Year: 2025

本篇研究来自天津大学庞慰、牛鹏飞和北京化工大学王茁晨课题组。在本研究中，我们利用解析方程，有限元仿真及实验论证，系统地构建了PMUT匹配层设计策略，揭示了PMUT灵敏度与带宽之间的调制效应：即匹配层无法同步改善PMUT的灵敏度和带宽。本研究明确提出了PMUT匹配层的材料属性选择标准及结构参数优化方法，为高性能PMUT的设计以及应用提供了理论和实验依据。 文章介绍 Acoustic matching strategy of piezoelectric micromachined ultrasound transducer towards medical imaging applicationXingli Xu(徐兴利), Wei Wei(魏唯), Yuewu Gong(龚跃武), Zhuochen Wang(王茁晨), Wanli Yang(杨万里), Pengfei Niu(牛鹏飞) and Wei Pang(庞慰)   通讯作者： 王茁晨，北京化工大学 牛鹏飞，天津大学 庞慰，天津大学   研究背景： 随着便携式和可穿戴超声成像设备的快速发展，压电微机械超声换能器（PMUT）因其低功耗、小尺寸和与CMOS电路高度集成等优势而备受关注。声学匹配层是超声换能器的重要组成部分，具有保护器件、优化性能的功能。传统压电陶瓷换能器的匹配层设计理论已较成熟，其声波在陶瓷内部产生，通过匹配层高效传递至人体组织，只需根据陶瓷与人体组织的声阻抗即可设计出最优匹配层。然而，PMUT依靠薄膜弯曲振动产生声波，声波直接产生于器件表面，因此传统设计理论无法适用。此外，匹配层材料的密度、压缩波速及剪切波速对PMUT的振动特性有重要影响，使得PMUT匹配层设计的复杂性显著增加。目前尚缺乏针对PMUT的系统化匹配层设计方法，严重制约了PMUT性能的提升。 为解决这一问题，本研究深入探索了PMUT匹配层材料选择与尺寸优化的规律，首次提出了针对PMUT的系统化匹配层设计框架，以有效提升PMUT性能，推动其在医疗超声成像等领域的应用。   研究内容： 本研究中，我们建立了PMUT匹配层的机械-声耦合模型，推导出匹配层声波穿透效率的解析公式，并利用有限元仿真方法验证了理论的正确性。图1展示的结果揭示了PMUT灵敏度与带宽的内在权衡机制——匹配层难以同时优化这两项性能。 图1   进一步研究发现，匹配层不仅影响声波传递效率，也显著影响PMUT薄膜自身的振动特性（如位移、谐振频率等）。我们系统分析了匹配层密度、压缩波速和剪切波速对PMUT性能的影响（图2）。结果显示，剪切波速越高，匹配层材料硬度越大，导致PMUT性能严重下降，因此适合PMUT的匹配层应选择剪切波速接近0的软质材料（如橡胶类材料）。此外，匹配层密度增加会降低PMUT的频率与性能，而压缩波速对性能没有负面影响，且性能随压缩波速提高而提升。因此，低密度、高压缩波速的匹配层更有利于获得高灵敏度PMUT。 图2   具体材料分析（图3）表明，硅橡胶类材料作为匹配层时可显著提升带宽（2X），更适合高带宽应用场景；而Polybutadiene因具有较高声阻抗和较低声衰减，更适用于高灵敏度应用场景。我们以厚度为1/4波长的PDMS匹配层为例，通过实验验证了PMUT匹配层设计方法的有效性。   图3   我们利用超声相控阵成像检验匹配层对实际应用的影响（图4）。实验表明，高带宽的匹配层使PMUT的成像分辨率显著提升，使其能更清晰地展现复杂目标的细节。 图4   本研究首次明确了PMUT匹配层设计的材料选择与尺寸设计准则，为实现高性能PMUT提供了关键的设计依据，对PMUT技术的产业化应用具有重要指导意义。 作者介绍 牛鹏飞...

