基于石墨烯的量子化霍尔电阻研究综述

电阻作为重要的元器件在电气电子及其他非电领域得到了广泛应用,对其阻值进行准确溯源和量值传递至关重要。相较于实物电阻计量标准,量子化霍尔电阻标准稳定性和准确性更高。目前我国国家/国防量子化霍尔电阻计量基准是基于砷化镓-铝砷化镓异质材料制成的,其对环境温度和外磁场要求高,普通计量实验室难以复现。石墨烯材料的出现为新型量子化霍尔电阻基准/标准的研制提供了可能。本文简述了石墨烯材料的制备方法及其量子化霍尔效应,介绍了石墨烯量子化霍尔效应的国外研究现状,分析了基于石墨烯材料的量子化霍尔电阻标准在研制过程中存在的问题,旨在为我国新型量子化霍尔电阻标准的研制提供参考。     

交流量子化霍尔效应的研究与应用

电阻有频率变差,电阻在交流状态下的溯源是计量领域的难题,以往采用交直流差可计算电阻实现了交流电阻的溯源,但存在稳定性和一致性较差的问题,当前采用交流量子化霍尔效应作为交流电阻标准成为计量领域的研究热点。其中需要解决交流量子化霍尔电阻及其向实物标准电阻传递的准确度问题。本文介绍了采用分裂式屏蔽结构克服交流量子化霍尔电阻频率误差的方法,研制10-8量级高准确度四端对电桥满足交流量子电阻的传递需求,研制完全等电位屏蔽结构的交流电桥校准装置保证四端对电桥的准确度,并介绍了交流量子电阻基准的应用领域。     

量子霍尔效应及其在电阻计量中的应用

精密电阻在智能化仪器中发挥重要作用,对电阻的测量准确度需求也越来越高.基于量子霍尔效应的量子电阻标准可以解决传统实物电阻标准的诸多问题,为电阻计量提供了全新的途径.本文描述了量子霍尔效应和量子反常霍尔效应,阐述了基于砷化镓异质结和基于石墨烯的量子电阻器件及阵列的发展,总结了基于砷化镓异质结的传统量子电阻标准的优缺点,介...     

电学量子计量技术的进展与趋势

介绍了电学计量在直流电压、直流电阻量子化溯源的新进展,在交流电压、交流电阻量子化溯源的新突破,以及电学量子三角形闭合互证的新方法,并对电学量子计量技术在质量单位定义和普朗克常数测定中发挥的作用进行了描述。     

PTB关于实现量子计量三角的研究

PTB量子计量三角的组成部分为量子霍尔电阻标准、约瑟夫森电压标准和一个电子计数电容标准(ECCS),而电容的校准能力在量子计量三角的建立过程中起了很重要的作用。为了计算电子个数,采用了一个被称为r电子泵的低温真空电容,其电容值为1pF的十进制整数值。目前整个设备尚未正式运行,某些部件还处于研制阶段。虽然低温电容值在循环后的重复性好于10-6,但是要使量子计量三角型的不确定度达到预期的10-7以内,30 s的电子测量的停留时间还是相对较短。此外,计算电容的校准能力和量子霍尔电阻均有所改进。     

量子电压的发展及应用

本文通过对直流电压国家副基准、可编程约瑟夫森直流电压标准、可编程量子低频电压标准、宽量程量子化电压标准、脉冲驱动型量子电压标准及便携式免液氦量子电压标准的描述,主要介绍了我国量子电压副基准的历史、现状、今后的发展及应用前景。     

日新月异的空间电推进系统技术

正近日,中国航天科技集团五院502所成功研制出我国首个磁聚焦霍尔推力器。它采用新一代霍尔推力器技术,代表着国际上目前的主流发展方向,较国外同类产品,在比冲、效率等方面性能指标可提升20%以上,实现了等离子体束的磁场聚焦控制和等离子体束聚焦的电离加速耦合控制等关键技术,并成功完成1.5千瓦磁聚焦霍尔推力器的飞行件研制,可广泛应用于我国新一代全电推进通信卫星平台。     

