特刊详情 客座编辑 林金泰，北京大学 蔡闻佳，清华大学 刘宇，中国科学院 聂绩，北京大学 乐旭，南京信息工程大学 王涛，中科院青藏高原研究所 张强，清华大学 主题范围 Changes in climate and atmospheric environment are among the most pressing challenges the world is facing. China is a major country of emissions and carbon sink. China’s future development towards carbon neutrality will not only mean fundamental changes in its carbon emissions and sinks but...
本篇研究来自电子科技大学邢丽丽课题组。本文利用T-ZnO和PVDF复合物粘附在柔性织物衬底上实现了一种自驱动氧传感口罩。其传感机制是基于T-ZnO/PVDF的压电/气敏耦合效应。传感单元不需要任何外部电源，将呼吸能量转化为压电信号，该信号随氧气浓度的增加而增加。该器件集成了数据处理和无线蓝牙模块，可以将呼出的氧气信息传输到移动设备，实现对肺部氧合能力的实时监测。 文章介绍 A wearable exhaling-oxygen-sensing mask based on piezoelectric/gas-sensing coupling effect for real-time monitoring and uploading lung disease information Yuxing Lin（林昱星）, Zhihe Long（龙之河）, Shan Liang（梁珊）, Tianyan Zhong（钟天延） and Lili Xing（邢丽丽） 通讯作者： 邢丽丽，电子科技大学 研究背景： 最近，新型冠状病毒COVID- 19在全球蔓延，给全球医疗体系带来了前所未有的挑战。患者吸入的气体不能进入肺泡，发生缺氧，会出现气短、呼吸困难，严重时会出现呼吸衰竭、急性呼吸窘迫综合征等。因此，血氧饱和度是评价新冠肺炎患者是否存在呼吸衰竭的指标。多项研究表明，与人体呼出氧气浓度密切相关的全身耗氧量是血氧饱和度的一个指标，监测呼吸过程中氧浓度的变化已成为一种可行的方法。然而传统氧浓度计具有一定局限性，如成本高、体积大、结构复杂、需要外接电源等。对于庞大的患者群体，迫切需要一种低成本、便携、方便的实时监测方法。因此，该工作提出了用于实时监测肺部疾病的自驱动可穿戴氧气传感口罩，可扩展临床之外的肺部诊断方式。 研究内容： 图1. 自驱动可穿戴式氧气传感口罩结构和工作机理示意图。 本文采用T-ZnO/PVDF复合材料粘附在口罩内衬织物衬底上，基于压电/气敏耦合效应，不需要任何外部电源，构建自驱动氧气传感单元，实时监测呼出氧气浓度，传感信息可通过蓝牙模块无线上传并传输至外部设备，反映肺部的氧合能力，为临床之外的肺部诊断设计一种新的策略。 图2. T-ZnO/PVDF/织物气体传感单元的性能。 图2是T-ZnO/PVDF/织物气体传感单元的性能。在密闭容器中控制氧气浓度进行测量，模拟呼气时的气流导致的织物形变，在不同氧气浓度下得到了不同幅度的压电信号。人体呼出气体的氧浓度范围大致在10~20%之间，得到响应值最高为52.10%。重复性研究表明，其具有良好的稳定性和重复性，这些结果证明，该传感单元的高灵敏度能够实现对人体呼吸呼出氧浓度的实时监测。 图3为应用研究。整个系统由氧传感单元、探测器、RC低通滤波器和蓝牙模块组成。传感和蓝牙模块置于口罩中间层。无信号传输时，无线接收器的LED灯亮。随着人肺氧合水平降低，传感信号增大到阈值，蓝牙模块向接收器发出信号，LED灯灭。运动后过量耗氧量(EPOC)导致肺内氧合水平升高，耗氧量增加，呼出氧浓度降低。测量结果发现，两名志愿者佩戴口罩运动后呼出氧气浓度均从16%下降到15%(经商业设备证实)，表明该传感单元对氧浓度的检测灵敏度高，能满足人体呼出氧浓度变化小的要求。 作者介绍 邢丽丽 教授 电子科技大学 邢丽丽，电子科技大学物理学院，教授，博士生导师。四川省“峨眉计划”特聘专家，四川省学术和技术带头人后备人选。长期围绕纳米能源与新型传感方面开展研究，主持完成科研项目10余项，在SCI期刊上发表学术论文122篇（第一或通讯作者71篇），SCI他引超过4700次，h指数41，授权发明专利2项，获得省科技奖自然科学类二等奖1项。 期刊介绍 Journal of...
