Year: 2025

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本篇研究来自清华大学田禾课题组。本综述旨在分析总结二维材料在忆阻神经元器件与神经形态计算系统中发挥出的新功能与独特优势。 文章介绍 Emerging Functions of Two-Dimensional Materials in Memristive Neurons Yuwan Hong, Yanming Liu, Ruonan Li, He Tian（田禾）   通讯作者： 田禾，清华大学   研究背景： 随着数据密集型应用的蓬勃发展，传统的冯诺依曼计算机在处理这些问题时出现了内存墙、功耗墙等问题。神经形态计算受到人类大脑的智能和超高效率启发，可以有效解决传统计算机内存与功耗瓶颈。神经元是神经形态计算系统的关键单元，它可以整合时间和空间维度的信息并发出指令。早期的神经元器件依靠CMOS技术实现，由数十个晶体管电路构成，其功耗、面积与功能存在着较大的优化空间。 近些年，研究聚焦于基于忆阻原理的神经元器件，它具有更丰富的功能和更简单的器件结构。二维材料具有出色的电学特性和各种感知能力，因此越来越多的研究将其引入到神经元器件中。本综述旨在分析总结二维材料在忆阻神经元器件与神经形态计算系统中发挥出的新功能与独特优势。   研究内容： 本文首先分析了二维材料在神经元器件性能上带来的优势。用二维材料代替传统氧化物介质层，可以实现跟高的离子扩散迁移率，进而利用单一忆阻器件实现神经元行为，避免1R1C的面积开销。同时二维材料的单原子层厚度适合做表面工程，可以有效调整忆阻介质中粒子的迁移。二维材料还可以实现栅极调控的三端忆阻器结构，可以提高器件稳定性与可调性。除此以外，二维材料具有多样的能带结构，可以实现大开关比、低功耗等性能要求。二维材料的传感特性拓展了神经元器件的功能，基于二维材料的神经元器件可以实现光信号与电信号的多模态时空整合，大幅降低了图像信息处理的内存占用，实现同步的感知与处理。   除了神经元器件，本综述还梳理了基于二维材料的神经形态计算系统研究进展。二维材料的引入实现了突触和神经元的器件整合，感知-存储-计算一体的仿生系统以及柔性可穿戴系统。   最后，作者针对二维材料神经形态计算系统的未来发展做出了分析展望。从二维材料出发，还有许多独特的性能没有被发掘利用，大面积二维材料制备仍存在发展空间。对于神经元器件，还有许多仿生功能尚未实现，如何实现突触和神经元的大规模集成也是亟待解决的问题。从系统角度看，更深入的人脑生物研究与适配算法的开发也是关键。   作者介绍 田禾  副教授 清华大学 田禾，现为清华大学集成电路学院长聘副教授、集成纳电子科学研究所副所长，入选国家级高层次科技创新领军人才、国家优青、国际先进材料学会会士（IAAM Fellow）。研究二维材料新型器件，在Nature、Nature Machine Intelligence、Nature Communications、Science Advances等期刊发表论文200余篇，总他引超1万次，入选科睿唯安高被引学者（2024年）、全球前2%顶尖科学家榜单（2022年和2023年）。主持国家某重点专项、科技部2030重大项目青年科学家项目、国家自然基金项目、北京市自然基金重点项目等，研究成果入选中国十大科技新闻（2022年）、中国半导体十大进展（2022年）、中国十大重大技术进展（2017年），获茅以升北京青年科技奖、电子学会青年科学家奖、“一带一路”发明展金奖、电子学会自然科学一等奖、教育部霍英东青年教师基金、中国科协青托。现任Microelectronic Engineering副主编、IEEE Electron Devices Reviews副主编以及Infomat青年编委、Nano-Micro Letters青年编委、半导体学报青年编委等。 期刊介绍 JPhys Materials 2023年影响因子：4.9  Citescore：10.3 JPhys Materials（JPMATER）是一本新出版的开放获取期刊，涵盖材料研究中最重要和最激动人心的进展，着重关注跨学科和多学科研究，包括：生物和生物医学材料；碳材料；电子材料；能源和环境材料；玻璃和非晶态材料；磁性材料；金属和合金；超材料；纳米；有机材料；光子材料；聚合物和有机化合物；半导体；智能材料；软物质；超导体；表面、界面和薄膜等。

