物理学-超导与轨道

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本文是MONOS(北方O型光谱系统多重性)项目的一部分,旨在通过结合高分辨率光谱和多历元光度测量,系统性地表征北半球(赤纬>−20°)O型光谱双星的性质。研究聚焦于利用Gaia DR3和TESS历元光度数据,识别O型星的轨道变异性并推导轨道解,分析了10个具有高质量Gaia和TESS光度数据及高分辨率光谱的O型双星系统。方法上,研究结合了Hipparcos任务和早期MUDEHaR巡天的额外光度数据,采用三种独立技术推导周期,并结合径向速度测量,使用phoebe代码对每个系统进行建模,得出轨道和恒星参数。研究结果包括8个此前未发表的轨道解(其中两个周期为新确定)和两个已知轨道的改进,部分周期与Gaia数据一致,但也指出了自动确定中存在的问题,如半周期混叠。重要发现包括首次确认的Oe+O光谱双星(BD +61 487)和一个具有显著质量转移的偏心轨道过接触O型超巨星系统(HD 169 727)。这些结果扩展了具有稳健轨道表征的O型双星样本,尤其是在短周期(<3天)范围内,潮汐效应和质量转移显著。研究表明,Gaia、TESS和光谱的联合使用是一种有效且可扩展的方法,适用于南半球巡天,为未来的定量光谱分析奠定了基础,有助于深入理解大质量多重系统的演化。

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本研究聚焦于近地小行星(NEA)622577 Miorita (2014 LU 14)的动力学演化及其在近地小行星群体中的类似对象。研究背景在于,长期共振能够显著影响近地小行星的轨道稳定性,有时甚至增强其稳定性。Miorita 是由艾萨克·牛顿望远镜(INT)首次发现的近地小行星,其轨道特性异常,尽管它与金星、地球和火星有较近的交会。研究旨在探索 Miorita 的轨道环境,并寻找近地小行星群体中的动力学类似物。方法上,研究团队通过直接 N 体数值计算分析了 Miorita 的轨道演化,并结合 NEOMOD 3 轨道分布模型验证结论,观测数据则来源于 INT 的宽场相机。研究发现,Miorita 受到木星驱动的冯·蔡佩尔-利多夫-科扎伊长期共振以及近点共振的双重影响。此外,研究识别出一组动力学类似物,包括 387668 (2002 SZ)、2004 US 1、299582 (2006 GQ 2) 和 2018 AC 4。Miorita 类轨道可能演化为受近点和冯·蔡佩尔-利多夫-科扎伊共振驱动的亚稳态低近日点轨道,类似于 504181 (2006 TC) 和 482798 (2013 QK 48) 的轨道,这些物体最终可能被太阳吞噬。研究结论表明,同时存在的长期共振倾向于稳定这些小行星的轨道,防止其与地球及其他内行星碰撞。这一群体揭示了一条活跃的动力学路径,能够将近地小行星推入类似彗星的轨道。NEOMOD 3 模型显示,类似 Miorita、504181 或 482798 的近地小行星存在概率较低,表明此类轨道并非长期稳定。本研究确认了 Fenucci 等人预测的动力学路径的存在,并指出这些物体可能被误认为是已熄灭的彗星。

