PZT第一性原理计算及其铁电性能研究 【摘要】： 与传统的EEPROM和FLASH挥发性存储器相比,非挥发性铁电存储器(FeRAM)具有抗辐射、低功耗、快速读写操作、低操作电压等优异特性,从而更适合嵌入式应用的要求。本论文对应用于铁电随机存储器的关键组成部分——PZT铁电薄膜进行了第一性原理计算以及对PZT薄膜电容制备工艺和性能上进行了研究。 采用第一性原理的方法计算了PTO顺电相和铁电相,不同Zr/Ti比的PZT铁电相,和PZO顺电相、铁电相和反铁电相的电子结构。第一性原理对PTO、PZT与PZO不同相总能量的计算结果表明,在低温PTO、PZT处于铁电相,PZO处于反铁电相是由能量最小原理决定。PTO、PZT和PZO电子结构的计算结果表明,B位Ti3d,Zr4d与O2p电子存在强烈的杂化,并且Ti与O的杂化强度大于Zr与O的杂化强度,铁电相杂化强度大于顺电相杂化强度;A位Pb6s与O2p同样存在较强的杂化,这种杂化在铁电相时表现最强烈。从PZT能带的组成来看,在价带以下部分,主要由Pb原子电子能级组成;在价带底部主要由Ti,Zr原子与O原子的杂化能级组成,价带顶主要由O原子能级组成;在导带底主要由Ti与O的杂化能级组成。随着Ti原子比例增大,铁电相PZT中B位与O的杂化强度增大,说明铁电性增强,但是能隙变小,漏电流将变大。 根据PZT铁电材料的自身特性、工艺制备和理论计算结果,确定了掺Ta1%的PZT(PbZr0.3Ti0.69Ta0.01O3,PTZT)是较为理想的嵌入式铁电存储器用材料。使用固相反应法制备了LSMO靶材、PbO靶材和Pb过量20%的纯钙钛矿结构的PTZT靶材。通过对TiO2,PbO和LSMO不同缓冲层制备的PTZT铁电薄膜结构、铁电性能和疲劳特性的分析指出,在高温溅射LSMO作为缓冲层的PTZT铁电薄膜是能够满足铁电随机存储器要求的。Pt/LSMO/PTZT/LSMO/Pt/TiO2 /SiO2/Si是一种优化的,适用于铁电存储器的铁电薄膜结构。从不同LSMO缓冲层厚度的PTZT铁电薄膜的性能分析指出LSMO缓冲层厚度在约20nm左右时,薄膜的铁电性能和疲劳特性最好。 通过对PTZT层的溅射气压、基片温度、后期退火工艺和溅射氧偏压对LSMO/PTZT/LSMO三明治薄膜结构铁电性能的分析指出,较优的制备PTZT薄膜电容的工艺条件是:溅射工作气压1.5Pa,基片温度200oC,溅射气氛为纯Ar气,退火温度为650度,退火时间为20分钟。 在Pt衬底上成功地制备了直径为75mm的LSMO/PTZT/LSMO铁电薄膜,测试了薄膜的表面和截面形貌以及薄膜铁电性能和介电常数。研究结果表明,薄膜表面致密、平整,厚度均匀(偏差在3.5%以内);最大电压12V测量的剩余极化平均值约为52.6μC/cm2,矫顽场平均值为2V(偏差在3.5%以内),经109开关极化后,名义剩余极化强度平均值约为初始极化的90%(偏差在2.8%);薄膜的介电常数随频率的增加而减小,但1MHz后下降的趋势变得缓慢。 基于极化反转物理行为建立了关于铁电电容极化与外加电场的唯象物理模型。在此模型中,通过一些合理的近似假设,推得一微分方程,这一方程不但能很好地描述饱和与非饱和电滞回线以及回线间的转换,并能准确模拟各种条件下的极化情况。用此模型对实验数据和已报告的文献上的实验数据进行了模拟,结果具有很好的一致性。说明该模型对饱和电滞回线,以及非饱和、输入电压中途转向的电滞回线都能进行很好的仿真。 不好意思，这不算回答，但希望对你有用
近日，由清华大学材料学院李千助理教授和美国阿贡国家实验室Haidan Wen博士等人组成的研究团队首次实验观测到铁电极化涡旋在亚太赫兹频段的多个集体晶格振荡模式，并发现一种具有大应变与电场调谐性的涡旋软模（vortexon）。该研究工作是近年来基础铁电物理学的一个重大突破，其发现的涡旋畴的动态性质在5G/6G微波介电、太赫兹光电子等新兴领域均有潜在应用前景，并在方法学层面上树立了材料超快结构动力学研究的新范式。
铁电材料的自发极化来源于晶胞内部正、负离子的相对反向位移，这些位移在不同晶胞间通常以平行方式排列。在特定的弹性、静电边界条件下（如在PbTiO3/SrTiO3铁电体/介电体超晶格中），离子极化位移会偏离平行排列而产生连续旋转状态，由此可形成新颖的极化拓扑结构，包括极化涡旋（polar vortex）、极化斯格明子（polar skyrmion）等。目前，人们对这些新颖极化拓扑结构的研究主要侧重于对其静态极化组态的观察分析，而对其动力学行为仍停留在推测阶段，还没有任何实验手段对这些推测进行证实，也尚不清楚形成的拓扑结构是否存在新的软模以及它们在超快时间尺度的动力学性质。
（a）涡旋动态响应理论频谱（b）涡旋软模的运动方式（c）实验示意图
针对上述问题，该研究通过硬X射线自由电子激光散射实验，并结合动力学相场模型与原子尺度模型两种模拟方法，对强场太赫兹脉冲激发下(PbTiO3)16/(SrTiO3)16超晶格薄膜中极化涡旋在百飞秒量级的时间分辨率下的超快动力学进行了研究。实验中，通过测量极化涡旋的X射线衍射强度随泵浦-探测延迟时间的变化曲线，分析得到了主要位于0.08 THz（293K）附近和0.3-0.4 THz两个频域的模式。二者在实空间分别对应于相邻涡旋从直线排列开始横向振动的模式和更复杂的、具有涡旋壁扭转与呼吸等特征的动力学模式。此外，该研究还揭示了涡旋集体动力学模式的频率和振幅的可调谐性，通过改变样品温度产生热应变，观察到了低频横向振动模式的频率显著变化，表现出典型的软模行为（即涡旋软模）。计算结果与实验结果在响应模式频率、激发选择性以及模拟X射线衍射信号等方面有着较好的吻合。
实验中（a）293 K下0.08 THz模式（b）0.3-0.4 THz模式及（c）二者对应频谱的温度演化
4月15日，上述研究工作以“极化涡旋的亚太赫兹集体动力学”（Subterahertz collective dynamics of polar vortices）为题，以封面文章形式在线发表于《自然》（Nature）期刊。《自然》同期刊登了由法国皮卡第大学伊格尔·卢克扬恰克（Igor Luk’yanchuk）教授和瑞士Terra Quantum AG公司瓦列里·维勒克（Valerii M. Vinokur，2020年菲列兹·伦敦奖获得者）博士所作的评论文章《铁电涡旋动力学的发现》（Dynamics of ferroelectric vortices revealed），对该工作的基础科学价值及潜在应用背景给予了高度评价，称“该研究发现的振荡模式将有助于将太赫兹半导体器件缩小到纳米量级，并实现电场驱动的高速高密度数据处理”。
李千助理教授为本论文的第一作者，其在博士后期间合作完成了该工作的主要部分，其后在清华完成了部分相场模拟工作和论文投稿。工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目的资助。
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多年冻土地区铁路工程施工技术 摘要: 分析了多年冻土的特性以及多年冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则，指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键，以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结，另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。 关键词： 多年冻土 铁路 施工技术 Abstract: In this thesis, it is discussed such as the characteristics of permafrost, primary engineering geology questions, design's principle, style of the roadbed and foundation under bridge engneering. The practice proves that it is important to choose of construction technics in the roadbed engineering. it is made study of conventional excavation of cutting, in addition, concrete construction is mentioned. Keywords: Permafrost Roadbed; Railway ; Construction Technology 多年来国内外在多年冻土地区修筑铁路有成功的经验，也有失败的教训，但都在不同程度上推动了人们对冻土问题的研究，加深了人们对冻土性质的认识。在我国有很多地区都是冻土地区，西藏自治区地处我国西南边疆，面积占全国国土的八分之一，是我国唯一一个不通铁路的省区，青藏铁路作为沟通西藏、青海与内地联系的重要通道，对加强北京和内地与西藏的联系、促进西藏各民族与内地各兄弟民族间的交往、增进各民族的团结、促进社会的发展、提高人民的生活水平、保持社会稳定、维护祖国统一、实施国家西部大开发战略具有极其主要的政治和经济意义。本文分析了多年冻土的特性以及多年冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则，指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键，以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结，另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。 1 多年冻土的特性及其对铁路施工的影响 冻土是一种有其特殊性的土体，冻土的特殊性在于冻土的物理特性与稳定密切相关，对温度变化极为敏感且性质不稳定。冻土还与土中含冰量有关，而含冰量又直接与温度有关，它随着温度的升高而减少，造成冻土的力学特性发生巨大变化。冻土在正负温度交替变化过程中水分产生剧烈的相变，伴随产生土体体积的变化，表现在工程建设中就是冻胀和融沉变形。多年冻土具有的流变性、融沉性和冻胀性对铁路建设影响严重。 由多年冻土引起的特殊工程地质问题，主要有融沉、冻胀和冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热融滑坍、热融湖塘、沼泽湿地、厚层地下冰等不良地质现象。融沉是指多年冻土融化，使建在多年冻土区的建筑物地基变形和破坏，主要表现为路基下沉、路基向阳侧边坡和路肩开裂及下滑、路堑边坡溜塌等。