DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 实验仿真与分析 4.1. 参数设置 本次仿真采用NetLogo5.2.0系统，该系统可用于模拟自然和社会现象的编程语言和建模，特别适合于模拟随时间发展的复杂系统。为方便实验，我们对模型的参数做如下取值：监测区域的大小设置为400 ´ 400；传感器节点感知半径为 ； ， ， 。根据测算，监测区域内实现完全一重覆盖所需节点数为80个，实现入侵监测可变覆盖所需抛洒节点数为115个。 图4. 网格划分 4.2. 仿真过程及分析 将传感器节点随机抛洒在区域C内，如图5(a)所示，其中白灰色区域表示一重覆盖区域；浅灰色区域表示二重覆盖区域，深灰色区域表示三重覆盖区域。考虑到当有入侵对象进入时，传感器节点还要进行一定规模的位置移动，随机抛洒操作完成后，既可立即进行可变k覆盖部署操作，也可先进行一定程度的覆盖盲区消减操作(如图5(b))，再进行可变k覆盖部署操作。 称具有均匀部署操作的可变k覆盖实验为方案I。传感器节点均匀部署后，入侵对象进入监测区域，假设入侵轨迹及可变k目标区域划分如图6所示。其中深灰色弧状区域为重点监测区域，宽度d h = 2Rs，需实现三重覆盖，深灰色区域中心的曲线为入侵对象的预测运行轨迹；浅灰色区域为次重点监测区域，需实现二重覆盖，其他区域需实现一重覆盖。 一旦发现入侵对象，系统将立即启动节点重新部署操作，其运行过程如图7(a)~(d)所示。可以发现图7中的传感器节点从(a)~(d)逐渐聚集，图7(d)较为清晰的展现了可变三重覆盖的特征。 称无均匀部署操作的可变k覆盖实验为方案II。该实验中，节点随机抛洒后保持静止，不进行均匀部署操作以减少能量消耗。当发现入侵对象后，系统直接进行可变k覆盖操作，如图8所示。 为验证以上两种方案的优缺点，本文分别从重点区域覆盖率和节点剩余平均能量两方面进行比较分析，如下图9和图10所示。图9中，两种方案中分别迭代50次后，方案II中重点区域覆盖率为69.11%，而方案I中为47.76%。图10中，迭代100次后，方案II中节点的剩余平均能量为72.8，方案I为46.3。出现该结果的原因是方案I中节点由于首先需要进行分散均匀分布，所以将耗费更多的时间和能量，但由于其节点分散为均匀覆盖，后期移动部署运行将会更为稳定。 为研究传感器节点数目不同情况下的性能，我们对实际节点抛洒数量进行实验考察，对比策略性能。 1) 节点数目n = 85，节点分布如图11(a)所示。由于节点数量少，监测区域中存在盲区将难以避免的，但发生入侵时，节点会根据优先级别牺牲外围一般区域的覆盖需求，首先满足重点监测区域的覆盖需求。 2) 节点数目n = 150，如图11(b)所示。在满足整个监测区域可变k覆盖的基础上产生部分冗余，即在外围一般区域也会产生部分2重甚至3重覆盖，这样会造成一定程度上节点的浪费。但如果考虑节点能量消耗或节点损坏，节点数目可适当增加。
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user: 5. 结论 本文针对二维区域入侵监测问题提出可变k覆盖问题，并基于区域网格划分聚类算法提出CP-var(k)算法对传感器节点进行重新部署优化，以实现监测区域内的可变覆盖要求。利用NetLogo进行仿真后表 图5. 传感器节点随机抛洒及覆盖盲区消减。(a) 初始随机抛洒；(b) 覆盖盲区消减 图6. 入侵轨迹及可变k覆盖区域划分 图7. 传感器节点移动部署过程(有均匀部署操作) 图8. 传感器节点移动部署过程(无均匀部署操作) 图9. 重点监测区域中覆盖率变化曲线 图10. 节点剩余平均能量曲线(节点初始能量为100) 图11. 传感器节点变化情况。(a) 节点数量较多；(b) 节点数量较少 明，在节点数目有限的前提下，该算法能以较快的时间和较少的能量消耗对节点进行良好部署，从而验证了算法的有效性。但本文只是以单点入侵监测为例进行了分析，后期可以此为基础研究多点入侵以及三维区域的可变覆盖问题。
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user: 摘 要 近年来随着电子商务的普及和快递业务的快速发展，北京市生鲜农产品宅配需求迅速增长，生鲜农产品宅配市场有很大发展空间。但是目前北京市生鲜农产品宅配不仅存在诸如宅配企业规模小、供应链不完善、信息技术不成熟等问题，还在需求群体信任、空载问题，以及市场扩散等方面，面临挑战。本文将着重根据这三个问题，采用实地调研、问卷调查、查阅大量文献和会议资料的方法进行分析和研究，并结合北京市独特的环境分析，提出适合北京市生鲜农产品宅配的优化对策：建立宅配标准化、搭建共享宅配信息平台以及构建O2O生鲜智慧模式。 关键词 :生鲜农产品，宅配，优化对策 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着人民消费水平越来越高，冷链技术发展越来越成熟，人们更加注重生活的品质和饮食的健康，对安全健康的生鲜农产品的需求也越来越大，因此生鲜农产品宅配行业在国内日益受到重视。农产品宅配一方面减少了供应链的流通环节，提高了农产品的流通效率；另一方面减少了供应链上的参与主体，使得利润的分配更加合理化。在国外，生鲜宅配已经形成一定的市场规模，也完成了一套相对完整的规范标准，生鲜农产品的商品损耗已经控制在可以预测的低水平，物流配送人员的操作也十分规范；在国内生鲜农产品宅配的发展还处于初级阶段，正在迅速扩张，宅配行业被投资者普遍看好。 在宅配快速发展的同时，2016年中央1号文件提出促进农村电子商务加快发展，形成线上线下融合、农产品进城与农资和消费品下乡双向流通格局。目前，北京市政府正在推进部分区域建立有机农产品集散中心，对全区农产品进行集中化、品牌化管理，并在建设规划方案中明确写入了“由邮政负责有机农产品集散中心农产品的运输、配送服务”等内容。政府出台的促进农村电子商务的文件和有机农产品集散中心的建立，将大大促进农产品宅配的顺利发展，同时农产品的质量也更加有保证。
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user: 2. 生鲜农产品宅配的定义 生鲜农产品一般包括蔬菜、水果、肉、水产海鲜、蛋、奶等生鲜初级产品，它有储存难、容易腐败、销售生命周期短、鲜活程度指标要求高等特点。在将生鲜农产品从供应地到消费者的过程中，确保生鲜农产品的保鲜度是首要 [ 1 ] 。 宅配，它是在现代IT系统的支持下，通过分区域的配送体系，从而实现宅到宅的小件配送。随着国内电子商务的快速发展，不论是商家提供的“送货上门”、邮局的EMS、一般货运、快递甚至是搬家都属于宅配。宅配与一般的货运或者快递的区别主要在于，宅配注重的是提供配送产品的高质量保证和更好的个性化配送服务。 本文结合专家的定义和研究内容将生鲜农产品宅配定义为，最终用户通过网络平台或者电话订购的生鲜农产品在指定的时间配送到指定的地点的配送服务。这就对生鲜农产品配送的时效性、精细化、服务态度等都有了更高的要求。
