文章推广

2021年11月29日至12月3日，第20届物理研究中的先进计算方法和分析技术国际研讨会（20th International Workshop on Advanced Computing and Analysis Techniques in Physics Research, ACAT 2021）在韩国大田成功召开。 本次会议由韩国基础科学研究院（IBS）、韩国科学技术研究院（KIST）及崇实大学联合举办,探讨和应对粒子与核物理、天文与天体物理、宇宙学和加速器科学等领域的计算、自动数据分析和理论计算技术等前沿问题。 大会发言人包括Joseph Lykken（美国费米国家加速器实验室），Lenka Zdeborova（瑞士联邦理工学院），Barry C. Sanders（加拿大卡尔加里大学），Michael Spannowsky（英国杜伦大学），Julia Fitzner（世界卫生组织）等。 会议论文集近日由IOP期刊Journal of Physics: Conference Series（JPCS）在线出版，论文集可供读者免费获取，欢迎>>点击此处查看。 ACAT系列会议已有30多年历史，首届ACAT会议于1990年在法国里昂举行，此后每一年半举办一次。2013年，第15届ACAT在中国科学院高能物理研究所举办。 第21届ACAT已于2022年10月24至28日在意大利南部城市巴里举行，会议论文集也将由IOP出版。 IOP出版社是世界最大的会议论文集出版社之一，迄今以期刊的形式出版会议论文集逾4000卷，持续为来自全球的会议组委会和作者提供快速、便捷及高效的出版服务。 了解更多信息，请访问： conferenceseries.iop.org 中国地区会议出版欢迎咨询： feichi.gao@ioppublishing.org

Network-based biocomputation (NBC) is an alternative, parallel computation approach that can potentially solve technologically important, combinatorial problems with much lower energy consumption than electronic processors. In NBC, a combinatorial problem is encoded into a physical, nanofabricated network. The problem is solved by biological agents (such as cytoskeletal filaments driven by molecular motors) that explore all...

本篇研究来自中国科学院精密测量科学与技术创新研究院张宝成课题组，是Measurement Science and Technology(MST)期刊百年特刊特邀稿件。本文深入比较了现有PPP-RTK方法的异同点和优缺点，系统总结了PPP-RTK算法的最新研究进展，全面介绍了PPP-RTK在各个领域的广泛应用以及现阶段面临的挑战和未来的研究方向。 文章介绍   Recent advances and perspectives in GNSS PPP-RTK Pengyu Hou（侯鹏宇）, Jiuping Zha（查九平）, Teng Liu（刘腾） and Baocheng Zhang（张宝成） 通讯作者： 张宝成，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院   PPP-RTK原理与特点。PPP-RTK利用GNSS参考站网估计卫星钟差、偏差和大气等精密改正产品。单测站用户接收这些产品并改正至观测值后可实现固定模糊度的快速精密定位。PPP-RTK技术后向兼容PPP和RTK技术，能灵活利用全球、区域或局域参考网，实现不同精度等级的海量用户定位。 现有PPP-RTK方法。本研究将PPP-RTK方法分为共钟和异钟模型，并指出现有多种消电离层组合PPP-RTK本质上都归属于共钟或异钟模型。本研究重点说明了非差非组合PPP-RTK在多频多模趋势下的优势，并推荐使用共钟非差非组合PPP-RTK模型。 PPP-RTK算法研究进展。近年来，PPP-RTK算法从双频拓展至多频和单频，从码分多址系统发展至频分多址系统，从电离层浮点模型衍生出电离层加权和固定模型，从伪距加相位模型延申至仅用相位模型。 PPP-RTK应用。