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本期精选文章来自 Environmental Research Letters (ERL)、Environmental Research: Health (ERH)、Environmental Research: Food Systems (ERFS) 与 Environmental Research: Energy (EREN)，聚焦数据中心与加密货币挖矿扩张带来的能源与碳排放影响、高温对不同年龄人群宜居性的威胁、饮食蛋白质来源转型，以及美国居民供暖能源结构等热点话题。 >>点击此处链接 ，订阅环境领域最新资讯。 精选文章 Power system costs and emissions from data center and cryptocurrency mining expansion in the United States Jeremiah X Johnson, Cameron Wade, Michael Blackhurst, Joseph F DeCarolis, Anderson R de Queiroz, I Daniel Posen and Paulina Jaramillo This study examines...

本篇研究来自郑州大学高其龙课题组。本研究围绕负热膨胀（Negative Thermal Expansion，NTE）驱动机制这一关键科学问题，综合运用中子粉末衍射、同步辐射X射线衍射、变温变压拉曼光谱及第一性原理计算等多尺度实验与理论方法，系统研究了典型各向异性NTE氧化物的热膨胀行为及其微观起源，发现了Jahn–Teller效应驱动负热膨胀的新机制。不同于传统研究主要从低频声子振动、刚性单元转动等晶格动力学机制，或电子结构变化等单一角度解释NTE行为，本研究阐明了Jahn–Teller效应驱动Cu原子反偏心位移诱导晶格收缩的微观机制，揭示了电子结构演化、电子-声子耦合与局域结构演化之间的内在关联，建立了电子-晶格相互作用调控热膨胀行为的物理图像，深化了对复杂氧化物负热膨胀驱动机制的认识，为可控热膨胀功能材料设计提供了新的理论指导。 文章介绍 Jahn–Teller Distortions induced Strong Negative Thermal Expansion in α-Cu2V2O7 Xiangkai Hao（郝向凯）, Shibo Zhao（赵世博）, Qilong Gao（高其龙）, Yongqiang Qiao（乔永强）, Andrea Sanson, Kittiwit Matan, Ganatee Gitgeatpong, Qiang Sun（孙强）, Juan Guo（郭娟）, Feng Jin（金峰）, Lunhua He（何伦华）, Shogo Kawaguchi, Erjun Liang（梁二军） and Jun Chen（陈骏） 通讯作者： 高其龙，郑州大学，物理学院，材料物理教育部重点实验室，郑州，450001   研究背景： 负热膨胀是材料科学中的一种反常热响应现象。由于能够有效补偿常规材料的热膨胀、提升器件的尺寸稳定性，负热膨胀材料在精密制造、光电子器件、集成电路封装、航空航天等领域具有广阔的应用前景，然而其驱动机制一直是科学研究的难点与热点。长期以来，负热膨胀行为多归因于低频声子振动、刚性单元转动等晶格动力学机制，或电子结构变化等单一因素，并据此解释了部分材料的负热膨胀行为。然对于具有复杂晶体结构和电子态特征的材料体系，电子结构、晶格振动之间往往存在显著耦合，传统基于单一机制的理论难以全面揭示此类材料负热膨胀的微观起源，电子-晶格耦合作用在负热膨胀行为中的作用及其调控规律仍缺乏认识。基于此，本研究从电子结构演化与晶格响应协同作用的角度切入，综合中子粉末衍射、同步辐射X射线衍射、变温变压拉曼光谱及第一性原理计算等多尺度实验与理论方法，旨在揭示电子结构演化、电子-声子耦合与局域结构演化之间的内在联系，构建电子-晶格协同调控负热膨胀的新物理图像，为深化负热膨胀驱动机制的理论认识和指导新型热膨胀功能材料设计提供新的科学依据。   研究内容： 本研究以典型各向异性负热膨胀氧化物α-Cu2V2O7为模型体系，围绕其负热膨胀行为的驱动机制开展系统研究。综合运用中子粉末衍射、同步辐射X射线衍射、变温变压拉曼光谱等先进实验表征手段，结合第一性原理计算，对材料在5–800 K范围内的晶体结构演化、晶格动力学及电子结构演化进行系统分析，旨在揭示电子结构演化与晶格响应之间的内在关联，阐明复杂氧化物负热膨胀形成的微观物理机制。 本研究系统揭示了α-Cu2V2O7宽温区热膨胀行为及其各向异性特征（图1）。结果表明，该材料在5–35 K表现出近零热膨胀特性，在35–550 K表现出显著负热膨胀，而在550–800 K转变为正热膨胀（图1c）。不同晶轴之间热响应的竞争性变化共同决定了材料宏观热膨胀行为（图1d）。...