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user: 3. 北京市生鲜农产品宅配需求预测及市场分析 3.1. 北京市生鲜农产品消费需求预测 通过近十五年《北京市统计年鉴》的人均生鲜农产品消费量趋势，并由excel表格趋势粗略得出预测，北京市2020年对生鲜农产品的消费情况：蔬菜98千克，水果57.8千克，肉27.5千克，水产海鲜9.5千克，蛋奶33千克。由此可知北京市生鲜需求存在很大的市场，那么宅配业要想高效、健康的发展，首先要解决好目前制约宅配发展的问题。 3.2. 生鲜宅配市场分析 生鲜产品的特点有：生鲜产品一般属于高端产品，具有高价值、高附加值的特征，同时在常温下极易变质；由于冷链配送成本比较高，所以客户在购买产品时必须购买一定金额和数量。宅配产品的特点：生鲜宅配市场规模和高收入人群的聚集化程度成正比；生鲜宅配的配送必须使用冷链技术；生鲜宅配需求趋向于组合型和礼品化发展；我国生鲜宅配还处在初级阶段，缺少专业化的生鲜宅配公司 [ 2 ] 。 基于生鲜农产品特点和宅配行业的独特性，以及我国生鲜宅配市场不够成熟的特点，目前生鲜宅配存在诸多问题：政府缺少出台相关政策、技术标准和发展规划来保证食品的安全；消费市场规模偏小；没有形成完整的生鲜宅配产业链；缺少生鲜宅配品牌企业；生鲜宅配环节缺少标准化；生鲜宅配产品价格偏高；配送环节成本过高等问题 [ 3 ] 。 本文根据对宅配市场的调研及对生鲜宅配行业的工作人士访谈，总结得出目前生鲜宅配市场丞待解决的三个问题：需求群体信任、空载问题，以及市场扩散。生鲜宅配获取消费者的信任是扩大生鲜宅配的根基；消费市场的扩散是生鲜宅配要达到的目标；解决空载问题是宅配企业获得利润的来源之一，同时是目前宅配市场普遍存在的问题。生鲜宅配行业只有先解决这三方面的问题，才能慢慢提高市场占有率，在消费市场立于不败之地。
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user: 4. 北京市生鲜农产品宅配企业存在的问题 4.1. 需求群体信任问题 北京市生鲜农产品宅配相对于全国来讲是发展比较快的，但是比较国外如日本、美国、欧洲等国家，它的规模、技术以及消费者对宅配的信任度相差甚远。其中消费者对生鲜农产品信任度问题主要存在以下三点：质量问题、时间问题和价格问题。 首先最重要的是食品质量问题，由于生鲜农产品对时间要求和保鲜度要求比较高，任何一个环节出现问题就会影响农产品质量。目前生鲜宅配的供应链还不够成熟，从生产到包装再到配送等各个环节的操作也不够完整，这严重影响了生鲜农产品的质量。另外一些生产者为了保证农产品的外观并快速获取利润而使用化肥、农药、激素等，使消费者对生鲜的真实性存在疑惑。 其次是配送时间的准确度问题，根据调查显示，网上购买生鲜产品的家庭月收入高达2万元，处于高收入阶层，在这样的家庭里，夫妻双方可能都工作任务紧，他们对生鲜宅配时间要求比较高。 价格偏高问题也是消费者在选择生鲜宅配方式时的阻碍，为了保证生鲜农产品保鲜度并在时间上抢占先机，这使得宅配的价格居高不下，尤其是冷链的成本比较高，但是据调查显示，90%的消费者能够接受的生鲜宅配的价格仅仅比市场价格高出20%~30%，而生鲜的售价是普通农产品售价的2~9倍，这样的成本和消费者价格的要求，使得农产品生产者和宅配行业很难获得成本和价格利润差，不易盈利。 以上这些问题都会影响消费者对生鲜农产品宅配的信任。 4.2. 宅配过程中的空载问题 宅配空载是宅配车辆或工作人员在配送的过程中没有满载配送或者是在完成配送任务后空载而归的一种现象。就北京市顺丰优选而言，宅配包括两个环节，第一个环节是商品从仓库使用冷链运送到宅配企业门店，这个过程宅配公司通常选择凌晨运输来减少交通堵塞，使商品能够快速有效到达宅配企业相应门店；第二个环节是在客户下单以后，配送员将使用装有干冰的保温箱，在一小时之内将商品送到客户家中，客户的配送范围一般在两到三公里之内。 不管是冷链车辆还是配送员使用的保温箱，在返程过程中都是空载而归，这个环节浪费了很多资源，如：人员闲置、车辆空载、冷链或保温箱干冰浪费等，这些启程或返程的空载现象造成的资源浪费，是导致宅配配送成本居高不下的重要原因，但是，目前很少有宅配公司意识到这样的问题，一旦宅配空载问题解决了，宅配环节将会减少资源浪费，节省成本，宅配行业发展将进入一个更高层次。 4.3. 客户需求群体小且分散，无法快速进行市场扩散 目前在国内，宅配业务正处于发展的初级阶段，近几年发展迅速，不少企业纷纷瞄准这一块肥肉，在宅配行业摸索前进。目前北京市从事农产品宅配服务的企业主要有：本来生活网、新果、沱沱工社、中粮我买网、鲜直达、优菜网、菜到家、悠悠生活网、正谷、顺丰优选、51摘菜网、我鲜吃、宅鲜配、天鲜配、鲜码头等。 宅配企业的对象主要有单个家庭或者机关单位，单个家庭一般包括高薪家庭或者有孕妇、老人小孩的特殊家庭，他们的订货地点分散，订货数量较小，并且订货的差异比较大，很多时候订货量不足以完成配送任务，造成宅配成本过高。虽然宅配企业采用了各种方式来弥补这种不足，例如：社区生鲜储物柜模式、周转箱模式、团购定点取货、农业合作社模式等，但是这些方案都存在成本偏高的弊端，种种问题造成农产品宅配到目前为止无法做到全面普及。 生鲜宅配客户需求群体小且分散的特点，致使宅配公司无法进行规模运输配送，导致宅配成本过高，无法普及生鲜宅配市场。
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user: 5. 北京市新鲜农产品宅配优化对策 5.1. 提高生产透明度，建立宅配标准化和品牌效应，增加需求者的信任度 1) 提高生产透明度。消费者可以直接与特定农场签订供需协议，即客户拥有自己的农场，市民也是农场的“股东”，参与农产品生产和管理，在网上，客户不仅可以选购自己需要的蔬菜，还可以通过菜园的监控系统及时了解蔬菜的生长环境与采收情况。农场将产品定期送上门，送上门的蔬菜要求是最新鲜的，并且配送员可以携带《农残检测报告》，保证消费者对宅配产品绝对信任。 2) 建立宅配标准化。生鲜电子商务的竞争，归根结底是对上游货源的竞争和对供应链的把控，首先要解决的就是标准化问题，只有建立标准化的生产和配送流程，才能壮大农产品的宅配市场。标准化是质量安全保证的根本举措。首先是在生产端的标准化，例如在土壤、采摘、制作以及包装方面与农场签订更为细化的标准准则，实现蔬菜的标准化生产；同时在配送和管理环节还应该制定生鲜农产品的管理标准、质量标准、非机动车标准、周转箱标准、配送标准等，提高蔬菜的质量安全水平。 3) 塑造宅配农产品品牌。对宅配产品很好的宣传是建立企业品牌的重要渠道，微信公众平台是一个很重要的宣传窗口，比如可以将生鲜农产品的故事、来源等通过微信平台发布宣传；可以在商品上粘贴条形码，使扫码可以看到果蔬的农产品名称、生产基地、播种时间、播种面积、采收数量和日期、产品认证信息、农事活动记录、检测情况等信息；还可以在网上提供给消费者和生产者的互动平台，让消费者对产品做出评价，通过和消费者的沟通，可以及时处理宅配过程中出现的问题，不断完善，确保生鲜农产品的品牌和信誉。 5.2. 