根据PPP-RTK模型的可估参数类型，本研究总结了PPP-RTK基于位置信息的多种应用及其在授时、大气科学和GNSS偏差校正中的广泛应用。 PPP-RTK未来研究方向。如何提高复杂环境下PPP-RTK定位性能并向大众用户提供PPP-RTK服务是未来需要重点突破的研究方向。 研究背景： 固定模糊度的精密单点定位（PPP-RTK）近年来受到了广泛关注和研究，现已成为最前沿的全球导航卫星系统（GNSS）精密定位技术。本研究旨在通过回顾PPP-RTK技术的发展历程，凝练出PPP-RTK技术的原理和特点；通过比较现有主流PPP-RTK方法的异同点和优缺点，向读者推荐适应于当前多频多模发展趋势下的最优模型；通过总结PPP-RTK算法的最新研究进展，让读者了解PPP-RTK技术的发展现状；通过介绍PPP-RTK在各个领域的广泛应用，说明PPP-RTK技术对于科学研究和产业应用的重要价值；通过分析当前PPP-RTK技术面临的困境与挑战，指出未来可能的重点研究的方向。 作者介绍 张宝成  研究员 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 张宝成，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员。长期致力于北斗精密定位基础理论及关键技术研究，在行业顶级学术期刊发表论文60余篇。先后获得国家科技进步二等奖、湖北科技进步一等奖、湖北自然科学一等奖、全国青年岗位能手等荣誉。 期刊介绍 Measurement Science and Technology 2021年影响因子：2.398  Citescore: 3.7 Measurement Science and Technology（MST）涵盖整个测量科学和传感器技术的理论、实践和应用，包括：精密测量和计量学；传感器和传感器系统；光学和激光技术；流体；成像；光谱学；材料和材料加工；生物、医学和生命科学；环境和大气；新型仪器系统和组件。MST还出版专题综述和特刊。

本篇研究来自清华大学钱鹤、吴华强课题组。本文首次通过人工智能算法证实了忆阻器的短期弛豫特性与长期保持特性之间存在紧密的联系，利用卷积神经网络实现了从弛豫行为预测保持特性的功能，并根据预测结果对忆阻器进行选择性刷新，可以高效且便捷地改善基于忆阻器的存算一体系统长时间工作后由于保持力不足导致的性能下降现象。 文章介绍 Memristive Devices Based Hardware for Unlabeled Data Processing Yibei Zhang（张伊蓓）, Qingtian Zhang（张清天）, Qi Qin（秦琦）, Wenbin Zhang（张文彬）, Yue Xi（席悦）, Zhixing Jiang（江之行）, Jianshi Tang（唐建石）, Bin Gao（高滨）, He Qian（钱鹤） and Huaqiang Wu（吴华强）   通讯作者： 张清天，清华大学   实验采用两片具有多层感知机（MLP）网络架构的RRAM存算一体芯片来表征RRAM器件的保持行为以及对推理精度的影响，分别用于获取网络训练数据以及功能测试。预测模型中采用基于CNN的结构，每个器件取其编程后短时间内的电流变化表示弛豫行为，由模型输出其保持特性是否足够优秀。系统根据预测结果在一段时间后对器件进行选择性刷新。其中模型预测准确率可达90%以上。 图1 基于CNN的预测模型结构及工作过程 图2 全阵列与预测待刷新器件的漂移电流分布 将待刷新器件阻值替换为标准值，并代入基于MLP，RESNET-20网络的图像识别任务的网络模型后，均可观察到精度的明显提升。该提升比例随刷新周期缩短，替换比例增大而增大，且优于同等条件下基于随机采样、平均值、标准差等统计数据进行预测的模型，证明了该模型的合理性以及出色的精度恢复效果。 图3 仿真任务中基于CNN的预测模型精度恢复效果及与统计模型的比较 硬件实现方面，在编程一小时后对芯片进行选择性刷新，可使芯片恢复约60%~80%的精度损失。在功耗方面，选择性刷新策略所节省的大规模阵列读操作以及部分器件的编程操作，可使得阵列刷新时间减少至原时间的20%~55%。 图4 硬件推理中基于CNN的预测模型精度恢复效果及与统计模型的比较 研究背景： RRAM因其高密度存储以及存内计算的能力而被广泛应用于AI算法相关的矩阵向量乘积任务中，然而RRAM自身的弛豫特性、保持特性等非理想特性对系统的性能造成了很大影响。已有的器件优化方法大多从机理、仿真模型等方向出发，试图使用共性结论对器件进行优化，而缺少对单个器件差异性的关注；而片上训练，步进式脉冲编程策略等能够适应器件差异性的优化方法又需要消耗大量的时间及功耗。