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本篇研究来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校Angel Hsu课题组。本研究构建全球一致、与行政治理边界相匹配的城市中心—城郊—乡村分类框架；城市地区贡献全球72%–76%的领土CO2排放和约82%的消费端排放；1970—2022年，全球城市排放的部门结构发生明显变化，能源部门占比由34%升至43%，道路交通占比稳步增长；全球63%的次国家地区为隐含排放净进口方，表明领土减排并不意味着由本地消费驱动的全球碳足迹同步下降。 文章介绍 Aligning emissions with decision making: estimating urban contributions to global carbon dioxide emissionsYing Yu, Diego Manya, Angel Hsu 通讯作者： Angel Hsu，美国北卡罗来纳大学教堂山分校   研究背景： 城市被广泛认为是全球气候治理和减排行动的核心主体，但不同研究对“城市”的定义、空间边界和排放核算方式并不一致，导致城市对全球碳排放贡献的估算存在较大差异。现有研究常依据建成区像元、人口密度或功能联系划定城市范围，但这些范围并不一定对应实际治理边界，可能遗漏城市辖区内位于高密度建成区之外的工业、交通、物流和能源设施排放，也难以与地方政府的政策权限和减排责任相对应。因此，本研究建立全球一致、与行政治理边界匹配的城市中心—城郊—乡村分类框架，结合领土和消费端排放核算，系统评估城市地区对全球CO2排放的贡献、长期部门结构变化及生产与消费之间的排放不平衡，为城市和区域气候政策提供科学依据。   研究内容： 本研究以GADM v4.1全球行政边界为基础，综合人口规模与密度、建成区比例及其变化、GDP和用电量等指标，通过两阶段聚类将全球次国家行政单元划分为城市中心、城郊和乡村。在此基础上，结合来自EDGAR、ODIAC和CEDS的全球高分辨率CO2排放清单及GGMCF消费端碳足迹数据，从领土和消费端两个视角重新评估全球城市碳排放。 研究发现，2022年城市地区贡献全球约72%–76%的领土CO2排放，其中城市中心占30%–37%，城郊占39%–42%。这表明城市排放并不只集中于高密度核心区，大量工业、能源、交通和物流基础设施位于城市外围，却与城市经济活动和居民需求密切相关。   图1 全球次国家地区的城市排放贡献与城乡主导格局   从消费端看，2015年城市地区约占全球消费端CO2排放的82%，高于同期约73%–77%的领土排放占比。与此同时，全球63%的次国家地区属于隐含排放净进口方，即消费驱动的排放高于辖区内实际产生的排放。这表明，仅关注领土排放难以完整反映一个地区的碳足迹，城市减排还需关注由本地消费需求驱动的跨区域供应链排放。   图2 次国家地区的排放趋势与碳平衡类型   研究团队同步开发了Urban Carbon Mapper交互平台，支持全球次国家排放格局的可视化探索。相关数据已通过UNC Dataverse公开发布（https://doi.org/10.15139/S3/CJBRBS）。   图3 Urban Carbon Mapper交互界面 期刊介绍 Environmental Research Letters 2025年影响因子：5.4...