增加宅配返程增值业务，搭建宅配货运信息管理平台 针对宅配业务返程过程中的空载现象，可以考虑增加宅配返程增值业务，即通过提供配送产品服务以外的其它相关服务，来解决空载问题，在降低成本的同时增加企业业务量，以期达到双赢的效果。在由客户到门店的返程中，可以增加的业务有：送件取件、废品旧家电回收、干洗业务 [ 4 ] 等。 这些业务的物件可以放在宅配社区店或者存放于店中店 [ 5 ] ，整个社区的用户都可以把此类业务聚集在所定点，配送员在返程的过程中将搭载这些业务，“顺便帮助客户完成了一些琐碎小事”。在增加增值业务过程中，宅配公司应该逐渐建立起回程搭载意识，最大程度降低空载率。 同时各个宅配公司可以合作搭建统一的货运信息管理平台，将宅配物流企业有效聚集起来，并且对现有的物流信息进行整合和优化，使车辆和人员调度以及运输配载达到合理配置 [ 6 ] 。各个宅配企业联合合作，共同完成宅配产品配送，提高宅配物流整体效率。 5.3. 网上下单，社区取菜的O2O生鲜智慧宅配 O2O生鲜智慧宅配是网上下单，社区取菜，同时在社区店或者店中对所销售的部分产品进行样品展示，让消费者在线下体验从而带动线上消费，通过线下的实体店，让消费者通过直观的视觉感受诱导消费者进行网上消费，在线下营造农产品品牌形象，同时将线上作为快速购买的平台。这种线上和线下相结合的模式，将是未来生鲜农产品宅配发展的趋势。 它主要的业务模式有两种：一是宅配生鲜门店将客户订好的宅配产品直接送到社区自建的社区店或者店中店，消费者在方便的时候来取；二是在社区店或者店中储存生鲜农产品的样本，消费者可以来店内看到要购买的生鲜产品模板，并且可以直接购买，对于当天没有卖掉的产品，可以低价转卖给就近的菜市场，同时消费者也可以根据自己的需求，在网上预定。 宅配企业也要根据各个社区一周或者一个月对各种生鲜的需求规律，做好生鲜产品的销售预测，从而使生产基地有足够的时间对产品供应做好准备工作，建立完善的预售模式。社区店资源O2O生鲜智慧宅配模式的建立，可以汇集整个社区的消费者，进行规模运输，减少宅配成本，解决了宅配消费者小且分散的不足，同时通过实体店对产品品牌的建立，有助有于提升消费者对生鲜产品的信任，从而逐渐形成生鲜宅配市场的形成。
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user: 6. 总结 本文首先研究了近些年北京市对生鲜农产品的需求量，进而得出生鲜农产品宅配存在很大的发展空间，其次，根据调研总结和宅配业的发展现状，同时结合北京市特定的政治经济环境以及消费状况，得出生鲜宅配目前需要解决的三个问题：群体信任、空载问题，以及市场扩散，最后根据北京市现状得出对应问题的对策：建立宅配标准化、搭建共享宅配信息平台以及构建O2O生鲜智慧模式。 通过对宅配行业目前面临问题的解决，将为生鲜宅配的宣传和构建健康、高效的生鲜运作平台提供一个良好的机遇，同时满足了消费者对食品个性化和高品质的需求愿望，在“互联网+”环境下 [ 7 ] ，生鲜宅配将更具生命力。
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user: 摘 要 本文基于哈伯德模型采用约束路径量子蒙特卡罗方法研究了非均匀二维蜂巢晶格中手征性d + id超导态随非均匀度(由蜂巢内和蜂巢间的跃迁积分之间的比值来表征)的演化特性。研究结果表明当在位库仑相互作用U较小时，手征性d + id电子配对关联函数随着非均匀度的增大先明显增加后逐渐减小，而在较大U的情况下手征性d + id电子配对关联函数随非均匀度的增大趋势被强烈抑制。我们的研究结果说明在较小U的情况下存在一个最佳的非均匀度，使得体系具有最强的手征性d + id超导态。进一步的理论分析显示磁性并不是导致超导态变化的原因。根据体系中费米能附近的电子状态数与有效在位库仑相互作用随非均匀度的变化特征，我们对手征性d + id超导态随非均匀度的演化给出了合理的解释。我们的研究对量子调控二维蜂巢晶格中的超导态提供了重要的理论思路。 关键词 :d + id超导，手征性，蜂巢晶格，量子蒙特卡罗 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ .
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user: 1. 引言 近年来，拓扑超导态因其新奇的物理特性受到了凝聚态物理学界的广泛关注，其中石墨烯中可能存 在的手征性d + id (具体形式为 )超导态更是目前的一个研究热点。理论研究发现手征性d + id 超导态同时缺了时间反演和宇称对称性，而且表现出非平庸的拓扑特性，例如量子化自旋霍尔电导和热霍尔电导、超导涡旋中的马约拉纳态，以及边界上的无能隙态。Pathak等人运用变分蒙特卡罗方法模拟哈伯德模型的结果表明在低掺杂的石墨烯中存在手征性d + id超导态 [ 1 ] ，随后Nandkishore等人的重正化群结果显示在1/4掺杂的石墨烯中存在手征性d + id超导态 [ 2 ] 。Black-Schaffer 等人运用重正化平均场以及量子蒙特卡罗方法的计算结果进一步证实在电子半填充附近存在手征性d + id超导态 [ 3 ] 。 手征性d + id超导态的实部即 超导态对应于铜氧化物高温超导体的超导状态。为了解释高温超导机理，人们对均匀 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 和非均匀 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 四方晶格中的 超导态开展了大量的研究工作，其中非均匀主要包括棋盘状和条纹状两种形式。Kivelson 等人采用微扰法和数值精确对角化的计算结果表明一定的棋盘状非均匀有助于掺杂空穴形成 配对状态 [ 8 ] [ 9 ] 。Baruch等人运用contractor重正化群方法的计算结果同样显示适当的棋盘状非均匀有助于增强 超导态 [ 10 ] 。最近，有限温度行列式量子蒙特卡罗方法的模拟结果显示在四方晶格中存在最优化的棋盘状非均匀度使得 电子配对关联函数取得最大值，并且最优化的非均匀度随着在位电子库仑相互作用的增大而增加 [ 11 ] 。 受Kivelson等人工作的启发，我们构造了非均匀二维蜂巢晶格并采用约束路径量子蒙特卡罗方法 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 探究了非均匀性对 超导态的物理影响。我们的计算结果表明在弱电子关联区域，适当的非均匀有助于增强 超导态，而随着电子关联的增强，非均匀对超导难以产生增强作用。我们的研究工作一方面可以扩展对二维蜂巢晶格中关联电子物理特性的理解，另一方面为探寻更强的非常规超导态提供了重要的理论思路。