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本研究提出了一种理论框架,旨在探讨热波动在物质成分和颜色超导性对三味夸克物质成核的影响,特别是在与致密星相关的高能天体物理系统典型条件下。研究背景聚焦于致密星中夸克物质的形成,通常被建模为一级相变,通过在强子介质中成核第一个夸克相液滴触发。传统观点认为,由于弱相互作用作用时间较长,成核过程中味道成分局部固定。然而,在高能天体物理过程的典型温度下,物质成分会在其平均平衡值附近波动。本文将之前的两味夸克成核形式扩展到三味夸克情况,开发了一个包含有限尺寸效应和局部成分热波动的热力学框架,通过液滴形成和成分波动率的乘积计算成核概率。此外,研究讨论了颜色超导性在成核中的作用,认为其仅在系统尺寸大于双夸克对典型相干长度时起作用。研究发现,物质成分的热波动降低了亚稳强子相与稳定夸克相之间的势垒,而双夸克对的形成在低重子密度和温度区域减小了临界半径和势垒高度。这一结果对于理解致密星中夸克物质的形成及其在天体物理现象中的作用具有重要意义,尤其是在原中子星、超新星坍缩和双星合并等场景中。研究还指出,热波动使夸克物质在较低重子密度和温度下出现,缩小了与传统固定成分方法相比的延迟。结论强调了热波动和颜色超导性在成核过程中的关键作用,并为未来更详细的微观物理计算和天体物理应用奠定了基础。

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本研究设计、制造并表征了由不同氧含量的颗粒铝(grAl)薄膜制成的微波谐振器。颗粒铝作为一种典型的无序超导体,因其高动能电感特性在超导量子电路、量子受限放大、高阻抗谐振器及动能电感光子探测器等领域具有重要应用价值。研究通过测量谐振频率随温度的变化,基于Mattis-Bardeen理论提取了颗粒铝薄膜的动能电感贡献,并探讨了其与薄膜电阻率的相关性。结果表明,氧含量增加导致薄膜无序度提高,从而增大片电阻和动能电感,谐振频率呈现系统性下移,最高动能电感分数可达约30%。在低温下,通过分析内部品质因子随微波功率的变化,发现了双能级系统(TLS)的存在,这是颗粒铝生长过程中不可避免的缺陷所致,其对微波损耗有显著影响,但与氧化程度无明确相关性。此外,研究还结合有限元仿真和保形映射方法估算了片动能电感值,并讨论了其与理论预测的差异。本文提出的表征方法为设计基于高动能电感材料的高频器件(如MKIDs、高阻抗谐振器和超电感器)提供了重要参考。研究结论表明,通过优化薄膜生长条件和减少TLS影响,可进一步提升颗粒铝谐振器的性能,为超导微波器件的发展提供支持。

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本研究通过超快时间分辨拉曼散射(TR-Raman)技术,深入探讨了铜氧化物Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)在光诱导超导到正常态相变过程中的非平衡动力学。研究背景聚焦于光诱导相变作为一种非平衡态研究手段,能够揭示在平衡条件下无法触及的物质相。研究主要方法包括利用偏振分辨的动量空间选择性拉曼散射,追踪费米面反节点区域(超导能隙最大处)超导凝聚态的破坏与恢复过程,时间分辨率达到亚皮秒级别。同时,通过超快拉曼测温技术,测量了准粒子温度的动态变化。关键发现表明,在反节点区域,超导凝聚态与准粒子温度的动力学存在显著差异,无法用单一有效电子温度模型来描述,显示出光诱导相变的非热特性。具体而言,超导态的破坏和恢复过程在电子子系统中表现出强烈的非热行为,超导凝聚态的耗竭和准粒子温度的上升之间存在约0.2皮秒的延迟,表明超导破坏并非直接由光诱导的库珀对破裂引起,而是通过光激发热电子冷却过程中产生的玻色子(如声子或磁子)介导。此外,研究还揭示了超导态完全耗竭后,准粒子继续冷却但未重组为库珀对的非热状态。结论指出,TR-Raman技术在研究光诱导相变中具有独特优势,能够选择性地探测不同电子自由度的非平衡路径,为量子材料中复杂动力学研究提供了新视角。