磁场计量与测试系统

提出了一整套中强磁场和弱磁场的计量与测试系统，利用原了核磁在外磁场中的塞曼效应制成的核磁共振磁强计，可以测量１×１０＾－３Ｔ到十几特斯拉的中强磁场，不确定度高达１０＾－９－１０＾－１０，利用霍尔效应制成的高斯计，不确定定度为１０＾－２－－＾１０－３，其价格低廉，使用方便，可适用于计量准确度要求不太高的小范围内的磁场，利用超声技术发展起来的超量子干涉器件（ＳＱＵＩＤ）能分辩０＾－１５Ｔ的超弱磁场和单     

高比冲霍尔推力器启动特性研究

高比冲霍尔推力器从霍尔推力器研制初期就得到重视,但是与工程应用相关的参数对比、电流变化和振荡特性特的研究较少。通过测量推力器在不同工况下推力大小、电流变化和电流振荡波形,给出了HET 80HP高比冲霍尔推力器的性能特点和启动特性。研究结果表明,HET 80HP高比冲霍尔推力器相对于传统霍尔推力器,在较大流量和较高放电电压工况下具有更好的性能。冷启动时,正常磁场情况下放电电流存在电流尖峰,并且需要较长的时间才能达到相对稳定。不同磁场位形热启动情况下电流的变化过程表明,电流尖峰是否存在主要与磁场位形有关,启动时温度的高低与电流尖峰是否存在没有明显关系。此外,通过对比不同磁场下推力器比冲和平均频率的变化可知,推力器低频振荡平均频率的高低能够较好地反映推力器比冲的大小。     

基于可编程约瑟夫森直流电压标准的量子直流纳伏电压标准研究

介绍了量子直流纳伏电压标准的基本原理、标准的组成、实现方案以及试验数据等等。量子直流纳伏电压标准基于交流约瑟夫森效应,利用可编程约瑟夫森直流电压标准的差分原理实现直流纳伏电压的产生。提出了量子直流纳伏电压标准的基本方案及改进设计方案,进一步提升了标准的性能。量子直流纳伏电压标准能够提供高准确度纳伏级量子化直流电压信号,不仅为纳伏级直流电压的精密测量提供了新的手段,还可以解决纳伏级直流电压的量值溯源难题。     

磁屏蔽霍尔推力器技术的发展与展望

磁屏蔽霍尔推力器技术是近年来霍尔推进领域最具影响的创新突破,对于拓展霍尔推力器的应用范围,提高推力器的寿命具有重要意义。介绍了磁屏蔽霍尔推力器的原理及优缺点,从磁屏蔽的提出与验证、不同功率量级霍尔推力器的磁屏蔽技术以及磁屏蔽霍尔推力器热设计、背景压力敏感性、振荡模式转换等方面介绍了磁屏蔽的研究现状,并对未来磁屏蔽霍尔推力器技术的发展进行了展望。     

石英半球谐振子力流变抛光

为提升石英半球谐振子抛光加工的效率及表面质量,对其内外表面进行了力流变抛光实验。利用力流变抛光液的剪切增稠特性,使流变流体柔性把持游离磨粒与工件表面相对运动实现材料去除,通过控制抛光液流场及界面剪切应力实现半球谐振子内外表面柔性、高效抛光。实验过程石英半球谐振子外表面采用浸入式抛光方法,抛光30 min表面粗糙度Ra从135.5 nm降至6.6 nm,内表面采用切入式抛光方法,抛光15 h表面粗糙度Ra从128.2 nm降至9 nm。实验结果证明了力流变抛光方法在石英半球谐振子抛光领域的应用潜力。     

Mini-magnetosphere: Laboratory experiment,physical model and Hall MHD simulation

Magnetosphere with a size comparable to the ion kinetic scales is investigated by means of laboratory experiment, analytical analysis and Hall MHD simulation. In experiment a specific magnetic field was observed which is non-coplanar to dipole field, does not change sign at dipole moment inversion and could be generated only via the quadratic Hall term. Magnetopause position and plasma stand off distance were found to be profoundly different between the experimental regimes with small and large ion inertia length. In the previous studies of a mini-magnetosphere by kinetic codes such novel features were observed as absence of the bow shock and plasma stopping at the Stoermer particle limit instead of the pressure balance distance. Proposed analytical model explains these features by Hall currents which tend to cancel magnetic field convection by ions. Performed numerical simulation shows a good agreement with experiment and analytical model. It gives detailed spatial structure of the Hall field and reveals that while ions penetrate deep inside mini-magnetosphere electrons overflow around it along magnetopause boundary.     

