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本篇研究来自烟台大学赵银昌、戴振宏课题组。本研究针对层状四元化合物BaCdXF(X=As、P、Sb)的热电性质开展系统的第一性原理研究，发现反键态诱导的反常热输运现象，打破了“原子量越大热导率越低”的传统认知；揭示了反键态强化晶格非简谐性、调控声子散射的微观机制，获得最高1.80的热电优值，为高性能热电材料设计提供了全新的反键工程策略。 文章介绍 Antibonding-induced counterintuitive thermal transport behavior: a first-principles study of quaternary compounds BaCdXF (X = As,P,Sb) Xiaopeng Zhao（赵小鹏）, Yinchang Zhao（赵银昌）, Xichang Wang（王喜昌）, Jun Ni（倪军） and Zhenhong Dai（戴振宏） 通讯作者： 赵银昌， 烟台大学 戴振宏， 烟台大学   研究背景： 热电技术可实现热能与电能的直接相互转换，是废热回收、清洁能源领域的核心技术之一，其转换效率由材料的热电优值ZT决定。降低晶格热导率是提升ZT的关键途径，传统思路多依赖引入重元素、构建复杂晶体结构等手段，普遍遵循 “原子量越大、热导率越低” 的经验规律。然而仅依靠原子质量效应的热导调控存在明显瓶颈，亟需挖掘新的微观物理机制来进一步突破性能极限。层状四元钙钛矿衍生物兼具独特的电子结构与声子特性，是探索新型热输运调控机制、开发高性能热电材料的理想研究体系。   研究内容： 本研究基于密度泛函理论框架，结合自洽声子理论与玻尔兹曼输运方程，同时纳入三声子与四声子散射过程，系统计算了BaCdXF(X=As、P、Sb)三种化合物的晶格热输运与电子输运性质。研究证实三种材料均具有本征低晶格热导率与显著的输运各向异性，并发现反常的温度依赖行为：低温下热导率遵循原子质量规律，而高温下BaCdAsF的c轴晶格热导率反而低于原子量更大的BaCdSbF，完全违背传统经验认知。通过晶体轨道哈密顿布居（COHP）分析，研究揭示价带顶附近的强反键态是该反常现象的核心根源——反键态会弱化化学键、增强晶格非简谐性，进而强化高温下的声子散射，最终实现热导率的反常降低。 电子输运计算表明，三种材料均为直接带隙半导体，p型掺杂下热电性能更优，其中BaCdSbF在800 K时沿a(b)轴的ZT值可达1.80，展现出优异的热电应用潜力。该工作提出的反键态热输运调控策略，突破了传统质量效应的局限，为高性能热电材料的微观设计提供了新的理论视角与设计思路。 作者介绍 赵银昌  教授 烟台大学 赵银昌，烟台大学教授，清华大学博士，主要从事电声耦合、非谐晶格动力学、超导电性、电子输运、拓扑电子结构等的第一性原理模拟与计算，至今已在Physical Review B、Applied Physics Letters等物理学经典期刊上发表SCI论文100余篇。目前致力于四声子散射、有限温电声耦合、极化子物理、激发态动力学、等离激元等方面的研究。   戴振宏  教授...