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user: 2. 模型结构和哈密顿量 参照棋盘状非均匀四方晶格 [ 8 ] [ 9 ] ，我们构造了非均匀二维蜂巢晶格，如图1所示。 图1(a)表示尺寸为 的晶格结构示意图，它由两套相互嵌套的三角晶格组成。图中黑色实心表示A类子格点，黑色空心表示B类子格点。我们将碳原子由黑色实线连接形成六边形的蜂巢，然后用红色点线将蜂巢连接起来。通过定义蜂巢内近邻碳原子之间电子的跃迁积分为t 1 ，蜂巢间近邻碳原子之间电子的跃迁积分为t 2 ，我们可以改变t 1 和t 2 的比值来调控二维蜂巢晶格的非均匀性。图1(a)中以a 1 和a 2 为基矢构成的平行四边形代表非均匀情况下的晶格原胞，内含六个碳原子。当只考虑在位库仑相互作用时，系统的哈密顿量表示为下面的形式： (1) 上式中三角括号表示二维系统中的近邻格点， 分别表示原胞中A类子格点和B类子格点。 表示近邻格点间的跃迁积分， 分别表示原胞中A类子格点上的产生(湮灭)算符， 分别表示原胞中B类子格点上的产生(湮灭)算符， 表示自旋， 表示自旋为 的电子密度算符，U表示在位库仑相互作用。本文中我们取近邻格点之间的距离为a，在结果部分所给出的t 1 ，t 2 ，U等均以近邻格点间的最大跃迁积分作为能量单位，原胞中的基矢可以写为： (2) 由(2)式可以方便地得到倒格子基矢为： (3) 图1. (a) 晶格大小为2 × 48的非均匀二维蜂巢晶格结构示意图；(b) 第一布里渊区示意图。图(a)中黑色实心和空心圆圈代表A和B两套子格子，a 1 和a 2 代表原胞基矢，t 1 和t 2 代表蜂巢内和蜂巢间的跃迁积分 体系的第一布里渊区由图1(b)表示。运用傅里叶变换我们将电子算符变换到波矢空间 (4) 这里N为有限晶格上的原胞数。采用紧束缚近似系统的哈密顿量在波矢空间可以描述为： (5) 上式中 可以写成以下矩阵形式： (6) 其中矩阵中的元素 与 为0矩阵， 可以描述为： (7) 在本文的计算中，我们采用了约束路径量子蒙特卡罗方法。它的总体思路是一个多粒子体系的基态波函数可以通过不断投影得到，即 其中 表示体系的基态波函数， 为投影算符， 为试探波函数。在以下计算中，试探波函数选取为自由电子对应的波函数，即U=0时哈密顿量给出的单个Slater行列式。为了克服费米子符号问题，我们要求任意一个投影后的Slater行列式 与试探波函数都有正的交叠积分，即 。 为了探究非均匀二维蜂巢晶格体中的手征性 超导特性和磁性特征，我们计算了体系的电子配对关联函数和自旋关联函数 。前者由以下公式定义： (8) 其中 表示相距R的格点 和格点 之间的电子配对关联函数。电子对算符 写为： (9) 式子中 表示近邻格点之间的连接， 表示手征性 超导态的形状因子，其表达方式如下： (10) 超导态的特征可由长程电子配对关联函数的平均值 来加以刻画，其定义如下： (11) 这里 为距离大于2的R数目。系统的磁性可以根据动量空间的自旋关联函数来描述，其计算公式如下： (12) 其中 (13)
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user: 4. 结论 在本文中，基于哈伯德模型并采用约束路径量子蒙特卡罗方法，我们系统地研究了手征性 超导态随二维蜂巢晶格中非均匀度的变化特性。非均匀度由蜂巢内和蜂巢间的跃迁积分来加以调控。我们的研究结果表明当在位库仑相互作用U很小时， 电子配对关联函数随着非均匀度的增加先明显增大而后逐渐减弱。即当取合适的 (或者 )比值时， 电子配对关联函数存在最大值，该结果表明在较小U的情况下存在一个最佳的非均匀度，使得体系具有最强的手征性 超导态。我们还发现在非均匀的蜂巢晶格中，电子状态数与有效在位库仑相互作用均随非均匀度的增加而逐渐增大，但两者对 超导的影响却存在竞争关系：费米能位置电子状态数的增加将会有利于增强 超导态，而有效在位库仑相互作用的增加将会抑制 超导态。具体表现在费米面位置电子状态数的增加有利于准粒子浓度的增加，有效在位库伦相互作用的增加抑制了准粒子浓度的增加。因此两者之间的竞争关系合理地解释了 超导态随非均匀度的演化特征。本文的研究结果对量子调控二维蜂巢晶格中的超导态提供了重要的理论思路。
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user: 摘 要 基于杂化泛函理论，我们考察了长程Hartree-Fork项在交换关联势中所占比例(α)对铁电材料PbTiO 3 晶体结构和电子结构的影响。我们发现基于PBE交换关联势，当α等于0.325时杂化泛函所得的带隙值与实验结果相吻合。另外，基于PBE和PW交换关联势我们分别研究了α对晶体结构的影响，基于PBE交换关联势的结果与实验值相差较大。而基于PW交换关联势的计算表明，当α等于0.2时，计算所得到的晶体结构与实验结果比较吻合，但此时带隙值却小于实验值。这些结果表明杂化泛函对于铁电材料PbTiO 3 的适用性还有待商榷。 关键词 :带隙，杂化泛函，第一性原理，PbTiO 3 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 钙钛矿型的铁电氧化物，如PbTiO 3 和Pb(Zr， Ti)O 3 固溶体，均属于电子陶瓷材料，其具有铁电性及大的压电响应和高介电常数等相关机电性能 [ 1 ] 。由于其优越的性能，铁电钙钛矿氧化物在器件方面的应用已引起广泛地关注，如高密度非易失性随机存取存储器、传感器、机电设备等 [ 2 ] [ 3 ] 。 第一性原理计算方法在预测材料性质方面起着非常重要的作用。虽然传统的基于局域密度近似 [ 4 ] 和广义梯度近似 [ 5 ] 的计算方法可以较好地预测材料基态的物理性质，但计算得到的带隙与实验值并不符合。最近人们已经应用杂化泛函理论来研究一些氧化物 [ 6 ] 的物理性质，包括VO 2 、V 2 O 3 、Ti 2 O 3 、LaTiO 3 和YTiO 3 等，而且得到与实验比较吻合的结果 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。然而，对于铁电材料而言，基于杂化泛函的第一性原理研究还比较少。本文以铁电材料PbTiO 3 为例，利用杂化泛函理论研究其块体材料的晶体结构和电子结构。我们发现基于PBE交换关联势，当长程Hartree-Fork关联项为0.325时杂化泛函所得的带隙值与实验结果相吻合。基于PBE交换关联势所得的晶体结构与实验值相差较大，而基于PW交换关联势的计算表明，当长程Hartree-Fork关联项等于0.2时，杂化泛函所得的晶体结构与实验结果比较吻合，但此时带隙值小于实验值。
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user: 2. 计算方法 我们使用基于投影缀加平面波方法(PAW)的第一性原理软件包VASP [ 11 ] [ 12 ] 。采用基于PBE [ 13 ] 和PW [ 14 ] 交换关联势以及考虑长程Hartree-Fork项作用的杂化泛函方法 [ 15 ] 来研究PbTiO 3 的晶体结构和电子结构。我们考虑Pb6s 2 6p 2 4个价电子，Ti4d 3 5s 1 4个价电子，O 2s 2 p 4 6个价电子的贡献。平面波截断能量为600 eV。k点网格为6 × 6 × 6。收敛标准为10 −5 eV。在杂化泛函理论中，我们用Hartree-Fock交换项来替换部分短程的PBE(PW)交换势， 具体表达式如下： (1) 其中α是Hartree-Fock项所占比例。在计算过程中，我们考察不同α值对PbTiO 3 电子结构和晶体结构的影响，寻找与实验相符合的α值。