本篇研究来自东南大学张磊、崔铁军课题组。本论文提出了一种联合时频分析方法来计算时空编码数字超表面的空间-频谱特性，有助于研究者们更加深入地了解时空编码数字超表面如何在空域、时域和频域灵活地调控电磁波，对安全通信、雷达成像、智能感知等应用具有一定指导意义。 文章介绍 Joint time-frequency analysis on space-time-coding digital metasurfaces Xiao Qing Chen, Lei Zhang（张磊）, Yi Ning Zheng, Zhuo Ran Huang, Jing Cheng Liang and Tie Jun Cui（崔铁军） 通讯作者： 张磊，东南大学 崔铁军，东南大学 本论文提出了一种联合时频分析方法来计算时空编码数字超表面的空间-频谱特性。图1展示了一个由16列1比特可编程单元组成的反射型时空编码数字超表面，其中每一列单元的反射相位可以根据相应的编码状态在不同相位之间动态实时切换。时空编码数字超表面的时域和频域散射特性是由傅里叶变换联系在一起的，因此分别从时域和频域分析中可以得到相同的反射波空间-频谱分布。通过理论推导和实例说明，该工作揭示了时空编码超表面时域和频域响应之间的联系：在时域提出了瞬时远场散射模式来分析不同角度反射波信号的时域波形和频谱特性；在频域利用复等效激励来计算谐波波束的方向图。论文所提出的方法有助于研究者们更加深入地了解时空编码数字超表面如何在空域、时域和频域灵活地调控电磁波，对安全通信、雷达成像、智能感知等应用具有一定指导意义。 图1 反射型时空编码数字超表面的谐波调控示意图 研究背景： 近年来，时变超材料和时空超材料引起了物理学、电磁学、光学和材料领域的研究人员的极大兴趣。时变超材料提供了一个额外的时间维度来扩展电磁调制的自由度，结合空间调制，具有时空变化参数的时空超材料可以实现对电磁波的复杂操控。与此同时，具有可编程特性的数字超表面十分适用于时空调制，时空编码数字超表面集能量辐射和信息调制功能于一体，可以在多维度域内同时调控电磁波和数字信息，已经被成功用于谐波波束调控、多域散射缩减、非互易效应、任意多比特相位生成、频谱伪装、数学运算以及无线通信等实际应用场景中，但是其瞬时响应以及时域和频域特性之间的联系尚未被研究。 期刊介绍 JPhys Photonics 2022年影响因子：3.8 Citescore: 7.2 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。
特刊详情 客座编辑 Tim van Emmerik，荷兰瓦赫宁根大学与研究中心 Daniel González-Fernández，西班牙加迪斯大学 Charlotte Laufkötter，瑞士伯尔尼大学 Martin Blettler，阿根廷国家科学技术研究委员会 Amy Lusher，挪威卑尔根大学 Rachel Hurley，挪威水研究所 Peter Ryan，南非开普敦大学 主题范围 Plastic pollution of terrestrial and aquatic ecosystems is of growing concern, due to its negative impact on ecosystem health and human livelihood. Examples include ingestion and entrapment of aquatic life, economic losses through damage to vessels,...
IOP出版社每月从年度重点期刊中精选一系列文章供大家阅读，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！ 精选文章 Environmental Research Letters Ocean dynamics and biological feedbacks limit the potential of macroalgae carbon dioxide removal Manon Berger, Lester Kwiatkowski, David T Ho and Laurent Bopp Uncompensated claims to fair emission space risk putting Paris Agreement goals out of reach Gaurav Ganti, Matthew J Gidden, Christopher J Smith, Claire Fyson, Alexander Nauels,...