本篇研究来自成都理工大学/上海交通大学叶芳伟、西安交通大学张贻齐课题组。本文通过对基于彭罗斯铺砌结构的准晶体引入全局旋错拓扑形变，构建了具有任意阶离散旋转对称性的旋错准晶结构，极大丰富了准晶体的线性能谱，使其可以承载新型本征涡旋态以及无阈值稳定涡旋孤子。本研究将准晶中光场局域化理论拓展至具备全局拓扑形变的结构体系，揭示了该类系统在能量或信息鲁棒传输方面的应用前景。 文章介绍 Vortex solitons in disclination quasicrystals Hua Zhong（钟华）, Yaroslav V Kartashov, Yongdong Li（李永东）, Fangwei Ye（叶芳伟） and Yiqi Zhang（张贻齐） 通讯作者： 叶芳伟，成都理工大学/上海交通大学 张贻齐，西安交通大学   研究背景： 准晶结构是一种不具备平移对称性、但长程有序的非周期材料，其特殊的内部结构和对称性可带来丰富的激发演化现象。至今，准晶系统已在凝聚态物理、光学、声学等领域得到了广泛研究。在光学系统中，准晶结构的离散对称性可对涡旋态的传播行为及局域化特性进行调控。然而，此前的研究大多基于最原始的C5彭罗斯准晶结构，关于准晶系统的离散旋转对称性对涡旋光束的影响仍处于空白阶段。本文通过设计离散旋转对称性可变的旋错准晶结构，首次探索了无阈值非线性涡旋光孤子的形成机制及其稳定性与旋转对称性之间的关系，进一步将准晶体中的光场局域化理论扩展到具有全局拓扑形变的系统中，为非周期光学系统中涡旋光束的研究提供新途径。   研究内容： 本文通过在具有C5对称性的非周期彭罗斯准晶中设计全局拓扑缺陷，将旋错引入准晶系统中，构建了具有不同离散旋转对称性的旋错准晶结构。通过对不同对称性下的旋错准晶结构的能谱进行分析，发现这种旋错结构极大的丰富了准晶线性能谱的分布形式，使其可同时支持两类同相及反相的线性涡旋态。而且随着旋错准晶结构的离散旋转对称性增加，系统支持的涡旋态的拓扑荷数也在增加，对于C4旋错准晶结构，仅支持拓扑荷为1的涡旋态，C5,C6结构可支持拓扑荷为1，2的涡旋态，C7结构最高可支持拓扑荷为3的涡旋态。在此基础上，我们引入非线性效应，利用牛顿迭代法寻找到一系列同相及反相非线性涡旋孤子族，这些孤子从其对应的线性涡旋态分化而来，具有无阈值特性，其中同相涡旋孤子可分为能量集中在外层格点和内层格点两种形式。最后，我们对非线性涡旋孤子的稳定性进行分析，发现C4,C5结构中的孤子态具有更好的稳定性及更大的稳定区间，对结构中的无序也具有一定的鲁棒性。本文不仅首次实现了离散旋转对称性可变的旋错准晶结构，也在非线性作用下得到了无阈值涡旋光孤子，并阐明了离散旋转对称性对涡旋态拓扑电荷的约束作用及对孤子的传播动力学稳定性的影响，填补了相关空白，为非周期光学系统中涡旋光束的动态调控提供了新的理论支撑。 作者介绍 叶芳伟  教授 成都理工大学/上海交通大学 叶芳伟，成都理工大学/上海交通大学教授，长期致力于微纳光学和非线性光学的前沿基础研究和应用研究。在Nature、Nature Photonics、PRL等学术刊物上共发表SCI论文140余篇。任IEEE Transactions on Nanotechnology, Frontiers in Nanotechnology, Scientific Reports编委，全国光孤子学术委员会主席。先后入选“上海市优秀学术带头人计划”、“上海市东方英才计划领军项目”、“教育部长江学者奖励计划特聘教授”、“天府峨眉计划领军人才”等。   张贻齐  教授 西安交通大学 张贻齐，西安交通大学电子科学与工程学院教授，长期从事拓扑光场非线性调控的基础研究。以第一作者和通讯作者在Nature Physics、PRL、Advanced Materials、Nature Communications、Light: Science and Applications、Science Bulletin等发表论文100余篇。获得陕西省杰出青年基金项目、陕西高等学校科学技术研究自然科学一等奖、陕西省自然科学二等奖等，入选陕西省普通高校“青年杰出人才”支持计划，连续入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家年度榜。 期刊介绍...