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user: 3. 计算结果与讨论 图1为PbTiO 3 的晶体结构图。左图为铁电相，右图为顺电相。其中黑色为Pb元素，蓝色为Ti元素，红色为O元素。表1为PbTiO 3 晶体结构的实验值 [ 16 ] 。 图1. PbTiO 3 的晶体结构图：左图为铁电相，右图为顺电相(Pb， Ti， O分别位于顶点，体心和面心) Table 1 The experimental value of PbTiO3 crystal structur a (Å) c/a Pb Ti O 1 O 2 实验值 [ 16 ] 3.904 1.065 (0， 0， 0) (0.5， 0.5， 0.5) (0.5， 0.5， 0.872) (0， 0.5， 0.379) 表1. PbTiO 3 晶体结构实验值 我们在实验的晶体结构 [ 16 ] 下利用基于PBE交换关联势的杂化泛函理论，研究长程Hartree-Fork库伦关联项(α)对铁电材料PbTiO 3 带隙的影响，如图2所示，其中红色虚线为实验值 [ 17 ] 。从图中我们发现，计算所得的带隙值随α值的增大而增大，当α为0.325时带隙值与实验值较为接近。图3是此时计算得到的PbTiO 3 总态密度和分波态密度。我们发现基于PBE交换关联势的杂化泛函理论在带隙计算上的优势非常明显，选用合适的α值，可得到与实验值十分吻合的计算结果。 基于PBE交换关联势的杂化泛函理论我们进一步研究α的选取对晶体结构计算的影响。如表2所示，随着α值的增大，晶格常数a逐渐减小，与实验值差距逐渐拉大，而c逐渐减小，与实验值越来越接近，但仍大于实验值，因此计算得到的c/a的值始终大于实验值。显然利用PBE交换关联势的杂化泛函计算得到的晶体结构与实验值相差较大，因此我们利用PW交换关联势的杂化泛函对PbTiO 3 的晶体结构进行计算。如表3所示，随着α值的逐渐增大，计算得到的晶格常数a值逐渐减小而c值逐渐增大，c/a的值也因此逐渐增大，当α增加至0.2时，计算得到的c/a的值与实验值比较吻合，其晶体结构数据见表4。另一方面，能带结构计算结果显示，随着α值的逐渐增大，带隙值也逐渐增大。当α = 0.2时，带隙值约为2.46 eV，这远小于实验值。而选取α值0.35时，计算所得的带隙值与实验值较为吻合(3.35 eV)，但其晶格常数与实验值相差较大。综上所述，晶体结构和电子结构的计算结果表明杂化泛函对于铁电材料PbTiO 3 性质的计算的适用性还有待商榷 [ 18 ] 。
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user: 4. 总结 基于杂化泛函理论，我们考察了长程Hartree-Fork项在交换关联势中所占比例(α)对铁电材料PbTiO 3 晶体结构和电子结构的影响。我们发现基于PBE交换关联势，当α等于0.325时杂化泛函所得的带隙值与实验结果相吻合。另外，基于PBE和PW交换关联势我们分别研究了α对晶体结构的影响，基于PBE交换关联势的结果与实验值相差较大。而基于PW交换关联势的计算表明，当α等于0.2时的杂化泛函 图2. 计算得到的PbTiO 3 带隙值与Hartree-Fork项(α)的依赖关系，其中红色虚线为实验值 [ 17 ] Table 2 The lattice constants and band gap of PbTiO3 within PBE: a， c， c/a and band gap Egap. The rightmost column in the table is the experimental measurement result α 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Exp. a (Å) 3.846 3.841 3.833 3.826 3.824 3.819 3.812 3.810 3.904 [ 15 ] c (Å) 4.749 4.725 4.712 4.703 4.664 4.637 4.627 4.590 4.158 c/a 1.235 1.230 1.229 1.229 1.220 1.214 1.214 1.205 1.065 E gap (eV) 1.85 2.09 2.31 2.57 2.82 3.06 3.33 3.59 3.4 [ 16 ] 表2. 基于PBE交换关联势杂化泛函方法计算所得PbTiO 3 的晶格常数a，c，c/a以及带隙E gap 。表中最右列是实验测量结果 Table 3 The lattice constants and band gap of PbTiO3 within PW: a， c， c/a and band gap Egap. The rightmost column in the table is the experimental measurement result α 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Exp. a (Å) 3.865 3.861 3.856 3.854 3.851 3.842 3.841 3.830 3.904 [ 15 ] c (Å) 4.034 4.053 4.070 4.084 4.107 4.157 4.170 4.233 4.158 c/a 1.044 1.050 1.055 1.060 1.067 1.082 1.086 1.105 1.065 E gap (eV) 1.47 1.73 1.97 2.21 2.46 2.76 3.03 3.35 3.4 [ 16 ] 表3. 基于PW交换关联势杂化泛函方法计算所得PbTiO 3 的晶格常数a，c，c/a以及带隙E gap 。表中最右列是实验测量结果 Table 4 The lattice constants and atomic positions of PbTiO3 within PW of α = 0. a (Å) c/a Pb Ti O 1 O 2 理论值 3.851 1.067 (0， 0， 0) (0.5， 0.5， 0.461) (0.5， 0.5， 0.891) (0， 0.5， 0.382) 实验值[ 16 ] 3.904 1.065 (0， 0， 0) (0.5， 0.5， 0.5) (0.5， 0.5， 0.872) (0， 0.5， 0.379) 表4. 基于PW交换关联势(α = 0.2) PbTiO 3 的晶体结构值以及与实验结果的比较 图3. PbTiO 3 的电子结构态密度：灰色为PbTiO 3 的总态密度，红色为Pb离子的态密度，蓝色为Ti离子的态密度，绿色和玫红色分别代表O 1 和O 2 的态密度 所得的晶体结构与实验结果比较吻合，但此时带隙值却小于实验值。这些结果表明杂化泛函对于铁电材料PbTiO 3 的适用性还有待商榷 [ 18 ] 。