我们很高兴地宣布，Environmental Research: Health (ERH)期刊于近日正式被数据库ESCI收录！这一令人激动的进展使研究人员可以在全球最常用的引文索引数据库之一上查看该期刊，并意味着ERH期刊将在明年收获首个影响因子。数据库ESCI(Emerging Sources Citation Index)由科睿唯安于2015年11月推出，与SCI Expanded(SCIE)、Social Sciences Citation Index(SSCI)、Arts & Humanities Citation Index(A&HCI) 等共同组成Web of Science (WOS)数据库，主要收录在新兴研究领域中有重要影响力的优秀学术期刊。ESCI作为WOS的新成员旨在收录具有区域重要性和新兴科技领域的高质量、同行评议的英文期刊。被ESCI收录的期刊再经过进一步的专业评估及遴选后便有机会转入SCIE、SSCI和A&HCI等数据库中。 值得注意的是，截至2026年前，IOP出版社将免除所有向ERH期刊投稿的文章出版费用（APC）。我们欢迎各位学者在ERH这本金色开放获取期刊上免费发表文章。 我们精选了一些文章，这些文章可以展示出ERH期刊主题范围的广度。希望您喜欢阅读这一期文章！ 编委寄语 Environmental Research Health (ERH)被ESCI收录，标志着期刊国际影响力的重要提升。在此，我衷心感谢中国学者在ERH创刊初期的鼎力支持——您们的前沿研究成果与建设性意见，为期刊奠定了坚实基础。环境与公共卫生的交叉领域正面临气候变化、健康公平等全球性挑战。期待未来与国内外同仁继续携手，通过ERH这一平台深化科学对话，推动解决人类健康与环境可持续发展的关键问题。让我们共同探索更多创新性解决方案！” ——ERH期刊编委、复旦大学阚海东教授 精选文章 Health and well-being in urban environmentsCritical windows of greenness exposure during preconception and gestational periods in association with birthweight outcomes Zhenchun Yang, Jiawen Liao, Yi Zhang, Yan...

本篇研究来自厦门大学吴挺竹教授课题组。该研究采用原子层沉积（ALD）技术制备了不同厚度Al2O3钝化层的绿光Micro-LED，并系统地研究了钝化层对器件光电性能的影响机理，揭示了光提取效率与侧壁钝化效应之间的竞争机制，研究结果为提高绿光Micro-LED的发光效率和可靠性提供了参考。 文章介绍 Competitive mechanism between light extraction efficiency and sidewall passivated effect in the green micro-LEDs with varied thickness of Al2O3 layerYoucai Deng(邓有财), Denghai Li（李登海）, Yurong Dai, Zongmin Lin, Youqin Lin, Zongyuan Liu, Xinxing Chen, Hao-Chung Kuo, Zhong Chen, Shouqiang Lai(赖寿强) and Tingzhu Wu(吴挺竹) 通讯作者： 赖寿强，厦门大学电子科学与技术学院 吴挺竹，厦门大学电子科学与技术学院   研究背景： 基于氮化镓的绿光微型发光二极管（Micro-LED）因其体积小、功耗低、亮度高以及在全彩显示和可见光通信中的广泛应用而备受重视。然而，随着芯片尺寸的微缩，侧壁缺陷对Micro-LED性能的影响将变得更加显著，非辐射复合占比的增加将严重影响Micro-LED的光输出功率和外量子效率。为了解决这一问题，研究人员提出了多种侧壁处理和缺陷修复技术，其中原子层沉积（ALD）技术因其能够精确控制薄膜厚度、均匀性和保形性而成为小尺寸Micro-LED侧壁钝化的有效手段。然而，随着钝化层厚度的增加，钝化效果与光提取效率之间存在着一定的竞争关系，为此，本研究在绿光Micro-LEDs上沉积了不同厚度的Al2O3钝化层，对比研究了这些器件的性能，并揭示钝化效应与光提取效率之间的竞争机制。   研究内容： 研究采用通过CBATCH Batch ALD（Xiamen...