本篇研究来自广东省第二人民医院李天旺团队。本研究中，利用表面配体技术构建了三种不同表面电荷的Se NPs（PVP-Se，CTAB-Se，SDS-Se），研究发现表面活性剂的修饰的三种硒纳米粒子比未经修饰的纳米硒具有更高的稳定性，并且除表面电荷不同外，三种硒纳米粒子的尺寸与性质相似。进一步研究发现，三种硒纳米粒子的细胞摄取与蛋白亲和性与其表面电荷密切相关，其中SDS-Se纳米粒子与PVP-Se和CTAB-Se相比，虽然在RAW 264.7中细胞摄取率最低，但是表现出对HSV-1蛋白亲和力高，结合力强，并且这种作用力下，SDS-Se显示出最强的抗HSV-1活性，保护正常细胞免受病毒感染。 文章介绍 Surface different charge ligands for modulating selenium nanoparticles formation and activating the interaction with proteins for effective anti-Herpessimplex virus l infection Xu Chen（陈旭）, Jian Yue（乐健）, Xiongjun Xu（徐雄军）, Jiajun Chen（陈嘉俊）, Xuechan Huang（黄学婵）, Yukai Huang（黄郁凯）, Yang Yang（杨洋）, Feng Li（李风） and Tianwang Li（李天旺）   通讯作者： 陈旭，广东省第二人民医院 李风，广州市第八人民医院 李天旺，广东省第二人民医院   研究背景： 单纯疱疹病毒1型（HSV-1）是已知的八种人类疱疹病毒之一，其特点是其双链DNA基因组较大，结构稳定。1型单纯疱疹病毒主要通过唾液传播，具有很强的传染性和侵袭速度快全世界95%的成年人感染。统计数据表明，每年有20多万例与1型单纯疱疹病毒感染有关的癌症病例导致约14万人死亡。然而，目前缺乏针对1型单纯疱疹病毒感染的有效治疗方法，也没有可用的预防疫苗。 硒（Se）是动物和人类必需的微量元素。最近的研究表明硒不仅可以减轻氧化损伤，还可以通过直接调节机体的免疫反应来表现出抗病毒的特性。研究表明适量补充硒可提高体内TNF-α和干扰素-γ的水平，从而增强对A/NWS/33 （H1N1）流感病毒的免疫反应。此外，研究表明，补充硒的COVID-19患者的治愈率更高，研究结果证实了这一点与湖北其他城市相比，恩施的治愈率为36.4%。因此，硒补充为抗HSV-1策略提供了一个有希望的途径，特别是硒纳米颗粒（Se NPs）具有更高的稳定性和更少的毒副作用，使它们更有利于对抗HSV-1感染。虽然Se NPs已被证明具有抗HSV-1的活性，其抗病毒机制，特别是Se NPs表面特性与HSV-1之间的相互作用仍未完全理解。   研究内容： 为了阐明表面配体对硒纳米颗粒的物相和抗病毒性能的影响，研究Se NPs表面性质与HSV-1包膜糖蛋白之间的相互作用以及抗病毒作用机制。本研究利用表面配体技术，选择了三种表面电荷性质不同的配体（十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），十二烷基硫酸钠（SDS）和聚乙烯吡咯烷酮（PVR））作为表面活性剂，分别合成了三种不同表面电荷的Se NPs，即带正电荷的CTAB-Se NPs、带负电荷的SDS-Se...