Superconductivity was discovered more than a century ago, and it has achieved full commercialization for MRI and NMR applications. Superconducting technology has got on spotlight recent years for transportation, power network, and fusion energy, due to the significant advantages offered against its counterpart technologies, including lighter weight, compacter size, lower losses, higher efficiency, and higher...

特刊详情 客座编辑 Prashun Gorai，美国伦斯勒理工学院 Qian Yang，美国康涅狄格大学 Victor Fung，美国佐治亚理工学院   主题范围 Bridging the gap between experimental and theoretical materials science for energy applications is a longstanding problem in the field. Recent advances in machine learning (ML) have provided many potential solutions to solving this problem, but the application of ML-based approaches has also revealed new challenges...

本篇研究来自中国科学院城市环境研究所陈伟强、宋璐璐课题组。本文揭示了基础设施人均存量与建成区面积之间的S型饱和关系，识别城市基础设施由增量扩张迈向存量优化的关键转折；构建了2000-2060年物质-能源-碳排放耦合评估框架，刻画六类基础设施和七种大宗材料的代谢与减排路径；识别了报废回收、集约利用和寿命延长三类循环经济策略的减排潜力，结果表明需求侧措施的减排潜力明显高于单纯提高报废回收率。 文章介绍 Decarbonization pathways of infrastructure material systems in the urban agglomeration on the west side of Taiwan straitsLihong Zhao, Guochun Huang, Jiaying Cong, Lulu Song（宋璐璐） and Wei-Qiang Chen（陈伟强） 通讯作者： 宋璐璐，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   研究背景： 道路、供水管网、排水管网等基础设施的建设与更新需要持续投入大量材料，并在原生材料生产、加工和回收过程中产生温室气体排放。随着城市发展由大规模新增建设逐步转向存量维护和更新，基础设施材料的需求结构、报废规模和再生材料供给将发生变化。现有研究对基础设施材料存量、未来流量及循环经济减排效应的长期耦合分析仍相对不足。本研究以海峡西岸城市群为例，构建基础设施物质-能源-碳排放耦合模型，分析2000-2060年材料代谢变化，并评估报废回收、集约利用和寿命延长等策略的温室气体减排潜力。   研究内容： 本研究以海峡西岸城市群的路灯、高速公路、城市道路、供水管道、天然气管道和排水管道六类基础设施为研究对象，采用物质-能源-碳排放耦合模型（IMAGINE Materials model），系统核算其中砂、碎石、水泥、钢、铜、铝和沥青七类大宗材料的代谢过程及其相关温室气体排放。在此基础上，研究重建了2000-2020年基础设施材料代谢的历史演变过程，并通过拟合人均基础设施产品存量与建成区面积之间的关系，预测2021-2060年基础设施存量、材料需求和报废量的变化。   研究发现： 1.基础设施材料存量增长呈现明显的阶段性。人均基础设施产品存量与建成区面积之间符合S型关系，即在城市扩张初期快速增长，随后增速放缓并趋于饱和。模型结果表明，多数城市将在2030-2045年进入存量饱和阶段，区域材料总存量预计于2036年前后达峰。未来基础设施材料流动将逐步由新增建设投入主导，转向维护更新与报废释放并重。 图1. 2000-2020年海峡西岸城市群材料存量的时间变化规律 图2. 基础设施产品存量与建成区面积的关系及材料存量预测 2.城市基础设施材料代谢阶段存在显著差异。福州、厦门等存量接近饱和的城市，应重点提高既有设施维护水平、延长使用寿命并完善报废材料回收；泉州、莆田等仍处于增长阶段的城市，应控制单位基础设施服务的材料投入并提高设施集约利用效率；龙岩等后发城市应在新增建设阶段采用减量化和可循环设计，以降低长期材料需求和碳锁定风险。 图3. 2021—2060年福建省的材料需求（流入量）与报废产生量（流出量） 3.需求侧措施的减排贡献高于单纯提高报废回收率。三类循环经济策略均可降低温室气体排放，但报废回收受到废旧材料释放规模和时间的限制，其减排潜力相对有限。提高基础设施集约利用水平和延长使用寿命能够直接减少新增材料需求，因此具有更大的累计减排潜力。研究表明，基础设施材料减碳需要协同实施需求侧管理和报废回收，而不能仅依赖末端循环利用。 图4. 不同循环经济策略的温室气体减排贡献与剩余排放 作者介绍 陈伟强...

我们很高兴宣布，Communications in Theoretical Physics（CTP）期刊2025年影响因子为3.5，相较去年上升了20.7%，并首次进入JCR一区。2025年，CTP期刊投稿后收到第一个决策的平均时长为21天，Citescore分数为5.0。 该期刊创刊于1982年，由中国科学院理论物理研究所和中国物理学会主办，致力于传播理论物理学的最新发展。 我们精选了多篇已发表的代表性文章，欢迎您阅读下载！ 精选文章 Thermoelectric transport behavior of a series-coupled double quantum dots system with the Kondo Effect Jie Gao, Yuan Liao, YuRong Zeng, Zhen Guan, YongXi Cheng, ZhenHua Li and Hong-Gang Luo   Identifying the two-dimensional topological phase transition by entanglement spectrum: a fermion Monte Carlo study Weilun Jiang, Xiaofan Luo,...