JPhys Materials期刊很高兴地推出“开放问题”（Open Questions）系列文章，这是一项旨在挑战和激励材料科学界的新举措，并帮助塑造材料科学研究的未来方向。 系列介绍 我们正在展示来自顶尖研究人员的具有挑战性、鼓舞人心的问题，这些问题激起了研究社群的好奇心并引发了批判性思维。作者被邀请提交解决这些问题的文章。所有回答问题的文章将被收集并一起推广，为讨论材料科学中最热门的发展创造一个充满活力的平台。该系列旨在促进跨学科和多学科领域的对话，不同的想法可以共存，并帮助塑造材料科学研究的未来方向。我们的第一个开放问题是由英国帝国理工学院的Aron Walsh教授提出的。Aron领导伦敦Thomas Young研究中心的材料设计小组，并担任Henry Royce研究所建模与仿真研究领域的负责人。他的研究涉及将尖端材料理论和机器学习应用于固态化学和物理问题，包括太阳能电池和燃料、电池、热电材料和固态照明材料。 问题详情 Aron asks: Can artificial intelligence design materials that are truly novel? Dimensions to consider: a. Metrics for quantifying novelty in chemical compositions and crystal structures. b. Inverse design, including the use of large language models and other generative techniques. c. Data-driven screening and  closed-loop automated experimentation. We...

Global warming exacerbates agricultural production losses from extreme climate events with cascading impacts along supply chains that affect cities. However, little is known about cities’ vulnerability to climate-related food supply shocks. Using data-driven and network-based approaches, we determine the vulnerability of cities in the United States to domestic drought-related food shocks. Our vulnerability framework integrates...

在今年国际产业生态学会（International Society for Industrial Ecology, ISIE）领导机构换届选举中，中国科学院城市环境研究所陈伟强研究员成功当选学会新一任主席。 陈伟强研究员表示，产业生态学是面向人类社会可持续发展要求、通过融合多学科视角和方法探索绿色低碳循环发展路径的前沿交叉学科，已经在实践中显示了独特和重要的作用。产业生态学的进一步发展，需要全球学界的通力合作，更需要融入实践，在服务产业与社会发展的过程中得到检验和提升。我国在快速城市化、工业化和数智化过程中涌现的诸多可持续发展挑战，为产业生态学的学科建设和实践服务能力提出了最大的需求和最实际的舞台，也使得我们有越来越多的产业生态学科研人员做出具有开创性和实际意义的研究成果。 编委介绍 陈伟强  研究员 中国科学院城市环境研究所 陈伟强，中国科学院城市环境研究所研究员（2015至今），博士生导师。主要从事产业生态学与环境系统工程研究。获得清华大学环境学院学士（2004）和博士学位（2010），曾就职耶鲁大学产业生态学研究中心博士后（2010-2013）和副研究员（2013-2015），兼任东北大学、厦门大学和中国科学技术大学兼职教授和RCR、JIE等期刊的编辑。陈伟强是华人产业生态学会创会主席（2015-2016）和中国生态学学会产业生态专委会主任委员，2025年3月当选国际产业生态学会候任主席。他在PNAS、One Earth、Nature Climate Change、Nature Geoscience、Nature Communications、Environmental Science & Technology及《中国科学院院刊》等国内外期刊发表论文100余篇，成果获得中国稀土科学技术奖一等奖（1/13）和国际产业生态学会会刊Journal of Industrial Ecology冠名最佳论文奖Graedel Prize。 相关特刊 ERIS特刊——聚焦基础设施系统的循环与净零排放代谢 (Focus on Circular and Net-zero Metabolism of the Infrastructure System) 客座编辑 陈伟强，中国科学院城市环境研究所 曹植，南开大学 Lynette Cheah，澳大利亚阳光海岸大学 Tomer Fishman，荷兰莱顿大学 宋璐璐，中国科学院城市环境研究所 张力小，北京师范大学   主题范围 在全球气候变化和资源匮乏的背景下，推动低碳、高效、循环的基础设施的发展变得愈发关键。本期专题聚焦于基础设施系统的循环利用和净零排放路径，旨在探索创新设计和技术如何助力基础设施的低碳转型和可持续发展。 我们将重点关注以下领域： 基础设施的循环设计与建造：探讨循环经济原理在基础设施规划、设计和建造阶段的应用。 基础设施净零排放潜力和路径：辨识建造技术、可再生能源转型及能效提升等策略在基础设施全生命周期的碳减排潜力和路径。 低碳基础设施在减缓气候变化中的成效：厘清低碳基础设施在减少温室气体排放方面的贡献。 案例研究与实证分析：通过具体案例，分析在不同地区和不同类型基础设施中实施循环利用和净零排放策略的有效性和挑战，并提供可复制的成功模式。 政策框架与激励机制：讨论政府和市场如何通过政策制定和经济激励等有效方式促进基础设施向循环和净零排放转型。 本期专题的紧迫性源于全球对缓解气候变化和提升资源管理的关注。我们旨在通过展示前沿研究和成功案例，激发全球基础设施系统的可持续转型。...