本篇研究来自兰州理工大学张宏亮课题组。本文基于Dissado的空间电荷消散模型，综合考虑跳跃电导和肖特基发射，改进了空间电荷双极性载流子输运模型，使之适用于仿真分析环氧树脂等聚合物材料的空间电荷消散过程。 文章介绍 A novel simulation of space charge decay dynamics after removing the voltage in epoxy resin composites Hongliang Zhang（张宏亮）, Shiyu Jin（金世雨）, Hai Jin（金海）, Ziyu Zhang（张梓瑜）, Chuang Wang（王闯） and Peng Liu（刘鹏） 通讯作者： 张宏亮，兰州理工大学   研究背景： 环氧树脂具有良好的绝缘性能、较高的机械强度，易于加工和配方设计多样等特点，使其成为特高压直流干式套管绝缘材料的重要选择。但是环氧树脂材料在高温和高场强条件下的空间电荷注入和积累会引起材料内部的电场畸变，加剧绝缘性能劣化，是干式套管安全稳定运行的潜在威胁。许多学者通过实验研究了电压撤去后聚合物材料内部空间电荷的消散特性，以探究不同实验条件下材料内部的电荷输运过程。但材料微观结构的复杂性和实验设备时空分辨率的有限性，阻碍了对复合绝缘材料空间电荷消散机制的深入理解。而空间电荷数值模拟可以在广泛的温度范围、灵活的时间尺度和复杂的绝缘结构中定量模拟电荷的积累和消散特性，是探究空间电荷输运机理的有效手段。   研究内容： 本文基于Dissado的空间电荷消散模型，综合考虑跳跃电导和肖特基发射，改进了空间电荷双极性载流子输运模型，使之适用于仿真分析环氧树脂等聚合物材料的空间电荷消散过程，方法如图1和图2所示。采用电声脉冲测量法 pulsed electro-acoustic method，PEA）测量了在100℃、20kV/mm-100kV/mm场强下加压48小时后环氧树脂试样空间电荷的消散特性，并与仿真结果进行了对比。   图1  双极性载流子输运模型     图2  空间电荷消散模型仿真计算流程图   如图3所示，从实验结果可以看出场强超过40kV/mm后，试样上、下电极附近区域残留的都是正电荷，中部残留的是负电荷。如图4所示，试样内残留的同极性负电荷和同极性正电荷总体上分布包含2段“S”形曲线。负电荷陷阱深度分别分布在[1.06 eV，1.19 eV]和[1.22 eV，1.40 eV]两段区间内；阳极附近的正电荷陷阱深度分别分布在[1.08 eV，1.16 eV]和[1.22 eV，1.38 eV]两段区间内。而阴极附近的负电荷分布只显示出1段“S”形曲线，陷阱深度分布在[1.29 eV，1.33...

Journal of Optics期刊正在庆祝其成立25周年。作为庆祝的一部分，我们正在表彰那些在光学领域做出重大贡献的职业生涯早期研究人员。该奖项由Journal of Optics期刊主编Andrew Forbes教授领导的专家小组从提名名单中选出。申请人可以提名自己或他人，所有被提名人代表了广泛的专业、地域和社群的互动，研究内容覆盖了光学的所有领域。提名标准为： 被提名人须在完成博士学位后的7年内（按照申请截止日期2024年7月31日计算），不包括期间的职业中断。 被提名人必须在光学领域的早期职业生涯中做出杰出的贡献（研究、教育、领导和/或推广）。 被提名人应担任独立职位（如讲师、助理教授）。 以下是2024年光学新星奖获奖名单，恭喜所有获奖者！ 作者及文章介绍   Guangwei Hu Research field: Nanophotonics, Flat-optics Dr. Guangwei Hu has been the Nanyang Assistant Professor in School of Electrical and Electronic Engineering of Nanyang Technological University, Singapore, since 2022. He graduated with BSc from Harbin Institute of Technology in 2016 and PhD from...