本路线图由来自瑞典哥德堡大学的Giovanni Volpe教授、意大利CNR-IPCF的Onofrio MMarago教授、澳大利亚昆士兰大学的Halina Rubinsztein-Dunlop教授和中国北京航空航天大学的王帆教授以及其他研究人员合作完成。本文总结了自20世纪70年代Arthur Ashkin首次利用激光捕获微粒这一开创性工作以来光镊在生命科学、物理学和工程学等领域的主要研究成果。该路线图从理论基础到光镊设计和搭建，为目前涉及光力和光镊的研究提供了见解，它还为从生物物理学到太空探索等广泛的研究领域提供了广阔的应用前景。 文章介绍 Roadmap for optical tweezers Giovanni Volpe, Onofrio M Maragò, Halina Rubinsztein-Dunlop, Giuseppe Pesce, Alexander B Stilgoe, Giorgio Volpe, Georgiy Tkachenko, Viet Giang Truong, Síle Nic Chormaic, Fatemeh Kalantarifard, Parviz Elahi, Mikael Käll, Agnese Callegari, Manuel I Marqués, Antonio A R Neves, Wendel L Moreira, Adriana Fontes, Carlos L Cesar, Rosalba Saija, Abir Saidi, Paul Beck, Jörg S Eismann, Peter Banzer, Thales F D Fernandes, Francesco Pedaci, Warwick P Bowen, Rahul Vaippully, Muruga Lokesh, Basudev Roy, Gregor Thalhammer-Thurner, Monika Ritsch-Marte, Laura...
This review summarizes recent works, all using a specific atomistic approach, that predict and explain the occurrence of key features for neuromorphic computing in three archetypical dipolar materials, when they are subject to THz excitations. The main ideas behind such atomistic approach are provided, and illustration of model relaxor ferroelectrics, antiferroelectrics, and normal ferroelectrics are...
本篇研究来自北京计算科学研究中心薛鹏课题组。基于量子行走，本文介绍了一种通用量子路由器。按照目标位置，控制硬币抛掷，量子态可从单一位置确定性的传输到多个位置的相干叠加。在线性光学系统中，实验演示了双光子纠缠态确定性地传输到二十五个位置的相干叠加。这一量子路由器具有高效率和确定性的优点，是迄今为止开发的最高效的光量子路由器，可应用于构建量子网络。 文章介绍 Demonstration of a photonic router via quantum walksHuixia Gao（高慧霞）, Kunkun Wang（王坤坤）, Dengke Qu（曲登科）, Quan Lin（林泉） and Peng Xue（薛鹏） 通讯作者： 薛鹏，北京计算科学研究中心 研究背景： 在量子信息处理中，量子计算和量子通信展现出巨大的优势，而构建量子网络，实现多节点量子计算及量子通信更是备受关注。