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本研究聚焦于卡戈梅金属AV3Sb5(A=Cs, Rb, K)中由手性环流序(loop-current order)驱动的向列手性超导性(nematic chiral superconductivity)的机制。卡戈梅金属展现出一系列非常规量子相,包括电荷密度波和环流序,导致了打破时间反演对称性(TRS)的奇异手性电子态。近期实验发现超导态中显著的向列性和手性特征,且超导态对外磁场高度敏感,表明TRS的破缺。此外,少量杂质可导致各向同性的s波态。本文提出了一种在环流序存在下,通过电荷通道吸引配对相互作用形成的向列手性d波超导机制。研究表明,单一环流序通过打破TRS的配对跳跃机制驱动手性d波超导态,该态具有非平凡的拓扑性质。特别地,当环流序与星形大卫电荷密度波共存时,尽管费米面几乎具有完美的C6对称性,超导态仍表现出显著的向列性。通过引入少量杂质,手性超导态易转变为常规s波态,符合实验观测。此外,该机制产生了显著的2×2配对密度波(PDW)分量,与实验结果一致。本研究揭示了卡戈梅金属中环流序相引发的奇异超导态的拓扑本质,为理解超导二极管效应和零磁场下的巨热霍尔效应提供了理论基础。研究结果对探索卡戈梅金属中多重对称性破缺的超导态的根本性质具有重要意义。

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本文研究了双层镍酸盐La3Ni2O7中超导配对机制的争论问题,采用细胞动力学平均场理论(CDMFT)对双层双轨道Kanamori-Hubbard模型进行了深入分析。研究背景聚焦于La3Ni2O7在高压下展现的超导性及其薄膜中的常压超导现象,特别是dz2轨道在费米面附近的作用(即所谓的σ-键合带金属化,SBM)是否为超导的关键因素。研究发现两种不同的s±-波超导态(SC I和SC II),它们具有不同的物理起源。SC I在dz2轨道半满时占主导,与增强的Hund耦合JH密切相关,而SC II在dz2轨道掺杂(存在SBM)时占主导,对dz2-dx2-y2轨道杂化V高度依赖,对JH则不敏感。两种超导态在dz2掺杂变化时连续演化,表现出平滑的临界温度(Tc)随掺杂变化的趋势,且具有相似的最大Tc值。研究还探讨了两种超导态对多种物理参数(如JH、V、层间跃迁t⊥和Hubbard相互作用U)的依赖性,验证了它们在不同参数范围内的稳定性。最终,本文提出了一种统一的图景,解释了La3Ni2O7超导性中关于dz2轨道作用的争论,并与近期关于Sr掺杂La3Ni2O7薄膜的实验结果相符。结论指出,两种超导态的存在解释了实验中γ-口袋在费米面有无情况下均观察到超导的现象,为未来实验研究提供了理论指导。

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本研究聚焦于两层FeSe/SrTiO3(STO)薄膜中的电子向列性(nematicity),这是强关联量子系统中普遍存在的现象,与高温超导密切相关。向列性表现为电子态在保持平移对称性的同时打破旋转对称性,其驱动机制是研究热点,主要包括动量空间中的Pomeranchuk不稳定性和实空间中的轨道序(极化)。FeSe/STO系统因其无长程磁序的向列相转变和高超导临界温度(Tc)而成为研究电子向列性的理想平台。本文通过角分辨光电子能谱(ARPES)技术,在两层FeSe/STO薄膜中直接观测到Pomeranchuk向列序的证据,表现为布里渊区中心(Γ点)处dxz和dyz能带的简并性,而在区角(M点)处能带分离显著,显示出动量依赖的向列性。这表明FeSe/STO中的向列性主要源于Pomeranchuk不稳定性诱导的费米面(FS)畸变,而非轨道极化。此外,通过研究不同厚度的FeSe薄膜(2至60层),发现随着层厚增加,Γ点的能带分离逐渐增大,表明轨道极化在较厚薄膜中对向列性的贡献增强。研究还排除了自旋-轨道耦合(SOC)在两层薄膜中导致Γ点简并破缺的可能性,提出SOC强度可能随材料厚度变化。研究结果为理解向列性与高温超导之间的关系提供了重要见解,确立了两层FeSe/STO薄膜作为探索复杂量子物理相互作用(如向列性与超导)的强大平台,同时为高温超导微观机制的研究提供了严格约束。