本篇研究来自深圳技术大学万亮亮课题组。本文首次利用Toeplitz代数，严格而简洁地证明了任意维度下复数类的体-边对应关系。具体地，我们发现了一个核心公式，为边缘量和体Fourier级数建立了联系。借助它和外微分，我们发现奇数维手征模型的体绕数等于一维边哈密顿的Fredholm指标或高维的边绕数。通过维度扩张，偶数维陈绝缘体的体陈数等于二维边缘哈密顿的谱流或高维的边陈数。 文章介绍 Proof of bulk-edge correspondence for band topology by Toeplitz algebra Zixian Zhou（周子贤） and Liang-Liang Wan（万亮亮）   通讯作者： 万亮亮，深圳技术大学   研究背景： 体-边对应是拓扑能带理论的核心概念，即考虑边界，能隙中出现边缘态，并展现体拓扑行为，且与其他物理细节无关。这一现象不仅暗含了数学物理中重要的指标定理，还和量子Hall电导以及Majorana边模有着紧密的联系。因而，对体-边对应有一个清晰认识是至关重要的。 尽管已经有基于K-理论的体-边对应证明，但此类方法过于艰深，难以推广到其他物理体系。另一方面，物理学团体也为实现不同程度的严谨性和通用性的简明证明付出努力，比如，Green函数，散射理论，Atiyah-Singer指标定理等。然而，所有这类工作都采用了近似（如长波极限），存在局限性。因此，关键问题仍然存在：是否有一种严谨而简洁的方法证明能带系统的体-边对应，并可以很容易应用到其他物理情景中？   研究内容： 本研究中，我们严格而简洁地证明了任意维度下复数类的体-边对应（bulk-edge correspondence, BEC）。具体地，对于任何有边的晶格上紧束缚模型可以用Toeplitz矩阵多项式表示。通过用平面波函数代替Toeplitz矩阵，边哈密顿H（有边缘）还原为体哈密顿h（无边缘），得到Toeplitz代数与Fourier级数的同态φ:T→C1(S1)。不借助K-理论或近似方法，我们发现了一个简单而强大的公式， 它意味着，用边哈密顿h表示的恰当物理量可以转换为体态的。因此，分别用h/H定义边模指标/体拓扑数，就可以通过代数和微积分轻松证明体、边拓扑数的等价性。 基于上述策略，我们首先研究AIII类奇数维手征模型，它们的体拓扑数——绕数可用h显式表达。而一维边模拓扑由Fredholm指标刻画；当维度更高时，我们也成功地定义了边模绕数，它可以用H表示。应用公式，即可证明AIII类的体绕数等于边模指标。另一方面，对于任意A类2n维（2nD）陈绝缘体都可以通过维度扩张，映射到（2n+1)D手征模型。经证明，陈绝缘体的陈数与构造的手征模型的绕数等价。陈绝缘体的边模指标也可由手征模型的边模指标诱导。因此，陈绝缘体的BEC继承了手征模型的结果。 总之，我们严格而简洁地证明了任意维度下所有复数类的BEC，这类方法能轻松的扩展到其他物理情形中，将对其他相关研究产生启发作用。 作者介绍 万亮亮  助理教授 深圳技术大学 万亮亮，深圳技术大学助理教授。长期从事腔光力学、拓扑分类、非厄米物理等方向的研究：建立了玻色激发的对称和拓扑分类框架；发现了量子压缩打开拓扑激发能隙效应；还解释了厄米玻色系统中的非厄米拓扑起源；基于Toeplitz代数，证明了能带拓扑的体-边对应关系。迄今为止，已经发表12篇学术论文，其中第一作者/通讯作者7篇。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2023年影响因子：2.0  Citescore：4.1 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

特刊详情 客座编辑 Hermano Melo Queiroz，巴西圣保罗大学 Tiago Osório Ferreira，巴西圣保罗大学 Gabriel Nuto Nóbrega，巴西塞阿拉联邦大学 Xose Luis Otero，西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学 庄文，山东大学 主题范围   Estuarine soil impacted by iron mining tailings following a dam failure, leading to a series of environmental damages. Image credit: Hermano M. Queiroz.   Soil pollution is a pressing global issue with significant impacts on ecosystem health, food...

Environmental Research Communications (ERC)是一本开放获取的期刊，致力于快速发表高质量的环境科学研究。ERC涵盖地球系统的各个方面，包括大气圈、生物圈、岩石圈和水圈，以及跨学科研究。 以下精选了来自中国作者的研究文章，这些研究在环境科学领域中产生了重要影响，为您展示一一些ERC期刊中发表的卓越成果。ERC期刊致力于出版具有包容性且值得信赖的科学研究，确保您在此阅读的文章具备较高质量。 亮点文章 Analyzing the critical locations in response of constructed and planned dams on the Mekong River Basin for environmental integrity Yuan Gao, Shiblu Sarker, Tanni Sarker and Olkeba Tolessa Leta   Impacts of climate change on winter wheat and summer maize dual-cropping system in the North China Plain Jiadi Li and Huimin Lei   Future changes...

