合光学反射率测量和第一性原理的计算研究了其在膨胀过程中的金属-非金属转变过程。通过VISAR诊断反射层的膨胀速度结合一维辐射流体模拟获得反射层的平均密度和平均温度,利用第一性原理方法计算了温稠密金流体在不同平均密度下介电函数,然后通过求解Helmholtz方程计算了反射层在演化过程中的反射率变化,并与实验测量的反射率进行了比较。根据时间分辨的光学反射率的突变,计算了反射层的平均直流电导率,其计算结果小于2000S/cm,据此判断反射率的突变点发生了金属-非金属转变。3.在星光Ⅲ装置上利用皮秒激光与圆筒靶作用产生的准直质子束对金样品等容加热,产生了温稠密金流体;通过VISAR诊断的膨胀速度结合一维辐射流体模拟,判断被质子束加热的金样品的温度达到1.4eV;结合第一性原理计算的介电函数和Helmholtz方程计算了温稠密金流体在膨胀过程中的反射率演化并与实验测量的反射率进行了比较,发现计算的反射率要明显低于实验测量结果;反射率的差异主要来自于基于第一性原理计算的介电函数存在的能量偏移。
二、求解广义含时振子严格波函数的新方法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、求解广义含时振子严格波函数的新方法(论文提纲范文)
(1)共轭分子链的透热化及非绝热动力学研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 非绝热动力学与面跳跃方法 |
1.1.1 最少面跳跃方法 |
1.1.2 全局流面跳跃方法 |
1.2 透热电子态与透热化方法 |
1.2.1 透热电子态 |
1.2.2 透热化方法 |
1.3 共轭分子链与电荷传输机制 |
1.4 本论文的研究内容和意义 |
2 复杂势能面交叉的面跳跃方法 |
2.1 引言 |
2.1.1 自回避交叉和平凡交叉 |
2.1.2 扩展体系中的势能面交叉 |
2.1.3 传统最少面跳跃方法的改进 |
2.1.4 退相干修正方法 |
2.2 限制退相干修正的自洽面跳跃方法 |
2.2.1 退相干修正加剧的平凡交叉问题 |
2.2.2 限制退相干修正的自洽面跳跃方法 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 动力学时间步长的收敛性 |
2.3.2 典型的电子波函数演化轨迹 |
2.3.3 退相干方法和P_c对动力学时间步长收敛性的影响 |
2.3.4 退相干修正对电荷扩散动力学的影响 |
2.3.5 迁移率随温度变化的关系 |
2.3.6 核振动的量子效应 |
2.4 小结 |
3 基于机器学习的柔性分子体系透热化方法 |
3.1 引言 |
3.2 基于机器学习的透热化方法 |
3.2.1 参考分子轨道的相位修正 |
3.2.2 原始分子轨道的态匹配和相位修正 |
3.2.3 通过机器学习对离域分子轨道透热化 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 DNA链的透热化 |
3.3.1.1 分子动力学模拟及刚性构型拟合 |
3.3.1.2 电子结构计算和参考分子轨道的相位修正 |
3.3.1.3 原始分子轨道的态匹配和相位修正 |
3.3.1.4 使用机器学习预测离域分子轨道的透热态 |
3.3.2 单碱基的透热轨道能量 |
3.3.2.1 神经网络训练 |
3.3.2.2 泛化能力评估 |
3.3.3 碱基对的透热电子耦合 |
3.3.3.1 神经网络训练 |
3.3.3.2 泛化能力评估 |
3.3.3.3 与文献的比较 |
3.3.4 位点能和电子耦合的谱密度 |
3.4 小结 |
4 DNA链的电荷传输研究 |
4.1 引言 |
4.2 解析透热哈密顿量的构建 |
4.2.1 局域电-声子耦合 |
4.2.2 非局域电-声子耦合 |
4.3 DNA链的电荷传输模拟 |
4.3.1 动力学方法和参数收敛性测试 |
4.3.2 局域电-声子耦合对电荷传输的影响 |
4.3.3 非局域电-声子耦合对电荷传输的影响 |
4.3.4 双链(ABC)_n型DNA的电荷迁移率 |
4.3.5 DNA中的电荷传输机制 |
4.3.6 DNA导电性与重复序列分布概率之间的关系 |
4.4 小结 |
5 总结与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
(2)对称石墨烯量子点的光电特性调制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 引言 |