本篇研究来自中国科学技术大学丁冬生课题组。里德堡原子具有丰富的量子特性，为实验探索非厄米物理提供了重要平台。本综述主要聚焦近年来该体系中的关键理论与实验进展，阐明里德堡原子系统中非厄米的微观起源，揭示系统演化的动力学特性。此外，我们也探讨了非厄米能谱的对称与其破缺机制、奇异点的形成和拓扑特性，以及里德堡原子系统非厄米性在增强传感方面的应用。 文章介绍 Non-Hermitian physics in the dissipative many-body system of Rydberg atoms Ya-Jun Wang（王雅君）, Jun Zhang（张俊） and Dong-Sheng Ding（丁冬生） 通讯作者： 丁冬生，中国科学技术大学   研究背景： 近年来，里德堡原子系统呈现从厄米向非厄米的研究趋势。如图1所示，里德堡原子系统主要可分为原子阵列与原子系综两类。原子阵列凭借单原子操控技术，在量子模拟中具有独特优势；而原子系综则利用集体增强效应与电磁诱导透明效应，在量子精密测量及非平衡态物理研究方面表现尤为突出。此外，里德堡原子具有高密度且可分辨的能级结构为系统设计提供了天然的维度，使得无需复杂晶格即可模拟诸如Su–Schrieffer–Heeger模型等拓扑模型，从而为拓扑物理研究开辟了新的途径。 本综述通过梳理从基本理论到前沿应用的完整脉络，旨在揭示里德堡原子平台在非厄米量子多体物理研究中的独特优势，并为未来在量子模拟、精密测量及量子信息处理等方向的深入探索提供参考。 图 1：里德堡原子系统的发展路线图。图引自文献https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/ae8d69   研究内容： 非厄米物理通过引入增益、耗散及非互易传输，突破了传统厄米量子力学的框架，展现出复能谱、奇异点、对称性及其破缺、以及拓扑相等丰富现象。里德堡原子间多体相互作用天然产生有效耗散，结合激光与微波场的精准操控，能够在原子系综、合成维度和原子阵列中构建可调的非厄米哈密顿量，从而在可控条件下探索开放量子体系中的非平衡动力学与拓扑物态。 基于里德堡原子体系的非厄米物理研究已取得显著进展。J. Zhang 等人实验观测到冷里德堡原子气体中的奇异点及迟滞轨迹[图2] ；进一步，Y.J. Wang 等人引入微波场调控技术，基于翻转迟滞轨迹实现了量子增强的微波计量，其灵敏度超越了标准量子极限 ；C.W. Xie 等人在热里德堡原子蒸气中观测到了非厄米多体稳态下的手性切换现象；C. Liang 等人利用奇异点附近的非线性效应，实现了灵敏度高达 22.68 nV·cm-1·Hz-1/2 的微波电场测量[图3]；在可编程原子阵列系统，Y.W. Zhang 等人构建了一个非厄米 XY 自旋模型，直接观测到了 PTSB 及奇异点位移 ；D. Hao 等人通过实验实现了 Su–Schrieffer–Heeger 模型的耗散版本。该领域当前正处于快速发展的阶段，未来有望在里德堡原子系统开展更深入的实验研究。 图...

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Piezoelectrics/Energy Harvesting。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出版社工程领域和能源领域的最新资讯；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。 工程： 能源： 精选文章 Robotics Nanotechnology Micro/nanorobots at the crossroads of magnetism and light Domenico Calabrò, Alessandro Orazio Abbate, Giulia Testa and Mario Urso   Brain-inspired neural networks: neuromorphic devices and their practical applications Yanrong Wang, Tao Yan, Shuhui Li, Yuchen Cai, Pengyu Zhang, Mingyang Cao, Feng Wang, Xueying Zhan and Zhenxing Wang  ...