2D Materials是一本多学科期刊，致力于发表高质量的基础和应用研究，涵盖石墨烯和相关二维材料的各个方面。本刊由中国科学院金属研究所任文才研究员担任主编。我们非常高兴地宣布一些新任的期刊编委会成员： 期刊介绍 2D Materials 2023年影响因子：4.5  Citescore:10.7 2D Materials（2DM）创刊于2014年，是国际上二维材料领域的第一个学术期刊，是中国科协高质量科技期刊一区期刊，旨在报道二维材料研究及应用领域最具创新性和影响力的前沿科研成果，促进二维材料领域的学术成果交流。期刊立足于多学科视角，致力于涵盖石墨烯及其他二维材料相关研究的各个方面，包括二维材料的制备、表征、物理、性质研究及器件、能源、催化、复合材料等应用。 期刊主编为中国科学院金属研究所任文才研究员，国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发计划项目首席科学家。主要从事石墨烯及其他新型二维材料的制备、物性及光电、储能、热管理、膜技术等应用研究。在Science、Nature Materials等期刊发表主要论文200多篇，被SCI他引4万多次，是科睿唯安公布的全球高被引科学家。获发明专利100余项，孵化了3家高技术企业。获国家自然科学二等奖3项（第一完成人2项）、辽宁省自然科学一等奖、何梁何利科技创新奖、全国创新争先奖等。