§1.2 GQDs的研究现状 |
§1.2.1 GQDs的电子输运研究 |
§1.2.2 GQDs光致发光性能调控研究 |
§1.2.3 GQDs在医学上和光催化方面的应用 |
§1.2.4 GQDs的其他方面的研究 |
§1.3 本课题的选题背景和研究内容 |
第二章 基础理论与计算方法 |
§2.1 前言 |
§2.1.1 非相对论近似 |
§2.1.2 Born-Oppenheimer近似 |
§2.1.3 单电子近似 |
§2.2 密度泛函理论 |
§2.2.1 Hohenberg-Kohn定理 |
§2.2.2 Kohn-Sham能量和方程 |
§2.2.3 交换关联能泛函 |
§2.3 含时密度泛函理论 |
§2.3.1 Runge-Gross定理 |
§2.3.2 电子激发能计算 |
§2.4 Gaussian16 软件介绍及基组的选择 |
第三章 不同尺寸GQDs的电子特性与光学性质研究 |
§3.1 计算方法与模型建立 |
§3.2 结构优化分析 |
§3.3 不同尺寸GQDs对电子性质的调制 |
§3.3.1 结合能 |
§3.3.2 HOMO-LUMO能带隙 |
§3.4 不同尺寸GQDs对光学性质的调制 |
§3.4.1 红外光谱 |
§3.4.2 拉曼光谱 |
§3.4.3 紫外-可见吸收光谱 |
§3.5 本章小结 |
第四章 B/N单原子掺杂GQDs的电子特性与光学性质研究 |
§4.1 计算方法与模型建立 |
§4.2 结构优化分析 |
§4.3 B/N单原子掺杂GQDs对电子性质的调制 |
§4.3.1 结合能 |
§4.3.2 HOMO-LUMO能带隙 |
§4.4 B/N单原子掺杂GQDs对光学性质的调制 |
§4.4.1 红外光谱 |
§4.4.2 拉曼光谱 |
§4.4.3 紫外-可见吸收光谱 |
§4.5 本章小结 |
第五章 B/N邻,间,对位双原子掺杂GQDs的电子特性与光学性质研究 |
§5.1 计算方法与模型建立 |
§5.2 结构优化分析 |
§5.3 B/N邻,间,对位双原子掺杂GQDs对电子性质的调制 |
§5.3.1 结合能 |
§5.3.2 HOMO-LUMO能带隙 |
§5.4 B/N邻,间,对位双原子掺杂GQDs对光学性质的调制 |
§5.4.1 红外光谱 |
§5.4.2 拉曼光谱 |
§5.4.3 紫外-可见吸收光谱 |
§5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
参考文献 |
附录 |
附录1 |
附录2 |
附录3 |
致谢 |
作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
(3)基于显关联高斯基的电子、电子偶素与轻核原子低能弹性散射计算(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 弹性散射简介 |
1.2 电子与轻核原子的低能弹性散射 |
1.2.1 电子与氢原子散射 |
1.2.2 电子与氦原子散射 |
1.3 正电子与轻核原子的低能弹性散射 |
1.3.1 正电子与氢原子散射 |
1.3.2 正电子与氦原子散射 |
1.4 电子偶素与其他轻核原子的散射 |
1.4.1 电子偶素和氢原子散射 |
1.4.2 电子偶素和氦原子散射 |
1.4.3 电子偶素和电子偶素之间的散射 |
1.5 显关联高斯基函数的应用与推广 |
1.6 行文安排 |
第2章 理论方法 |
2.1 显关联高斯基函数的数学形式 |
2.2 随机变分法 |
2.3 约束变分法 |
2.4 超球坐标表示 |
第3章 双激发态电子偶素分子 |
3.1 正交贋投影方法 |
3.2 电子偶素分子置换对称性 |
3.3 复转动方法 |
3.4 计算结果与讨论 |
3.4.1 电子偶素负的双激发态 |
3.4.2 A_1对称性下的双激发电子偶素分子 |
3.4.3 E对称性下的双激发电子偶素分子 |
3.5 结论 |
第4章 电子偶素原子间散射 |
4.1 稳定性方法 |
4.2 量子亏损理论方法 |
4.3 计算结果与讨论 |
4.3.1 基态电子偶素间散射 |
4.3.2 激发态电子偶素间散射 |
第5章 自旋极化的电子和电子偶素与氦的散射 |
5.1 改进的约束变分法 |
5.2 电子偶素和亚稳态氦的范德瓦尔斯系数 |
5.3 计算结果与讨论 |
5.3.1 自旋极化的电子、电子偶素与氦的散射相移 |