冻胀是土体冻结时产生的最重要的物理一力学过程，是因为水由液体变成了固体，体积膨胀增大而产生的，表现为地表的不均匀升高变形。伴随土的冻胀，在建筑基础表面将作用冻胀力，从而产生冻胀变形，严重时将引起建筑物的破坏。在诸多不良冻土地质现象中，对温度变化最为敏感且对铁路路基的修筑影响最大而且不容易绕避的主要是厚层地下冰，其融化时产生大的下沉量会引起工程建筑物的严重变形和破坏。 2 多年冻土地区路基工程施工原则 对于路基施工而言，保护冻土，控制融化，破坏冻土原则是路基施工应该遵从的原则。 （1）保护冻土原则指应用该原则设计、施工的路基在规定的使用年限内，能保持其热稳定性。即人为上限始终控制在指定的深度范围内，保持其下卧多年冻土的冻结状态。 （2）控制融化原则是指在设计使用年限内允许所设计的路基基底(或边坡)多年冻土逐渐完全融化或产生局部融化，而且经融化下沉变形量计算，可以将融化速率和深度控制在路基稳定性所允许的变形范围之内。 （3）破坏冻土原则是指在设计文件中规定在施工过程中将基底(或边坡)多年冻土融化或清除(全部或达到设计深度)，并将融化后的水份疏干。 3 多年冻土地区的桥涵基础施工技术研究 多年冻土地区桥涵地基的设计主要要注意保持冻结，允许融化两大原则。桥涵基础施工的重点是拼装式基础施工和现浇基础施工。基础拼装是工序中的一项重点与难点，为了有效的控制基础拼装的正确就位与平整度要求，施工中应着重从以下方面着手: （1）采用人工配合汽车吊拼装，从入口端开始依次拼装成型； （2）拼装前放出基础的轮廓尺寸，并在构件上标出中心线及吊装顺序的编号，以确保基础的正确就位； （3）垫层顶面严格找平，以确保基础均匀受力，同时做到基础的顶面高差满足设计要求； （4）拼装过程中，为了精确控制基础块的正确就位，技术人员采用经纬仪现场控制每一基础块的就位； （5）为了保证涵节拼装的顺利进行，在基础拼装完成后立即按设计与规范要求进行沉降缝的施工。 高原多年冻土区现浇涵洞基础施工与内地普通涵洞的施工方法基本类似，我项目队施工时采用在搅拌站集中拌合，利用运输罐车运至现场，主要不同点表现在以下几个方面: （1）多年冻土区明挖勘姻赌然溅吐觉佣的剧田显早强耐久吐混凝土。 （2）在水泥方面则选用了水化热较小的水泥。 （3）对混凝土拌合物的入模温度控制较严。为了有效控制其入模温度，要求现场有试验人员进行旁站，并对混凝土拌合物的温度进行严格测量。对拌合物温度达不到要求的，则要求调节水温重新拌合。为了保证砂石料拌合前的温度要求，在寒季施工时，混凝土拌合站搭设有暖棚，并在暖棚内生有火炉，对暖棚内的温度做到严格控制，并及时做好记录。 （4）对混凝土的养护要求较严格。当混凝土浇注完毕后，便及时采取防风防冻措施，采用蓄热法养护，待混凝土达到一定的抗冻强度后(七天左右)才能拆除模板。 另外，在涵洞基础沉降缝施工完成并检查合格后进行基坑回填，填料采用粗颗粒土，回填前对基础四周侧壁混凝土面按设计要求涂上防冻胀渣油，并采用平板振动夯进行分层夯实。 4 多年冻土地区混凝土施工技术研究. 多年冻土地区铁路施工多是在一些高原地带，这些地方的一些地段的河流中存在有害离子的侵蚀，部分路段还面临着强烈的风沙磨蚀。在这样特殊的环境下，对混凝土的低温硬化能力和耐久性能提出了更高的要求。低温早强耐久混凝土就是在这种特殊的环境下应运而生的一种高性能混凝土。它具有低温早强、耐腐蚀、高抗冻、高抗渗等高耐久性能，另一特点是早期强度高，后期强度不损失。负温达到极限时，混凝土也基本冻结，强度停止增长，但气温回升时，水泥颗粒继续水化，混凝土强度继续增长。混凝土灌注后，采取适当的加热和保温覆盖措施，较适用于低温环境下的施工。 （1）原料的选用 拌制低温早强耐久混凝土所用的原材料应符合寒季施工的要求。水泥优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。硫铝酸盐水泥不得与硅酸盐水泥或石灰等碱性材料混和使用。硫(铁)铝酸盐水泥适用于钢筋混凝土现浇细薄截面结构、装配式结构的接头和孔道灌浆。不得使用矾土水泥(高铝水泥)。拌制混凝土用骨料应清洁，不得含有冰、雪、冻块及其它易冻裂物质。 (2)试配 对低温早强耐久混凝土来说，耐久性要求是其设计的依据。因而需要根据混凝土使用部位及地质条件、原材料情况、最小胶凝材料用量、使用环境温度、最大水胶比、拌合物和易性要求等具体情况选定。 （3）拌制过程控制 耐久混凝土应集中拌和、集中供应，禁止分散拌和。试验室在每次开盘前应提供当次的施工配合比，搅拌站工作人员应严格执行。拌制设备宜设在温度不低于10℃的暖棚内，拌制混凝土前及停止拌制后应用热水冲洗拌和机。 用于低温早强耐久混凝土的外加剂大都是引气剂，掺量过多会大幅降低混凝土的强度引起工程事故，掺量过少则不能发挥外加剂应有的性能。因此，在外加剂的计量上我们设专人负责，在混凝土拌制前事先称量配制并分袋装好。如果使用液体外加剂应随时测定溶液温度，并根据温度变化测定溶液浓度，这样既能保证称量准确又提高了混凝土拌制的工作效率。 （4）混凝土浇注 在浇注混凝土前，地基基础表面应予清理，并应采取防、排水措施，将模板内的杂物和钢筋上的油污等清除干净，模板应设置稳固，能够满足混凝土侧压力的要求，当模板有缝隙和孔洞时，应予堵塞，不得漏浆。 浇注混凝土应分层进行。其分层厚度(指捣实后厚度)应根据混凝土拌制能力、运输条件、浇注速度、振捣能力和结构要求等条件决定。浇注对冻土层有直接影响的混凝土结构时，混凝土的入模温度宜控制在2-5℃，浇注在低温或负温下养护且不与冻土层直接接触的混凝土结构时，混凝土的入模温度宜控制在5-10℃。 混凝土浇注应连续进行，当因故间隔时，其间隔时间应根据环境温度、水泥性能、水灰比和外加剂类型等条件通过试验确定。当允许时间己超过时，应按浇注中断处理，同时应留置施工缝，并作记录。施工缝的平面与结构的轴线相垂直，施工缝的处理应满足规范要求。 结论 多年冻土地区修建铁路工程技术难度大，意义深远。本文进行了多年冻土地区的铁路施工技术研究:要在施工中严格按规范和设计图施工，严格执行环境保护措施。多年冻土地区施工有效工期短，多年冻土非常娇贵，稍有破坏后果很难设想，因此要快速施工，保护冻土上限不被改变是路基施工的关键。另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。冻土路基的稳定问题仍需要进一步进行研究和探讨。 参考文献 [1]张旭芝,王星华.冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响[J].中国铁道科学,2007,28(4):19-24 [2]李成.青藏铁路冻土工程有关问题的探讨[J].铁道勘察,2007,(3):84-86 [3]吴青柏,刘永智,于晖.青藏铁路普通路基下部冻土变化分析[J].冰川冻土,2007,29(6):960-968 [4]张贵生,梁波,刘德仁.青藏铁路典型工点多年冻土力学特性研究[J].岩土工程界,2007,10(4):27-29 [5]冉理.青藏铁路多年冻土工程的探索与实践[J].铁道工程学报,2007,(1):32-39 参考资料： 记得采纳啊
答:内容摘要：当前已进入顾客满意度敏感时代，在这个时代，没有顾客满意观念就没有顾客满意行动，没有顾客满意行动就没有顾客满意结果，没有顾客满意的最大化就没有顾客忠诚。尽管我国铁路旅客运输在一定时段、一定地区依然存在短缺供给的瓶颈，但总体而言，中国铁路旅客运输服务实施顾客满意差异化战略的时代已经到来。 关键词：铁路旅客运输 营销速度 营销深度 顾客满意度 差异化战略 我国铁路于2007年4月进行了第六次大提速，使主要干线时速达到了200公里/小时。与此同时，在城市圈和中心城市之间开行国产动车组，增强了铁路的运输能力。伴随而来的是社会各界对铁路旅客运输服务质量提高的呼声。这表明，我国铁路旅客运输服务实施旅客满意差异化战略的时代已经到来。 铁路旅客运输差异化营销的速度 和前五次提速相比，第六次提速凸显了新的特点。第一个特点是“多”。涉及铁路线多达18条，增开52对中长途普通旅客列车，最高时速达120公里及以上，线路延展里程2.2万公里；第二个特点是“快”。列车时速最高160公里提升到200公里，部分区间高达250公里，1200-1500公里左右城市之间夕发朝至，2000-2500公里左右城市之间一日到达。第三个特点是“好”。旅客花与过去同样的车票钱，坐上了比以前舒适、卫生、快速、新型的客车，设施人性化、服务更优良。第四个特点是“省”，旅行时间最多节省20小时，干线列车间隔仅5分钟。 提速是铁路提高竞争力的必然要求，提速也必然引发相关服务的提升。相对于提速前或未提速的技术含量低、同质化严重的客运而言，以高新技术为支撑的铁路旅客运输的速度提升为其市场营销战略提供了极大的运作空间。当然，与日益增强的对铁路旅客运输服务质量的要求相比，目前铁路旅客运输依然面临着更多变的市场环境和目前激烈的市场竞争。它的独特个性使产品的市场竞争缺乏一套成熟的“游戏规则”，其在技术演化、市场需求、营销策略、竞争模式和战略管理等方面均没有现成的规律可循，因而，仅凭速度很难将技术优势转化为市场优势。除了速度提升之外，铁路旅客运输还必须要研究铁路旅客运输营销的深度。 铁路旅客运输差异化营销的深度 今后的铁路旅客运输的服务重点，会向营销的深度方向掘进。所谓营销的深度，是指铁路客运营销对旅客的需求了解的更细致、细分更具体、目标更明确、定位更精准、服务更深入，达到旅客的满意度更高。 （一）市场需求了解更细致 通过对运输市场环境和旅客行为的调查，取得关于市场营销活动的各种情报资料，决策者根据这些客观资料，改造或淘汰老产品（如减少普客、调整列车到发时间、运行里程）、研制设计新产品（如开行特快列车、快速列车）、确定开列方案和票额分配及售票计划，根据旅客对票价变动的反映，在符合价格政策的前提下，研究不同列车的适宜票价，制定客运的定价策略。同时，通过进一步调查继续掌握市场动向和发展趋势，及时反馈信息、储存信息，为企业保持现有市场、开拓未来市场服务。 市场营销调查工作的具体内容除了要调查吸引区域范围内的国民经济和社会发展情况、其他交通工具发展现状、影响客流增减的因素、运输能力使用的情况外，还应主要围绕着客流调查(包括客流构成、客流的流向)、产品调查(列车的种类、等级、对数、旅速是否适应市场需求)、价格调查(如何制定合理的、有竞争力的票价)、售票状况调查(售票网点的分布、订票单位的设置、售票原则的制定和执行)等方面进行。 （二）市场细分更具体 在客运市场上，旅客的需求是多元化的，进行市场细分，就是要先发现不同旅客之间需求的差别，把需求相似的旅行者群体归为一类，每一个旅客群体就是一个细分市场。进行细分的目的就在于发现不同旅客群体需求的异质性。如，不同的旅客对速度、安全、方便、价格、舒适度等方面有不同的要求，因而构成了异质客运市场。 按旅客行程细分。