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本研究深入探讨了无序s波超导体和费米超流体中集体振幅Schmid-Higgs(SH)模式的时空分辨动力学。通过分析零温下SH感受率在复频率平面中的解析结构,研究揭示了当相干长度远大于平均自由程时的一些关键特性:(1)在固定波矢下,SH响应在晚期表现出以频率2∆(超导能隙)振荡并以1/t^2衰减的行为;(2)在晚期和大距离尺度下,出现动态指数z=4的亚扩散振荡;(3)在固定频率下,空间振荡呈指数衰减,其周期在频率从上方接近2∆时发散。此外,当相干长度与平均自由程相当或相近时,固定波矢下会出现额外的指数衰减振荡,频率高于2∆。研究还表明,SH模式在有限波矢下诱导了三次谐波生成电流中的额外峰值,其频率偏离传统的∆共振点,从而为序参数振幅动力学提供了明确的特征信号。本文基于含杂质的BCS模型,采用自洽Born近似处理杂质散射,揭示了无序对超导序参数波动的影响。研究结果通过数值计算和解析方法得到验证,并指出这些发现可通过太赫兹和拉曼光谱探针进行实验验证,同时提出了在薄膜和冷原子气体中实现有限波矢响应的多种实验方案。结论强调了无序和有限波矢在揭示SH模式动力学中的关键作用,为理解无序超导体中的集体激发提供了重要见解。

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本文通过第一性原理计算研究了三元锕铍氢化物(Ac-Be-H)体系在低压条件下的高临界温度(Tc)超导性,旨在解决富氢超导体需极高压力稳定化的应用限制问题。研究背景表明,富氢化合物是实现室温超导的潜在候选材料,但其金属化通常需要数百GPa的压力。通过引入轻元素铍(Be)作为化学预压缩剂,与氢(H)形成BeHx单元,可以显著降低金属化压力。研究采用粒子群优化算法(CALYPSO)和从头算结构预测方法,系统探索了Ac-Be-H相图,发现了三个热力学稳定相(AcBe2H10、AcBeH8、AcBe2H14)和四个亚稳相(fcc AcBeH8、AcBeH10、AcBeH12、AcBe2H16),所有相均为金属性和超导性。通过电子-声子耦合计算,评估了不同压力下的超导转变温度Tc。关键发现包括:亚稳相fcc AcBeH8在低至10 GPa的压力下仍保持动力学稳定,且Tc高达181 K,这一压力远低于二元锕氢化物所需的稳定压力(约200 GPa)。Be-H键在这些三元化合物中起到关键作用,不仅增强了超导性,还维持了低压下的结构稳定性。研究还揭示了氢原子在费米能级附近的电子态密度(DOS)对超导性的重要贡献,尤其是在低压下Be-H相互作用增强了软声子模式的耦合效应。结论指出,三元氢化物在低压下实现高Tc超导是可行的,这一发现为实验合成新型低压超导材料提供了理论指导,并可能推动超导领域在实际应用中的突破。

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本文针对高温超导材料铜氧化物和镍氧化物中库珀配对机制的关键挑战,提出了一种基于化学键-结构-性质关系的新理论框架。研究背景源于自1986年铜氧化物高温超导发现以来,其微观配对机制一直未解,被认为是凝聚态物理的重大难题。作者通过分析这些材料中氧原子和金属原子的离子键主导特性(eV量级),以及氧原子的电子亲和力和金属原子的高二次电离能,创新性地提出了离子键驱动的电子(e−)-氧(O)-电子(e−)和空穴(h+)-金属(M)-空穴(h+)的巡游库珀配对机制。这一机制遵循“追踪电子足迹探索配对机制”的原则,强调氧原子和金属原子作为配对桥梁的作用。研究方法包括对材料化学成分的详细分析、离子键与共价键的比较、以及能量尺度上的理论计算。关键发现表明,离子键的强大作用力(远超亚eV级别的其他机制)能够克服库珀配对中的库仑排斥力,形成具有d波对称性的小尺寸库珀对,且配对可在室温下实现。这一理论得到了32项多样化实验证据的支持,特别是扫描隧道显微镜(STM)图像和库珀对小尺寸的直接观测,证实了其正确性和普适性。结论指出,该研究解决了高温超导微观机制的40年难题,并为离子键超导体实现室温超导提供了理论依据,提出室温库珀配对的可行性。若能解决室温下库珀对的相干凝聚问题,室温超导的实现将更进一步。这一框架不仅适用于铜氧化物和镍氧化物,还可扩展至铁基超导体等其他离子键高温超导材料,为探索新型高温甚至室温超导体指明了方向。