5.3.2 自旋极化的电子、电子偶素和氦的散射长度计算 |
5.3.3 自旋极化的电子、电子偶素和氦的S波散射截面计算 |
5.4 结论 |
第6章 超球坐标表示下的氦-氦-氚三体散射计算 |
6.1 氦-氦-氚超球势曲线 |
6.2 氦-氦-氚三体重组率 |
6.2.1 氦-氦-氚三体散射参数 |
6.3 结论 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
作者简历 |
1 已发表的学术论文 |
致谢 |
(4)电子束作用下固体和纳米材料中的电子激发研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 电子探针技术的应用 |
1.2 电子-电子(e-e)相互作用 |
1.2.1 经典方法 |
1.2.2 全量子方法 |
1.2.3 半经典方法 |
1.2.4 二次电子发射的研究概述 |
1.3 本论文的主要研究内容 |
第2章 密度泛函理论介绍 |
2.1 密度泛函理论 |
2.1.1 Hartrce-Fock(HF)理论 |
2.1.2 密度泛函理论(DFT) |
2.1.3 含时密度泛函理论(TDDFT) |
2.1.4 TDDFT计算材料的光吸收 |
2.2 本章小结 |
第3章 石墨烯材料中电子激发的局域表征 |
3.1 纳米石墨烯的边界态激发表征 |
3.1.1 研究方法 |
3.1.2 中心位置入射 |
3.1.3 对比光学结果 |
3.1.4 不同位置入射 |
3.1.5 线扫描以及edge等离激元的分布范围 |
3.1.6 小结 |
3.2 石墨烯中单缺陷附近的局域激发表征 |
3.2.1 研究方法 |
3.2.2 结果和讨论 |
3.2.3 小结 |
第4章 氢吸附对纳米石墨烯等离激元激发的影响 |
4.1 研究背景 |
4.2 研究方法 |
4.3 不同几何结构的石墨烯 |
4.4 额外氢吸附对等离激元激发的影响 |
4.4.1 光场极化平行与纳米石墨烯 |
4.4.2 光场极化垂直与纳米石墨烯 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于二次电子信号的材料识别 |
5.1 研究背景 |
5.2 实验条件以及数据采集 |
5.3 不同材料的二次电子能谱模式 |
5.3.1 N(E)模式 |
5.3.2 EN(E)模式 |
5.3.3 N'(E)模式 |
5.3.4 归一化N(E)能谱模式 |
5.4 二次电子信号的“指纹信号”提取 |
5.4.1 入射能量的敏感性 |
5.5 机器学习在基于二次电子信号对材料进行识别中的应用 |
5.5.1 机器学习的应用背景 |
5.5.2 二次电子能谱的复杂性 |
5.5.3 材料识别 |
5.6 强鲁棒性 |
5.6.1 一定时间间隔后测量能谱的识别 |
5.6.2 扫描电子显微镜环境下的鲁棒性测试 |
5.6.3 同素异形体材料以及同种单晶不同晶面 |
5.7 本章小结 |
第6章 二次电子在碳同素异形体材料的长程有序度的表征 |
6.1 研究背景 |
6.1.1 碳材料的丰富种类和应用 |
6.1.2 以往的相关研究 |
6.2 sp~2碳材料样品 |
6.3 sp~2碳材料的电子能谱 |
6.3.1 二次电子EN(E)模式谱 |
6.3.2 Auger电子EN(E)模式谱 |
6.3.3 碳材料的反射电子能量损失谱 |
6.3.4 碳材料的DDLS模式谱 |
6.3.5 相似性判定和长程序数值化表征 |
6.4 小结 |
第7章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(5)铁基超导体中新奇电子态的核磁共振(NMR)研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 关联金属与铁基超导体 |
1.1 关联金属 |
1.1.1 从自由电子气到关联金属(“适度的自由更有趣”) |
1.1.2 从局域自旋链到关联金属(“让电子动,情况会很不一样”) |
1.1.3 局域轨道构型所扮演的作用以及自旋-轨道耦合效应 |
1.2 铁基超导体 |
1.2.1 铁基超导体的晶体结构,电子结构及相图演化 |
1.2.2 铁基超导体中电子系统物理性质的实验证据及指示 |
1.2.3 铁基超导体的超导特性 |
1.2.4 铁基超导体的理论模型 |
1.2.5 铁基超导体中悬而未决的问题及可能的研究方向 |
第2章 核磁偶/电四极矩共振的基本原理,实验方法及对关联金属体系的探测 |