对不同行程的旅客进行组合并加以考察，以便找出长途、中途、短途旅客在旅行过程中要求的异同点，铁路客运可分为管内、直通和市郊等细分市场。 按旅客对旅行条件的要求细分。不同消费层次的旅客对旅行条件具有不同的要求，可分为豪华车、空调、卧铺车、普通车等。铁路客运分为优质优价列车、旅游车、普通车的软硬座、软硬卧等细分市场。 按地理位置细分。由于不同地区经济发展水平存在梯度差，不同地区的旅客总体消费水平也存在较大差异。客运企业要根据不同地区的特点选择不同的市场营销对策，客运市场大致可分为东部、中部和西部三个细分市场。 按运行路径划分。旅客旅行经由的线路性质不同，客运企业提供的服务设施及其对运输能力的影响存在较大差异，大致可细分为国际通道、干线、支线等。 差异化的成功往往取决于独特偏好的各细分市场对其所作的评价。从这一角度来看，市场细分具有两层相关但又不尽相同的含义：其一，以顾客特征为基础的市场细分，如根据顾客的受教育程度、年龄、收入或产品的行业类别、销售额等差异化变量所进行的细分，这是市场细分的传统界定方法。传统的铁路短途客运只提供了市场的人口统计学信息，因此通常并不能直接作为建立差异化优势的基础;其二，根据竞争性产品的差异化所作的市场细分，即当顾客选择由某种差异化变量区别开的产品时，这样的差异化变量就可以细分该市场，根据此种观点，市场细分并非依据顾客特征，而是依据产品所选择的差异化变量来进行的。 在实践中，铁路短途客运产品的市场细分经常是上述两层含义的综合，因为只有这样才能使产品正确地瞄准潜在顾客，并对此集中所有的营销努力。（三）市场定位更精准 短途客运市场在不同地区具有不同特征。对于客流总量大且密集，旅客经济承受能力较强的地区，铁路应该有较大的市场空间。对于地区客流量小且分散的市场，不符合铁路的技术经济特点，不是铁路的主要目标市场，但可因地制宜地开行一些短途列车，满足当地旅客的实际需求。 短途客运的市场定位可通过差异化价值及相对价格两个维度来确立，即产品与其竞争产品相比较，均具有或多或少的差异，并且可以通过控制一种相对价格来反映这种差异的价值。如果市场对产品的差异化所体现出的价值或效用给予较低的评价，则该产品的价格通常需要降低，否则将不可避免地面临被市场淘汰的命运。因此，差异化市场营销战略的目标就是通过持续的努力保持产品差异化价值及其相对价格的同步提高，并最终体现在产品市场占有率的维持和提高上。 铁路旅客运输差异化营销的满意度 有关调查显示，对于我国列车大幅度提速，41.82%的人将考虑选择动车组出行，30.57%的人不考虑选择动车组出行，27.61%的人采取观望态度；对于关心重点，18.13%的人关心提速行程所用时间缩短的幅度，50.72%的人关心动车组票价，5.55%的人关心火车上服务水平，15.36%的人关心动车组的安全问题，10.25%的人最关心车票购买难易的程度；对于出行交通方式的选择，72.06%的选择火车作为长途出行首选的公共交通工具，3.79%的人选择长途客车出行，22.32%的人选择乘坐飞机，0.18%的人选择出租车，另外1.64%的人选择其他出行方式；对于对铁路运输的满意度，88.5%的被访者表示比较满意，8.4%的被访者表示说不清楚，3.1%的被访者表示不满意。尽管从1997年4月起至今铁路六次提速给人们的外出带来了极大的方便，一定程度上得到了广泛的支持和赞扬，但是，从调查的结果来看，对铁路旅客运输的“非常满意度”偏低，存在着旅客流失的潜在危险。这表明，铁路客运在成功进行了数次提速以后，其营销重点应该从硬件提速转移到软件提速、以顾客满意度提升为重点的顾客满意差异化战略上来，只有这样，才能使旅客获得的满意度高于竞争对手，进而获得高顾客忠诚度、高盈利、好口碑和高认知价值，最终取得持续的竞争优势。 顾客满意差异化战略，是企业在经营过程中以“顾客满意”为核心，从产品、服务等各个方面实现较高的顾客满意度，以使自己在“顾客满意”程度上区别于竞争对手，从而不间断地获取新顾客、留住老顾客的战略。顾客满意指数的高低与公司的业绩呈显著的正相关关系。采取顾客满意差异化战略，获得高的顾客满意度，就意味着企业有较好的盈利能力，具有较强的竞争优势。 对任何一个铁路旅客运输来说，顾客并非同质，顾客本身在许多方面存在着差异性，如城乡的差异、文化水平的高低、经济收入的多少、性别的区别、年龄的大小、不同的心理因素、价值观念、消费观念、购买行为的异质性等。因此进行顾客识别就显得颇为重要。企业可以通过对顾客的价值性和忠诚性进行差异性分析，以便采取不同的策略，以提高企业的竞争力。我国铁路旅客运输主要的差异化营销实施策略应当从以下方面入手。 功能差异化，与众不同的特色。安全、便利、大众化、国有垄断，是铁路旅客运输产品最大的差异化矢量，它不会被竞争对手快速复制而失去差异化优势。这一特色已经深入人心，在老百姓心目中的印象是根深蒂固的；可感知的利益。只有当产品功能上的差异化给旅客带来的某种利益是可以直接感受时，才能激发他们的偏好并愿意为之付出。在这方面，铁路旅客运输的“利益”提炼工作乏力，可以见到的诉求依旧是时代烙印深刻的“人民铁路为人民”。笔者绝非主张抛弃传统主旨，而是倡导以营销科学而凝炼出符合铁路产品规律的利益诉求；便利快捷。它应当成为铁路旅客运输中重点加强的差异化矢量。要对旅客运输营销组合进行系统设计与整合，进一步优化产品结构，根据市场潜量确定优质优价列车比重，增长列车运程，增多软卧、硬卧车数量；要根据客运市场的季节性波动和区域特点，对优质优价列车实行有弹性的上浮价格机制；在分销渠道促销策略方面，采取灵活多样的售票方式，电话订票、发售往返车票、直通车票、月票、季票、定额票等，最大程度地便利旅客出行；降低各类事故发生率、减少列车晚点率。旅客对出行的安全性具有特殊需求，对列车的正点到达具有强烈的要求。一旦列车晚点发生，应当对旅客作出与晚点损失相应的物质或精神损失赔偿；提高服务功效。如提高运行速度、提高服务效率、提高工作能力、提高对顾客不满意的反应速度。 成本差异化。降低旅客对产品的总占有成本，如降低日常维修服务和消耗品的成本、提高产品的残余价值等；提高生产效率，使旅客可以利用该服务获得比竞争产品更高的投入产出比；为有需求的顾客提供全面解决方案，如电子商务、娱乐消遣、邮件快速托运。 价值创造差异化。通过不断创造顾客能够感知或衡量的差异化价值，时刻注意观察顾客需求和认知的变化趋势，不断创造旅客价值的差异化
作为纳米技术研究的新领域，二维（2D）铁磁（FM）材料在自旋电子学、传感器、存储技术等工程领域有巨大的应用潜力。目前已经有大量的二维铁磁材料被计算预测，包括一些通用的二维材料数据库，包含数百到数千个条目。然而，这些数据库都没有包含与实际应用相关的2D铁磁材料的最关键参数：转变温度或居里点（TC ）。这是因为TCIS的计算确定是一个非常复杂的过程，它涉及到基于人工启发的基态和低能自旋组态搜索。
来自印度科学院（IISc）电子系统工程系纳米器件研究实验室Arnab Kabiraj团队开发了一个程序，该程序执行基于第一原理的计算，然后进行基于海森堡模型的蒙特卡罗模拟，以从任何磁性二维材料晶体结构准确预测居里点。基于此代码的程序能够以高通量的方式执行计算，使用此代码能够从合适的数据库确定材料的居里点。令人惊讶的是，786种材料中有47%被归为FM，成功地测定了157种材料的TC 等磁性能。对于一些材料，预测结果与实验测量的TC 非常接近，验证了高通量方法的准确性。为了更快地发现高TC材料，进一步开发了使用这157个数据点的机器学习（ML）流水线。使用这个ML模型，可以从文献和其他数据库中识别出一些高居里温度的2DFM材料。本方法采用的信息学在准确性和效率之间达到了最佳平衡，提供了前所未有的机会来比较大量具有不同结构的材料的磁性，这可能会导致对二维磁性的许多新的见解。本研究证明了机器学习模型可以非常精确地捕捉与温度有关的自旋翻转的复杂过程。因此，可以大大提升计算材料的效率，并以促进二维磁性的快速筛选和实际应用。
该文近期发表于npj Computational Materials 6 : 35 (2020)，英文标题与摘要如下，点击可以自由获取论文PDF。
High-throughput discovery of high Curie point two-dimensional ferromagnetic materials
Arnab Kabiraj, Mayank Kumar and Santanu Mahapatra
Databases for two-dimensional materials host numerous ferromagnetic materials without the vital information of Curie temperature since its calculation involves a manually intensive complex process. In this work, we develop a fully automated, hardwareaccelerated, dynamic-translation based computer code, which performsfirst principles-based computations followed by Heisenberg model-based Monte Carlo simulations to estimate the Curie temperature from the crystal structure. We employ this code to conduct a high-throughput scan of 786 materials from a database to discover 26 materials with a Curie point beyond 400 K. For rapid data mining, we further use these results to develop an end-to-end machine learning model with generalized chemical features through an exhaustive search of the model space as well as the hyperparameters. We discover a few more high Curie point materials from different sources using this data-driven model. Such material informatics, which agrees well with recent experiments, is expected to foster practical applications of two-dimensional magnetism.