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user: 摘 要 川崎病(KD)随着发病率逐年增高，已经成为取代类风湿成为儿童后天性心脏病的主要病因。建立川崎病动物模型，对于其冠脉损伤病因及发病机制的研究至关重要，目前研究较多的有小鼠模型、兔模型、幼猪和犬模型，在动物模型的研究中发现单核/巨噬细胞的免疫激活、TNF-α和IL-1等细胞因子、基质金属蛋白酶(MMP-9)、血管内皮生长因-A(VEGF-A)、转化生长因子、TLR-2和MyD88及Dectin-1/Syk信号通路，均与川崎病模型中以冠状动脉损伤为主的免疫性血管炎有关。本文就目前运用川崎病免疫性血管炎模型研究其发病机制的现状进行总结概括。 关键词 :川崎病，动物模型，免疫性血管炎，发病机制，免疫激活，超抗原，细胞因子 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 川崎病是一种急性发热出疹性疾病，于1967年由川崎先生第一次报道，并将其改名为“皮肤黏膜淋巴结综合征(Mucocutaneous lymph node syndrome)” [ 1 ] ，主要发生于5岁以下婴幼儿。系统性血管炎为川崎病(KD)的病理学特点，主要累及中等大小的肌性动脉，以心脏冠状动脉受累最为常见。急性及亚急性期，部分患儿可发生冠状动脉瘤，这部分患儿远期可发生冠状动脉内膜增厚、钙化，出现冠状动脉狭窄，发生缺血性心脏病。急性期未经丙种球蛋白(IVIG)治疗者20%~25%发生冠脉损伤，IVIG治疗后冠脉损伤的发生率明显下降约为5% [ 2 ] ，目前KD已经取代风湿病成为儿童后天性或获得性心脏病的主要病因之一。 自首例KD患儿发现至今四十多年的研究中，尽管大量研究发现可能的病因与感染因素、遗传易感因素和超抗原因素等密切相关 [ 3 ] [ 4 ] ，但对于其确切病因及发病机制仍无准确的论述及证实。由于KD患儿的病理标本取材困难，因此KD动物模型在进一步研究KD的病因及发病机制中发挥了重要作用，引起了诸多学者的关注。目前已经用于研究的KD模型中，小鼠模型是国内外最早且应用最多的KD模型，其中用干酪乳杆菌细胞壁成分(LCWE)和白色念珠菌水溶性成分(CAWS)诱发KD系统性血管炎的模型最常见，且在研究中发现，金属基质蛋白酶(MMP-9)、TNF-α、血管内皮生长因子-A (VEGF-A)、模式识别受体等在LCWE诱发的KD模型冠脉损伤中发挥重要作用，也有学者提出甘露糖结合凝集素(MBL)、c-Jun氨基端激酶(JNK)及滋养血管等与白色念珠菌水溶性成分(CAWS)诱发的KD血管炎有关。其次也有学者通过用幼犬、幼猪及兔进行建模，研究KD病因及其发病机制。本文就目前KD免疫性血管炎动物模型的类型，以及运用动物模型研究川崎病发病机制的现状进行综述。
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user: 2. 川崎病(KD)动物模型 KD动物模型发展至今，虽然没有一种模型能够完全模仿川崎病的各种临床表现，但目前小鼠模型、幼犬、幼猪及兔模型在研究中的已经应用较多，对KD病因及发病机制的研究起着重要作用。如果能够建立一种理想的KD动物模型，将会极大的促进KD病因、发病机制、病理改变及干预措施的研究。 (一) 干酪乳杆菌细胞壁萃取物(LCWE)诱导的小鼠模型 干酪乳杆菌是一种来源于人和鼠胃肠道、口腔及阴道的革兰氏阳性杆菌，由于干酪乳杆菌细胞壁成分(LCWE)类似于可以诱发鼠慢性多发性关节炎的溶血性链球菌-A的细胞壁成分，美国Lehman等 [ 5 ] 于1983年首次利用超声波破碎法提取LCWE并腹腔注射于LEW/N雌性大鼠体内诱发多发性关节炎模型。另外早期研究发现感染可以诱发原发性血管炎 [ 6 ] ，Ａ组β-溶血性链球菌可在小鼠体内诱发风湿热，有的小鼠表现为冠状动脉炎 [ 7 ] ，并且可诱发兔慢性肉芽肿性炎 [ 8 ] 。故Lehman等 [ 9 ] 将Ｂ组干酪乳杆菌细胞壁成分单次腹腔注射于C57BL/6小鼠诱发冠状动脉炎模型，注射后第3天发现冠状动脉外膜有炎性单核细胞浸润；第14天发展为动脉壁不对称性浸润，且开始出现多形核细胞浸润；至第28天，血管周围出现炎性浸润并且伴有狭窄；冠脉损伤的整个过程都伴随着冠状动脉周围外膜的纤维组织增殖，直至第56天冠脉旁纤维组织极其致密。研究中发现除C57BL/6小鼠之外，LCWE可诱发A/J， Balb/c， C3Hebl杂交小鼠的急性或慢性冠状动脉炎模型，且其病理表现与C57BL/6小鼠相似。之后Lehman等多次重复了此冠状动脉炎小鼠模型，并发现这种急性炎症性冠状动脉损伤病理表现与KD冠脉损伤及其相似 [ 10 ] [ 11 ] ，其他学者也成功复制了此模型 [ 12 ] [ 13 ] ，尽管其机制仍不清楚，但为进一步研究KD病因及冠脉损伤发病机制提供一种体外研究的方法和途径，且已有研究发现金属基质蛋白酶(MMP-9) [ 14 ] 、TNF-α [ 15 ] 、血管内皮生长因子-A(VEGF-A) [ 16 ] 、模式识别受体 [ 17 ] 等在KD模型冠脉损伤中发挥重要作用。 (二) 白色念珠菌细胞壁萃取物(CAW)诱导的小鼠模型 白色念珠菌是一种革兰氏阳性菌，通常存在于正常人口腔、上呼吸道、肠道及阴道，其细胞壁成分包含甘露糖蛋白、β-1，6-葡萄糖、β-1，3-葡萄糖蛋白。早在1978年Hisao MURATA等 [ 18 ] 就利用KD患者粪便中分离出的白色念珠菌细胞壁提取物，来诱发小鼠的冠状动脉炎，发现且其病理表现与KD的冠脉损伤类似，并且再次成功复制了此小鼠模型 [ 19 ] [ 20 ] 。K. Takahashi等 [ 21 ] 用类似的方法，从KD患者的粪便中分离出白色念珠菌，并提取其细胞壁成分，连续5次腹腔注射于小鼠诱发冠状动脉炎，发现动脉炎的发生率为66%，其中冠状动脉和主动脉根部最常累及，主要病理表现为血管的炎性浸润、纤维细胞内膜明显增厚伴内部及中弹性膜破坏、冠脉扩张，提示其病理特征与KD冠脉损伤有诸多相似之处。Toshiaki Oharaseki等 [ 22 ] 在CAWS诱发KD冠状动脉炎模型中发现C3H/HeN类小鼠中冠脉损伤的发生率最高，病理检查结果显示模型小鼠的动脉炎同样大多发生在冠状动脉和主动脉根部，主要病理表现为血管全层炎性浸润、内膜不同程度层厚伴随冠脉狭窄、内外弹性纤维膜破坏、中膜平滑肌细胞炎症程度逐步恶化，并且发现血清细胞因子在不同时期有不同变化，据此认为此KD冠状动脉炎模型对于KD发病机制的研究大有帮助。 (三) 兔模型 KD冠脉损伤的兔模型最早在1995年就有日本学者Onouchi等 [ 23 ] 利用刚断奶的血清病家兔来构建，主要因为家兔血清病的心血管系统表现不仅在组织学上与KD的心肌、瓣膜、冠状动脉及主动脉改变相似，并且其后续反应也类似。