本篇研究来自哈尔滨工业大学（深圳）刘伟课题组。本文综述了光声显微成像（PAM）中有限视角伪影校正的最新策略。长期以来，PAM被认为凭借其空间共焦设计能够天然抵抗有限视角伪影，但最近的活体实验研究证实了此类伪影具有显著影响。本综述综合了当前最先进的校正策略，将其主要分为工程驱动方案和基于计算的算法两大类。通过全面剖析各策略的机制、实施方法及其优缺点，本文为释放PAM作为高保真精准生物医学诊断工具的全部潜力提供了重要参考。 文章介绍 Breaking the view barrier: mechanisms and advances in correcting limited-view artifacts for photoacoustic microscopy Lifu Jiang（江礼福）, Yiming Huang（黄易铭）, Xiangru Liu（刘香茹）, Anna Orlova, Pavel Subochev and Wei Liu（刘伟）通讯作者： 刘伟，哈尔滨工业大学（深圳）   研究背景： 随着光声成像向临床应用转化，有限视角问题成为严重影响诊断准确性的关键挑战之一。该问题最初在光声计算断层扫描中被发现，主要源于有限的接收角，而光声波的相干特性更是加剧了这一问题。过去普遍认为PAM由于采用逐点探测机制而对该伪影免疫，然而当生成的声学波长与光学焦深相近甚至更小时，这种假设便不再成立。特别是在对呈均匀分布且间距极小的微血管等结构进行成像时，微小吸收体发射的双极声波会发生相干叠加。在传播过程中出现的相消干涉会导致这些均匀结构的信号被严重抑制甚至完全丢失，这是PAM产生有限视角伪影的最主要原因。鉴于目前仍缺乏对PAM有限视角校正策略的系统性理论分析，本研究旨在填补这一空白，建立统一的物理机制解释，并系统评估现有校正方法的原理与临床适用性。   研究内容： 本文通过模型仿真确立了PAM中有限视角伪影形成的统一物理学解释，明确指出相干波的相消干涉是导致均匀或周期性微观结构信号丢失的核心原因。此外，本文系统分析了通过重塑初始声压分布或扩大检测孔径的四类工程范式，包括： 1)光学照明工程：利用动态散斑、高数值孔径（NA）聚焦或结构光照明来打破空间或吸收的均匀性。 2)声热工程：通过超声聚焦加热引入局部温度梯度，扰乱光声源的相干性。 3)探测器孔径工程：采用鱼眼形超声探测器或透明换能器来扩大有效接收角度。 4)生物标志物工程：利用特定分子的光谱吸收特征引入空间或功能的先验约束。 5)算法解决方案：总结了在不大幅改变硬件的情况下规避物理限制的算法，涵盖结合离轴激发的重建算法、利用生物组织固有时间变化的统计光声涨落成像，以及从纯数据驱动向融合物理原理演进的深度学习模型。 本文对PAM领域的有限视角校正方法进行了系统梳理与理论连接。研究指出，虽然工程方法丰富了物理信号的多样性，但面临系统复杂性、深度限制和组织损伤等折中问题；而算法方案依赖于物理模型且多帧采集限制了成像速度。因此，将工程硬件提供的数据多样性与算法模型相结合，是克服当前技术妥协、推动PAM走向临床高保真诊断的最具前景的路径。 作者介绍 刘伟  副教授 哈尔滨工业大学（深圳） 刘伟，哈尔滨工业大学（深圳）副教授、博士生导师、光学成像实验室PI。长期致力于免标记多模态光-声信息感知技术的前沿交叉研究，迄今在国际权威期刊累计发表SCIE检索论文82篇，Google学术总引用逾2600次，H指数30。先后主持国家自然科学基金项目、广东省/深圳市自然科学面上与人才项目及央企技术委托开发项目等，累计获批经费逾1150万元。入选广东省普通高校青年创新人才、深圳市海外高层次人才，曾获杜克大学2017-2018年度“最杰出博士后演讲者”奖励。 期刊介绍 JPhys Photonics 2025年影响因子：4.7  Citescore: 7.3 JPhys Photonics（JPPHOTON）是一本新出版的开放获取期刊，面向物理学中应用于光子学各个领域的高质量研究。期刊包含光子学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的研究。涵盖领域包括：生物光子学和生物医学光学；能源和绿色技术应用，包括光伏；成像、检测和传感；光物质相互作用；光源，包括激光器和LED；纳米光子学；非线性和超快光学；光通信和光纤；光数据存储；光电子学、集成光学和半导体光子学；光子材料、超材料和工程结构；等离子体技术；传播，相互作用和行为；量子光子学和光学等。