2.1 核磁共振的基本原理 |
2.1.1 原子核的低能自由度与晶体中的核自旋系统(“来自原子核的信使”) |
2.1.2 原子核与电子的超精细相互作用(“核自旋与电子共舞”) |
2.1.3 空间结构因子与三大时间尺度(“核自旋眼中电子的远近动静”) |
2.2 核磁共振实验平台与脉冲核磁共振实验技术 |
2.2.1 低温核磁共振实验平台 |
2.2.2 脉冲核磁共振实验技术 |
2.2.3 实验装置,实验设置及测量方法 |
2.3 NMR/NQR对关联金属体系电子性质的探测 |
2.3.1 NMR/NQR对电子序的测量 |
2.3.2 NMR/NQR对低能涨落(电子结构不稳定性及态密度)的测量 |
2.3.3 NMR/NQR对非常规超导态的表征 |
第3章 铁基超导体FeSe中自旋-轨道交织的电子向列序 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 样品生长及基本物性表征 |
3.2.2 NMR测量装置,设置及流程 |
3.3 实验结果及分析 |
3.3.1 ~(57)Fe的奈特位移的各向异性:轨道依赖的自旋磁化率 |
3.3.2 超越平庸铁磁轨道序的轨道重构 |
3.3.3 自旋空间各向异性的证据:均匀自旋磁化率 |
3.3.4 自旋空间各向异性证据:动态自旋磁化率 |
3.3.5 相关实验结果的分析细节 |
3.4 讨论 |
3.5 结论及本章小结 |
第4章 静水压下FeSe中电子向列序的演化及磁有序预相变(短程磁有序) |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 样品生长及基本物性表征 |
4.2.2 高压NMR测量装置,设置及流程 |
4.3 实验结果及分析 |
4.3.1 电子向列序随静水压的演化 |
4.3.2 ~(57)Fe位NMR谱线的各向异性及磁有序预相变 |
4.3.3 超导转变随压力的演化及其与磁有序的关系 |
4.3.4 FeSe低温低能磁涨落的多起源特征 |
4.4 讨论 |
4.5 结论及本章小结 |
第5章 块体FeSe超导态Knight位移的下降及磁通晶格相中的反常束缚态 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.2.1 样品生长及基本物性表征 |
5.2.2 NMR测量装置,设置及流程 |
5.3 实验结果及分析 |
5.3.1 FeSe超导态Knight位移的本征下降 |
5.3.2 FeSe超导态磁通晶格中的反常束缚态 |
5.3.3 超导态复杂的RF加热效应 |
5.4 讨论 |
5.5 结论及本章小结 |
第6章 复杂异质结构铁基超导体Ba_2Ti_2Fe_2As_4O中分层的2D轨道玻璃态及自旋玻璃态 |
6.1 引言 |
6.2 实验方法 |
6.2.1 样品生长及基本物性表征 |
6.2.2 NMR测量装置,设置及基本的数据分析方法 |
6.3 研究背景 |
6.4 不同层物理性质的NMR表征-As_1,As_2的确认 |
6.5 [Ti_2As_2O]层中的二维轨道玻璃态 |
6.5.1 二维(2D)轨道玻璃态的揭示 |
6.5.2 二维(2D)轨道玻璃态随温度的演化 |
6.5.3 二维(2D)轨道玻璃态可能的涨落形式 |
6.6 [Fe_2As_2]层中的自旋玻璃态 |
6.6.1 短程或非公度磁有序转变的揭示及其与超导态的共存 |
6.6.2 自掺杂及晶格参数变化导致的量子临界行为 |
6.7 相关分析的细节及补充材料 |
6.7.1 NMR测量条件下的超导转变 |
6.7.2 高低温NMR谱线的特征及本征Knight位移的提取 |
6.7.3 As_1位置EFG参数随温度的演化及谱线拟合的细节 |
6.7.4 非公度电荷密度波/电荷序(ICDW/ICO)的排除 |
6.7.5 局域轨道“晃动”模型对As_1位置1/T_1的解释[548,570-571] |
6.8 讨论 |
6.9 结论及本章小结 |
第7章 重空穴掺杂铁基超导体CsFe_2As_2及系列低Tc-FeSe单晶的NMR表征 |
7.1 引言 |
7.2 实验方法 |
7.2.1 样品生长及基本物性表征 |
7.2.2 NMR测量装置,设置及流程 |
7.3 系列低Tc-FeSe单晶的NMR表征 |
7.3.1 离子交换法合成的FeSe单晶的NMR表征 |
7.3.2 不同Fe,Se比例FeSe单晶的对比研究 |