我们很高兴与大家分享Sustainability Science and Technology（SSTECH）期刊最新发布的一篇跨学科研究路线图，聚焦全球最紧迫的挑战之一——水资源可持续发展。 近日，SSTECH期刊还通过了Scopus的严格审查并成功被收录。   围绕全球可持续发展目标，该路线图汇集了来自学界的多元观点，旨在： 梳理当前水资源可持续发展领域的研究现状； 识别全球水资源系统面临的关键挑战； 为未来科学研究、技术创新和政策制定明确优先方向。   这项合作成果汇聚了来自世界各地知名研究人员的专业见解，从全球视角共同探讨可持续水资源管理，包括： Jonas Baltrusaitis，美国理海大学 Shu-Yuan Pan，台湾大学 Won-Ho Nam，韩国韩京国立大学 Xuan-Thanh Bui，越南胡志明市科技大学 Sovik Das，印度理工学院 Lee Duu-Jong，香港城市大学 Thi-Kim-Quyen Vo，越南胡志明市工业与贸易大学 文章介绍 2026 roadmap on sustainable water management Shu-Yuan Pan, Aishwarya Rani, Jonas Baltrusaitis, Won-Ho Nam, Yongsheng Chen, Hyunook Kim, Zhongfang Lei, Xuan-Thanh Bui, Gregory Pierce, Chang-Gyun Kim, Cheng-Wei Yu, Li Zhang,...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选两个主题的研究文章供大家阅读，本月的主题为Machine Learning/AI和Climate Change and Cities。这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！您可以扫描下方二维码，查看IOP出版社数学与计算领域和环境与能源的最新资讯；还可以点击此处链接，订阅该领域的最新研究进展以及相关期刊的最新信息。   环境与能源： 数学与计算： 精选文章 Machine Learning/AI 2D Materials Understanding domain reconstruction of twisted transition metal dichalcogenide bilayers through machine learned interatomic potentials A Siddiqui, C Xu, S J Magorrian and N D M Hine   Fine tuning generative adversarial networks with universal force fields: application to two-dimensional topological insulators Alexander...

我们很高兴与您分享，AI for Science（AI4S）期刊最新一期文章现已正式上线！   AI4S是一本快速发展的跨学科钻石开放获取期刊，致力于推动人工智能在科学发现中的创新应用。每一期均汇集来自全球科研人员的高水平原创研究、前沿综述和前瞻性观点，展示AI如何赋能不同科学领域的发展。 依托与中国科学院东莞材料科学与技术研究所的合作，AI4S目前实行钻石开放获取模式，所有文章出版费用均由期刊承担。 📖 对于读者：可即时、免费获取全部前沿研究成果。 ✏️ 对于作者：可零费用发表研究成果。   为什么选择AI4S？ 🏠AI驱动科学研究的专业发表平台：AI4S专注于人工智能与科学研究交叉领域，为高质量科研成果提供值得信赖的国际化发表平台。 🔓零发表费用，开放获取：作者无需支付任何出版费用，论文发表后即可向全球读者免费开放，进一步提升研究成果的传播力与影响力。 ✅国际专家同行评审：稿件将由国际编委会组织严格、公正的同行评审，为您的研究提供专业、高质量的学术评价。 ⚡快速出版：依托IOP出版社高效的出版流程，论文接收后通常可在24小时内正式上线，并获得可引用的DOI。 📄轻松投稿：支持灵活投稿，无需提前调整排版格式，IOP出版社将负责后续排版制作，让您专注于科研本身。   >>欢迎阅读AI4S最新一期文章，探索人工智能赋能科学研究的最新成果。 亮点文章 Topical Review Perspectives on thermodynamics for AI and AI safety Zi-Kui Liu and Bing Li   Perspective Beyond accuracy: comprehensive alignment for AI-driven molecular design Qiang Zhang, Xiang Zhuang, Chenyi Zhou, Yihang Zhu, Tong Xu, Tianhao Li,...

