特刊详情 客座编辑 欧阳礼亮，清华大学 吴成铁，中国科学院上海硅酸盐研究所 边黎明，华南理工大学 主题范围 Multifunctionalised hydrogels and composites have emerged as advanced biomaterials designed to overcome the limitations of traditional hydrogels. While basic hydrogels provide a hydrating 3D environment, they often lack the structural integrity and biochemical complexity of native tissues. This has driven the development of composite systems, where hydrogels are...
本研究来自西湖大学崔维成实验室。尽管非平衡临界现象的研究已发现多个动力学普适类，但在描述多个普适标度间的转变时仍面临挑战。该研究建立了一个系统描述反应-扩散系统中标度转变的唯象模型——具有含时系数的伯努利微分方程。普适解准确描述了湍动液晶和激子复合中的标度转变的实验观察，为理解临界动力学提供了新工具。 文章介绍 Scaling crossovers in non-equilibrium critical dynamics Rong Li（李荣）, Qirui Ding（丁启睿） and Weicheng Cui（崔维成） 通讯作者： 李荣，西湖大学工学院电子与信息工程系 崔维成，西湖大学工学院电子与信息工程系 研究背景： 标度律和普适性是理解相变和临界现象的核心概念，揭示了不同微观系统如何表现出相似的临界行为。在远离平衡条件下，已确立了Kardar-Parisi-Zhang动态标度、扩散限制动力学以及定向渗流等几个重要的动力学普适类。 然而，实验研究揭示真实系统的演化往往超越单一动力学普适类，表现为多个不同标度之间的转换。例如，碳纳米管中激子-激子复合显示从反应限制衰减（1/t）到扩散限制标度（t-1/2）的转换；湍动液晶中吸收相变也展现多阶段弛豫过程。 目前对反应-扩散转变和多步弛豫已有定性描述，但解析精确的定量描述仍存在理论空白。传统单一标度假设在早期发散，且两步模型预测的反应-扩散转变远比实际观察更加缓慢，表明标度转变的解析描述需要更准确的理论工具。 研究内容： 本研究发展了一种描述非平衡临界动力学中标度转变的唯象方法。从反应-扩散系统的基本方程出发，我们导出了控制空间平均场演化的含时Bernoulli微分方程。其中反应系数的时间依赖主要源于空间涨落。研究团队提出了反应系数的标度不变性假设，并基于此推导出了方程的五类标度转变的严格解析解。 研究团队将理论应用于两个重要的非平衡实验系统。对于湍动液晶中的吸收相变，标度转变函数精确地描述了从早期缓慢衰减、中间的临界幂律衰减到末期的稳定或指数衰减的整个过程，解决了单一标度描述的早期发散问题和常反应系数系统的非幂律行为。对于碳纳米管中的激子-激子复合，研究揭示了一个新的双组分模型，精确刻画了实验观察到的突然转变现象，可能源于激子在高密度团簇和低密度区域之间的二象性存在。 该研究的创新意义在于：提供了一个系统描述动力学标度转变的解析理论，拓展了动力学普适性的唯象理论框架，为理解其他复杂非平衡系统的多阶段动力学演化提供了有力的工具。例如，本文的附录和讨论分别探讨了模型对描述Couette湍流和生物生长的可行性。 作者介绍 李荣 副研究员 西湖大学 李荣，西湖大学工学院电子与信息工程系，副研究员。长期从事复杂系统的数理模型研究，特别是超导材料的输运理论和非平衡相变方程，生物体系的非线性动力学方程研究。在Communications Physics, New Journal of Physics, Journal of Physics A, Royal Society Open Science等国际期刊发表论文10余篇，部分研究工作获得业内同行的赞誉和社会关注。 崔维成 教授 西湖大学 崔维成，西湖大学工学院讲席教授。长期从事大型复杂工程系统的多学科设计优化理论及应用研究，曾任“蛟龙”号载人潜水器总体与集成项目负责人，第一副总设计师，“百千万人才工程”一二层次首批人选,“长江学者奖励计划”首批特聘教授。2018年加盟西湖大学后，致力于基于东方二元共存哲学构建复杂系统统一理论的前沿基础研究。 期刊介绍 Journal of Physics...
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Robotics和Just transitions。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出版社生物医学工程领域和环境领域的最新资讯；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。 生物医学工程： 环境： 精选文章 Robotics Progress in Biomedical Engineering Exploration of biomechanics, mental workload and metabolism factors during prosthetic gait Andrea Berettoni, Samuele De Giuseppe, Giulia Mariani, Nicolò Boccardo, Matteo Laffranchi and Marianna Semprini Systematic review on visual aid technologies for surgical assistant robotic devices Karen Jazmín Mendoza-Bautista, L Abril Torres-Mendez...