本篇研究来自上海交通大学姚振威课题组。本文基于非保守力的哈密顿力学表述，提出了一种各向异性奇弹性的几何起源。具体地说，在弹性理论的几何表述下，将各向异性有效质量引入到哈密顿方程，并探讨了各向异性奇弹性模量指标反对称性的物理起源。这项工作为进一步通过哈密顿框架研究奇弹性动力学问题奠定了基础。 文章介绍 Anisotropic odd elasticity with Hamiltonian curl forces Yi-Heng Zhang (张一恒) and Zhenwei Yao (姚振威) 通讯作者： 姚振威，上海交通大学自然科学研究院、物理与天文学院   研究背景： 经典弹性理论研究的对象是保守弹性现象，即弹性应变对应的能量变化只和弹性体初始时刻和终止时刻的构型有关。这类应变路径无关的弹性现象可以用弹性势能刻画，所产生的弹性应力是保守力。然而，在一些由活性组分构成的弹性体中，可以产生应变路径依赖的弹性现象，表现为系统可通过一个完整的应变循环对外做功。这种非保守弹性可以归结为弹性模量中指标的反对称部分，因此称为奇弹性。奇弹性研究的挑战来源于非保守应力具有非零旋度这一重要特征。这项工作通过构建基于非保守力的哈密顿力学框架，证明了一类各向异性奇弹性模量可以从包含各向异性质量张量的哈密顿量中自然产生。   研究内容： 本文从弹性理论的几何表述出发，研究了具有哈密顿非保守力的各向异性奇弹性理论。具体地说，将d维连续弹性体建模为嵌入在(d+1)维欧几里得空间的黎曼流形，并通过在动能项中引入各向异性有效质量张量，构建了有限应变弹性体的哈密顿量。基于弹性理论的几何表述，证明了一类奇弹性模量的指标反对称性源于有效质量张量的各向异性性质，并推导了与非保守应力相应的非线性本构关系。这项工作揭示了奇弹性模量指标反对称性的基本物理机制，为理解奇弹性的起源提供了新的几何视角，也为设计具有特定奇弹性行为的材料系统提供了理论思路。这项工作中建立的基于非保守力的哈密顿力学框架，为进一步探讨奇弹性的动力学行为提供了理论基础。 作者介绍 姚振威  副教授 上海交通大学 姚振威（通讯作者），上海交通大学长聘副教授，任职于自然科学研究院、物理与天文学院。博士毕业于美国雪城大学。研究领域是理论与计算软物质物理学。主要关注软物质体系中的几何结构、拓扑缺陷，以及力学性质、动力学与统计物理等主题。迄今已在包括Physical Review Letters, PNAS等学术期刊上发表48篇论文。   张一恒  博士 宁德时代新能源科技股份有限公司 张一恒（第一作者），上海交通大学博士后，博士毕业于北京师范大学。现任宁德时代新能源科技股份有限公司资深数据研究工程师。主要研究方向是软物质物理中的几何问题，包括活性物质有序结构中的拓扑缺陷、软物质系统的弹性和几何性质等。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2023年影响因子：2.0  Citescore：4.1 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

Sand and dust storms (SDS) are common in the world’s drylands, regions that are also critically important for global food production. Agriculture is the most prevalent land use resulting in anthropogenic SDS sources, resulting in impacts on cropland and rangeland, but food production is also affected by impacts from natural SDS sources. This review assesses...

我们汇总了今年发表在Journal of Optics和JPhys Photonics期刊的亮点文章，这些文章体现了期刊的高质量和创新性。感谢所有作者和审稿人一直以来对Journal of Optics和JPhys Photonics期刊的支持，希望您喜欢阅读这个文章合集。 亮点文章 Journal of Optics Infrared plasmonic refractive index sensor utilizing 2D grating of nano-bowtie particles for both gas and liquid Xiangxian Wang, Xijun Rao, Jiankai Zhu, Yizhen Chen, Yunping Qi, Chaojun Tang and Hua Yang   New 4D hyperchaotic system’s application in image encryption Heming Xu and Jian Wang   Wavefront reconstruction based on ASH-Net with less...