本篇研究来自清华大学精密仪器系、类脑计算研究中心邓磊和太原理工大学计算机科学与技术学院郭浩课题组。该文提出离散时间脉冲循环神经网络（DTSRNNs），通过结合脉冲神经网络的离散脉冲特性与有限状态机（FSM）的离散状态转移机制，实现了通用FSM的高效稳定模拟。研究揭示了脉冲神经网络通过学习隐含长期模式提升鲁棒性的机制，为复杂时序系统建模提供了新思路，扩展了脉冲神经网络在需要高精度与高稳定性应用场景中的潜力。 文章介绍 General and Stable Emulation of Finite State Machines with Spiking Neural NetworksZiyang Sun(孙子杨), Zhong Zheng(郑重), Binying Zhang(章斌穎), Hanle Zheng(郑晗乐), Zikai Wang(王子恺), Hao Guo(郭浩), Lei Deng(邓磊)   通讯作者： 邓磊，清华大学，精密仪器系、类脑计算研究中心 郭浩，太原理工大学，计算机科学与技术学院   研究背景： 有限状态机（FSM）是离散状态系统的核心模型，但其依赖显式状态分解，难以建模复杂黑盒系统且易引发状态爆炸问题。人工神经网络虽擅长处理连续系统，但其连续状态与FSM的离散逻辑不兼容，导致长时稳定性和精确性不足。现有基于离散时间循环神经网络（DTRNNs）的方法因连续密集状态向量与FSM离散稀疏逻辑冲突，存在时间稳定性差、编码复杂等局限。受生物脉冲神经网络（SNNs）启发，该文提出离散时间脉冲循环神经网络（DTSRNNs），充分利用SNN的离散脉冲特性，并结合one-hot编码增强状态可区分性，解决传统DTRNNs模拟FSM时存在的局限性问题。通过构建随机FSM数据集开展系统性实验，验证了DTSRNNs在长序列任务中的稳定性和抗噪性优势，揭示其通过学习隐含长期模式提升鲁棒性的机制，为高精度和高稳定时序系统建模提供新范式。   研究方法： 该研究提出离散时间脉冲循环神经网络（DTSRNN），充分利用SNN的离散脉冲特性，结合one-hot编码增强状态向量的稀疏性和可区分性，将脉冲神经元的离散脉冲动力学特性与FSM的离散状态转移逻辑紧密结合。模型采用双层循环结构（如图a所示），基于泄漏积分发放（LIF）神经元实现状态更新，并构建随机FSM数据集系统评估性能，涵盖不同输入规模、状态复杂度及噪声干扰场景。训练中采用时空反向传播算法优化网络参数，结合均值平方误差损失函数，通过准确率、转移准确率和衰退周期综合量化模型能力。 实验表明，结合SNN和one-hot编码能够显著提升模型对复杂FSM的模拟能力，DTSRNN在时间稳定性与抗干扰性上优于传统离散时间循环神经网络（DTRNN），其衰退周期显著延长且在高噪声环境下仍保持稳定输出。图b展示了不同模型在噪声干扰下的状态转移结果，DTSRNN模型相比传统的DTRNN模型有着显著的纠错机制，可通过膜电位记忆机制捕获FSM的长期依赖模式，有效抑制状态漂移，而DTRNN因依赖短期状态转移易受错误累积影响。成果创新在于首次将脉冲神经动力学与FSM离散特性深度融合，提出系统性评估框架，揭示了SNN在时序建模中的内在稳定机制，为复杂控制系统的精准仿真及噪声环境下的鲁棒应用提供了理论支撑与方法突破。 作者介绍 邓磊  副教授 清华大学 邓磊，清华大学精密仪器系、类脑计算研究中心，副教授、博士生导师，国家高层次青年人才，IEEE Senior Member。从事类脑智能技术研究超过12年，在Nature、Nature Communications、PIEEE、IEEE TPAMI、IEEE JSSC、ICML、ICLR等发表论文100余篇，包含4篇封面论文和5篇ESI高被引论文，谷歌学术引用10000余次，获授权发明专利30余项。担任Frontiers in Neuroscience期刊副主编、中国人工智能学会脑机融合与生物机器智能专委会委员、中国认知科学学会计算神经工程专委会委员和多个国际会议分论坛主席和程序委员会委员。曾入选ScholarGPS全球前0.05%顶尖学者和Elsevier全球前2%顶尖科学家榜单、金国藩青年学子奖、北脑青年学者、吴文俊人工智能优秀青年奖和MIT TR 35 China等，代表性成果曾获中国科学十大进展、世界互联网领先科技成果、北京市自然科学一等奖、中国计算机学会技术发明一等奖和日内瓦国际发明展金奖等奖项。 郭浩  教授...

特刊详情 主题范围 Materials for Quantum Technology is pleased to bring together the work of the best early-career researchers in the field in a new annual collection dedicated to emerging leaders. The collection will present key new work from across the journal’s scope. An emerging leader is defined as a top researcher in their field who completed...