本篇研究来自北京大学林金泰课题组。本研究以2018至2024年华北地区夏季为研究时段，针对燃煤电厂新建与关停两类典型设施变化，结合自主构建的高精度电厂信息和卫星反演排放数据集，定量评估电厂动态变化的NOx排放效应，并进一步探讨工业共址造成的干扰，从而回答电力行业深度减排之后NOx排放结构的变化，为深化精准治污提供数据支撑。 文章介绍 Satellite-detected nitrogen oxides emission changes from power plant dynamics in North China Chenghao Xu, Jintai Lin（林金泰）, Sijie Wang, Hao Kong, Yuhang Zhang, Yang Yun, Fangxuan Ren, Mengying Wang, Wanshan Tan, Jianxiao Wang, Lei Bai and Jian Gao 通讯作者： 林金泰，北京大学   研究背景： 氮氧化物（NOx）是一种主要大气污染物，对臭氧和二次PM2.5形成具有重要影响。中国长期面临较大的NOx减排压力，近年来持续推进燃煤电厂超低排放改造和“上大压小”政策，淘汰老旧机组并新建大型电厂。传统的排放清单难以及时反映电厂新建、关停等设施级变化，并且单纯基于卫星等大气观测的排放估计难以分辨单个设施的排放状况，因此难以精细评估政策措施究竟如何改变电厂NOx排放。 本研究以2018至2024年华北地区夏季为研究时段，针对燃煤电厂新建与关停两类典型设施变化，结合自主构建的高精度电厂信息和卫星反演排放数据集，定量评估电厂动态变化的NOx排放效应，并进一步探讨工业共址造成的干扰，从而回答电力行业深度减排之后NOx排放结构的变化，为深化精准治污提供数据支撑。   研究内容： 该研究首先整合环境统计、Global Energy Monitor、地理信息、卫星影像和产业信息，建立覆盖中国3400余座发电设施精确位置的电厂数据库，并收集华北517座电厂的运行时间信息，确定了2018–2024年间华北共有109座电厂被新建或关停。进一步结合POMINO-TROPOMI NO2卫星数据和PHLET排放反演算法，获得5km分辨率夏季NOx排放数据，并扣除非点源背景排放影响，进而结合高分辨率卫星影像识别电厂和工业源共址情况（即在同一格点内），区分电厂排放独立信号与工业干扰两种情况。 结果表明，2018–2024年华北夏季火力发电量增加30.2%，但电厂所在格点NOx排放并未同步增加。在无工业干扰的格点，新建电厂对应NOx排放强度平均增加0.76 kg km-2 h-1，而关停电厂对应排放强度平均下降1.97 kg...

特刊详情 客座编辑 卓晓璐，香港中文大学（深圳） 邵磊，中山大学 郑嘉鹏，上海理工大学   主题范围 Chiral plasmonics investigates the interactions between light and asymmetric nanostructured metals to govern optical polarization at the nanoscale. By bridging concepts from colloid chemistry, micro–nano fabrication, and fundamental light–matter interactions, this multidisciplinary field drives the development of ultra-sensitive chiral molecular detection, circularly polarized optoelectronic devices, and plasmon-mediated enantioselective...

本篇研究来自中国科学院西安光学精密机械研究所闵俊伟、姚保利课题组。该研究提出了一种新型光学衍射层析成像技术LED-ODT。通过将可编程LED阵列与定量相位相机集成到普通光学显微镜上，实现了对透明生物样本的无标记、定量三维折射率成像。在极大简化系统复杂度和降低成本的同时，保持了高精度、高稳定性和快速的成像能力。该技术成功实现了对COS-7细胞中脂滴的统计分析以及对水化后胖大海种子的三维结构表征，展示了其在生物医学领域的巨大应用潜力。 文章介绍 Optical diffraction tomography using programmable LED array illumination and quantitative phase camera Yan Li（李炎）, Yuge Xue（薛雨阁）, Ruihua Liu（刘瑞桦）, Yingjie Feng（冯英杰）, Jian Liang（梁健）, Chen Bai（柏晨）, Tengfei Wu（吴腾飞）, Liming Yang（杨力铭）, Xianghua Yu（于湘华）, Xiaohao Xu（徐孝浩）, Kai Wen（温凯）, Peng Gao（郜鹏）, Taiqiang Dai（戴太强）, Liang Kong（孔亮）, Junwei Min（闵俊伟） and Baoli Yao（姚保利） 通讯作者： 闵俊伟，中国科学院西安光学精密机械研究所 姚保利，中国科学院西安光学精密机械研究所   研究背景： 三维显微成像在生物医学研究中至关重要。传统的荧光显微技术虽然能提供高对比度、分子特异性信息，但存在光漂白和光毒性问题，阻碍了对活细胞正常生理活动的长时程观察。光学衍射层析成像（Optical diffraction tomography，ODT）作为一种无标记三维成像技术，能够定量重构样本的三维折射率分布，应用前景广阔。然而，目前大部分ODT系统采用马赫-曾德尔等光学干涉结构，使用激光光源照明，需要机械扫描或旋转组件，系统复杂且易受环境扰动。新兴的计算成像方法虽然简化了硬件，但通常需要复杂的非线性迭代算法和多帧图像，计算负担重。...