因此，本文试图借助人工智能算法对器件进行性能评估，并根据评估结果进行阵列选择性刷新，在更低的能量延时开销下，实现与逐个器件适应性操作所接近的精度，同时展示之前被当作不同特性的RRAM弛豫、保持特性间也可能存在一定的联系。 作者介绍 张清天  助理研究员 清华大学 张清天博士是清华大学的助理研究员，属于集成电路学院钱鹤、吴华强团队，同时担任北京未来芯片高精尖创新中心的算法部主任，研究兴趣为面向存算一体以及神经形态计算的深度学习算法，先后在《自然》（Nature）、《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）等顶级期刊以及国际电子器件会议（IEDM）等领域内顶级国际学术会议上发表多篇论文。 期刊介绍 Neuromorphic Computing and Engineering Neuromorphic Computing and Engineering（NCE）是一本涵盖多个学科领域、采用开放获取（OA）形式出版的期刊。NCE期刊将神经形态系统的硬件和计算方面结合在一起，读者群覆盖工程、材料科学、物理、化学、生物学、神经科学和计算机科学等领域，跨越学术界和产业界的各个群体。在NCE期刊上发表的研究需针对神经形态系统和人工神经网络领域做出及时而重要的贡献。

A Catalog of Newly Identified Star Clusters in Gaia DR2这一文章于2019年发表于IOP出版社旗下期刊The Astrophysical Journal Supplement Series（ApJS) 上，并在2022年获得了IOP出版社“中国高被引文章奖”。近日，我们采访了这篇文章的通讯作者——庞晓莹博士，让我们一起看看她对本篇研究以及领域发展的见解吧。 访谈详情   1. IOP出版社颁布的2022 China Top Cited Paper Award，公布了旗下所有期刊在2019至2022年间前1%的高被引文章。恭喜您的文章获得这一奖项。能否请您简单介绍下这篇文章？ 这是一篇对银河系盘中疏散星团的成员进行编目的论文。 在Gaia太空望远镜之前，我们受限于运动学数据的准确性。对疏散星团成员的识别主要依靠测光数据。在Gaia宣布其第二个数据版本（DR2）之后，关于恒星运动的信息有了很大的改进，这提高了确定疏散星团成员的准确性。这是我和我的同事合作使用全天空Gaia DR2数据识别疏散星团成员的主要动力。我们受到了“friend-of-friend”算法的启发，这是一种用于识别星系团成员的方法。我们试图应用该算法，从全天空恒星中找到疏散星团成员。“friend-of-friend”的优势在于其高效的计算速度。我们于2018年夏季开始该项目，并于2019年春天完成了数据处理。在将结果与之前研究的工作进行比较后，我们发现了几十个新的疏散星团。然后在2019年底公布了最终的疏散星团目录。 天文学家们可以直接使用我们目录中的疏散星团成员来进行他们的科学研究工作。在我们发表结果的时候，只有少数论文在研究同一主题。我想这可能就是为什么我们的论文在IOP出版社文章中引用量排名前百分之一。   2. 您认为有哪些因素促使这篇文章取得成功？ 我们在论文中公布了2443个疏散星团的成员列表。同时，考虑到观测误差和我们方法的不确定性，我们把疏散星团分为三类，标识成员判定的可靠性。第一类型疏散星团在疏散星团中的成员判定是最可靠的。当我们进入第三类型时，测光数据的误差会增加，我们需要进一步地研究来确认这些疏散星团的成员。因此，我们为读者提供了不同的可能性。他们可以根据自己的科学目标，直接选择他们适合使用的疏散星团组。在我们新发现的疏散星团中，LP 861是已知最靠近银河系中心的年老疏散星团之一，到银河中心的距离不到6.5 kpc（Cantat Gaudin等人，2020）。   3. 您目前在做什么研究？您对该研究领域的未来有什么看法？ 我正在研究银河系中的疏散星团。疏散星团是稀疏的星团，主要在银河系盘中形成。它们的年龄相对年轻。我使用的数据来自Gaia第三次发布的发布（DR3），Gaia是欧洲航天局的一个空间望远镜。这些数据绘制了银河系的三维地图，为银河系中约10亿颗恒星提供了前所未有的高精度位置和运动测量。除了Gaia提供的自行运动数据外，我还从其它大型望远镜获得了我的目标疏散星团的高精度光谱观测。 随着每次后续数据发布，从Gaia获得的自行数据的准确性不断提高，疏散星团成员的高分辨率光谱对于疏散星团内部运动学的研究将变得非常宝贵。一旦将来有了准确的三维速度信息，它将有助于揭示疏散星团的旋转特征，这在星团动力学中起着至关重要的作用。   