在量子网络的构建中，通过量子路由，实现多节点间的相干连接尤为关键。但不同于经典的路由器，量子路由器的实现具有极高的挑战性。这不仅是因为量子态的脆弱性导致确定性的量子路由方案不易实现，还由于在不破坏量子态的前提下，可控的传输量子态到多个位置的相干叠加尤为困难。而在量子行走中，存在多个可控自由度，行走者携带硬币态可从某一位置出发传输到多个位置的相干叠加。基于这一优势，本文旨在利用量子行走，探索一种可控、可扩展的确定性量子路由器的实现方案，并实验证明其路由的高度可控性和高效性。 研究内容： 量子路由器需要满足五个标准：（1）量子态可从一端输入，从任意位置输出；（2）输入和输出的量子态需保持一致；（3）输出端，量子态可存在于多个不同位置的相干叠加；（4）不存在后选择过程；（5）耗费资源越少，路由器越好。针对这五个标准，本文基于离散时间量子行走，提出一种通用量子路由器实现方案。不同于以往量子路由方案中采用控制量子比特，该方案将传输位置控制信息编码到硬币抛掷操作，行走者携带硬币态可确定性的从单一位置出发，可控的传输到多个不同位置的相干叠加。该方案不仅可以传输单量子比特态，还可以应用于实现多量子比特纠缠态的传输；且在传输过程中，满足上述五项标准，实现通用量子路由器。在此基础上，利用线性光学系统，该工作搭建了迄今为止最高效的光量子路由器。通过编码待传输纠缠态于双光子偏振态，设计量子行走实验实现装置，确定性的实现了传输量子纠缠态到二十五个位置的相干叠加。实验还通过控制硬币抛掷，实现了按需纠缠态的相干传输，通过量子态层析及量子过程层析技术，证明了传输前后量子态的不变性。该方案不仅能够应用于线性光学系统，也可应用于其他诸如超导量子线路、光波导及离子阱等系统，为实现量子网络提供有效工具。 作者介绍 薛鹏 教授 北京计算科学研究中心 薛鹏，北京计算科学研究中心教授。在国际顶级学术期刊包括：Nature Physics, Physical Review Letters, Nature Communications等以第一/通信作者发表学术论文130余篇。入选江苏省六大人才高峰（2016），江苏省杰出青年基金（2016），国家杰出青年科学基金（2020）。获得2021年度王大珩光学奖中青年科技人员奖，2022年度中国光学学会光学科技奖一等奖（第一完成人）。 期刊介绍 New Journal of Physics 2021年影响因子：3.716 Citescore：6.7 New Journal of Physics（NJP）是IOP和德国物理学会共同出版，是第一本发表物理学各领域原创性研究成果的开放获取期刊。NJP是发表优秀科学论文的领军刊物，吸引了全球物理学界的关注和兴趣，内容范围包括：量子物理（包括量子信息）；原子和分子物理；光学、光子学和器件物理；凝聚态；纳米科学；软物质和聚合物；化学物理学；统计力学、热力学和非线性系统；流体动力学；等离子体；核和粒子物理学；宇宙学和天体物理学；生物和医学物理学；地球科学和地球物理学等。