本篇研究来自香港城市大学岳星宇、华南师范大学金元俊课题组。本研究通过外场调控非线性霍尔效应是实现新型低功耗电子器件的重要途径，如何实现高效、可逆的栅极电压控制一直是该领域面临的关键挑战。本研究结合第一性原理与对称性分析，提出了一种基于双层材料体系实现非线性霍尔效应栅控调节的普适性设计策略。研究发现，双层结构中固有的隐藏极化能够在外加栅极电场作用下被激活，进一步诱导层锁定的隐藏贝里曲率偶极子，从而产生显著增强的非线性霍尔响应。通过反转栅极电场方向，可以实现霍尔电流方向的完全可逆翻转，表现出类似于自旋塞曼效应的“赝自旋塞曼效应”特征，实现了二阶霍尔效应的电控开关功能。该研究从原理上实现了非线性霍尔效应的器件化调控，也为探索栅控非线性输运和非线性光学效应提供了新思路。 文章介绍 A universal design principle for switchable control of the second-order nonlinear Hall effect Xiaoliang Xiao(肖晓亮), Xingyu Yue(岳星宇), Jinyang Ni(倪斤阳), Jin-Zhu Zhao(赵锦柱), Ruiqiang Wang(王瑞强), Xin Wang(王鑫), Guoqing Chang(常国庆), Yuanjun Jin(金元俊) 通讯作者： 岳星宇，香港城市大学 金元俊，华南师范大学   研究背景： 由贝里曲率偶极矩驱动的非线性霍尔效应是一种的新型量子几何输运现象，近年来在凝聚态物理领域受到广泛关注。不同于传统霍尔效应需要破坏时间反演对称性，非线性霍尔效应可以在保持时间反演对称性的非中心对称体系中产生，为探索电子波函数的几何性质、揭示隐藏对称性以及调控量子输运提供了重要手段。同时，该效应在太赫兹波整流、低功耗信息存储等新兴技术领域展现出广阔应用潜力。然而，目前已报道的非线性霍尔效应通常依赖于材料本征晶体结构和对称性条件，其响应大小和方向难以通过外部手段进行动态调控，极大限制了其在可重构逻辑器件和电流驱动存储器件中的实际应用。因此，如何实现非线性霍尔效应的电场调控、可逆切换以及器件化应用，已成为该领域亟待解决的关键科学问题。   研究内容： 本研究结合晶体对称性分析、有效哈密顿模型构建以及第一性原理计算，提出了一种基于隐藏极化实现非线性霍尔效应电场调控的普适性设计策略。通过系统分析80个层群的对称性条件，研究发现其中18个层群满足构建可电控切换非线性霍尔效应体系的要求，为设计新型量子输运器件提供了明确的材料筛选准则。以AB堆垛双层SnSe（以及SnTe等代表性体系）为例，研究表明，该类双层结构在无外加电场时保持整体中心对称性，贝里曲率偶极矩因对称性约束而消失，非线性霍尔响应被禁止。当施加垂直栅极电场后，层间隐藏极化被有效激活，破坏原有对称性并诱导产生显著的贝里曲率偶极矩，从而产生增强的非线性霍尔电流。