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[基于标题推测] 本论文可能探讨了通过门控技术调控态密度(Density of States, DOS)来研究安德烈耶夫分子(Andreev Molecule)的物理特性和应用潜力。安德烈耶夫分子是一种涉及超导与正常金属界面处安德烈耶夫反射的量子结构,可能在量子计算和超导器件中具有重要应用。研究可能聚焦于如何通过门控机制精确调控态密度,从而影响安德烈耶夫分子的形成与行为。此外,论文可能提出了一种基于此原理的传感器设计,利用态密度变化对外部物理量(如磁场或温度)进行高灵敏度探测。研究可能结合理论模型和实验数据,探讨调控机制的物理基础及其在纳米器件中的实现方式。这项工作可能为超导量子器件的设计和优化提供新思路,对凝聚态物理和量子技术领域具有一定的理论和应用价值。

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本文研究了可解Baumslag-Solitar群BS(n,1)的扭曲共轭问题,提出了一种算法,用于判断给定BS(n,1)群中的两个元素u和v以及一个自同构φ∈Aut(BS(n,1)),是否存在某个w∈BS(n,1)使得v=(wφ)^{-1}uw。这一算法有效地解决了扭曲共轭问题的判定性。此外,本文还证明了BS(n,1)群的自同构群Aut(BS(n,1))具有轨道可判定性,即给定生成元上的两个字u和v,可以判定它们在BS(n,1)中对应的元素是否可以通过Aut(BS(n,1))中的某个自同构相互映射。研究背景源于群论中对扭曲共轭问题的广泛关注,该问题在研究群的自同构性质和元素的共轭关系时具有重要意义。作者通过构造具体的算法,结合BS(n,1)群的结构特性,成功解决了这一问题,并进一步探讨了自同构群的轨道判定问题。关键发现包括算法的有效性和轨道可判定性的证明,这些结果为可解群的计算群论研究提供了新的工具和视角。结论表明,BS(n,1)群在扭曲共轭和轨道判定方面具有良好的可计算性,为后续研究其他类似群的性质奠定了基础。

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协同轨道空间(Coorbit spaces)为广义小波系统的逼近理论性质提供了一个严谨的框架。因此,理解不同小波系统何时会产生相同的协同轨道空间尺度具有重要意义。本文针对二维矩阵群相关的连续小波变换,全面解答了这一问题。研究背景源于小波分析在信号处理和数据压缩等领域的广泛应用,而协同轨道空间作为小波系统的数学描述工具,能够帮助分析系统的逼近能力和分解特性。本文的主要方法是通过对二维矩阵群的结构进行深入分析,结合连续小波变换的性质,系统地探讨了不同小波系统生成协同轨道空间的等价条件。研究发现,在二维情况下,协同轨道空间的分类可以通过矩阵群的特定参数和变换特性来确定,揭示了不同小波系统之间的内在联系。此外,本文还讨论了这些分类结果对小波系统设计和应用的影响,为进一步研究高维情况提供了理论基础。结论表明,通过对矩阵群和小波变换的精确数学描述,可以有效判断小波系统是否生成相同的协同轨道空间,这一结果对小波理论的发展和实际应用具有重要指导意义。