本篇研究来自哈尔滨工业大学周忠祥、李均课题组。本文介绍了Sr3Co2Fe24O41在外加磁场的诱导下实现了静态磁电耦合响应及一阶和二阶动态磁电耦合响应，Sr3Co2Fe24O41可以在一个外加小磁场的诱导下实现铁电极化，且铁电极化的方向不随外磁场方向的改变而改变，并且在外磁场诱导的静态和动态磁电耦合响应的耐受温度可达370K,具有潜在优势应用到室温及以上的磁电耦合器件当中。 文章介绍 Low magnetic-field induced high temperature dynamic magnetoelectric coupling performances in Z-type Sr3Co2Fe24O41 Jun Li(李均), Dongpeng Zhao(赵东鹏), Han Bai(白晗), Zhi Yuan(袁志) and Zhongxiang Zhou(周忠祥) 通讯作者： 周忠祥，哈尔滨工业大学 李均，哈尔滨工业大学 研究背景： 磁电耦合响应即磁场诱导的样品的铁电极化或电场诱导的样品的磁化现象具有潜在优势应用到非易失性存储器件当中。然而具有磁电耦合响应的材料十分稀少，因此探究开发出具有磁电耦合效应的材料对开发下一代功能电子器件具有显著意义。六角铁氧体基于其特殊的结构和组成属于铁电性和铁磁性起源于相同机制的第二类多铁材料，具有能够诱导出强磁电耦合响应的潜力。根据组成结构的不同，六角铁氧体可以分为M、X、Y、Z、W、U等六种类型，大量研究表明Z型铁氧体在室温及以上温度能显示出较高的电阻率以致其在极化过程中不会产生较高的漏电流进而能被外磁场诱导出磁电耦合响应。因此，本文研究了六角铁氧体中的Z型铁氧体Sr3Co2Fe24O41以探究其在外磁场诱导下的磁电耦合响应强度以及磁电耦合响应的耐受温度。 研究内容： 本文通过传统固相烧结方法在1200摄氏度的烧结温度下制备了Z型六角铁氧体Sr3Co2Fe24O41。 样品的XRD衍射峰如图1与标准Z型铁氧体（19-0097）相对应，表明成功制备了具有P63/mmc空间群的Z型铁氧体。扫描电镜和能谱分析表明制备的样品十分致密，并且元素均匀分布在样品表面。介温谱分析所呈现的频率色散表现可归结于二价和三价铁离子之间的相互转换。物象分析表明样品成瓷性能良好。 图1. （a）样品的扫描电镜和元素分布 （b）样品的XRD衍射峰（c）介温谱（d）介电弛豫拟合曲线 样品的磁介电如图2所示在零磁场处出现一个明显的尖峰，表明制备的样品呈现出了磁电耦合响应性能表现。 图2. 样品不同温度条件下的磁介电响应 对样品极化过后的静态磁电耦合性能表明样品能够在外场的诱导下产生铁电极化现象如图3，并且样品的铁电极化方向不随外场的改变而改变。 图3.样品的静态磁电耦合响应 通过正反方向极化条件下测试所得样品的一阶动态磁电耦合响应呈现出沿坐标轴对称的蝴蝶状如图4，这对于样品在信息存储领域的应用具有潜能。 图4.样品的一阶动态磁电耦合响应 通过对样品的动态磁电耦合响应耐受温度测试表明样品所能耐受的最高温度为370K如图5,突破了大多数多铁材料仅在室温及以下温度仅具有磁电耦合响应。 图5.样品的不同温度条件下的动态磁电耦合响应 本文研究制备的Z型六角铁氧体在室温及以上条件下仍具有显著的磁电耦合响应，具有潜在优势应用于非易失性信息存储领域。 作者介绍 李均，四川射洪人，中共党员，哈尔滨工业大学教授、博士研究生导师，黑龙江省青年教学名师。从事钙钛矿型功能材料的制备及微波电磁特性研究工作，发表SCI论文30余篇，授权国家发明专利7项，作为负责人承担国家自然科学基金、某部委预研基金、教育部“一带一路”教育合作项目、高等学校教学研究项目等科研与教学项目。现任中国物理学会电介质物理专委会青年委员，国家自然科学基金函评专家，大学物理教指委文科物理委员会委员。目前课题组已经自主搭建了基于多物理场的磁电耦合性能测试系统，能够实现在不同温度、不同磁场、和不同旋转角度下样品的磁释电、磁介电、一阶/二阶磁电耦合系数等参数的系统测量。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2021年影响因子：2.745 Citescore: 4.3...