更重要的是，通过反转栅极电场方向，可以实现霍尔电流方向的完全可逆翻转，呈现出类似自旋塞曼效应的“赝自旋塞曼效应”行为，实现非线性霍尔信号的电控开关。该调控机制无需依赖磁性材料，仅通过外加电场即可实现非线性霍尔效应的ON/OFF双态切换，为突破传统非线性霍尔体系中响应不可调控的限制提供了新的解决方案，并显著拓展了层状量子材料在非线性输运和信息器件领域的应用空间。 该研究首次揭示了中心对称双层体系中隐藏极化与贝里曲率偶极矩之间的内在联系，并建立了利用层间隐藏自由度调控非线性霍尔效应的新机制，为发展超快低功耗电子器件、非线性逻辑器件以及可重构量子信息技术提供了新的理论基础。 作者介绍 岳星宇  博士 香港城市大学 岳星宇，2023年获香港大学物理学博士学位。目前，他任职于香港城市大学物理系。研究方向主要包括量子输运现象的理论研究，以及二维材料的生长与表征。   金元俊  副研究员 华南师范大学 金元俊，2022年获香港大学物理学博士学位，随后在新加坡南洋理工大学做博士后研究，2024年入职华南师范大学物理学院。研究兴趣包括量子输运，自旋电子学等。已在PRL, ROPP, Nano Lett. PRB等期刊发表论文50余篇，获2024年广东省自然科学二等奖（4/7）。...

本篇研究来自复旦大学袁嘉灿课题组。本文系统梳理了全球变暖与城市化共同作用下东亚城市高温、极端降水和台风相关灾害的变化特征，并进一步分析其对健康、劳动生产率、能源和交通基础设施以及社会不平等的影响。 文章介绍 Weather hazards in cities of East Asia: interacting influences of global warming and urbanization Jiacan Yuan（袁嘉灿）, Yuanhao Chen（陈远昊）, Jian Hang（杭建）, Eun-Soon IM, Qiqi Luo（罗淇淇）, Josipa Milovac and Lei Zhao 通讯作者： 袁嘉灿，复旦大学大气与海洋科学系   研究背景： 在全球变暖持续加剧的同时，东亚也是过去几十年全球城市化速度最快的地区之一。上海、北京、广州—深圳—香港、首尔、东京等超大城市和城市群，集中了庞大人口、高密度建筑、关键基础设施和高度互联的经济活动。当全球气候变化与快速城市扩张同时发生，城市面临的极端天气风险究竟发生了怎样的变化？ 围绕这一问题， 近期发表在Environmental Research Letters上的综述论文“Weather hazards in cities of East Asia: interacting influences of global warming and urbanization”系统梳理了全球变暖与城市化共同作用下东亚城市高温、极端降水和台风相关灾害的变化特征，并进一步分析其对健康、劳动生产率、能源和交通基础设施以及社会不平等的影响。   研究内容：...

