Technical Papers and Presentations

Klein tunneling is one of the most striking consequences of Dirac equation. Despite experimental investigations of the phenomenon in analog systems in the transport or quasi-bound state scenario, a direct observation of quantized Klein tunneling is still lacking. Now this is achieved in ... Read More

开发了一个创新的微波炉食物烹饪虚拟仿真APP。通过耦合流体、固体、电磁场和热场，实现了对微波加热过程的全面模拟。实现了不依赖MATLAB实现食物旋转模拟，并通过自研方法显著降低了模拟时间，提高了计算效率。 通过App开发器，我们构建了一个用户友好的界面，使得用户可以轻松自定义各种参数，如食材特性、几何形状、容器设计、旋转方式和加热功率等。此外，我们还使用了COMSOL Compiler™，进一步增强了模型的可移植性和应用范围。 该仿真APP能够准确预测食物在不同条件下的加热均匀性和所需时间，为微波炉设计和食品工程提供了宝贵的虚拟实验平台 ... Read More

微磁学仿真(micromagnetics simulation)是自旋电子学与磁学领域中重要的一种重要的研究手段，本质上通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程来对磁性体系中磁矩的动力学进行仿真。微磁学仿真的主流软件以开源为主，包括OOMMF、Mumax3等，然而其在工程上的应用以及与多物理场耦合的扩展性仍有所不足。我们基于COMSOL的Physics Builder创立了微磁学仿真模块，不仅能够实现已有的微磁学仿真功能，还能够与COMSOL内置的多物理场进行耦合，如磁弹耦合、磁光耦合、各向异性磁电阻等，为学术研究和工程应用提供了新的接口 ... Read More

可微波速冻水饺作为一种冷冻多组分食品，在微波复热过程中皮料的水分损失较为严重，为解决这一问题，有必要对其复热过程中的传热传质行为进行研究。本文建立了一个以速冻水饺为多孔介质，并将电磁场与传热传质相结合的多相多孔介质模型，其中耦合了“固体传热”、“稀物质传递”和“电磁波，频域”三种物理场，并结合了麦克斯韦方程组、质量守恒方程、相变方程及能量守恒方程，以测量得到的介电特性以及热特性为输入参数，模拟了在720W的微波功率下复热速冻水饺过程中内部温度场及水分的动态分布。结果表明不同组分的食品表现出较大加热速率以及水分损失的差异，经过180秒的复热后皮料的平均温度达到90℃ ... Read More

本文研究一种新型连续流微波反应器，将高效的微波辐射技术与混沌强化混合技术耦合。运用COMSOL软件对在雷诺数为0.1至100的混相流体的传质性能和传热性能进行数值研究，以期为未来提高连续液-液化学反应的产量提供理论依据。难点在于：微波传输的不确定性使得传统实验和理论方法难以理解能量输入-吸收关系[1-2]，导致加热效率低下[3] 、加热均匀性较差[4-6]。同时，传统方法很难预测微波加热不同流体的效果，因为小的干扰和协同效应可能会导致剧烈的变化[7-11]。 本文提出了一种基于混沌对流强化的微波反应器，使用层流，电磁波，稀物质传递，流体传热等物理场，通过数值模拟理论分析 ... Read More

在处理波导驱动的磁性材料时，需要用到本课题组基于COMSOL平台开发的微磁学模块[1-3]与COMSOL自带的射频模块耦合。两个模块的耦合方法为互相交换一个物理量：微磁学模块将解出的磁化强度m导入到电磁波模块本构关系的磁化强度中；而电磁波模块将解出的磁场强度h添加到微磁学模块的有效场中。 依据任务的不同，我们可以选择不同的电磁波模块。对于求解静磁自旋波的问题，AC/DC中的mfnc模块即可符合需求。该模块既可以与微磁学频域模块联合进行频域求解，也可以与微磁学时域模块联合进行时域计算。但是对于存在电磁波导的问题，由于我们有端口的需求，以及体系具有可比拟几何尺度的电磁波长 ... Read More

磁性斯格明子是磁性系统中的一种准粒子自旋结构，其受拓扑保护和易被自旋极化电流驱动的性质使其在赛道存储器、自旋逻辑门、神经形态计算等应用领域备受关注。基于自主开发的COMSOL Multiphysics的微磁学模块，我们设计了一种具有周期性缺陷纹样的斯格明子赛道，利用空间结构的不均匀性和垂直磁各向异性产生对斯格明子的强钉扎效应以实现数据寄存，通过操控极化电流脉冲产生的自旋轨道力矩实现斯格明子在缺陷位上的定向跳跃以实现数据移位，并可在初始位上生成不同的斯格明子序列以实现数据串的整体操控。该模型设计已在室温下的Ta/CoFeB/MgO多层膜体系中通过实验证实。 Read More

铁磁材料中的各类磁织构有望为新一代信息处理与存储的硬件方案奠定基础，比如磁畴壁和磁性斯格明子(skyrmion)等。基于本课题开发的COMSOL微磁学模块可以仿真介观层面上磁性材料内磁矩的动力学行为，即求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程。在本工作中，我们利用COMSOL微磁学模块计算了铁磁体系中两类磁织构的动力学行为。首先，在准一维的铁磁体系中，两个180°磁畴壁之间由于交换相互作用产生近程的拓扑排斥效应，因此通过塞曼场将它们挤压在一起可以生成一个360°磁畴壁，这个360°磁畴壁中存在一维自旋波的束缚态。其次，在准二维的铁磁体系中 ... Read More

射频变温压差膨化是一种新型的无油膨化技术，目前已被应用到原切薯片制备过程中。薯片膨化过程中涉及了质量、动量、能量运输以及材料的大体积形变。开发出能够描述热量和水分传输、快速蒸发和大变形的基本模型，有助于了解并优化影响膨化过程的各个因素。本研究结合COMSOL软件中固体传热、固体力学、射频磁场等模块进行了耦合分析。我们采用电磁热多物理场来耦合电流与固体传热模块，研究了不同环境与设备参数对薯片加热的影响；通过吸湿膨胀多物理场，水分变化的稀物质传递模块与固体力学模块中的结构变化相耦合，利用空气中水分输送来模拟环境气氛的变化；在膨化变形过程的瞬态模拟中 ... Read More

微波消融是一种先进的局部热疗方法，已成为早期肝癌治疗的重要根治性手段之一。微波消融治疗肝癌的热力学机制对于精准化治疗策略、提升治疗效果至关重要。消融过程中组织所经历的热效应及伴随的形变特性直接关联其疗效的优劣，但临床直接测量难度巨大，建模仿真是推动该领域临床实践的有效工具。本研究通过微波与生物组织相互作用机制的数学表达，使用COMSOL Multiphysics仿真来分析消融过程中的热能分布以及由此触发的软组织热机械行为。本研究依据消融针的实际结构精确构建几何模型，并建立了电磁波与Pennes生物传热的多物理场耦合。鉴于肝脏组织电热特性对温度的敏感性 ... Read More