本人从智网上找的 有PDF格式 这是从上面转下来的 统磁体以单原子或离子为构件,三维磁有序化主要来自通过化学键传递的磁相互作用,其制备采用冶金学或其一、引 言他物理方法;而分子磁体以分子或离子为构件,在临界 作为一种新型的软材料,分子基材料(molecule2based温度以下的三维磁有序化主要来源于分子间的相互作materials)在近年来材料科学的研究中已成为化学家、物用,其制备采用常规的有机或无机化学合成方法.由于理学家以及生物学家非常重视的新兴科学领域[1].分子在分子磁体中没有伸展的离子键、共价键和金属键,因基材料的定义是,通过分子或带电分子组合出主要具有而很容易溶于常规的有机溶剂,从而很容易得到配合物分子框架结构的有用物质.顾名思义,分子基磁性材料的单晶,有利于进行磁性与晶体结构的相关性研究,有(molecule2based magnetic materials) ,通称分子磁性材料,利于对磁性机制的理论研究.作为磁性材料,分子铁磁是具有磁学物理特征的分子基材料.当然,分子磁性材体具有体积小、相对密度轻、结构多样化、易于复合加工料是涉及化学、物理、材料和生命科学等诸多学科的新成型等优点,有可能作为制作航天器、微波吸收隐身、电兴交叉研究领域.主要研究具有磁性、磁性与光学或电磁屏蔽和信息存储的材料.导等物理性能相结合分子体系的设计、合成.我们认为, 分子磁性研究始于理论探索.早在 1963 年McCo2分子磁性材料是在结构上以超分子化学为主要特点的、nnel[2]就提出有机化合物可能存在铁磁性,并提出了分在微观上以分子磁交换为主要性质的、具有宏观磁学特子间铁磁偶合的机制.1967 年,他又提出了涉及从激发征并可能应用的一类物质.态到基态电子转移的分子离子之间产生稳定铁磁偶合 分子铁磁体是具有铁磁性质的分子化合物,它在临的方法[3].同年,Wickman[4]在贝尔实验室合成了第一个界温度(Tc)下具有自发磁化等特点.分子磁体有别于传分子铁磁体.之后,科学家们相继报道了一些类铁磁性统的不易溶解的金属、金属合金或金属氧化物磁体.传质的磁性化合物,但直到1986年前,这些合成的磁性化·15 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi Vol.24 No.1合物没有表现出硬铁磁所具有的磁滞特征.1986 年,材料理论的精确预言和计算是相当困难的,而且,分子Miller等人[5]将二茂铁衍生物[Fe(Cp3)2](Cp3为五甲基磁性材料中包含的原子和分子基团更多,空间结构的基环戊二稀)与四氰基乙烯自由基(TCNE)经电荷转移合对称性更复杂,局部的磁交换的途径也体现出多样性,成了第一个分子铁磁体[Fe(Cp3)2]+[TCNE] ,其转换温使得目前的研究还处于实验经验的积累和定性的解释度 T上.尽管如此,科学家们对分子磁交换的机制进行了大c=4.8 K.与此同时,Kahn 等人[6]报道了具有铁磁性的MnCu(pbaOH)·(H量的研究,提出了许多近似理论模型,并基于这些模型2O)3分子化合物.从此,分子磁体的研究引起了人们的广泛关注,分子基磁性材料也应和大量的实验数据,在磁性与结构的关系研究中取得了运而生.一定的进展.对于一些对称性较高的体系,根据自旋相 开始,由于分子间的磁相互作用较弱,分子磁体的互作用的 Hamilton可由量子力学求出磁化率的解析形转换温度式T,然后根据实验数据计算出磁偶合系数 J 值,探索随c通常远远低于室温,难于达到应用的要求.结构的变化关系.对于对称性较差及组成较为复杂的体但是,第一个室温分子磁体V(TCNE)2·xCH2Cl2在1991系,自旋 Hamilton 的解析解很难求出.此时可用 Monte年由Manriquez[7]报道出后,虽然是一个不稳定的电荷转Carlo方法对物理过程进行模拟,求出磁偶合系数 J[10].移钒配合物,但近年来,分子磁性的研究已取得了令人 根据产生磁性的具体类型,磁交换机制主要通过以鼓舞的进展,Verdauger[8,9]报道了 Tc高达340 K的稳定下途径来实现:类普鲁士蓝的分子铁磁体. (1) 磁轨道正交 根据 Kahn等人的分子轨道理论,顺磁离子A与B之间的磁相互作用(J)由两部分贡献组二、分子磁性中的物理基础成,即铁磁贡献和反铁磁贡献,J = JF+ JAF.当A中未成对电子所占据的磁轨道与B中未成对电子所占据的磁 分子磁体的磁性来源于分子中具有未成对电子离轨道互相重叠时,它们之间的相互作用为反铁磁偶合,子之间的偶合,这些偶合相互作用既来自分子内,也可重叠积分越大,反铁磁偶合越强;当A与B中未成对电来自于分子间.分子内的自旋- 自旋相互作用往往通过子所占据的磁轨道正交时,它们之间的相互作用为铁磁“化学桥”来实现磁超相互作用.所以,分子磁性材料兼偶合.如图(1)中(a)、(b)所示.如果铁磁偶合与反铁磁偶具磁偶极- 偶极相互作用和超相互作用,故该类材料的合同时存在,通常反铁磁偶合强于铁磁偶合,因此只有磁性比常规的无机磁性材料表现出更丰富多彩的磁学当 JAF为零时,A与B间才为铁磁偶合.如在CsNiⅡ[CrⅢ性质.(CN)6]·2H2O[9]中,CrⅢ的磁轨道具有t2g对称性,而NiⅡ 根据铁磁体理论,要使材料产生铁磁性,首先体系的磁轨道具有e的原子或离子必须是顺磁性的g对称性,二者互为正交轨道,因而呈现,其次它们间的相互作用铁磁性偶合( T是铁磁性的.对于分子磁性材料,一个分子内往往包含c=90 K).当磁轨道正交时,铁磁偶合的一个或多个顺磁中心,即自旋载体,按照 Heisenberg 理大小依赖于轨道间的距离.论,两个自旋载体之间的磁交换作用可用以下等效Ham2 (2) 异金属反铁磁偶合 对于两个具有不同自旋的ilton算符来表示:顺磁金属离子,SA≠SB若A与B间存在磁相互作用,有^H两种情况:当A与B 间的磁相互作用为短程铁磁偶合ex= - 2J^S1^S2(1)其中时,总自旋 SJ 为交换积分,表示两个自旋载体间磁相互作用的T= SA+ SB;当A与B间的磁相互作用为反类型和大小. J 为正值时为铁磁性偶合,自旋平行的状态铁磁偶合时,总自旋 Sr=| SA- SB| (如图1中(c) (d)所为基态;J 为负值时为反铁磁性偶合,自旋反平行为基示).顺磁离子A和B间的磁相互作用大多为反铁磁偶态.如对分子磁性材料:A- X- B 体系(A,B 为顺磁中合.当为反铁磁偶合时,若 Sr= SB,则 Sr=0;若 SA与心,X为化学桥) ,X作为超交换的媒介使A和B发生磁SB不相等,则有净自旋,当在转换温度以下,净自旋有性偶合,设 SA= SB=1P2,则当反铁磁偶合时,分子基态序排列,使体系呈现亚铁磁性.因此,利用异金属之间反用单重态和三重态的能量差来表示:J = E铁磁偶合是构建高自旋分子的另一条有效途径.如CsMnS- ET. 磁相互作用研究的目的在于了解磁交换的机理,寻[Cr(CN)6] ,Mn2+的自旋为 SA=5P2,而Cr3+的自旋为 SB找磁性与结构之间的关系,并反过来指导分子磁性材料=3P2,二者之间产生反铁磁偶合,净自旋 ST= SA- SB的设计和合成.和通常的磁性材料一样,对分子基磁性=1P2,在低于转换温度( Tc=90 K)时,配合物表现为亚1·6 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述铁磁性[11].以分为下面几类:1. 有机自由基分子磁体 化合物中不含任何带磁性的金属离子,大多由 C,H,O,N四种有机元素组成的磁体材料.其自旋载体为有机自由基,如氮氧自由基.McConnel 早在1963 年就提出有机化合物内存在铁磁偶合的机制[2].制备方法采用有机合成方法.由于它们具有有机材料特殊的物理、化学图性能,因而是更具应用前景的分子铁磁材料.但直到今1 相同自旋之间的偶合:(a) 铁磁偶合;(b) 反铁磁偶合; 不同自旋之间的偶合:(c) 铁磁偶合;(d) 亚铁磁偶合日,纯有机分子磁体的转换温度仍极低,和有机超导材料一样,在小于50 K的低温区.日本科学家在这方面的 (3) 电荷转移 对给体- 受体电荷转移类配合物,工作做得很好.目前,得到广泛研究并进行了结构标定如[FeCp32]+[TCNE]-,基态时,[FeCp32]+的自旋为1P2,的有机铁磁体主要有氮氧自由基及其衍生物[14]、C60[TCNE]-的自旋也为1P2.在这样一个系统中,由于电荷(TDAE)(TDAE为四(二甲胺基) - 1,2- 亚乙基)[15]等.转移,形成激发三重态.在[FeCp32]+与[TCNE]-交替排列形成的链中,阳离子与前后两个[TCNE]-等距离,它2. 金属- 有机自由基分子磁体的e2g电子可向前后两个[TCNE]转移,形成 S =1的激发 化合物中含有带磁性的过渡金属或稀土金属离子,态.基态激发态混合后,降低了体系能量,使自旋取向沿同时也含有机自由基的基团,故有两种以上的自旋载体着一条链形成.如果每个链的取向都是平行的,且链间存在,并发生相互作用,由这种金属或金属配合物与自和链内[FeCp32]+与[TCNE]-位置相当,那么e2g电子可由基两种自旋载体组装的化合物,也可以构建分子铁磁以在链间传递,从而进一步稳定了体系,导致了相邻链体.其中有些是有机金属与自由基形成的电荷 转移盐的自旋平行取向,产生宏观的铁磁性现象[12].体系. (4) 有机自由基与多自由基 自从1991 年日本京 美国的Miller和Epstein教授在这个体系中作出了卓都大学的 Takahashi 等[13]成功地合成了基于 C、H、O、N越的贡献,首先他们发现了[M(Cp32][TCNZ](Z=Q或四种元素组成的有机铁磁体,使人们认识到含有氮氧自E,TCNE为四氰基乙烯,TCNQ为四氰代对苯醌二甲烷,M由基的有机化合物也是制备分子铁磁体的一条有效途(C3p)2为环戊二烯金属衍生物)[12]. 如,[Fe(Cp3)2]径.氮氧自由基与金属配合物形成的磁偶合体系已成为[TCNZ]为一变磁体(它有一反铁磁基态,但在临界外场分子铁磁体研究领域的一个重要方面.为1500Oe时,转变为具有高磁矩的类铁磁态) ,它由[Fe(Cp3)2]+阳离子与[TCNQ]-阴离子交替排列形成平行三、分子基磁性材料的分子设计和目的一维链,每一个离子均有一未成对的电子自旋[16].磁 前热点研究体系有序要求在整体上的自旋偶合,因此,直径较小的[TC2NE]-将比[TCNQ]-有较大的电子密度,预期将有利于 分子磁体的设计与合成实质上是一个在化学反应自旋偶合.实际情况证明了这一点,[Fe(Cp3中分子自组装的过程.选择合适的高自旋载体(砖头) ,2)]+[TC2NE]-由阳离子与阴离子交替排列构成一维链,在4.8 K这可以是金属离子或具有自旋不为零的有机自由基,通以下表现为磁有序过非磁性的有机配体等桥梁基团作为构筑元件(石灰),在 T=2 K时,其矫顽力为1 000Oe,,超过了传统磁存储材料的值[17]以一定的方式无限长地联接起来.为了提高磁有序温度,,如通过脱溶剂法处理、改变抗衡离子或改变配体等途径他们又开创了M[TCNE],形成分子内部间x·yS(M=V,Mn,Fe,Ni,Co;S为的强相互作用和单元间弱相互作用的超分子结构.通过溶剂分子) 另外一类电荷转换盐分子磁体的研究工调控无限分子P分子单元(或链、层)间磁相互作用的类型作[18].