7.4 CsFe_2As_2中轨道选择的关联及可能的向列序 |
7.4.1 ~(57)Fe位Knight位移各向异性:轨道选择的Mott转变及电子态渡越 |
7.4.2 ~(57)Fe位NMR谱线展宽的各向异性:可能的电子向列序证据或短程磁有序 |
7.4.3 CsFe_2As_2中低能自旋涨落的特征 |
7.5 结论及本章小结 |
第8章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(6)二维材料光学性质与磁学性质的第一性原理研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 二维材料简介 |
1.1.1 二维材料的发展概况 |
1.1.2 二维材料的光学性质研究概况 |
1.1.3 二维材料的磁性研究概况 |
1.2 第一性原理材料计算方法简介 |
1.2.1 钳制核近似(Clamped Nuclei Approximation) |
1.2.2 孤立电子近似(Independent Electron Approximation) |
1.2.3 平均场近似(Mean-Field Approximation) |
1.2.4 Hartree-Fock方程 |
1.2.5 Kohn-Sham方程 |
1.2.6 密度泛函理论(DFT) |
1.3 微磁学模拟方法简介 |
1.3.1 基本假设 |
1.3.2 静磁理论 |
1.3.3 磁动力学理论 |
1.4 常见材料磁电输运测试方法简介 |
1.4.1 四电极电阻测试 |
1.4.2 离域测试(Nonlocal Measurement) |
1.4.3 霍尔器件测试 |
1.4.4 微分电导测试 |
1.5 本文的研究内容 |
第二章 MoS_2光栅用于测量面内双轴应变的研究 |
2.1 引言 |
2.2 计算和实验方法 |
2.2.1 第一性原理计算单层及薄层MoS_2的反射光谱 |
2.2.2 薄层MoS_2光栅的数值模拟 |
2.2.3 MoS_2薄层及MoS_2光栅的制备 |
2.2.4 MoS_2薄层反射光谱及MoS_2光栅的实验测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 计算方法验证 |
2.3.2 单轴和双轴应变下薄层MoS_2的反射率谱 |
2.3.3 MoS_2光栅在不同应变下的数值模拟 |
2.3.4 实验验证 |
2.4 结论 |
第三章 Co掺杂MoS_2磁性的模拟计算 |
3.1 引言 |
3.2 计算和实验方法 |
3.2.1 磁性掺杂半导体材料的极化子模型描述 |
3.2.2 第一性原理计算交换作用常数 |
3.2.3 Co掺杂MoS_2的实验制备 |
3.2.4 Co掺杂MoS_2的结构和磁性表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Co掺杂MoS_2的态密度 |
3.3.2 极化子模型计算Co掺杂MoS_2在不同温度下的磁性 |
3.3.3 Co掺杂MoS_2磁性的实验验证 |
3.4 结论 |
第四章 单层MnPS_3的磁动力学研究 |
4.1 引言 |
4.2 计算方法 |
4.2.1 第一性原理计算单层MnPS_3的交换常数 |
4.2.2 计算单层MnPS_3的交换劲度常数 |
4.2.3 单层MnPS_3的磁动力学模拟 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 单层MnPS_3的交换常数及交换劲度系数 |
4.3.2 单层MnPS_3的模拟M-H和模拟M-T |
4.3.3 单层MnPS_3的反铁磁共振 |
4.3.4 单层MnPS_3中的自旋波传播 |
4.4 结论 |
第五章 低温磁电输运测试系统的设计搭建 |
5.1 引言 |
5.2 低温磁电输运测试系统的硬件组成 |
5.2.1 电学测试部分 |
5.2.2 低温环境部分 |
5.2.3 外加磁场部分 |
5.3 低温磁电输运测试系统的测试软件开发 |
5.3.1 测试程序编写软件LabVIEW简介 |
5.3.2 测试程序的结构设计 |
5.3.3 矩阵卡控制模块 |
5.3.4 电学测试模块 |
5.3.5 温度控制模块 |
5.3.6 磁场控制模块 |
5.3.7 门电压控制模块 |
5.3.8 测试条件控制模块 |
5.3.9 测试集成模块及用户界面 |
5.4 实际测试实例 |