特刊详情 客座编辑 蒋婧  副教授 河北工业大学 蒋婧现任中国河北工业大学健康科学与生物医学工程学院副教授。其研究主要聚焦于先进合金的设计与加工，包括非晶合金和高熵合金。研究方向涵盖合金粉末、带材及块体材料的成分设计、先进制备工艺与性能评估，尤其关注这些材料的力学性能和生物学性能。近期，其研究重点是通过成分设计、相工程与界面工程开发高性能金属材料，以满足生物医学和结构应用领域的需求。   陈娜  副研究员 清华大学 陈娜，博士，清华大学材料学院副研究员。2008年在清华大学获得博士学位。2008年至2010在日本东北大学从事博士后研究，2010年-2013年在日本东北大学担任助理教授，2011年-2012年在德国卡尔斯鲁厄理工学院纳米研究所访问，2013年3月入职清华大学材料学院。长期在非晶态金属材料领域从事研究工作，注重实验创新与理论探索相结合，在非晶态磁性半导体、纳米金属玻璃、块体非晶合金的开发及应用等方面开展了较为系统深入的研究，兼任国际期刊Journal of Alloys and Compounds的编辑。   Soo-Hyun Joo  教授 韩国檀国大学 Soo-Hyun Joo现任韩国檀国大学材料科学与工程系教授。他的研究主要聚焦于先进金属材料的设计与加工，包括复杂浓缩合金、纳米多孔金属和三维架构金属材料。其研究方向涵盖液态金属脱合金、高强度低热膨胀合金的微观结构设计、低温力学性能以及先进金属-金属复合材料。近期，他的研究尤其关注通过相工程与界面工程开发高性能金属材料，包括用于低温应用的低热膨胀合金，以及通过液态金属脱合金法制备的三维互连材料。   雷雨超  副教授 湖南大学 雷雨超现任中国湖南大学机械与运载工程学院副教授。2023年，他结束在日本东北大学材料研究所的博士后研究后加入湖南大学，并于2021年在该校获得材料加工专业博士学位。他的研究主要聚焦于金属增材制造（AM），涵盖其背后的基础物理冶金机制，以及先进工艺和增材制造设备的开发。通过结合实验与建模研究，他致力于深入理解增材制造工艺、凝固微观结构与金属材料性能之间的关系。他从两个方向推进这一研究：一方面，利用物理冶金学原理挖掘增材制造的潜力；另一方面，借助增材制造技术，使物理冶金研究能够探索传统加工方法难以实现的条件。   主题范围 金属材料在现代工程、航空航天、汽车、能源和生物医学等领域发挥着不可或缺的基础性作用。随着社会快速发展，市场对金属材料的需求日益增长，不仅要求材料具备优异的力学性能和耐久性，还希望其兼具催化、智能响应和生物学等多功能特性。近年来，金属材料成分设计与制造技术取得了重大突破，推动了该领域的快速发展。因此，我们认为，适时推出这一专题合集十分必要，旨在展示该领域最新、最优秀的研究成果。 本特刊旨在搭建学术交流平台，深入探讨材料成分、创新加工技术、微观结构演变，以及实际服役条件下性能优化之间的关键联系。 我们诚挚邀请广大科研人员投稿，研究主题包括但不限于以下方向： 先进合金设计： 包括高熵合金、非晶合金和轻金属（如镁、铝、钛）。 创新制造与加工技术： 包括增材制造（3D打印）、剧烈塑性变形以及先进热机械加工技术。 微观结构与性能： 表征微观结构演变并评估材料性能，尤其关注材料在极端环境条件下的表现。 计算与数据驱动方法： 将计算材料科学、模拟和机器学习应用于合金设计。 前沿应用： 先进金属材料在能源、航空航天和生物医学工程领域的应用。 我们欢迎能够深化对先进金属材料基础认识并推动其技术应用的原创研究论文、综述和观点文章。   投稿流程 特刊文章与MRX期刊常规文章遵循相同的审稿流程和内容标准，并采用同样的投稿模式。 有关准备文章及投稿的详细信息，可以参阅IOPscience页面的作者指南。 作者可登入期刊主页进行在线投稿，先选择“文章类型”，然后在“选择特刊”的下拉框中选择“Focus on Advanced Metallic Materials: Design, Processing and...