并发现第一个室温以上的分子磁体V[TCNE]x·和大小,组装成低维或三维铁磁体.但就目前来说,除选yCH2Cl2,其 Tc高达400 K.值得一提的是,在常温下它显择合适的高自旋载体和桥联配体外,控制分子在晶格中示出矫顽力超过无机磁体,薄膜材料也在积极的研究堆砌方式也十分重要.中,已接近应用.遗憾的是,这类化合物的结构至今仍是 按照自旋载体和产生的磁性不同,分子磁性材料可不清楚.近年来,Miller等对[MnⅢTPP]+[TCNE]-(H2TPP·17 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi Vol.24 No.1为中心四苯卟啉)类分子磁体也进行了广泛的研究.有物在低温下,能够被光激发而发生从铁磁体到顺磁体的关的综述论文可参考文献[12]和[19].可逆转跃迁,是非常有实际应用的特性. Mn( Ⅱ) - 氮氧自由基链状配合物Mn(hfac)2(NIT2 草酸根桥联的双核或异双核金属配位物分子磁体Me)[20](hfac是六氟乙酰丙酮,NITMe 为2- 甲基- 4,4,一直吸引着人们的注意.具有D3对称性的[MⅢ(ox)3]3-5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物自由基,Tc是一个非常有用的建造单元.它在3个不同的方向上都=7. 8 K) 及 Cu ( Ⅱ) 自由基配合物 [Cu (hfac)2]有“钩子”,能轻而易举地把别的金属离子拉进来而形成(NIT[21]多维的金属离子交替排列,从而成为二维或三维分子磁pPy)2(NITpPy为2- (2’吡啶 - 4,4,5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物)是另一类的金属- 有体.如A[MⅡMⅢCr(ox)3](A =N(n - C4H9)+4、N( n -机自由基分子磁体.近年来,这类分子铁磁体的研究进C6H5)+4等) ,当MⅢ=Cr( Ⅲ) ,MⅡ为Mn(Ⅱ) ,Cu( Ⅱ) ,Co展很大,已由单自由基- 金属配合物扩展到多自由基-(Ⅱ) ,Fe( Ⅱ)和Ni( Ⅱ)时,其 Tc分别为6,7,10,12,14金属配合物.由于多自由基较单自由基有更多的自旋中K[26];当MⅢ=Fe( Ⅲ) ,MⅡ为Fe(Ⅱ) ,Ni(Ⅱ) ,Co( Ⅱ)时,心和配位方式,并且与金属配位更易形成多维结构的优Tc=30～50 K[27].点,多自由基—金属配位物的研究已成为分子磁体研究 草胺酸根合铜[Cu(opba)]2-、[Cu(pba)]2-及[Cu的热点之一[22].(pbaOH)]2-含有未配位基团,可作为形成多核配合物的前体.此前体具有两个桥基,易与Mn2+、Fe2+等阳离子3.金属配合物的分子磁体形成异双金属链而构成一维链状配合物,链内通过铁磁 金属配合物分子磁体是目前研究得最广泛、最深入或反铁磁偶合得到铁磁链或亚铁磁链,链间的铁磁或反的一类分子磁体,其自旋载体为过渡金属.在其构建单铁磁偶合导致材料的宏观磁性表现为铁磁或反铁磁性.元中,可以形成单核、双核及多核配合物.由这些高自旋这类分子磁体转变温度低,如由双草酰胺桥联的锰铜配的配位物进行适当的分子组装,可以形成一维、二维及合物MnCu(pbaOH)(H2O)3,Tc=4.6 K[28].三维分子磁体,可以形成链状或层状结构.根据桥联配 除此之外,近十年来化学家们对由三叠氮(N3)配体位体的不同,这类分子磁体主要包括草胺酸类、草酰胺桥联的多维化合物产生了极大的兴趣,这是因为三叠氮类、草酸根类、二肟类、氰根类等几种类型.配体主要以两种方式连接金属离子,见图2,分别对应反 报告的第一个这种类型的分子磁体是中间自旋 S =铁磁偶合和铁磁偶合,便于对分子磁性的设计.单独由3P2的FeⅢ(S2CNEt2)2Cl[4],在温度为2.46 K以下表现为三叠氮配体桥联或混入其他有机桥联配体,可构成一磁有序,但无磁滞现象.接着便是基于双金属的低温铁维,二维和三维的配位聚合物,形成独特的磁学性质并磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[FeⅢCl6]3-( Tc=0.66 K和在一定温度下构成分子磁体[29].这方面,我国的南京大亚铁磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[CrⅢ(CN)6]3-( Tc=2.学和南开大学也做出了很好的工作[30,31].85 K) ,它们同样不具有磁滞现象[23,24]. 近年来,由法国科学家Verdaguer发现普鲁士蓝类配合物所表现出的较高的转换温度,大的矫顽力,使得普鲁士蓝类磁性配合物越来越吸引人们的注意[25].普鲁士蓝类分子磁体是基于构筑元件M(CN)k-6与简单金属离子通过氰根桥联的类双金属配合物,双金属离子均处于八面体配位环境,并通过氰桥连接成三维网络.其组成形式为 Mk[M’(CN)6]l·nH2O 或 AMk[M’(CN)6]l·nH2O(M和M’为不同的顺磁性,化合物为铁磁体,如图2 三叠氮配体和金属离子以及对应的磁交换Cu3[Cr(CN)6]2·15H2O( Tc= 66 K) 、Cu3[Fe(CN)6]2·12H4. 单分子磁体(Single2Molecular Magnets)2O(Tc=14 K) 、Ni3[Cr(CN)6]2·14H2O( Tc=23 K)均为铁磁体.若两个金属离子磁轨道重叠,它们之间的磁 以上情况都是分子被连接成聚合物后产生非常强偶合为反铁磁性,化合物为反铁磁体或亚铁磁体,如的分子间相互作用.从另一个角度,若分子间相互作用(Net4)0.5Mn1.25[V(CN)6]·2H2O( Tc=230 K) 、CrⅡ3[CrⅢ很小可忽略,则分子被隔离成一个个独立的磁分子.当(CN)6]2·10H2O( Tc=240 K)[25].有价值的是,这类化合分子内含有多个自旋离子中心并发生磁偶合时,则总分1·8 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述子的磁矩决定于磁偶合后的最低能态,这时就可能出现域.如在本文中提到的:转换温度超过室温的分子基铁基态为自旋数较高的稳定态,在磁场的作用下产生准连磁和亚铁磁体材料的发现;具有高自旋的多核配合物在续的激发态能级.所以整个分子的磁矩在外场下,沿外低温下表现出磁性的单分子磁体的发现;在室温以上具场的方向偏转时需要克服一个较大的势垒,这种势垒来有大的磁滞现象的自旋交叉配合物的发现;分子基磁体自零场分裂的磁各向异性.有时也称这种现象为自旋阻的光磁、热磁效应;以及分子基磁体的 GMR、CMR效应挫(spinfrustration)[32].这种依赖于外磁场的双稳态(bist2等.所有这些成果都预示着分子磁性材料光明的未来.ability)被看作是新一代信息材料应用的基础.目前所发 相比于传统的磁性材料,由于广泛的化学选择性,现的单分子磁体主要包括Mn12和Mn14离子簇、Fe8离子可以从分子级别上对分子磁性材料进行修饰和改良;作簇和 V为磁性材料4离子簇等三类,如基态为 S = 10 的 Mn12O12,分子铁磁体具有体积小、相对密度小、能耗(O[33]小及结构的多样化等优点,其制备的方法大多为常规的2CMe)16(H2O)4.有意义的是,当这种单分子体积大到一定值时,可被认为是一种尺寸单一的可磁化的纳化学方法,便于做成各种形态的产品,所体现的性质有米材料,具有不可估量的应用前景.些是传统的磁性材料不可替代的.已发现这类新物质可能成为各类高科技材料,特别是新一代的信息存储5. 自旋交叉配合物材料. 众所周知 当然,当配合物分子内的自旋离子中心减少到,作为一种新生的材料,有很多方面仍需要进仅一个时一步研究和改进,这也是我国科学家在基础研究和应用,分子间的相互作用又很小,配合物显示出独立离子的特性科学走向世界前列的良机.可以预见,在未来的发展中,,为近似理想的顺磁性.具有3d4- 3d7电子配置的过渡金属配合物分子基磁性材料将可能在:①高,在八面体配位结构下,电子Tc温度的分子磁体;②在五个d电子轨道上的排布,可能会受到配位场e提高材料的物理稳定性;③透明的绝缘磁体;④易变、易g和t2g加工的分子磁体轨道之间的能隙Δ大小的影响;⑤和其他物理性能结合的复合磁性材,当Δ平均电子对能p相料近时;⑥超硬和超软磁体; ⑦液体磁体等方面着重探索和,化合物的自旋态可能由于某些外界条件的微扰,得到发展可呈现高自旋态与低自旋态的交叉转变[34].(.最典型的是2000年8月29日收到)一些Fe(Ⅱ)配合物,发生高自旋态5T1 Alivisatos A. P. ,Barbara P. F. ,Castleman A. W. ,et. al. Adv. Ma22(S =2,顺磁性)与ters. ,1998;10:1297低自旋态1A1(S =0,抗磁性)的转变,伴随自旋相变,化2 McConnel H.M. J. Chem. Phys. ,1963;39:1910合物可能有结构甚至和颜色的变化.有一些的转变温度3 McConnel H.M. Proc. R.A. Welch Found. Chem. Res.1967;11:144还在常温区,如[Fe(Htrz)4 Wickman H.H. ,Trozzolo A.M. ,Williams H.J. ,et. al. Phys. Rev. ,3- 3x(NH2trz)3x](ClO4)2·H2O1967;155:563(trz=1,2,4 三唑类) ,在常温下从紫色(低自旋)随温度5 Miller J.S. ,Calabrese J.C. ,Epstein A.J. ,et. al. J. Chem. Soc. ,上升转为白色(高自旋).成为另一种新的可利用的双稳Chem. Commun,1986;10266 Pei Y. ,Verdauger M. ,Kahn O. ,et al. J. Am. Chem. Soc. ,1986;态现象[35].1984年,Decurtins等人首次观察到光诱导自108:7428旋交叉效应[36],并随后在低温下利用光对自旋态的激发7 ManriquezJ.M. ,Yee G.T. ,Mclean R.S. ,et al. Science,1991;252:和调控进行了深入研究,期望能用作纳秒级的快速光开14158 FerlayS. ,Mallsah T. ,Ouahes R. ,et al. Nature,1995;378:701关和存储器[34].