本篇研究来自湘潭大学胡金勇课题组。本文设计了一种双槽纳米硅盘阵列结构，实现了双频超窄带完美吸收（线宽<2 nm，吸收率>99%）；提出磁偶极子、衍射波模式和anapole模式相互耦合的混合机制，有效抑制辐射损耗，突破窄线宽与双波段兼顾难题；并为高性能的折射率传感器提供设计范式，在双通道生化传感领域显示应用潜力。 文章介绍 Ultra-narrow dual-band perfect absorber based on double-slotted silicon nanodisk arrays Can Yang 杨灿（本科生）、Minghe Luo 罗明贺（本科生）、Xiongwu Ju 巨雄吾（本科生）、Jinyong Hu 胡金勇（通讯作者） 通讯作者： 胡金勇，湘潭大学 研究背景： 本研究致力于解决当前超材料完美吸收器面临的核心挑战：如何在单一结构中同时实现双波段响应与超窄线宽吸收光谱。传统金属-电介质结构因金属固有高损耗难以压缩线宽，而低损耗的电介质结构又通常仅能支持单波段吸收，限制了其在多波段探测、滤波及传感等领域的应用。针对此问题，本研究旨在通过巧妙的结构设计融合磁偶极共振、衍射波耦合与anapole模式，以期实现一种兼具双波段响应与超窄线宽的完美吸收器，为设计高性能双频光学器件提供了理论基础和实验依据。 研究内容： 本研究采用有限时域差分法（FDTD）进行理论建模与数值仿真，系统分析了由双槽硅纳米盘阵列、二氧化硅间隔层和纳米银反射膜所构成超材料的光学吸收特性。通过笛卡尔多极子分解方法定量计算了各电磁多极矩对散射场的贡献，从而揭示了共振模式的物理本质。研究的关键在于利用阵列结构同时激发了两种机制：其一为磁偶极模式与衍射波模式耦合形成的混合模式，其二为相邻纳米盘间anapole模式的相互作用。 该研究系统分析了结构参数（如盘厚、直径、槽尺寸、晶格周期等）对光学吸收性能的影响，并通过优化参数在近红外波段实现了两个超窄线宽完美光学吸收峰，分别位于1155.23 nm和1212.17 nm，吸收率高达99.31%和99.61%，对应线宽仅为1.92 nm和1.25 nm；同时该结构表现出卓越的传感性能，两个通道的灵敏度分别为288 nm/RIU和204 nm/RIU，品质因数达到150 RIU-1和163.2 RIU-1。 这一研究成果的重要意义在于成功解决了双波段超窄带吸收的协同实现难题，为发展高Q值多频段光子器件提供了全新设计范式，特别是在高精度双通道生化传感领域展示了显著的应用潜力。 作者介绍 胡金勇 副教授 湘潭大学 胡金勇，湘潭大学博士生导师，中共党员，系副主任，湖湘青年英才，湘潭市D类高层次人才，湖南省电子信息技术研究会理事、湖南省电子学会理事、Rare Metals青年编委。2018年6月于中山大学获光学专业博士学位，2018年9月入职湘潭大学物理与光电工程学院从事教学研究工作，现为湘潭大学微电子科学与工程系副主任。主要从事微纳传感芯片的设计及其应用研究。近5年来，先后主持承担国家自然科学基金、湖南省科技创新计划项目、湖南省自然科学基金、教育部产学研协同育人项目、湖南省教育厅科研项目、湖南省教育改革项目等10余项，在ACS Sensors、Sensors and Actuators B: Chemical、Analytical...