5.5 总结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间取得的研究成果 |
(7)蛋白质分子光谱的理论模拟与人工智能预测(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 蛋白质的研究进展 |
1.2.1 蛋白质分子光谱的研究进展 |
1.2.2.1 机器学习的定义及分类 |
1.2.2.2 机器学习中的常见算法 |
1.2.2.3 机器学习中的描述符 |
1.2.2.4 机器学习在化学中的应用 |
参考文献 |
第2章 电子密度泛函理论 |
2.1 背景介绍 |
2.1.1 Born-Oppenheimer近似 |
2.1.2 Hartree-Fock近似 |
2.2 密度泛函理论 |
2.2.1 Hohenberg-Kohn定理 |
2.2.2 Kohn-Sham方程 |
2.3 近似密度泛函 |
2.3.1 局域密度近似泛函 |
2.3.2 非局域密度泛函 |
2.3.2.1 广义梯度近似泛函 |
2.3.2.2 杂化泛函 |
2.4 含时密度泛函理论 |
2.5 量化计算软件包 |
参考文献 |
第3章 分子动力学理论 |
3.1 背景介绍 |
3.2 分子动力学运动方程积分算法 |
3.3 分子力学与势能函数 |
3.3.1 非键项 |
3.3.2 成键项 |
3.5 周期性边界条件 |
3.6 系综 |
3.6.1 控温技术 |
3.6.2 控压技术 |
3.7 能量极小化算法 |
参考文献 |
第4章 机器学习预测蛋白质肽键紫外光谱 |
4.1 背景介绍 |
4.2 机器学习与蛋白质光学性质的研究 |
4.2.1 计算细节 |
4.2.2 机器学习的预测结果 |
4.2.2.1 肽键激发能的预测 |
4.2.2.2 基态偶极矩和跃迁偶极矩的预测 |
4.2.2.3 蛋白质肽键紫外光谱的预测 |
4.2.3 工作总结 |
参考文献 |
第5章 机器学习预测蛋白质红外光谱 |
5.1 背景介绍 |
5.2 机器学习与蛋白质红外光谱 |
5.2.1 计算细节 |
5.2.1.1 量子力学方法处理蛋白质酰胺I带振动 |
5.2.1.2 振动哈密顿矩阵的机器学习协议 |
5.2.1.3 量子化学计算产生初始数据 |
5.2.1.4 神经网络架构以及机器学习描述符 |
5.2.1.5 机器学习模型评估 |
5.2.2 机器学习预测蛋白质红外光谱流程 |
5.2.3 机器学习分辨蛋白质二级结构 |
5.2.4 机器学习追踪泛素蛋白红外光谱随温度的变化 |
5.2.5 机器学习追踪蛋白质折叠过程 |
5.2.6 工作总结 |
参考文献 |
第6章 总结和展望 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(8)光力系统非经典效应及其应用的理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 量子物理及其发展 |
1.2 腔光力学及其发展 |
1.3 本文的研究内容及章节安排 |
2 基础理论和方法 |
2.1 量子光学基本概念及处理方法 |
2.1.1 电磁场的量子化 |
2.1.2 场与物质相互作用模型 |
2.1.3 海森堡测不准原理与量子压缩 |
2.1.4 零拍探测 |
2.1.5 Wigner函数 |
2.2 开放量子系统基础 |
2.2.1 开放量子系统基本模型 |
2.2.2 海森堡-朗之万方程 |
2.2.3 量子主方程 |
2.2.4 量子蒙特卡罗方法 |
2.2.5 量子涨落-耗散理论 |
2.3 光力系统基本模型及处理方法 |
2.3.1 腔光力系统基本模型 |
2.3.2 研究光力少光子效应的处理方法 |
2.3.3 研究光力多光子效应的处理方法 |
3 非马尔科夫环境诱导光力振子压缩 |
3.1 引言 |
3.2 模型和求解 |
3.3 分析和数值计算 |
3.4 本章小结 |
4 基于李雅普诺夫控制实现强的光力振子压缩 |
4.1 引言 |
4.2 李雅普诺夫控制方法 |
4.3 模型和求解 |
4.4 分析和数值计算 |
4.5 压缩的探测 |
4.6 进一步讨论 |
4.7 本章小结 |
5 非可解边带下杜芬振子的强压缩 |
5.1 引言 |
5.2 模型与哈密顿量 |
5.3 分析和数值计算 |
5.4 进一步讨论 |
5.5 本章小结 |
6 混合光力系统中振子的纠缠猫态制备 |
6.1 引言 |
6.2 模型和哈密顿量 |
6.3 封闭系统下纠缠猫态的制备 |
6.4 近似的有效性探讨 |