我国在自旋交叉研究方面也取得了可喜9 Mallah T. ,Thiebaut S. ,VerdaguerM. ,et al. Science,1993;262:1554的成绩[37],如发现温度回滞宽度近55 K的自旋交叉化10 Zhong Z.J. ,You X. Z. ,Chen T. Y. Annual Sci Rept—suppl of J of合物[Fe(dpp)Nanjing Univ. ,Eng.Series, Nov19942(NCS)2]py(dpp =二吡嗪(3,2,2-,3-)邻11 Griebler W.D. ,Babel D.Z. ,NaturforschB. Anorg. Chem. ,1982;37B菲罗啉,py=吡啶)[38],而且首次发现在快速冷却下仍保(7) :832持高自旋亚稳态,实现了不通过光诱导也能得到低温下12 MillerJ.S. ,EpsteinA.J.Angew. Chem. Int. Ed. ,1994;33:38513 Takahashi M. ,Turek P. ,NakazawaM. ,et al. PhysLett,1991;67:746的双稳态[39].14 Chiarelli R. ,NovakM.A. ,Rassat A. ,et al. Nature,1993;363:14715 Allemand P.M. ,Khemani K.C. ,Koch A. ,et al. Science,1991;254:301四、展 望16 MillerJ.S. ,ZhangJ.H. ,Reiff W.M. ,et al. J. Phys. Chem. ,1987;91:4344 分子基磁性材料作为一种新型的材料,近十年来,17 MillerJ.S. ,CalabressJ.C. ,DixonD.A. ,et. al. J. Am. Chem. Soc. ,1987;109:769在化学家和物理学家的努力下,在很多方面已经取得了18 Zhou P. ,LongS.M. ,MillerJ.S. Phys.Lett.A,1993;181:71突破性的进展,迅速发展成为一门材料学科的前沿领19 MillerJ.S. Inorg. Chem. ,2000;39:4392估计效果很不好 如果想要的话，留个邮箱，给你发过去
基于单片机AVR与FPGA的正弦信号发生器设计摘要：在电子和通信产品中往往需要高精度的正弦信号，而传统的正弦信号发生器往往在低频输出时的频率的稳定度和精度等指标都不高。文中介绍了Micro Linear公司的一款单片正弦信号发生芯片ML2035，它可以在几乎不需要其它外围器件的条件下，产生从直流到25kHz的正弦信号,并利用此芯片完成了简易正弦信号发生器电路的设计。 关键词：信号发生器，信号源，正弦信号，ML2035, DDS 目录1. 绪论2. 技术概述3. 需求分析阶段3.1 功能模块图3.2 数据流图3.3 E-R图3.4 业务流程图4. 设计阶段（程序流程图）5. 详细设计阶段（运行的截图）6. 安装调试阶段7. 设计体会1.绪论1.1信号发生器的概念信号发生器（signal generator）产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大 类：①正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。②函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。③脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。④随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中[1～2]。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频、调相等功能，另外还经常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率，同时要有确定的相位差。要实现两路信号具有确定的相位差，通常有两种实现方法：—‘种是采用移相器实现，如阻容移相网络、电感移相器、感应分压器移相器等。这种方法有许多不足之处，如移相精度受元件特性的影响大、移相精度差、移相操作不方便、移相角受负载和时间等因素的影响而漂移等；另一种是采用数字移相技术，这是目前移相技术的潮流[3]。数字移相技术的核心是先将模拟信号或移相角数字化，移相后再还原成模拟信号。本文采用直接数字频率合成技术设计了双通道正弦信号发生器，可以输出两路频率相同、相位差可调的正弦信号。两通道还可以独立使用，分别进行调频、调幅及调相。该信号发生器具有频率稳定度高及调频、调相迅速的优点。 正弦信号源是一种广泛应用的信号源,对它的要求也随着技术的发展越来越高。传统的正弦信号发生器往往在低频输出时的频率的稳定度和精度等指标都不高 。我们知道为了获得高频率稳定度的信号源，往往采用锁相环实现，但这种方法电路复杂、体积庞大。近年来，DDS技术由于具有容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号,这在电子测量、雷达系统、调频通信、电子对抗等领域得到了十分广泛的应用 。然而，如果选用通常的Analog公司的系列DDS芯片研制低频正弦信号发生器，往往需要外部微处理器，因此电路较复杂，并且频率稳定度不佳。为此，本文将讨论基于ML2035设计简易的正弦信号发生器，它具有外围元器件少，电路实现简单，可以不需要外部微处理器的特点。2.技术概述1 直接数字频率合成器的基本原理频率合成是指对一个标准信号频率经过一系列算术运算，产生具有相同精度和稳定度的大量离散频率的技术。频率合成有多种实现方法，其中直接数字频率合成技术与传统频率合成技术相比具有难以比拟的优点，如频率切换速度快、分辨率高、频率和相位易于控制等[4～5]因此得到越来越广泛的应用，成为当今现代电子系统及设备中频率源设计的首选。直接数字频率合成器由参考时钟、相位累加器、正弦查询表和D／A转换器组成，如图1所示。 直接数字频率合成技术是根据相位间隔对正弦信号进行取样、量化、编码，然后储存在EPROM中构成一个正弦查询表。频率合成时，相位累加器在参考时钟的作用下对时钟脉冲进行计数，同时将累加器输出的累加相位与频率控制字K预置的相位增量相加，以相加后的吉果形成正弦查询表的地址；取出表中与该相位对应的单元中的幅度量化正弦函数值，经D／A转换器输出模拟信号，再经低通滤波器平滑得到符合要求的模拟信号。相位累加器的最大计数长度与正弦查询表中所存储的相位分隔点数相同，由于相位累加器的相位增量不同，将导致一周期内的取样点数不同，在取样频率(由参考时钟频率决定)不变的情况下，输出信号的频率也相应变化。如果设定累加器的初始相位，则可以对输出信号进行相位控制。 由采样原理可知，如果使用两个相同的频率合成器，并使其参考时钟相同，同时设定相同的频率控制字、不同的初始相位，那么在原理上就具备了实现输出两路具有一定相位差的同频信号的可能性。AD9852是ADI公司生产的高集成度的频率、相位、幅度可调的直接数字频率合成器，内部集成了高性能D／A转换器、高速比较器、程序寄存器、参考时钟倍频器及可实现各种运算的高性能的数字控制单元，并且可以实现全数字编程控制。AD9852的输出信号频率控制字为48位，使输出频率调节分辨率达到1μHz，输出信号的频率范围可从直流到150MHz，相位调节控制字为14位，相调节分辨率为0．022°，幅值调节控制字为12位。ML2035是Micro Linear公司的一款单片正弦信号发生芯片，它可以在几乎不需要其它外围器件的条件下，产生直流到25kHz的正弦信号，并且它的输出正弦信号频率可以由16比特的串行比特字控制 。因此，ML2035可以广泛地应用于需要价格低、精度高的正弦信号发生器的无线通信或调制解调等领域。ML2035的主要特点如下： 输出正弦信号频率为直流到25kHz； 具有低增益误差和低谐波畸变性能； 具有3线SPI兼容性串行微处理器接口，并具有数据锁存功能； 具有不需要外围器件的全集成解决方案功能；频率分辨率可达1.5Hz （当输入时钟频率为 时）； 自带 的内部晶振； 具有同步和异步的数据加载功能。 正弦信号的产生 ML2035的基本原理和DDS一样，它内部主要由正弦信号产生、晶振和串行数字接口等部分组成。但是，ML2035的外围电路及其简单，它仅有8个引脚。ML2035的可编程频率发生器的基本原理和直接频率合成器（DDS）的基本原理完全一样。我们知道，DDS芯片一般由频率控制字、相位累加器、正弦查询表、D/ A 转换器和低通滤波器组成。DDS芯片的核心部件是相位累加器,它由N 位加法器与N 位相位寄存器构成,它类似一个简单的计数器。每来一个时钟脉冲,相位寄存器的输出就增加一个步 的相位增量值,加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加,把相加结果送至累加寄存器的数据输入端。相位累加器进入线性相位累加,累加至满量程时产生一次计数溢出,这个溢出频率即为DDS的输出频率。正弦查询表是一个可编程只读存储器(PROM),存储的是以相位为地址的一个周期正弦信号的采样编码值,包 含一个周期正弦波的数字幅度信息,每个地址对应于正弦波中 : 范围的一个相位点。将相位寄存器的输出与相位控制字相加得到的数据作为一个地址对正弦查询表进行寻址,查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号,驱动DAC,输出模拟信号；低通滤波器平滑并滤除不需要的取样分量,以便输出频谱纯净的正弦波信号。 由于ML2035的控制字长为16比特，因此据DDS的原理我们不难得出ML2035的输出频率关系式为 (1) 相应地，ML2035的频率分辨率（亦最小频率）为 (2) 3.需求分析阶段一、 设计任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的 特定形状波形。 二、 设计要求 1. 基本要求 具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性的波形。 用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（ 5次以下）线性组合的波形。 具有波形存储功能。 输出波形的频率为100Hz～20KHz（非正弦波频率按10次谐波计算）：重复频率可调，频 率步进间隔≤100Hz。 输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。 具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。 2.发挥部分 输出波形频率范围扩展至100Hz～200KHz。 用键盘或其他输入装置产生任意波形。 增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电压变化范围 ：100Ω～∞）。 具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。 可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生一个半周期三角波输出）。 其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展＞200KHz、扫频输出等功能）。 三、方案设计和论证： 根据题目的要求，我们一共提出了三种设计方案，分别介绍如下： 1、 方案一 采用低温漂、低失真、高线性单片压控函数发生器ICL8038，产生频率受控可变的正弦波 ，可实现数控频率调整。