柱状缺陷下超导涡旋的动力学研究

以电流驱动的带有著柱状钉扎的三维各向异性XY模型，模拟了在柱状缺陷密度较低和强度较小的二类超导体中涡旋物质非平衡态性质，利用电阻分流结动力学，发展出行之有效的并行化算法，系统地探索较大尺寸高温超导系统随外加电流、温度，磁场，无序强度而变化的IV特征。在低温和关联无序密度低时，系统为具有六角相的运动有序相，即为运动的Bragg玻璃相；当温度升高时，运动的近晶相出现。运动的Bragg玻璃相到运动的近晶相是一级融化相变。升高关状缺陷密度，运动的Bragg玻璃相被破坏，运动的Bose玻璃相在低温时出现。在运动的Bose玻璃相，尽管六角的Bragg峰不存在，沿c轴方向的超导相干性依然存在。随温度升高，它可以融化为运动近晶相。我们还发现这个融化与柱状缺陷的强度密切相关。在两种情况下，涡旋位错密度在融化点突变，表示位错扩散主导了动力学融化。在运动的Bose玻璃相中的位错密度高于运动的Bragg玻璃相中的位错密度。因为在运动的Bose玻璃相中，柱状缺陷随在涡旋运动方向的钉扎更有效。因为有更多的位错，在运动的Bose玻璃相中， 即使超导相干保留有限, 空间有序性也是不存在的。 柱状缺陷可以用二维的无序来模拟， 因为在第三个尺度的各点的钉扎势都是相同的。 我们利用电阻分流结动力学，研究了具有不对称的单个的和双模式的周期性钉扎势的二维Joseohson结阵列。在一定的温度， 电流和磁场范围， 发现了显著的棘轮效应。通过研究分析涡旋的分布和相互作用， 我们解释了涡旋棘轮效应的微观行为。我们发现棘轮效应在一定的条件下可以反号及具有整流效应， 这可能是实现新型计算机带来可能。我们发现很多在超导薄膜上的不对称钉扎带来的棘轮效应可以在Joseohson结阵列中实现，而在后者的框架下很方便第调控不对称的钉扎势， 因而具有有潜在应用意义。 2100433B

拟以电流驱动的具有柱状缺陷的三维各向异性XY模型和分子动力学模拟等方法，研究在具有柱状缺陷的二类超导体中涡旋系统的动力学特性。研究的主要内容为发展有效的算值方法，模拟系统随柱状钉扎的强度和密度、磁场（方向）和温度而变化的电流－电压特征，计算波色玻璃相的两个方向的静态临界指数和动态临界指数，得出各种运动的涡旋相如运动的 Bose 玻璃相、运动的多孔的蜗旋固体相和运动的 Bragg-Bose玻璃相的本质及两步动力学融化的机制，计算磁通脱钉指数，并得出磁通蠕动率，唯象地给出运动涡旋物质与柱状缺陷，热涨落等相互作用的描述，提出可能提高临界电流和不可逆线的方法，并与已有的实验结果相比较或重新解释实验。本项目的研究内容既是当前凝聚态物理和统计物理的重要基础问题，又和超导体的强电应用紧密相关，因而具有重要的基础研究意义。

《柱状杆结构中的逆散射理论与缺陷形状重构》主要阐述柱状杆结构中缺陷形状重构的基本理论和研究方法，在均匀介质和非均匀介质层次上对典型结构中存在的各种缺陷进行定性研究。《柱状杆结构中的逆散射理论与缺陷形状重构》的读者对象是物理、力学和材料类相关专业的研究人员和研究生。

《玻色:爱因斯坦凝聚中的量化涡旋及其动力学》的特点与独到之处是我们设计了一种模守恒且能量递减的数值方法来求得静态的Gross-Pitaevskii方程（组）的数值解；我们也设计了一种高精度且快速的方法-时间分裂谱方法来求解动态的Gross-Pitaevskii方程（组）的数值解；并用所求得的数值解来分别模拟玻色-爱因斯坦凝聚体的基态与动力学，特别是揭示了基态中的涡旋现象及涡旋运动规律。《玻色:爱因斯坦凝聚中的量化涡旋及其动力学》提出的高效数值方法可以为人们利用计算机研究玻色-爱因斯坦凝聚现象提供理论方法，加深人们对第五种物质-玻色-爱因斯坦凝聚体的理解，最终使人们更方便掌握这种物质现象的各种规律，以便更好地使之在国民经济建设中发挥作用。《玻色:爱因斯坦凝聚中的量化涡旋及其动力学》提出的高效数值方法使用方便，不仅仅只可以用在研究玻色-爱因斯坦凝聚现象，还可以推广应用到其它科学问题之中：例如一般能量泛函在有限制性条件下的求极值计算问题、具有守恒率的偏微分方程（组）的数值求解问题等。《玻色:爱因斯坦凝聚中的量化涡旋及其动力学》在在描述理论和数值方法过程中深入浅出，从简单到复杂，循序渐进。既有深奥的理论说明，又有详细的算法推导过程；既有原始的物理模型，又有数学的简化过程；这些让读者既领悟到了数值模拟的具体过程，又了解了玻色-爱因斯坦凝聚这一极低温度的物理现象。

涡旋管（Vortex Tube）原理：压缩空气喷射进涡旋管的涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向涡旋管的热气端出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向涡旋管的冷气端。在此过程中，两股气流发生热交换，内环气流变得很冷，从涡旋管的冷气端流出，外环气流则变得很热，从涡旋管的热气端流出。

涡旋管可以高效的产生出低温气体，用作冷却降温用途，冷气流的温度及流量大小可通过调节涡旋管热气端的阀门控制。涡旋管热气端的出气比例越高，则涡旋管冷气端气流的温度就越低，流量也相应减少。NexFlow涡旋管最高可使原始压缩空气温降70℃。