《物理世界》（Physics World）是世界领先的物理杂志，并以月刊的形式发送给英国物理学会（IOP）的所有成员。《物理世界》的每一期都涵盖了世界各地科学家都关注的时事新闻和关键问题，包括著名物理学家和科学作家的专题文章、综合新闻和分析，以及精辟的观点文章。我们将不定期精选出其中的优秀文章，供大家阅读。希望您喜欢阅读本期文章！ 文章介绍 圈量子宇宙学或可解释宇宙微波背景的平滑性 量子尺度的排斥引力本应消除早期宇宙的不均匀性 在经典物理学中，引力具有普遍的吸引力。但在量子层面上，情况可能并非总是如此。如果在一个无限小的体积（例如黑洞中心或宇宙诞生之初的极早期）内存在大量物质，时空会在接近普朗克长度的尺度上发生弯曲。普朗克长度是距离的基本量子单位，约比质子小1亿兆倍。在这些极度弯曲的区域，经典引力理论，即爱因斯坦的广义相对论，会失效。不过，却为圈量子宇宙学研究提供了一个潜在解决方案。这表明，引力实际上会变为排斥性。因此，圈量子宇宙学预测，我们现在的宇宙起源于所谓的“宇宙反弹”，而非广义相对论所预测的大爆炸奇点。在近期EPL期刊发表的一篇论文中，加拿大新不伦瑞克大学的数学物理学家Edward Wilson-Ewing探讨了圈量子宇宙学与一种时被描述为“大爆炸回声”的现象，即宇宙微波背景（CMB）之间的相互作用。这种背景辐射弥漫于整个可见宇宙，源于宇宙冷却至足以形成中性原子之际。此时，光突然能够穿越太空，而不再持续被此前存在的电子和轻原子核的等离子体散射。正是这种新释放的光构成了宇宙微波背景，因此研究这种光能够为早期宇宙的面貌提供一定线索。 宇宙学家Edward Wilson-Ewing利用圈量子引力研究极早期宇宙中的量子效应。（图片来源：新不伦瑞克大学） 您的研究动机是什么？ 宇宙微波背景观测结果表明，早期宇宙（即宇宙微波背景形成时的宇宙）极其均匀，相对各向异性约为十万分之一。经典广义相对论自身难以解释这种均匀性，因为纯粹的吸引力引力倾向于使事物朝着相反的方向发展。这是因为，如果一个区域的密度高于周围区域，那么根据广义相对论，该区域的密度会变得更高；该区域有更多质量，因此周围的粒子会被吸引过来。事实上，我们在宇宙微波背景中看到的小不均匀性正是这样随着时间而增长，最终形成了当今的恒星和星系。 在经典广义相对论中，解决这一问题的主要方法是假设宇宙在最早期经历了一段超快速膨胀。这种超快速膨胀被称为暴胀，它足以产生均匀区域。但一般而言，这需要大量的暴胀（远超大多数模型通常考虑的暴胀）。 或者，如果由于某种原因，在暴胀开始时恰好存在一个适度均匀的区域，那么这个区域的大小会呈指数级增长，同时变得更加均匀。第二种可能性需要略多于最低限度的暴胀，但不至于远超最低限度的暴胀。 在这项工作中，我的目标是探究，如果引力在深层量子区域变为排斥性（正如圈量子宇宙学中的情况），那么这是否会稀释密度较高的区域，从而消除不均匀性。换言之，这项工作的主要目标之一是探究量子引力是否是宇宙微波背景中观察到的高度均匀性的潜在来源。 这篇论文中，您做了什么？ 在这篇论文中，我研究了圈量子宇宙学中与尘埃（一种简单的物质模型）耦合的球对称时空。此类时空被称为Lemaître–Tolman–Bondi时空，其允许在径向方向上存在任意大的不均匀性。因此，其为探究是否会发生均匀化提供了一个理想的平台，原因在于其足够简单，便于进行数学处理，同时仍允许存在大的不均匀性（一般而言，处理大的不均匀性非常困难）。 圈量子宇宙学预测了几种主要的量子效应。其中一种效应是，在量子层面，时空是离散的：如物质量子一样，也存在几何量子。这影响了运动方程，运动方程将时空的几何与其中的物质联系起来，所以如果我们考虑到量子几何的离散性，就必须修改运动方程。 这些修改通过所谓的有效方程来体现，在论文中，我针对广泛的初始条件对这些方程进行了数值求解。由此发现，虽然均匀化并非无处不在，但总会在某些区域发生。这些均匀化区域随后可以通过暴胀膨胀至宇宙学尺度（且暴胀会进一步加剧均匀化）。因此，这种量子引力均匀化过程确实可以解释宇宙微波背景中观察到的均匀性。 接下来，您有什么计划？ 从多个方向拓展这项工作以检验圈量子宇宙学中均匀化效应的稳健性至关重要。虽然从数学视角来看，对球对称性的限制应该放宽，但这颇具挑战性。超越尘埃的物质描述也相当重要。尘埃的简单性让计算更简便，但不太现实。 其他相关物质形式包括辐射和所谓的暴胀场。暴胀场是一种能够引发暴胀的物质。这就是说，在宇宙学中，至少在定性层面上，物理在一定程度上独立于宇宙的物质含量。这是因为虽然不同类型的物质在膨胀宇宙中的稀释速度可能有所不同，且宇宙的膨胀速率也可能因其物质含量而异，但广义相对论中宇宙动力学的主要性质（例如，膨胀的宇宙、初始奇点的出现等）与所考虑的具体物质无关。 因此，我认为有理由预期，定量预测将取决于物质含量，但定性特征（特别是被量子引力均匀化的小区域）将保持不变。不过，仍需进一步研究来检验这一预期。 如果您觉得本文有趣，为何不向EPL期刊提交您自己的研究呢？EPL是提供开放获取选项的混合期刊。免费订阅。>>您可以点击此处链接，查看期刊详情。 期刊介绍 EPL 2024年影响因子：1.8 Citescore：3.5 EPL（欧洲物理快报，前身为Europhysics Letters）创刊于1986年，是欧洲物理学会的期刊之一，发表覆盖物理学各个领域的原创性高水平研究，包括凝聚态物理、天体物理学、等离子体和聚变科学，以及应用物理等，并为作者提供快速、公平和富有建设性的同行评审意见。