通过D/A和5G353进行输出信号幅度的控制。输出信号的频率、 幅度参数由4x4位键盘输入，结果输出采用6位LED显示，用户设置信息的存储由24C01完 成。系统结构框图如图1所示。 2、 方案二 由2M晶振产生的信号，经8253分频后，产生100Hz的方波信号。由锁相环CD4046和8253进 行N分频，输出信号送入正弦波产生电路和三角波产生电路，其中正弦波采用查表方式产 生。计数器的输出作为地址信号，并将存储器2817的波形数据读出，送DAC0832进行D/A 转换，输出各种电压波形，并经过组合，可以得到各种波形。输出信号的幅度由0852进 行调节。系统显示界面采用16字x1行液晶，信号参数由4x4位键盘输入，用户设置信息的 存储由24C01完成。 3、 方案三 以4M石英晶振作为参考源，通过F374，F283以及LS164组成的精密相位累加器，通过高速 D/A变换器和ROM产生正弦波形，这个数字正弦波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模 拟信号波形。通过高速D/A产生数字正弦数字波形和三角数字波形，数字正弦波通过带通 滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方 波时钟信号。通过相位累加器来实现多种波形的同相位输出，并可以连续地改变频率。 输出信号幅度由TLC7524进行数字控制。用户设置信息的存储由24C01完成。 以下为三种基本方案的具体电路实现： 方案一 单片压控函数发生器ICL8038产生频率为100Hz～20KHz的正弦波，其频率由DAC0832和5G 353进行控制。由于ICL8038自身的限制，输出频率稳定度只有10-3（RC振荡器）。而且 由于压控的非线性，频率步进的步长控制比较困难。输出信号的幅度数控由DAC0832和5 G353完成。幅度数码由单片机通过P0口输入。要求幅度数据为8位/ 100mV。用户设置信 息的存储由24C01完成。 微控制器由8051最小系统，键盘/显示接口芯片8279，16位键盘，6位LED数码显示器以及 相应译码、驱动电路及“自动扫描/手动设置”选择开关等组成。 方案二 基本信号产生：晶振频率为2M，经8253进行分频后，产生100HZ的方波信号，则分频比为 ： M=fALE/100=2X104 其中FALE=2M 一般石英晶体振荡器的频率稳定性优于10-5，故输出信号的频率稳定性指标得以保证。 频率合成：CD4046和8253组成的锁相环中，fo=100N 其中8253的定时器做4046的N分频， 则占空比电路的输入脉冲信号频率也是N。 利用可编程定时器/计数器8253的三个定时器，正好可以承担上述2x104分频和锁相环中 而个分频器的任务。其中定时器0分频比设为2x104，定时器2做锁相环N分频。利用8253 做分频器，应使其工作于方式3。 波形变换采用查表方式，把正弦波一个周期的波形按时间平均划分为100个点，各点的电 压数据放在存储器2817中，通过DA0832实时查询输出。 输出信号的幅度数控由DAC0832完成，幅度数码由单片机通过P1口输入，要求幅度数据为 8位/ 100mV。当输出幅度为3V时，DAC输入数值应为240。 微控制器系统由89C51最小系统，4x4位键盘输入，字符型液晶显示器以及相应的译码、 驱动电路构成。液晶显示采用菜单显示方式，显示直观，操作方便，人机界面非常友好 . 用户设置信息的存储由24C01完成 方案三 以4M石英晶振作为参考源，通过F273，F283以及LS164组成的精密相位累加器和数字信号 处理，通过高速D/A变换器DAC0800和2817 E2ROM产生正弦波形，三角波形和任意波形。 正弦信号频率计算：在相位累加器中，每来一个时钟脉冲，它的内容就更新一次。在每 次更新时，相位增量寄存器的相位增量M就加到相位累加器中的相位累加值上。假设相位 增量寄存器的M为00...01，相位累加器的初值为00...00。这时在每个时钟周期，相位累 加器都要加上00...01。本设计累加器位宽n是24位，相位累加器就需要224个时钟周期才 能恢复初值。 相位累加器的输出作为正弦查找表、三角波查找表和用户自定义波形查找表（均为 E2PROM2817）的查找地址。查找表中的每个地址代表一个周期的波形的一个相位点，每 个相位点对应一个量化振幅值。因此，这个查找表相当于一个相位／振幅变换器，它将 相位累加器的相位信息映射成数字振幅信息，这个数字振幅值就作为D/A变换器的输入。 设计n=24, M=1, 这个相应的输出信号频率等于时钟频率除以224。如果M=2，输出 频率就增加1倍。对于一个n-bit的相位累加器来说，就有2n个可能的相位点，相位增量 寄存器中控制字M就是在每个时钟周期被加到相位累加器上的值。假设时钟频率为fc，那 么输出信号的频率就为： f0 = M*fc / 224 数字正弦波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。通过高速DAC产生数字正 弦数字波形和三角数字波形，数字正弦波通过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波 信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方波时钟信号。 输出信号的幅度数控由TLC7524数控衰减器完成，幅度数码由单片机通过总线寻址方式输 入，幅度为8位/100mV。当输出幅度为5V时，DAC输入值为400。 微控制器系统由89C52最小系统，4x4位键盘输入，字符型液晶显示器以及相应的译码、 驱动电路构成。液晶显示采用菜单显示方式，显示直观，操作方便，人机界面非常友好 。用户设置信息的存储由24C01完成 4、 方案比较 下面对三种方案的性能特点和实现的难易等作一些具体分析与比较。 1）方案一结构比较简单，但由于ICL8038自身的限制，采用了RC振荡器，故输出频率稳 定度只能达到10-3数量级。方案二采用石英晶体振荡器和数字锁相环技术，而一般石英 晶体振荡器的频率稳定性优于10-5，故输出信号的频率稳定性指标得以保证。方案三同 样采用石英晶体振荡器、精密的相位累加器，频率稳定性指标同样优于10-5。达到题目 的要求。 2）方案一由于压控振荡器F/V的线性范围有限，频率步进的步长控制比较困难，难以保 证1000倍的频率覆盖系数。方案二采用集成锁相环4046，配合8253很容易做到1000倍的 线性频率覆盖系数。方案三使用精密相位累加器和高速DAC，同样可以实现1000倍的线性 频率覆盖。 3）方案一的控制显示系统比较简单，六位LED的显示系统制作比较简单，但难以显示系 统输出信号的详细信息，使用时操作难度比较大，人机界面比较难懂。方案二和方案三 采用16字符x1行的液晶，菜单式操作方法，要求有比较高的硬件制作水平和软件编程技 术，但可以详细的显示波形，占空比，信号幅度等信息。人机界面友好，操作方便。而 且通过软件编程控制使系统输出信号的频率、波形预置变的非常简单。 4）方案一中，为获得1Hz的分辨率，必须采用高精度的DAC，不容易达到比较高的精度。 方案二中用单片机对8253可编程定时器进行控制，配合集成锁相环频率合成器4046可以 比较容易的提供1Hz分辨率。方案三采用精密相位累加器，具有相当好的频率分辨率，频 率的可控范围达0.25Hz fc/2n=222/224=0.25Hz 5）方案一的ICL8038可以产生比较准确的波形。方案二通过实时查询输出正弦波，虽然 我们对每一个波形只采用了100个点，但在要求较高的场合，可以通过对每个波形取更多 个点的方法来提高波形精度。具有很好的升级扩展性能。方案三中E2PROM中存储了1024 个波形点，可以提供非常精确的波形。在200KHz的时候，仍然能够对每个波形提供8个点 ，通过滤波器后，同样会具有良好的波形。 6）方案一和方案二的频率变换时间主要是它的反馈环处理时间和压控振荡器的响应时间 ，通常大于1ms。而方案三的频率变换时间主要是数字处理延迟，通常为几十个ns。 7）方案一由于采用RC振荡器，不可避免具有比较大的相位噪声。方案二的相位噪声是它 的参考时钟—石英晶体振荡器—的噪声的两倍。而方案三由于数字正弦信号的相位与时 间成线形关系，整片电路输出的相位噪声比它的参考时钟源的相位噪声小。 从以上的方案比较可以看出，方案三结构比较复杂，但具有输出频率稳定性高、频率输 出线性度好、频率分辨率高、波形准确、频率变换时间小、相位噪声小、人机界面友好 ，易于控制等优点，性能优良。是本次设计的理想设计方案。而相对来说，方案一结构 很简单，制作容易，但是输出信号有频率线性度差、频率稳定度低、频率分辨率低、频 率变换时间比较长，相位噪声大以及人机界面不友好等缺点。方案二电路也比较简单， 但在频率分辨率、频率变换时间、相位噪声等方面都比第三种方案差。总之，方案一和 方案二都具有各自的比较大的弱点，难以达到理想的设计要求。故不宜采用。 经过比较，我们决定采用方案三的电路设计进行制作。 串行数字接口 ML2035的控制可以通过芯片的串行数字接口实现，数字接口部分主要由移位寄存器和数据锁存器组成。SID引脚上的16 bits 数据字在时钟SCK的上升沿时被送入16 bits的移位寄存器。需要注意的是，应该先送最低位，最后送最高位。然后在LAI的下降沿触发下，送入移位寄存器的数据被锁存进数据锁存器。为了确保数据的有效锁存，LAI的下降沿应该发生在SCI为“低”电平期间。同理，在SID数据移入移位寄存器期间，LAI应该保持“低”电平。 电源方式 ML2035具有电源“休眠”功能，这样可以有效提高电源的使用效率，这对于便携式产品是极其有利的。当希望ML2035保持“休眠”时，可以向移位寄存器输入全“0”，并向LATI加载“1”使其保持高电平。在这种情况下，ML2035的功耗可以降到11.5 mW以下，而输出正弦信号的幅度降到0 V。需要提及的是，在电路设计中应该对ML2035的电源输入端进行电源去耦处理，在电路设计中可以采用如图1所示的电源去耦处理方案。 图1 ML2035的电源去耦处理方法简易正弦信号发生器设计 由DDS的基本原理可以知道，由于ML2035频率分辨能力有限，输出的正弦信号将有可能出现误差。对于不同的 考时钟，将产生不同程度的频率误差，表1例举了ML2035在常见的晶振下的频率控制字和频率误差情况。 表1 使用常见标准晶振时ML2035所需频率控制字和频率误差情况 本文拟采用ML2035设计一简易的频率为1000Hz的高精度无频率误差的正弦信号发生器，由于低于3.5MHz的晶振通常价格较高且体积较大，故这里选用6.5536的晶振。由式（1）可以得知需要的频率控制字为1280，因此需要的16 bits控制位为1111 D，这样输出正弦信号的频率误差将在理论上达到0.00%。图2便是实现该简易正弦信号发生器的电路原理图，这里74HC4060计数器的功能是振荡器和计时器，而74HC4002是高速CMOS 四与非门器件。为了实现ML2035的输出正弦信号频率为1000Hz，必须使在前8个脉冲移入8比特0，然后在接下来的后8个脉冲移入1111 1010。 图2 基于ML2035的1000Hz正弦信号发生器电路原理图三，软件篇AVR要完成的功能：1,处理通信2,计算要产生的信号所需的参数3,SPI通信，输出数据到FPGA，从FPGA取数据4,根据所取的数据计算出所测的信号的参数对于通信与算法，在这里也没什么好讲的，讲一下SPI通信吧，我没有使用AVR的SPI外设，我用普通I/O ,,,,,,,,,,,,,,,,