6.5 封闭系统下的平均声子数和纠缠 |
6.6 开放系统下纠缠猫态的制备 |
6.7 讨论 |
6.8 本章小结 |
7 基于双腔光力系统实现量子三极管 |
7.1 引言 |
7.2 模型和哈密顿量 |
7.3 输入量子信号时的量子三极管 |
7.4 输入经典信号时的量子三极管 |
7.5 本章小结 |
8 基于光学参量放大提高微波量子照明 |
8.1 引言 |
8.2 模型和求解 |
8.3 输出的微波场和光场的纠缠 |
8.4 探测的信噪比和错误率 |
8.5 本章小结 |
9 总结与展望 |
9.1 总结 |
9.2 创新点 |
9.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(9)非凸问题鞍点计算的新算法及其应用研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
第二章 基于新的优化策略的局部极小极大方法(LMM) |
2.1 推广的局部极小极大原理与LMM的动力学观点 |
2.1.1 推广的局部极小极大原理 |
2.1.2 LMM的动力学观点 |
2.2 使用一般下降方向的LMM算法及其全局收敛性 |
2.2.1 使用一般下降方向的LMM算法框架 |
2.2.2 标准化Armijo、Goldstein和Wolfe-Powell型搜索准则 |
2.2.3 非单调搜索准则 |
2.2.4 全局收敛性分析 |
2.3 三类高效的LMM算法 |
2.3.1 全局收敛的Barzilai-Borwein型LMM(GBBLMM) |
2.3.2 共轭梯度型LMM(CGLMM) |
2.3.3 L-BFGS型LMM(LBFGSLMM) |
2.4 应用于非线性边值问题的多解计算 |
2.4.1 半线性椭圆Dirichlet边值问题 |
2.4.2 带非线性边界条件的椭圆问题 |
2.4.3 Kirchhoff型拟线性非局部问题 |
第三章 基于新的优化策略的虚拟几何对象型LMM |
3.1 使用虚拟几何对象的LMM(VGOLMM)介绍 |
3.2 基于广义VGOLMM动力系统的局部极小极大原理 |
3.3 基于新的优化策略的VGOLMM及其全局收敛性 |
3.3.1 广义VGOLMM算法框架 |
3.3.2 几种典型的搜索准则 |
3.3.3 全局收敛性分析 |
3.3.4 基于BB型步长的VGOLMM算法 |
3.3.5 虚拟曲线的实现方法 |
3.4 应用于几类W-型问题的多解计算 |
3.4.1 散焦型非线性Schr?dinger方程 |
3.4.2 Allen-Cahn型奇异摄动Neumann问题 |
第四章 计算玻色-爱因斯坦凝聚体基态解的新算法 |
4.1 GFDN方法的局限性及其改进:带 Lagrange乘子的梯度流法(GFLM) |
4.1.1 计算单组分BEC基态解的GFDN方法介绍 |
4.1.2 计算单组分BEC基态解的GFLM方法 |
4.1.3 多组分BEC情形(以spin-1 BEC为例) |
4.1.4 spin-1 BEC的数值结果 |
4.2 计算一般spin-F BEC基态解的GFLM方法 |
4.2.1 一般spin-F BEC的数学模型和一类广义的CNGF |
4.2.2 计算一般spin-F BEC基态解的GFLM算法框架 |
4.2.3 非精确投影策略及其约束违反度估计 |
4.2.4 数值结果 |
第五章 计算约束鞍点的新算法和BEC激发态模拟 |
5.1 约束鞍点的定义与不稳定性指标 |
5.2 计算一般约束鞍点的约束最柔上升动力学(CGAD)方法 |
5.2.1 最柔上升动力学(GAD)介绍 |
5.2.2 约束最柔上升动力学(CGAD) |
5.2.3 计算高指标约束鞍点的CGAD |
5.3 应用CGAD方法计算单组分BEC激发态 |
5.3.1 线性单组分BEC模型的激发态性质 |
5.3.2 计算单组分BEC激发态的CGAD及其离散格式 |
5.3.3 数值结果 |
总结和未来工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间完成论文情况 |
致谢 |
(10)温稠密金流体的金属-非金属转变理论模拟与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 温稠密物质的产生 |
1.1.1 静态压缩 |
1.1.2 动态压缩 |
1.1.3 静动结合的复合加载 |
1.1.4 等容加热 |