Solar cells (SCs) based on dense arrays of III–V nanowires have long been considered strong candidates for the fabrication of stable, high power conversion efficiency (PCE) photovoltaic devices at reduced costs. Over the last two decades intense research has been devoted worldwide to the field; however, the nanowire SCs (NWSCs) reported so far in the...
美国电化学学会（ECS）旗下期刊持续发表推动能源存储、材料科学和电化学技术创新的前沿研究。 我们从ECS旗下多本期刊中精选了阅读量最多、引用量最高的文章，帮助您快速了解当前研究趋势与最新洞见。您可以浏览这些精选文章，或将其加入阅读列表，随时掌握电化学领域的最新进展。 准备探索更多内容？>>您可以点击此处链接，访问ECS数字图书馆，进一步了解前沿电化学研究。您可以浏览多本期刊获取最新研究，并关注电化学领域的最新动态，为您的科研工作提供支持与灵感。 精选文章 阅读量最多的文章 Physics-Based Battery Model Parametrisation from Impedance Data Noël Hallemans et al 2025 J. Electrochem. Soc. 172 060507 Method—A High-Throughput Technique for Unidirectional Critical Current Density Testing of Solid Electrolyte Materials Danielle M. Gendron et al 2025 J. Electrochem. Soc. 172 020511 Epitaxial Si/SiGe Multi-Stacks: From Stacked Nano-Sheet to Fork-Sheet and CFET Devices R. Loo et al 2025 ECS J. Solid State Sci....
2D Materials（2DM）是一本跨学科期刊，致力于发表高质量、高影响力的基础与应用研究，涵盖石墨烯及相关二维材料的各个方面。期刊当前的影响因子为4.3，CiteScore为9.3。 期刊由中国科学院金属研究所任文才研究员担任主编。 为什么选择在2DM期刊发表研究？ 高标准评审：期刊实行快速、严格且具建设性的评审流程，由编委会成员全程监督，确保研究质量与学术公正。 高效出版：我们致力于为作者提供高效、专业的服务，确保快速作出初审决定、接受与发表。文章一经接收，将在24小时内上线并附带可引用的DOI。 开放获取：作者可选择以开放获取（需支付版面费）的形式发表文章，让更多读者自由获取您的研究成果。 便捷的稿件转投：除直接投稿外，期刊还为来自IOP出版社其他期刊的稿件提供高效的转投服务，确保论文在最合适的期刊发表。 国际编委团队：期刊由任文才研究员领导的国际编委会管理，汇聚领域内的顶尖专家，为作者提供专业支持。 >>您可以点击此处链接，了解更多并投稿至2D Materials期刊。 期刊介绍 2D Materials 2024年影响因子: 4.3 Citescore: 9.3 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。
Two dimensional (2D) materials are at the forefront of research in integrated modulators. However, achieving pure phase modulation with low insertion loss remains challenging in 2D material modulators. This work explores phase modulators based on monolayer MoS2 integrated on a Si photonic platform. We investigated the electro-optical response of MoS2 using two device architectures: a monolayer MoS2...
我们汇总了2024年发表在Environmental Research Letters期刊发表的50篇优秀文章，这些文章展示了及时、高影响力、广泛参与的研究工作，并对政策讨论做出了有意义的贡献。 感谢所有的作者、读者和审稿人对Environmental Research Letters期刊的支持！希望您喜欢阅读这一合集。 文章介绍 Human population density and blue carbon stocks in mangroves soils Shih-Chieh Chien et al 2024 Environ. Res. Lett. 19 034017 Daytime cooling efficiencies of urban trees derived from land surface temperature are much higher than those for air temperature Meng Du et al 2024 Environ. Res. Lett. 19 044037 Challenges in accelerating net-zero transitions: insights from...