本篇研究来自国防科技大学智能科学学院李裴森、第四军医大学口腔医学院冀敏慧课题组。单自旋器件储备池计算依赖时分复用，限制了信号处理效率。本文提出基于耦合磁隧道结的物理储备池计算架构，利用多隧道结间磁耦合同步振荡中耦合态射频振幅与频率的非线性动力学特性，将时序信号映射到高维特征空间，无需时分复用即可实现时序信号并行处理，在分类与航磁补偿等任务中验证其高精度、快速收敛与低功耗的潜力。 文章介绍 Reservoir computing on coupled magnetic tunneling junction for time series data preprocessing Yang Liyuan（杨丽媛）, Pan Mengchun（潘孟春）, Ji Minhui（冀敏慧）, Wang Jiayuan（王嘉园）, Li Xu（李旭）, Hu Yueguo（胡悦国）, Peng Junping（彭俊平）, Hu Jiafei（胡佳飞）, Qiu Weicheng（邱伟成） and Li Peisen（李裴森） 通讯作者： 李裴森，国防科技大学智能科学学院 冀敏慧，第四军医大学口腔医学院   研究背景： 随着人工智能和大数据应用向边缘端快速发展，其对高效、低能耗时序信号预处理系统的需求日益迫。基于自旋电子器件的物理储备池计算，利用其内禀非线性磁化动力学特性和非易失性，可以在硬件层面实现时序信号的高维动态映射，有效降低能耗和硬件开销。其中，自旋转移力矩振荡器（Spin-Torque Oscillator，STO）因具有快响应、强非线性和耦合同步振荡等特性，是理想候选器件。然而，单个STO结合时分复用的方法存在记忆容量有限、串行处理和延迟较高等问题，限制了多路时序信号处理能力。为此，该研究利用STO磁耦合同步机制，构建无需时分复用的物理储备池单元，通过分类和时序预测任务，验证了该架构在时序信号并行处理、多信号融合的边缘计算等场景的应用潜力。   研究内容： 本论文基于STO磁耦合仿真模型，系统研究了双STO之间的偶极磁耦合作用与同步锁定效应，并利用耦合态下频率和幅度的非线性动态特性，提出了一种无需输入掩码扩展的物理储备池单元。该方法将耦合STO输出电压在不同频率点的特征作为并行储备池状态，充分利用同步振荡产生的强非线性、短期记忆以及频率/幅值动态响应，提高了储备池计算性能并避免了单节点时间复用方法带来的串行处理和时间延迟问题。论文在标准认知任务中，表现出较好的计算性能：其中，波形分类准确率超过99.99%；在Mackey-Glass混沌时间序列预测任务中，长时预测准确率仍保持约86%。面向多路时序信号处理场景，论文进一步搭建并行储备池计算架构，并将该系统应用于航空磁导航补偿任务，实现了五路机载传感器并行输入条件下的复杂噪声信号处理，仅经过5轮训练即可收敛，测试均方根误差低至1.7×10⁻⁵。上述研究系统验证了磁耦合STO物理储备池在并行处理、多信号融合和低功耗边缘计算中的应用潜力，为快速、低功耗和高精度的边缘时序信息处理提供了新方案。 作者介绍 李裴森  副研究员 国防科技大学 李裴森，国防科技大学智能科学学院副研究员，博导。清华大学物理学博士，国家重点研发计划青年科学家、湖湘青年科技英才（荷尖人才）、《压电与声光》青年编委。长期从事智能传感与探测相关研究，主持参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技创新2030等国家/军队项目，以第一/通讯作者在Advanced Materials、Nanoscale、Applied Physics Letters等期刊发表SCI论文36篇，合作发表学术论文65篇，申请国家发明专利55项，授权35项。   冀敏慧...

本篇研究来自华南师范大学樊贞课题组。本文在器件机制上进行创新，首次提出一种基于铁电电容-线性电容串联结构的新型储备池器件，该器件巧妙利用铁电极化翻转与回转机制，实现了储备池所需的“非线性”与“衰退记忆”特性；并在核心性能上实现突破，在功耗、时间常数可调范围及双向操作能力等关键指标上，该器件均优于目前主流的物理储备池器件。 文章介绍 Ultralow-power reservoir computing based on bidirectionally operable ferroelectric capacitors with tunable time constants Linyuan Mo（莫林源）, Zhen Fan（樊贞）, Jiali Ou（区家力）, Zhiwei Chen（陈智威）, Haipeng Lin（林海鹏）, Wenjie Hu（胡文杰）, Wenjie Li（李文杰）, Meixia Li（李美霞）, Boyuan Cui（崔玻源）, Hua Fan（凡华）, Ruiqiang Tao（陶瑞强）, Guo Tian（田国）, Minghui Qin（秦明晖）, Xubing Lu（陆旭兵）, Guofu Zhou（周国富）, Xingsen Gao（高兴森） and Jun-Ming Liu（刘俊明） 通讯作者： 樊贞，华南师范大学 研究背景： 储备池计算（Reservoir Computing,...

Atomic defects in solid-state materials are building blocks for future quantum technologies, such as quantum communication networks, computers, and sensors. Until recently, a handful of defects in a small selection of host materials have been possible candidates. Recent developments have revealed that hexagonal boron nitride, a wide-bandgap two-dimensional material, hosts single-photon-emitting atomic defects with access...