试验中分别给33只刚断奶家兔和15只成年兔每周一次静脉注射马血清连续2周，病理学表现首先为内皮细胞肿胀及不同程度水肿由血管内膜下不断扩展至动脉外膜及血管周围组织，接着出现冠状动脉内皮细胞下单核细胞浸润，冠脉中膜变薄和平滑肌细胞肿胀导致冠脉扩张，注射后4月刚断奶幼兔仅仅表现为中膜变薄及轻微的弹性组织变性。并且发现，这种家兔倾向于形成冠状动脉瘤，但却与年龄有关，在刚断奶的幼兔中冠状动脉瘤表现明显，在成年家兔中无这种改变。国内韦卫中等 [ 24 ] 首次用牛血清白蛋白重复静脉注射于幼年家兔诱发兔的免疫性血管炎模型，发现有24%的幼兔出现不同程度的冠状动脉扩张，未发现冠状动脉瘤形成；而成年兔的冠状动脉均光滑均匀未见明显冠状动脉扩张，可能原因为幼年期冠状动脉的组织结构发育不完善。其病理学表现与KD冠脉损伤的病理过程相似，认为异型动物蛋白引起免疫性血管炎模型亦可作为KD的致炎动物模型，近年来Jijuan Dou等 [ 25 ] 也成功复制了此模型，虽然其临床表现与病理表现与KD并非完全一致，但有助于进一步研究KD冠脉损伤的发病机制。 (四) 猪模型 Philip等 [ 26 ] 以马血清重复肌肉注射于小型猪也成功构建了冠状动脉炎模型，血清注射后立刻观察到有64%的小猪腿部、57%胸部和耳部、35%嘴部及口周、86%会阴及肛周区域均出现皮肤红斑，且2.5个月以上的小猪皮肤红斑较多，注射后30分钟内即出现皮肤发红、心跳加速及寒颤；二维超声心动图结果显示试验组中有57%表现出冠脉重度扩张(100%~150%)，21%为中度扩张(75%~99%)另外21%为轻度扩张(54%~74%)；病理学检查盐水对照组无明显改变，而马血清组可见多种改变，如内层弹力莫断裂、轻中度内膜增生改变及内膜下改变、胞浆凝集、定向力障碍、细胞裂解、脱颗粒改变等，皮肤活检显示血管周围炎性浸润，不同程度动脉炎性改变中包括100%左主干冠状动脉和左前降支及86%的右冠状动脉，表现为不同程度的内弹性模破坏及平滑肌细胞增生等。小猪模型由于出现皮疹且注射马血清后的冠脉扩张表现与KD相似，病理表现也与KD亚急性期相似，近年来Philip等再次成功复制了此模型 [ 27 ] ，认为此模型可作为免疫性血管炎发病机制和治疗方法研究的工具。 (五) 犬模型 幼犬多动脉炎综合征(JPS)是一种病因不明的系统性坏死性血管炎，主要累及小及中等大小动脉，其中最易累及冠状动脉，主要发生于3到18个月大小的幼犬，早在1991年Burns等 [ 28 ] 就报道了JPS与KD的临床表现、实验室检查及病理学表现相似。1992年Felsburg等 [ 29 ] 研究了患幼年性多动脉炎综合征幼犬的异常免疫反应，并与KD进行了对比，发现二者在临床表现、实验室检查及病理学表现方面有惊人的相似。患JPS的幼犬其主要临床表现为发热、步态僵硬、颈椎疼痛、颈强直；实验室检查发现白细胞和中性粒细胞明显升高，血清IgA升高；外周血B淋巴细胞明显升高，而T淋巴细胞则降低；对有丝分裂原刺激的应激反应显著受抑制；细胞分泌免疫球蛋白能力减弱等；这些表现与KD急性期免疫反应及其相似。据此提出幼犬自发性JPS可能为研究KD病因及其发病机制提供了一个新的线索，然而目前此犬模型尚无最新研究，其重复性有待于进一步验证。
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user: 4. 讨论及总结 KD发现至今虽然已有40多年，但其发病机制仍不清楚，近些年来，利用KD类似的免疫性血管炎模型研究其发病机制已经成为热点。目前虽然尚未发现一种可以完全模拟KD的理想动物模型，但利用现在已知的动物模型极大地便利了KD病因、发病机制及治疗方法的研究。在今后KD动物模型的研究中，从冠状动脉炎损伤切入的同时如果能够进一步模拟KD的主要临床表现，并且通过体外研究减少诸多外源因素干预的情况下进一步验证金属基质蛋白酶(MMP-9)、TNF-α [ 15 ] 、血管内皮生长因子-A(VEGF-A)、模式识别受体等在KD急性期炎症反应及冠脉损伤中的作用及其作用机制，对于进一步预防冠脉损伤和早期治疗将具有重大意义。 总之，KD可能是有一种或多种已知或未知的病原体微生物侵入易感者体内，而这种病原体可能是作为超抗原诱发了以单核/巨噬细胞为主、多种T细胞和B细胞参与的免疫激活反应，引发TNF-α、IL-1、IFN-γ等多种炎性细胞因子瀑布样生成，这些细胞因子通过直接或间接调控MMPs、Syk、C-Jun氨基端激酶等及其信号通路的表达而介导以小血管为主的全身炎症反应。在今后的研究中，利用现代分子、细胞生物技术，将KD动物模型和KD患者结合起来，对进一步明确KD的病因、发病机制及治疗措施具有重要意义。
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user: 摘 要 本文利用第一性原理对单个Si原子掺杂石墨烯结构的电子性质进行了计算模拟研究。结果表明，该体系的原子间杂化成键状态倾向于sp 2 -sp 3 混合杂化，原子排列出现了褶皱，石墨烯原有的空间反演对称性破缺，使得石墨烯能带结构中的狄拉克锥的零能隙打开。通过投影能带发现，掺杂Si原子在狄拉克锥附近的贡献较小，其主要影响是改变体系的杂化成键状态使体系几何结构发生改变，进而导致体系的电子性质发生变化。 关键词 :石墨烯，掺杂，第一性原理，杂化，电子性质 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 2004年，英国科学家Geim和Novoselov利用机械剥离法在石墨上获得了稳定存在的二维材料–石墨烯 [ 1 ] [ 2 ] ，其独特的结构和电子性质在科学界引起了广泛地关注。石墨烯中的C原子采取sp 2 杂化成键，呈平面六角蜂窝状排列；其能带具有Dirac锥结构，在费米能级附近呈线性分布，能隙为零 [ 3 ] 。硅烯也具有与石墨烯类似的结构和电子性质，不同之处在于，硅烯中的Si原子采取sp 2 -sp 3 混合杂化成键，原子排列出现褶皱；其能带也具有Dirac锥结构 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ，但是将自旋耦合效应考虑在内的理论计算表明，其能隙约为1.55 meV [ 7 ] 。 C和Si同属第IV主族元素，但是由于杂化成键类型不同，导致各自形成的二维材料的几何结构和电子性质不尽相同。本文基于上述考虑，利用第一性原理密度泛函理论研究了单个Si原子掺杂的石墨烯结构的几何特点和电子性质，并通过分析体系杂化成键类型和能带结构，阐述了Si原子掺杂对石墨烯结构和电子性质的影响，发现Si原子掺杂能够使石墨烯能带结构打开一个约为0.1 eV的能隙，有利于石墨烯在半导体电子器件中的应用。