本篇研究来自西安电子科技大学郜鹏、西安交通大学姚翠萍课题组。本文提出面向稀疏和异质性样品分子动态测量的圆扫描荧光相关光谱(CS-FCS)技术。CS-FCS通过高速圆扫描方式采集荧光涨落数据，有效克服了传统线扫描的机械惯性，并将时间分辨率提升至0.1 ms（较线扫描提高5~10倍），同时使有效观测覆盖区域增大6倍。在数据分析中，全局自相关分析能够提高对稀疏样品的测量效率；逐像素自相关分析可获取不同空间位置样品的动力学差异。该方法在空间异质纳米颗粒、稀疏生物颗粒等多体系中的应用验证了测量的可行性和准确性。此外，还在活细胞内实现了多个细胞器膜上的大分子动力学的实时测量。 文章介绍 Circular scanning fluorescence correlation spectroscopy (CS-FCS) for probing molecular dynamics of sparse or heterogeneous samples Lan Yu（于岚）, Xiaoman Dong（董小曼）, Weihui Zeng（曾维慧）, Cuiping Yao（姚翠萍） and Peng Gao（郜鹏） 通讯作者： 郜鹏，西安电子科技大学物理学院 姚翠萍，西安交通大学生命科学与技术学院，   研究背景： 生物大分子在细胞内的扩散、运输与相互作用是生命活动的基础，定量测量其动力学参数（如扩散系数）对于理解信号转导、代谢调控及疾病机制至关重要。荧光相关光谱（FCS）作为一种高灵敏度的分子动力学测量技术，通过探测荧光强度涨落并利用自相关分析定量获取目标分子的动力学参数，已成为生命科学研究的重要工具。然而，将FCS应用于活细胞内大分子测量面临两大挑战：其一，细胞是高度空间异质的体系，线粒体、内质网、质膜等不同空间区域的分子动力学呈现显著异质性，传统单点FCS无法同时获取不同空间位置的异质信息；其二，细胞内生物大分子常呈稀疏分布，而传统单点FCS有效观测体积仅约0.5 fL，难以对低浓度分子进行采样以获得可靠的自相关曲线。现有扫描FCS技术虽能扩展空间覆盖范围，但时间分辨率仅为毫秒级，且传统线扫描方式存在回程时间误差，难以准确捕捉亚毫秒尺度的快速扩散过程。因此，亟需发展一种兼具高时间分辨率、大观测体积和空间分辨能力的FCS测量方法，以满足细胞内稀疏和异质体系中分子动力学的高效准确测量需求。   研究内容： 本文提出圆扫描荧光相关光谱（CS-FCS）方法，通过高速圆扫描模式采集荧光涨落数据，并将时间分辨率提升至0.1 ms，较线扫描FCS提高5~10倍；其空间测量范围相较于单点FCS增大6倍。该方法采用全局与逐像素自相关分析，全局自相关适用于低浓度稀疏样品；逐像素自相关分析可获取不同亚细胞位置的异质动力学信息，无需多次测量即可同时量化多区域分子扩散行为。CS-FCS在保留单分子测量灵敏度的同时，兼具高时间分辨率、大观测体积和空间分辨能力，为复杂生物体系的动态测量提供了一种高效工具。 图1 CS-FCS 原理示意图 利用CS-FCS对水中荧光纳米颗粒的进行了测量，全局自相关分析表明直径为40 nm和100 nm颗粒的扩散系数分别为11.1 ± 0.8 μm²/s和6.4 ± 0.4 μm²/s，如图2所示，与单点FCS和线扫描FCS的测量结果一致，验证了CS-FCS方法的测量准确性。 图2 CS-FCS技术测量荧光纳米微球在PBS中的扩散系数 图3展示了CS-FCS与单点FCS在测量稀疏纳米颗粒上的对比，相同测量时间内，单点FCS的焦点不能有效触及待测微粒，无法获得可靠的自相关曲线。然而，CS-FCS因观测体积增大，可采集足够有效信号从而准确获取扩散系数，证明了其在稀疏样品测量中的优势。...