2025年4月，英国物理学会（IOP）及IOP出版社代表团访问中国，召开2025年IOP中国科学顾问委员会会议，并与重要科研机构和高校开展高层交流，深入探讨国际合作与学术出版新机遇。IOP科学创新和技能总监Louis Barson、IOP出版社全球期刊发展总监Tim Smith、IOP出版社亚太区销售市场副总裁刘向立、IOP出版社亚太区出版总监杨萍萍出席了本次活动。 4月26日，由南方科技大学校长薛其坤院士担任主席的2025年IOP中国科学顾问委员会会议在复旦大学成功举行，IOP中国科学顾问委员会顾问、中国科学院院士、复旦大学物理学教授、北京大学讲席教授谢心澄院士，复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院院长沈健教授主持本次活动。此次会议聚焦“人工智能与物理教育”主题，探讨AI技术在科研和教育中的发展趋势与应用挑战。 会议汇聚了来自中英两国科研界的多位重要嘉宾，包括复旦大学校长金力、复旦大学副校长马余刚、国家自然科学基金委员会国际合作局局长范英杰、英国国家科研与创新署中国区主任Daniel Brooker 、复旦大学研究生院副院长陈焱、清华大学物理系王青教授。与会代表就跨学科合作、科研诚信、青年学者支持等议题展开了深入交流，提出了诸多建设性建议，为未来中英物理学界的合作奠定了坚实基础。 同期IOP及IOP出版社代表团还访问了国家自然科学基金委员会、中国科学院文献情报中心、浙江省科学技术协会、上海交通大学、中国科学技术大学和山东大学等机构，与多位学者和编委就期刊发展、AI与物理科研的融合及青年学者支持等议题进行了深入交流。 此次中国之行，IOP及IOP出版社代表团通过与国家重点科研机构和高校的密切交流，进一步加深了与中国学术界的合作关系，并期待在人工智能、科研出版、国际传播等领域开展更加紧密的合作，共同推动全球科学事业的发展。

We have used the NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) Earth system model GISS-E2.1 to study the future budgets and trends of global and regional CH4 under different emission scenarios, using both the prescribed GHG concentrations as well as the interactive CH4 sources and sinks setup of the model, to quantify the model performance and its...

IOP出版社欢迎来自全球的“国际量子青年研究者奖”提名，以表彰来自量子科学和技术界的早期职业生涯研究人员的科学成就。获奖者将在未来对量子科学和技术领域做出重大贡献，并有可能对该领域和研究界产生长期影响。 奖项详情 奖品： IOP出版社颁发的获奖证书和2000英镑奖金。 除此之外，获奖者还将受邀参加《物理世界》每周播客（Physics World weekly podcast）的专题节目，并邀请向Quantum Science and Technology（QST）期刊提交一篇与获奖的研究工作相关的观点文章。   提名截止日期：2025年5月31日 颁奖日期：2025年秋季   申请条件: 候选人须在完成博士学位后的8年内（到2024年），不包括职业中断（例如照顾长辈、产假或陪产假以及领养儿童等）。 申请的研究可以是一项单独的工作，也可以是多个工作的总和。   申请材料： 一封不超过1000个字符的提名信，概述被提名人的资格和对该领域的杰出贡献 被提名人的姓名和电子邮件地址 提名颁奖辞(不超过30字) 个人简介，包括博士学位获得日期 代表性出版作品清单 至少两封外部推荐信，不包括提名人 欢迎他人提名和自我推荐 可选择性提供额外的支持文件，如其他出版作品、专利等   提交方式： 所有文件需整合成单个PDF文件并通过电子邮件（qst@ioppublishing.org）提交。   评奖过程： 获奖者将从由奖项委员会选出的候选人名单中选出，该委员会将包括量子科学与技术领域的顶尖科学家，并由QST期刊主编、来自英国贝尔法斯特女王大学和意大利巴勒莫大学的Mauro Paternostro教授担任主席。   联系方式： 如果您对这个奖项有任何问题，请联系QST期刊出版团队：qst@ioppublishing.org   包容性承诺： IOP出版社服务于多元化的全球社群，我们将采取具体措施确保这些奖项的提名和评选过程透明、公平和包容。我们的首要任务是尽可能扩大提名的机会，特别鼓励来自代表性不足群体的提名。   道德准则： 所有被提名者都应遵守IOP出版社科研伦理政策中列出的行为、研究和出版标准。任何违反此政策的行为都可能导致被提名人或获奖者的资格被取消。 期刊介绍 Quantum Science and Technology 2023年影响因子：5.6  Citescore：11.2 Quantum Science and Technology（QST）是一本多学科、高影响力的期刊，致力于出版涵盖所有量子技术科学和应用的高质量和重要的研究。QST涵盖应用数学、凝聚态物质、量子光学、原子物理和材料科学的各个领域，并涉及到化学、生物学、工程学、计算机科学和机器学习。除了定期的原创研究外，QST还出版专题综述和征集热点问题文章的特刊，从而对该领域最新和最有趣的研究进行概述。