与传统的红外探测器（比如HgCdTe探测器）相比，基于体光伏效应的探测器不需要偏压，困扰许多传统光电探测器的暗电流问题也因此可以得到缓解。为了实现这些应用，必须提高材料的非线性光学响应，使其在低输入下达到人们预期的服役效果。虽然人们已经寻找到了很多新的潜在材料，但一个常见的问题是，能否在理论上给出相对比较通用的方案，并且依照这一方案完成材料设计。
来自麻省理工学院的李巨(Ju Li)教授组在前期论文中就指出，拓扑绝缘材料有着优越的线性光学响应[J. Phys. Chem. Lett., 11, 6119–6126 (2020)]。值得说明的是，在拓扑绝缘材料中，电子态会出现一种不太常见的杂化，它使得这些半导体（或绝缘体）材料的电子结构和普通的硅或者金刚石材料看起来很类似，但实质上具有不同的电子拓扑数。这有一点像普通的纸环和墨比乌斯环一样，粗看起来都是三维空间中的物体，但实际上完全不同。
物理学家已经指出，这种拓扑绝缘材料中的电子能带结构和普通绝缘体（硅或金刚石）相比多了一次能带反转（就像墨比乌斯环一样）。李巨教授课题组指出，这一反转会让价带和导带的电子波函数有更强的杂化，从而使得电子在价带和导带间的跃迁变得更容易，材料也能因此获得优越的光学响应。
近期，李巨教授课题组联合MIT孔敬(Jing Kong)教授课题组，将这一思想进一步拓展至非线性光学材料中[npj Computational Materials 7, 31 (2021)]，提出同时拥有：
除了拓扑能带杂化之外，强烈的空间不对称性会使得空间中的两个相反的方向（比如向左和向右）变得非常不同，这样电子朝着某一个特定的方向移动的意愿强，而向着反方向移动的意愿弱。这样的话，就能够产生更大的净电流。而能隙小的时候，电子在价带和导带之间的跃迁也会变快。这有点儿像上台阶时，如果台阶比较矮，那么上起来就会比较容易。
基于上述原理和孔敬教授课题组前期在二维非对称材料（Janus transitionmetal dichalcogenides, JTMDs）中的实验成果，他们通过量子力学第一性原理的方法，预测了一类新型的拓扑1T’相的Janus过渡金属硫化物，发现它们具有巨大的非线性光电导性。
通过第一性原理计算，他们发现1T’ JTMDs的位移电流电导率可以达到2300 nm·μA·V 2（相当于2800 mA/W），而circular current电导率则能达到104 nm·μA·V 2量级。这比过去常用的非线性材料的光学响应增强了1至2个数量级。也就是说，与之前常见的材料相比，人们可以用更低强度的光照射JTMD材料，在材料中获得更大的光电流。
由于1T’ JTMDs的能隙很小（10 meV量级，相当于2.5 THz），THz波段的光就可以将电子从价带激发到导带上形成光电流。因此1T’ JTMDs可以用来探测THz波段的光。值得指出的是，通常半导体材料的能隙都在1 eV量级，因此它们只能用到探测可见到紫外波段的光，对远红外到THz波段的光则没有响应。
该团队进一步发现，利用弹性形变和外加电场这样的外部刺激可以让1T’JTMDs中电子的波函数发生进一步的扭转，从而导致电子态的拓扑相变。在相变前后位移电流的方向会发生反转。这样一个光电流方向的骤变可以用来表征拓扑相变，在光力学、光电子学中也有潜在应用。该研究有助于加深对拓扑材料光电性质的理解，并且为未来寻找更多具有优秀光电性质的材料提供了理论参考。
该文近期发表于 npj Computational Materials 7: 31 (2021)，英文标题与摘要如下，点击 可以自由获取论文PDF。
我是做晶体材料的，说一下我的理解。非晶峰（所谓的馒头峰）的出现也是满足了布拉格衍射定律2dsinθ=λ，如果是晶体材料，d对应不用晶面的晶面间距，因为你是非晶材料，d应该对应一个反应原子间距参数的值或是一个小的值的区间。所以热处理温度等是如影响你非晶材料的原子间距，就会导致非晶峰出现角度的移动。同时非晶峰的角度还跟xrd的信号的波长有关，只不过我们一般都用cu靶，λ≈0.154nm。说的不对的地方请非晶方向的专家过来纠正！！！
非晶态材料是目前材料科学中广泛研究的一个新领域,也是一种发展迅速的新型材料。所谓的“非晶态”，是相对晶态而言的，是物质的另一种结构状态。它不像晶态那样是原子的有序结构，而是一种长程无序，短程有序的结构，有点类似金属液体的结构。一些合金的非晶态赋予了它比晶态更优异的物理化学性能，使得非晶态材料的研究受到广泛关注。 在非晶态合金中不存在晶态合金中所存在的晶界、位错、扭曲等缺陷，使得其具有优异的机械、物理和化学性能，同时也使得非晶态合金展现出强大的生命力。 1、在机械性能方面，非晶态合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高疲劳抗力、屈服时完全塑性、无加工硬化现象。 非晶态合金具有极高的断裂强度和屈服强度，如非晶态Fe基合金（Fe80P15C5，Fe72Ni8 P15C7）屈服强度在2000~3000MPa，断裂强度约3000MPa，最高达4000MPa，可以用于制作飞机起落架。还可以通过改变成分及控制制备工艺条件等改善其力学性能，以获得超高强度的合金。对于金属材料，通常是高强度、高硬度而较脆，而非晶合金则两者兼顾，它们不仅强度高，硬度高，而且韧性也较好。 非晶态合金在变形时无加工硬化现象。低温时的塑性变形为不均匀变形，而高温时显示出均匀的粘滞性流动。非晶态金属的动态性能也很好，它有高的疲劳寿命和良好的断裂韧性。和非金属玻璃的脆性断裂不同，它的断裂是通过高度局域化的切变变形实现的。许多非晶态金属玻璃带，即使将它们对折，也不会产生裂纹。 2、在化学性能方面，非晶态合金具有较好的耐腐蚀。 由于没有晶粒和晶界，非晶态合金比晶态金属更加耐腐蚀，非晶态耐蚀合金不仅在一般情况下不发生局部腐蚀，而且对于在特殊条件下诱发的点蚀与缝隙腐蚀也能抑制其发展。利用非晶态合金耐腐蚀的优点，可以制造耐蚀管道、电池电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化学工业的催化剂，目前都已达到了实用阶段，非晶态合金的耐蚀性还可用于长期在泥沙、水流中工作的水轮机上，将大大提高其使用寿命，减少维修费用。 3、在物理性能方面，非晶态合金具有良好的磁学性能以及光学性能。 非晶态合金具具有磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低的特点。非晶态合金的磁性能实际上是迄今为止非晶态合金最主要的应用领域。目前，作为软磁材料的非晶合金带材已经实现产业化，并获得了广泛应用。在传统电力工业中，非晶软磁合金正逐渐取代硅钢片，使配电变压器的空载损耗降低60%~80% ，大大节约了能源消耗。 金属材料的光学性能受原子的电子状态所支配，某些非晶态金属由于其特殊的电子状态而具有十分优异的对太阳光能的吸收能力。所以利用某些非晶态材料能够制造出相当理想的高效率的太阳能吸收器，目前应用较多的是非晶态材料为非晶硅。非晶硅太阳电池的应用市场有2个方面：一个是弱光电池市场，如计算器、手表等荧光下工作的微功耗电子产品；二是电源及功率应用领域，如太阳能收音机、太阳帽、庭园灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测及光伏水泵、户用电源等。 可见，非晶态合金具有优良的性能，在受到广泛研究的同时，也是渐渐用到我们生活的方方面面。但是主要还是集中在磁性材料这一块的应用最广。1、 非晶合金带材在软磁材料中的应用 优异的磁学性能使非晶合金成为当今软磁材料的首选材料，同时磁性材料是迄今为止非晶合金应用最成功的领域。在传统电力工业中，非晶软磁合金带材正逐渐取代硅钢片，是铁基非晶合金除了居里温度与饱和磁感外，铁基非晶合金的各项性能（抗拉强度、硬度、最大磁导率、激磁功率密度等等）都大大优于冷轧硅钢片，尤其是矫顽力大大小于冷轧硅钢片，使得其磁致损耗远低于冷轧硅钢片，这就使得非晶铁心电机的效率大大提高。 2、块体非晶合金的应用 块体非晶合金，又称为大块非晶合金，因其尺寸较大，打破了带状非晶合金和非晶粉末的尺寸限制，可以方便地制成各种机械零件，做为结构材料大规模使用，因而成为目前非晶合金领域研究最热的方向。 例如非晶钢，与传统钢材相比，大块非晶钢性能优异：其屈服强度是传统高强钢的2～3倍，在室温下不具有铁磁性，热稳定性高(玻璃转变温度接近于或高于900K)，抗海水腐蚀能力强，因而可以用作未来海军舟见船韵表面防护。由无磁非晶钢所制造的船体，在反探测、抗打击能力方面具有传统钢材无法比拟的优势。 还有轻量化结构材料，铝基非晶合金、镁基非晶合金等低密度材料，强度和硬度都大大超过普通钢铁的材料。 更或者是在一些高档用品中的使用，由块体非晶合金制造的高尔夫球头、滑雪板、棒球棒、滑冰用具有良好的强度，抗塑性变形能力。 3、 其他 非晶态合金对某些化学反应具有明显的催化作用，可以用作化工催化剂；某些非晶态合金通过化学反应可以吸收和放出氢，可以用作储氢材料 非晶合金因弹性极限大大高于普通晶态合金，加上优良的抗疲劳性能、高屈服强度等优点，成为精密仪器弹簧的首选材料 非晶态合金有着如此优良的性能，可以在很多领域带来巨大的改变，但是同样也存在着一些问题。非晶态合金带材厚度宽度有限，产品尺寸受到限制。许多非晶态合金在500℃以下发生晶化，使得工作温度有限，产品稳定性有限制。同时产品的生产成本费用也是一大问题。
非晶合金，或称为金属玻璃，它是20世纪70年代问世的一种新型材料，是利用急冷技术，将钢液一次成型为厚度为30微米的薄带，得到的固体合金（薄带）是不同于冷轧硅钢材料中原子规则排列的晶体结构，正是这种合金其原子处于无规则排列的非晶体结构，使其具有狭窄的B-H回路，具有高导磁性和低损耗的特点；同时非晶合金原子排列的不规则限制了电子的自由通行导致电阻率比晶体合金高出2-3倍，这样也有利于减少涡流损耗。以非晶合金为原料制成的变压器铁心，其空载损耗与采用硅钢片的传统变压器相比，减少了75%左右，使非晶合金变压器具有十分显著地节能和环保效果，当非晶合金变压器铁心用于油浸变压器时，可明显减排多种有害气体。所以，越来越多的生产厂商采用非晶合金来作为变压器铁心的原材料。
铁基非晶合金磁制冷复合材料及制备方法是依靠磁工质的磁热效应，通过磁化和去磁过程的反复循环实现降温 的新制冷技术。与其他制冷技术相比，磁制冷技术的优点为：首先，固态磁工质的熵密度明 显高于传统的化学制冷剂（如氟利昂等），可以大幅减小制冷机体积，获得最大可能的制冷 效率；更重要的是，磁制冷材料不会产生诸如温室效应、破坏臭氧层的气体；此外，磁制冷 机还具有噪音小、寿命长等优势。因此，在能源和环境问题日益凸显的形势下，磁制冷技术 越来越受到广泛关注。