本篇研究来自南京大学邹宁睦课题组。本文研究团队开发了面向光学领域的检索增强大语言模型OptoChat，是首个针对光学知识理解与问答进行专门适配和优化的大语言模型。系统基于236,982篇光学文献构建专业知识库，结合问题分解、关键词与语义混合检索和重排序，在OptoQA与OptoMCQA基准上均优于多种通用大模型，并展现出更强的专业推理、幻觉抑制和答案可溯源能力。 文章介绍 OptoChat: a large language model with retrieval augmented generation for optics Xiaoqing Bao（包晓清）, Hairuo Wang（王海若）, Silin Chen（陈思霖）, Yali Zhang（张雅丽）, Wenjun Chen（陈文军）, Kangjian Di（邸康健）, Mengcheng Lv（吕梦成）, Minghui Zhao（赵明辉）, Guohao Wang（王国浩）, Wenzheng Zhao（赵文政） and Ningmu Zou（邹宁睦） 通讯作者： 邹宁睦，南京大学集成电路学院   研究背景： 大语言模型在通用文本生成和知识问答中已展现出强大能力，也逐步应用于计算成像、显微自动化和光学设计等科研任务。然而，光学具有物理机制复杂、专业术语密集、知识更新快且对科学严谨性要求高等特点，通用模型在预训练阶段缺乏足够的领域知识，容易产生事实错误或“幻觉”。检索增强生成（RAG）可通过引入外部知识缓解这一问题，但直接将通用RAG用于光学仍面临查询语义难以完整解析、专业文献结构复杂以及检索结果相关性不足等挑战。为此，研究团队提出OptoChat，希望通过领域知识库、面向科学问题的查询预处理、多路径检索与重排序机制，为光学研究者和工程人员提供更准确、可验证、上下文充分的专业问答工具。   研究内容： OptoChat首先从科学期刊和权威光学资料中汇集236,982篇文献，按八个光学子领域组织，并利用YOLOv10识别文本、公式、表格和图像区域，结合PaddleOCR与YOLOv8完成内容解析，再以bge-m3生成向量并写入可增量更新的VectorDB。面对用户问题，基于Qwen2.5-32B-Instruct的Query Agent先判断是否属于光学领域，并将复杂问题分解为最多10个保持逻辑关联的子问题，同时提取关键词。检索阶段将TF-IDF/BM25关键词检索与bge-m3语义检索结合，再由bge-reranker-v2-m3对候选证据重新排序，最终将高相关上下文交给大语言模型生成答案。 研究团队构建了OptoQA（580组问答）和OptoMCQA（252道选择题）两个专业基准，并由10余名光学研究人员参与核验。OptoChat在OptoQA上取得0.3543的ROUGE-L、0.8986的自然度和0.8595的信息量评分；在OptoMCQA上准确率达96.03%，高于GPT-5.4的90.47%、GPT-4.1的88.10%和DeepSeek-V3的86.11%。消融实验显示，从RAG、问题分解、关键词分支到重排序模块的逐步加入均带来稳定提升，完整系统的选择题准确率达到0.9610。三个案例进一步表明，OptoChat能够给出更符合实验依据的机制解释，在证据不足时主动保留结论，并通过DOI/URL及图示证据增强来源透明度。该工作说明，面向学科知识特征定制RAG流程，是提升科研大模型准确性、严谨性和可信度的一条有效路径。 作者介绍 作者团队来自南京大学集成电路学院、南京南智先进光电集成技术研究院、南京信息工程大学集成电路学院及喆塔科技有限公司。包晓清、王海若、陈思霖和张雅丽为共同第一作者，邹宁睦为通讯作者。   邹宁睦  教授 南京大学 邹宁睦，国家级青年人才，南京大学集成电路学院院长助理、姑苏青年教授、博士生导师，IEEE高级会员。2011年本科毕业于南京大学，后获美国佐治亚理工学院计算机科学硕士学位和康奈尔大学光学工程博士学位。2017年至2023年，先后任美国AMD半导体公司主任工程师、美国德克萨斯州立大学电子工程系客座教授。近年来，邹宁睦博士面向集成电路先进制造与智能系统设计需求，主要从事人工智能驱动的集成电路制造与检测、计算光刻与可制造性设计优化、片上光电集成与光子智能计算，以及光电器件与半导体材料相关交叉技术研究。研究成果已在Science、Nature Electronics、Nature Communications、Advanced...

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Catalysis和Energy Storage。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出版社材料领域和工程的最新资讯；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。 材料： 工程： 精选文章 Catalysis JPhys Energy 2026 Roadmap on compositionally complex and high entropy materials for energy applications Albert Tarancón, Miriam Botros, Bhanu P Gangwar, Krishanu Biswas, Simon Divilov, Hagen Eckert, Rico Friedrich, Arrigo Calzolari, Stefano Curtarolo, Alfred Ludwig, Florian Strauss, Torsten Brezesinski, Ben Breitung, Maximilian Fichtner, Ren He, Andreu Cabot, Juliusz Dąbrowa,...