本篇研究来自清华大学罗毅课题组。为了降低GaN基材料外延生长温度，课题组提出了一种感应耦合等离子体辅助的金属有机化学气相沉积（ICP-MOCVD）技术，在低温（580℃）下得到了GaN结晶薄膜并通过器件制备验证了其性能。 文章介绍 Thin film transistors and metal-semiconductor-metal photodetectors based on GaN thin films grown by inductively coupled plasma metalorganic chemical vapor deposition JiadongYu（余佳东）, Zixuan Zhang, Yi Luo（罗毅）, Jian Wang, Lai Wang（汪莱）, Xiang Li, Zhibiao Hao, Changzheng Sun, Yanjun Han, Bing Xiong, Hongtao Li 通讯作者： 罗毅，清华大学 研究背景： GaN基半导体材料作为一类直接跃迁型宽禁带半导体材料，具有优良的光电特性，已经被广泛应用于光电子器件和电子器件的制备。在相对便宜的大尺寸的非晶衬底上直接外延GaN基薄膜有望降低器件成本，并且对制备柔性（光）电子器件和大面积电子器件也有着重要意义。目前产业界制备 GaN基外延片通常依靠传统的金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术在单晶衬底上外延得到，其生长温度通常较高（>800℃）。然而非晶衬底（如玻璃和聚合物）的软化温度通常较低（<600℃），无法耐受较高的传统生长温度。为了降低GaN基材料外延生长温度，课题组提出了一种感应耦合等离子体辅助的金属有机化学气相沉积（ICP-MOCVD）技术，在低温（580℃）下得到了GaN结晶薄膜并通过器件制备验证了其性能。 研究内容： ICP-MOCVD设备采用的是易于产生高密度大面积均匀等离子体的ICP对V族前驱体（N2、NH3或两者的混合气）进行裂解，同时采用了沉积设备中常用的喷淋头结构作为带电粒子过滤装置，如图1所示。在有效降低生长的温度的同时，一方面能够获得大面积均匀的流场，另一方面可以尽量避免预反应并使高能带电粒子得到有效过滤，减少了对衬底表面的破坏性轰击。最终到达衬底表面参与反应的主要是N2(A3Σu+)等亚稳态中性活性粒子。 图1 ICP-MOCVD的结构示意图 在580℃下于平片蓝宝石衬底上生长了300nm厚的GaN薄膜，XRD的(002)面和(102)面的FWHM分别为0.35°和0.64°，在1×1μm2范围内的AFM均方根粗糙度只有0.912nm，在可见光波段的光学透过率能达到77-98%，显示出了较好的透过特性及较低的与光吸收相关的缺陷浓度，如图2所示。...
特刊详情 客座编辑 缪峰，南京大学 Joshua J. Yang，美国南加州大学 Ilia Valov，德国亚琛工业大学 柴扬，香港理工大学 主题范围 类脑计算的终极目标是通过利用材料的物理性质模拟大脑中的突触、树突和神经元，以及与他们相关的连接网络，以执行包括传感、计算和感知等在内的多种复杂的任务。类脑计算的功能多样性和性能在很大程度上取决于所使用的材料类型和性质。与传统材料相比，二维材料展现出许多独特的物理性质，对二维材料的研究重塑了类脑计算领域。本期专刊不仅介绍了如何利用二维材料的器件行为进行模拟生物突触或对硬件神经网络产生噪声注入方面的创新研究，而且还全面介绍了利用二维材料的独特物理性质实现类脑计算的最新研究进展。这些创新研究和综述评论有助于进一步推进二维材料的实际应用研究。本期专刊包括两篇研究文章和四篇评论文章。 特刊文章 Editorial: Focus issue on 2D materials for neuromorphic computing Feng Miao et al 2023 Neuromorph. Comput. Eng. 3 010201 Synaptic 1/f noise injection for overfitting suppression in hardware neural networks Yan Du et al 2022 Neuromorph. Comput. Eng. 2 034006 Two-dimensional molybdenum disulfide artificial synapse with high sensitivity Hao Huang et al 2022 Neuromorph....
第9届量子现象、量子控制和量子光学国际会议（International Conference on Quantum Phenomena, Quantum Control and Quantum Optics, Quantum Fest 2021）于2021年10月25至29日在墨西哥城举行。会议论文集由IOP期刊Journal of Physics: Conference Series（JPCS）在线出版，>>欢迎此处链接查看。 本次会议由墨西哥国立理工大学高级研究中心（CINVESTAV），墨西哥国家政治研究所创新与技术跨学科专业联合会（UPIITA-IPN），和蒙特雷科技大学（ITESM）共同主办，大会议题包含了量子纠缠、量子光学、相干态（coherent states）、量子计算、非厄米系统（non-Hermitian systems）和量子力学教育等。 会议论文集期刊介绍 Journal of Physics: Conference Series Online ISSN: 1742-6596 Print ISSN: 1742-6588 创刊年: 2004 领域: 物理学及相关领域 检索：Ei, Scopus, CPCI, Inspec, Google Scholar, CNKI等 IOP Conference Series: Earth and Environmental Science Online ISSN: 1755-1315 Print...