本篇研究来自北京师范大学孙刚课题组。本研究揭示了表面曲率调控纳米液滴界面性质的新规律：曲率增大可抑制毛细波涨落、增强界面分子有序性，并形成具有显著空间特征的界面压力分布；同时，曲率还可加速界面分子运动，弯曲界面分子的短时振动与长时扩散存在可靠关联，建立了“界面曲率—微观结构—分子动力学”之间的联系。该成果为理解纳米弯曲界面的输运机制提供了新认识。 文章介绍 How surface curvature shapes water nanodroplets in air Kun Qiu（仇坤）, Huaze Shen（申化泽） and Gang Sun（孙刚） 通讯作者： 孙刚，北京师范大学物理与天文学院   研究背景： 气—液界面广泛存在于云和气溶胶、相变成核以及微纳流体等自然和技术体系中，其独特的分子结构和动力学行为深刻影响相变、化学反应与物质传输过程。界面水在数个分子层内呈现密度分层、分子取向增强及类冰结构，表现出显著不同于体相水的运动特性。由于实际液滴具有有限曲率，曲率还会进一步调控界面涨落、分子排布和局域力学环境，赋予纳米液滴区别于平面界面的尺寸依赖特征。尽管已有研究发现曲率能够影响界面氢键网络，但其对界面结构、力学与动力学性质的系统影响仍缺乏清晰认识。基于此，本研究以不同尺寸的纳米水滴为模型，系统揭示表面曲率对界面性质的调控作用，为深入理解纳米尺度界面现象及其在相变调控、界面传质和微纳流控等领域的应用提供重要理论依据。   研究内容： 本研究采用分子动力学模拟，构建不同温度和尺寸的水纳米液滴，系统研究表面曲率调控液滴界面结构、力学和动力学性质的分子机制，取得以下重要发现： （1）通过引入Willard–Chandler本征界面分析方法，首次清晰揭示了液滴表面约两个分子层范围内存在类冰的分层结构和显著分子取向有序性，并发现界面有序性随曲率增大而增强，表明曲率能够诱导纳米液滴界面结构重组。 （2）研究发现，界面压强分布呈现与分子分层相对应的层状特征，其根源在于界面氢键网络的拉伸和有序化。通过比较平均界面与本征界面，进一步发现表面张力的曲率依赖性主要源于毛细波涨落，而本征界面的表面张力基本不随液滴尺寸变化，从而为理解经典Tolman效应提供了新的分子尺度解释。 （3）动力学研究表明，界面分子运动显著快于液滴内部，且曲率越大，界面动力学的增强越明显。更重要的是，研究发现弯曲界面的短时振动与长时扩散之间存在稳定关联，表明短时间尺度的运动信息可以用于预测长时间尺度的扩散行为，为纳米界面动力学调控和输运预测提供了新思路。 本研究从结构、力学和动力学三个层面建立了“表面曲率-界面有序性-局域力学-分子动力学”之间的内在联系，揭示了纳米液滴界面区别于平面界面的新性质，构建了认识曲率效应的新分子图景。研究成果不仅深化了对纳米尺度界面水和液滴行为的基础认识，也为相变成核、界面传质、纳米液滴操控、微纳流控及界面反应调控等领域提供了重要理论依据。 作者介绍 孙刚  教授 北京师范大学 孙刚，北京师范大学教授。2016年于北京大学、波士顿大学（CSC联培）获得博士学位，先后在悉尼大学，东京大学从事博士后研究。研究方向为不同维度下的相变和临界现象，主要包括结晶、玻璃转变以及玻璃-玻璃转变等。迄今在Nature Materials, Nature Communications, PRL, PNAS, Science Bulletin等期刊上发表学术论文三十余篇，获得国家发明专利一项。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2025年影响因子：2.9  Citescore: 4.8 Journal of Physics: Condensed Matter...

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）。...