1.2 温稠密物质的诊断方法 |
1.2.1 光学探测 |
1.2.2 动态衍射技术 |
1.2.3 X射线吸收近边谱 |
1.2.4 X射线Thomson散射 |
1.3 温稠密物质的理论描述简介 |
1.4 温稠密物质中的金属-非金属转变 |
1.5 选题意义及论文安排 |
第二章 基于密度泛函理论的温稠密物质理论模拟方法 |
2.1. 密度泛函理论简介 |
2.1.1. 波恩-奥本海默近似 |
2.1.2. 哈特里-福克近似 |
2.1.3. Kohn-Sham方程 |
2.1.4. 交换关联泛函 |
2.1.5. 有限温度密度泛函 |
2.1.6. 周期性边界条件和赝势 |
2.2. 密度泛函理论的扩展 |
2.2.1. GW近似 |
2.2.2. 含时密度泛函理论(TDDFT) |
2.3. 基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学 |
2.3.1. Born-Oppenheimer分子动力学 |
2.3.2. Car-Parrinello分子动力学 |
2.3.3. 量子朗之万分子动力学 |
2.3.4. 系综的概念 |
2.3.5. 计算软件介绍 |
第三章 温稠密金流体金属-非金属转变的第一性原理模拟 |
3.1 前言 |
3.2 计算方法 |
3.2.1 计算方法介绍 |
3.2.2 径向分布函数的计算 |
3.2.3 光学参数的计算 |
3.2.4 超胞尺寸的收敛性测试 |
3.3 金属-非金属过渡区温稠密金流体的第一性原理模拟 |
3.3.1 常温下金的电导率的Benchmark计算 |
3.3.2 径向分布函数的计算 |
3.3.3 电导率的计算和拟合 |
3.3.4 电荷密度分布及态密度 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于黑腔内的硬X射线加热产生的温稠密金流体金属-非金属转变过程的实验研究 |
4.1 前言 |
4.2 诊断设备介绍:VISAR |
4.3 黑腔内的M带和L带X射线对金样品的加热 |
4.4 基于L带X射线加热的温稠密金流体金属-非金属转变实验 |
4.5 一维辐射流体模拟 |
4.6 温稠密金介电函数和电导率的第一性原理计算 |
4.7 反射率的计算及比较 |
4.8 本章小结 |
第五章 基于质子加热的温稠密金流体的产生及反射率研究 |
5.1 前言 |
5.2 星光Ⅲ装置及VISAR&SOP联合诊断系统 |
5.3 基于质子加热的温稠密金流体的产生 |
5.4 基于质子加热的温稠密金流体的光学反射率研究 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
四、求解广义含时振子严格波函数的新方法(论文参考文献)
- [1]共轭分子链的透热化及非绝热动力学研究[D]. 白昕. 浙江大学, 2021(02)
- [2]对称石墨烯量子点的光电特性调制研究[D]. 张存. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [3]基于显关联高斯基的电子、电子偶素与轻核原子低能弹性散射计算[D]. 张屹. 中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院), 2021(01)
- [4]电子束作用下固体和纳米材料中的电子激发研究[D]. 陆大宝. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]铁基超导体中新奇电子态的核磁共振(NMR)研究[D]. 李建. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [6]二维材料光学性质与磁学性质的第一性原理研究[D]. 向俊翔. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [7]蛋白质分子光谱的理论模拟与人工智能预测[D]. 叶盛. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]光力系统非经典效应及其应用的理论研究[D]. 熊标. 大连理工大学, 2020(07)
- [9]非凸问题鞍点计算的新算法及其应用研究[D]. 刘伟. 湖南师范大学, 2020(01)
- [10]温稠密金流体的金属-非金属转变理论模拟与实验研究[D]. 刘东晓. 中国工程物理研究院, 2020(01)