Effect of matching between the magnetic field and channel length on the performance of low sputtering Hall thrusters

Discharge characteristics of a non-wall-loss Hall thruster were studied under different channel lengths using a design based on pushing a magnetic field through a double permanent magnet ring. The effect of different magnetic field intensities and channel lengths on ionization, efficiency, and plume divergence angle were studied. The experimental results show that propellant utilization is improved for optimal matching between the magnetic field and channel length. While matching the magnetic field and channel length, the ionization position of the neutral gas changes. The ion flow is effectively controlled, allowing the thrust force, specific impulse, and efficiency to be improved. Our study shows that the channel length is an important design parameter to consider for improving the performance of non-wall-loss Hall thrusters.     

Theoretical model of steady-state magnetic reconnection in collisionless incompressible plasma based on the Grad–Shafranov equation solution

The problem of steady-state magnetic reconnection in an infinite current layer in collisionless, incompressible, nonresistive plasma, except of the electron diffusion region, is examined analytically using the electron Hall magnetohydrodynamics approach. It is found that this approach allows reducing the problem to the magnetic field potential finding, while last one has to satisfy the Grad–Shafranov equation. The obtained solution demonstrates all essential Hall reconnection features, namely proton acceleration up to Alfvén velocities, the forming of Hall current systems and the magnetic field structure expected. It turns out that the necessary condition of steady-state reconnection to exist is an electric field potential jump across the electron diffusion region and the separatrices. Besides, the powerful mechanism of electron acceleration in X-line direction is required. It must accelerate electrons up to the electron Alfvén velocity inside the diffusion region and on the separatrixes. This is a necessary condition for steady-state reconnection as well.     

温度对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响研究

霍尔推力器磁路设计主要通过常温静态磁场仿真得到，并实测推力器非工作状态常温磁场进行复核。大功率霍尔推力器将面临更为严峻的热问题，推力器工作时磁路系统受高温影响，因此在常温下仿真得到的磁场位形会因温度升高而产生偏移，不能反映推力器真实工作时的磁场情况。为研究霍尔推力器工作时热量对磁路系统的影响，通过热磁耦合仿真对10kW磁屏蔽霍尔推力器的热态磁场分布进行研究，并对热态、常温仿真结果进行了对比，发现在阳极附近的径向磁感应强度Br的差异比放电室出口更大。常温设计的磁屏蔽构型在热态时偏离磁屏蔽，磁场和壁面最大不符合度达到13%，通过陶瓷出口型面修正后重新获得磁屏蔽效果，使最大不符合度降低到4.8%以下。合理热设计有助于降低热载荷，热仿真得到磁路系统最高温度低于500℃，低于0.78倍的居里温度Tc磁性急剧转变点，不会出现磁性能急剧下降，但热量对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响是应该考虑的。     

空间引力波探测微牛电推进寿命评估研究现状

阐述了空间引力波探测任务中无拖曳控制技术对推进系统的特殊要求，介绍了目前主要的备选推进类型：冷气推进、离子电推进、会切型霍尔电推进、胶体电推进。针对面向空间引力波探测任务的电推进系统的寿命评估工作进行了任务分析，报告了目前微牛级电推进系统寿命试验研究现状，举例说明了目前主要应用的电推进装置寿命预测方式，包括半经验模型预测、数值模拟预测、基于数据驱动的预测以及系统层面的可靠性评估方法。对目前微牛级电推进系统的寿命评估研究现状进行总结，给出了发展思路。     

太阳风中磁场重联离子扩散区的大尺度特征

利用ACE和WIND卫星2007年1月6日的联合探测, 在1AU附近发现了一个等离子体密度极低的Petschek-like重联喷流区. 该喷流区内部出现了非常明显的Hall双极磁场、等离子体密度下降区以及与Hall电流相符的低能段电子投掷角分布. 这些特征与重联离子扩散区的Hall效应非常吻合, 说明很可能在太阳风中观测到了一个离子扩散区. 分析表明, 与之相关的磁场重联为准稳态快速完全反向重联, 其扩散区以一对慢模波为边界, 空间尺度达到80个离子惯性长度, 表现出了大尺度重联的特征.