本期内容来自Environmental Research Letters (ERL)、Environmental Research: Climate (ERCL)、Environmental Research: Energy (EREN) 与 Environmental Research: Food Systems (ERFS)，涵盖人工智能能源影响、国家自主贡献评估、差异化减排能力、肯尼亚能源不公、以及西方超市棕榈油供应链等热点话题。 >>点击此处链接，订阅环境领域最新资讯。 精选文章 Watts and Botts: the energy implications of AI adoption Anthony R Harding and Juan Moreno-Cruz In this research Letter, Harding and Moreno-Cruz combine data on economic activity with likely adoption of AI across occupations and industries to quantify the...
本篇研究来自湖南大学孙辰课题组。本工作提出了一种推导朗道-齐纳（LZ）跃迁概率公式的新方法。利用含时量子系统的可积性的概念，证明了跃迁概率满足一个函数方程，求解此方程可得LZ公式的指数形式，再通过最低阶微扰计算可确定指数上的系数。这一推导方法是严格的，且数学简单。本工作为LZ公式的指数形式提供了新视角，并表明LZ公式可视为可积性的结果。 文章介绍 Derivation of the Landau-Zener formula viafunctional equations Chen Sun（孙辰） 通讯作者： 孙辰，湖南大学物理与微电子科学学院 研究背景： 朗道-齐纳（LZ）模型是一个著名的严格可解的含时量子模型，它描述了二能级系统在线性驱动下的非绝热跃迁。自1932年被提出以来，LZ模型成为了许多更复杂的量子模型的基础，目前已在多类物理体系如量子点、超导量子比特等中获得了实现和应用。LZ的模型的跃迁概率有多种推导方法，这些方法大多依赖复杂的数学工具，如特殊函数、拉普拉斯变换等，而一些简单的推导方法，如准经典分析方法、马尔可夫近似等则用到了近似，因而并不是严格的。因此，寻求一种简单且严格的推导方法具有重要意义。本工作基于函数方程与可积性得出了LZ跃迁概率的一种新的推导方法，此方法无需用到复杂的数学，且推导过程完全严格。 研究内容： 朗道-齐纳（LZ）模型是描述二能级系统在线性驱动下的非绝热跃迁的典型模型。其哈密顿量为 H = btσz+gσx（其中σz与σx为泡利矩阵），其能级随时间t的变化如下图所示。这一模型从t=-∞到+∞的演化的非绝热跃迁概率满足LZ公式：p = exp(–πg²/b)。LZ公式的严格推导方法大多依赖复杂的数学工具，如特殊函数、拉普拉斯变换等。 本研究通过函数方程与可积性结合的方法严格推导出了LZ公式，推导过程大致为：首先，通过参数缩放论证跃迁概率仅依赖于参数组合γ = g²/b；构建两个LZ模型的复合系统，通过正交变换将其简化为三能级系统，再通过该系统的可积性将其进一步简化为二能级系统，从而得到函数方程p(2γ) = [p(γ)]²，此方程为柯西指数函数方程的一个变体。求解此方程及得指数形式p(γ) = exp(cγ)。最后通过最低阶的微扰计算确定常数c = –π，从而推导出LZ公式p = exp(–πg²/b)。该方法是严格的，且仅使用矩阵操作和简单积分，无需复杂的数学。 本工作为LZ公式的指数形式提供了新视角，即这一指数形式可以由柯西指数函数方程的解而得到。同时也揭示了LZ公式与含时量子模型的可积性的联系，即LZ公式可视为可积性的结果，尽管二能级LZ哈密顿量本身并不满足可积性条件。总之，本工作的重要性在于提供了一种LZ公式的新的严格推导方法，加深了对LZ公式数学结构的理解，并扩展了可积性概念的应用范围。 作者介绍 孙辰 教授 湖南大学 孙辰，湖南大学教授。从事凝聚态及量子物理理论研究。近期主要研究方向为寻找严格或近似可解的含时量子多体系统（特别是多能态朗道-齐纳模型），研究这样的系统中的物理现象，并探索其可能的应用。在Phy. Rev. Lett.、Phy. Rev. B、J. Phys. A: Math. Theor.等学术期刊发表论文三十余篇。 期刊介绍 Journal of Physics A:...