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user: 2. 计算方法和模型 本文中结构弛豫和电子性质计算都是利用第一性原理密度泛函理论软件VASP得到的。计算中采用广义梯度近似(GGA)方法，交换–关联泛函形式为Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)交换关联泛函 [ 8 ] ，替代原子实的赝势形式选用投影缀加平面波(PAW)赝势 [ 9 ] [ 10 ] ，所有计算均不考虑自旋效应。平面波截断能经收敛测试后设置为450 eV，力收敛标准为10 −3 eV/Å，能量收敛标准为10 −4 eV。我们构建了一个6 × 6的石墨烯超胞，在其内部用一个Si原子替代一个C原子，如图1所示，因为计算必须在周期性平板模型体系上进行，所以构建体系时真空层设置为15 Å。因为该超胞结构较大，结构优化弛豫时的布里渊区采样仅选取Γ点(0 0 0)；电子性质计算时的布里渊区采样为15 × 15 × 1的Monkhorst-Pack网格；电子结构能带计算时的布里渊区采样选取高对称点路径。
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user: 3. 结果和讨论 3.1. 几何特点 经过弛豫后，体系结构如图2所示，(a)、(b)分别给出了体系的平面视图和侧面视图。从图中可以看出，整个体系的原子仍呈六角排布，但已经不再具有石墨烯那样的理想二维平面排布结构，而是在垂直方向上出现了褶皱，如图2(b)所示。图3(a)红线区域包围的原子中，Si-C键平均键长(约1.89 Å)和C-C键平均键长(约1.45 Å)均大于石墨烯中的C-C键键长(约1.42 Å) [ 2 ] ，Si原子相对于初始石墨烯平面的褶 图1. 单个硅原子掺杂石墨烯初始结构。黄色原子代表Si原子，处于石墨烯超胞的中央位置 图2. 弛豫后的体系结构，(a) 为平面视图，(b) 为侧面视图。图(a)中红色曲线区域内的原子呈现褶皱排列；图(b)中给出了Si原子相对于初始石墨烯平面的褶皱程度Δz = 0.4 Å 皱程度约为0.4 Å，C原子褶皱程度约为0.1 Å；红线区域外的C原子之间的C-C键键长在1.40 Å和1.44 Å之间变化，褶皱程度不明显。 我们已经知道，硅烯中的Si原子倾向sp 2 -sp 3 混合杂化成键，Si-Si键键长较长，使得硅烯结构出现褶皱 [ 6 ] 。在此结构中，Si原子的存在，诱导与之近邻的C原子偏向采取sp 3 杂化方式成键，使得该结构整体上不能保持石墨烯那样的纯sp 2 杂化成键特点 [ 2 ] ，而是倾向于sp 2 -sp 3 混合杂化成键 [ 11 ] ，各类原子之间的键长变化明显，这就解释了体系原子排列在垂直方向上出现褶皱的原因。但是值得注意的是，距离Si原子越远的C原子，受Si原子的影响越小，其C-C键键长变化越不明显。随着石墨烯超胞的增大，体系外围的C原子可能仍旧保持类似石墨烯的结构特点。 综上所述，单个Si原子的掺杂使得石墨烯原子排列结构发生了变化，那么相应的体系的电子性质也会发生一定的变化，下面给出该体系的电子性质的计算结果和分析。 3.2. 电子性质 利用VASP计算得到的体系能带结构和态密度如图3所示。图3(a)左图代表体系的能带结构，其中灰色实线是体系的总能带结构，红色圆点代表Si原子对总能带结构的贡献，圆点大小代表贡献的相对大小。图3(b)代表体系的六角布里渊区结构 [ 12 ] ，其中带箭头的红色实线给出了计算能带结构时在布里渊区采样的高对称点路径(Γ-M-K)。 图3. 单个Si原子掺杂石墨烯结构的能带结构、态密度及布里渊区示意图。(a) 中左图代表能带结构，右图代表态密度，左图中红色圆点代表了Si原子对能带的贡献，圆点大小代表贡献度的相对大小。(b) 中给出布里渊区采样的高对称点路径 图4. 总能态密度和Si原子能态密度分量图。蓝色实线代表总的能态密度，红色实线代表Si原子能态密度分量 可以看出，整个能带结构仍然保持了石墨烯能带结构的特点，在布里渊区K点附近存在线性分布的Dirac锥结构，但与纯石墨烯不同的是在费米面附近出现了一个约为0.1 eV的能隙。能隙的出现，可以归结到Si原子的掺杂使得整个体系成键的杂化状态发生改变从而改变体系的原子排布结构，在垂直方向出现了褶皱，破坏了石墨烯原有的空间反转对称性 [ 13 ] [ 14 ] 。从图中还可以看出，Si原子在整个能带结构中的贡献离费米面较远，且局域性比较强，能带分布相对较平缓 [ 15 ] ，其在Dirac锥附近的贡献尤其小，在Dirac锥附近的能态分布主要还是C原子中电子的能态分布。这从图4中Si原子局域态密度和体系总态密度的对比图中也可以看出，图中的纵坐标是任意的，仅代表相对大小，蓝色实线代表的总态密度在费米面附近极小范围内为零，红色实线代表的Si原子能态密度在费米面附近−1 eV~1 eV内为零，在此范围之外不为零，另外Si原子能态密度对体系总的能态密度贡献也是比较小的。
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user: 4. 结论 单个Si原子掺杂石墨烯结构整体上仍能保持二维结构，但体系中原子之间的杂化成键方式倾向于sp 2 -sp 3 混合杂化，在垂直方向上原子排列出现褶皱。掺杂的单个Si原子的电子能态在Dirac锥附近的贡献较小，其主要作用还是影响了体系的杂化成键方式，使体系结构发生了上述的变化。这种结构上的变化打破了石墨烯原有的空间反转对称性，进而改变了石墨烯的电子性质，在费米能级Dirac锥处打开一个约0.1 eV的直接能隙，表现出半导体的特性，克服了石墨烯难以应用于纳米半导体电子器件的缺点。总之，经过单个Si原子掺杂后，无需外部手段(如外加电磁场、基底衬底等)就可以使石墨烯原有的零能隙结构打开一个带隙，有利于以石墨烯为基础的半导体电子器件的大规模集成。另外，本文仅研究了单个Si原子对石墨烯电子性质的影响，下一步可以围绕多个Si原子掺杂对石墨烯电子性质的影响来进行研究，阐明掺杂Si原子个数对石墨烯能隙打开程度的影响。
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user: 摘 要 利用重合度理论，我们研究具收获项的广义捕食-被捕食模型，得到系统存在正周期解的充分条件。本文结果推广了已有文献的结果。 关键词 :重合度理论，捕食-被捕食模型，收获项，正周期解 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 众所周知，具收获项的捕食-被捕食系统可以被描述为 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 这里 分别表示捕食-被捕食猎物的密度，h和k是收获项 [ 5 ] 。特别地，一个具收获项的捕食-被捕食非自治模型可以被描述为 (1) 这里 分别表示猎物的内在增长率，捕获率，捕食者的死亡率，转换率和半饱和参数。设(1)的所有参数均正，详细的生态意义可参考 [ 6 ] - [ 11 ] 及其相应的参考文献。 由于实际的模型常受到环境变化的影响，因此文 [ 9 ] 研究了模型 (2) 这里 均是连续的正 周期函数。 本文研究 (3) 这里 是连续的正 周期函数，n是正整数。显然文 [ 9 ] 是本文的特殊情况。 本文用重合度理论研究系统(3)正周期解的存在性。为方便，我们列举(详细请参考 [ 10 ] ) 引理1 (连续定理)。假设L是指标为零的Fredholm映射，N在 上是L-紧的，若 (1)对任意 ，对算子方程 的任一解满足 。 (2)当 时， ， 。 则 在 上至少有一个解。