4. 您对同研究领域的其他研究人员有什么建议？ 近百年来，疏散星团一直是天文学研究的对象。就像中国的 “回锅肉 “一样，对于这样的传统研究对象，我认为新的、更精确的光谱学和运动学数据会让疏散星团重新回到锅里，让它们重新成为热门话题。关键是如何使用数据来实现科学目标。因此，建立一个有趣的、独特的、原创的研究动机至关重要。最后，但并非最不重要的是，尝试开发新方法或将其他领域中使用的方法应用于疏散星团的研究，也将被视为一种创新的尝试。这可能也会使你的工作脱颖而出。 期刊介绍 The Astrophysical Journal Supplement Series 2021年影响因子：9.200  Citescore: 14.7 The Astrophysical Journal Supplement Series(ApJS)由美国天文学学会（AAS）和IOP合作出版，是开放获取的期刊，发表包含大量数据或计算的重要文章。ApJS还出版特刊，即在同一个卷中发布相关主题的文章集合。

本篇研究来自杭州电子科技大学/东北大学李领伟课题组。实验结合理论对重稀土双钙钛矿氧化物RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)的晶体结构、磁性、电子结构及磁热效应进行了系统研究，并在Gd2NiTiO6中发现了大磁热效应，其磁熵变值与商业化低温磁制冷材料GGG相当。 文章介绍 Structural, magnetic and magnetocaloric properties in distorted RE2NiTiO6 double perovskite compounds Zhenqian Zhang（张振乾）, Peng Xu（徐鹏）, Youshun Jia（贾佑顺）, Lingwei Li（李领伟） 通讯作者： 李领伟，杭州电子科技大学/东北大学   本研究利用FULLPROF软件对RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)的XRD衍射数据进行拟合精修，发现它们虽然均属于单斜晶体结构（空间群P21/n），但∠Ni-O-Ti平均角值随RE3+离子半径的减小呈现出单调递减的趋势，这说明该体系产生了晶格畸变现象，并由此导致了晶体对称性的降低（如图1所示）。 图1 (a) Gd2NiTiO6沿b轴方向的晶体结构图；(b-d) 各金属离子的配位环境图 第一性原理计算结果表明该体系的磁性主要由RE3+和Ni2+离子提供，相应的磁矩值分别为6.83和1.65μB/atom（Gd2NiTiO6）、5.81和1.66μB/atom（Tb2NiTiO6）、3.75和1.65μB/atom（Ho2NiTiO6）（如图2所示）。此外，基于自旋轨道耦合(SOC)的方法发现其磁矩随磁各向异性能的增大而减小（如图3所示）。 图2 RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)计算得到的电子态密度 图3 RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)计算得到的磁各向异性能 利用n(T)和归一化曲线对数据进行了拟合，其分别验证了RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)在磁相变温度附近均属于二级铁磁相变（如图4所示）。此外，计算得到Gd2NiTiO6的磁熵变最大值为42.64J/kg∙K (0-70kOe)，其大小与商业化低温磁制冷材料GGG相当。 图4 RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)的磁熵变曲线与相应的n(T)曲线；插图为归一化曲线 该项工作采用实验测试与理论模拟相结合的方法，揭示了晶格畸变对于RE3+和Ni2+离子之间的磁性相互作用的影响规律，并发现磁熵变值与磁各向异性能所呈现出的反比关系。本研究可为获得高性能磁制冷材料，以及进一步理解该类材料磁热性能的物理机制提供了新的实验数据和理论支持。 研究背景： 基于相变材料磁热效应而发展起来的磁制冷技术已成为获得mK级超低温的标准手段之一，并逐渐在低温资源的应用领域中展现出巨大潜力。磁热效应作为相变材料的内禀属性之一，是由磁场与磁亚晶格耦合而生，其磁熵变值的大小对于磁制冷技术的制冷能力及循环效率起到了关键性作用。作者团队基于前期对双钙钛矿氧化物的研究发现其电子、自旋和晶格等多种序参量之间具有强相互作用，而且在低温磁制冷技术中具有潜在的应用价值。为进一步探索研究这类材料的多种序参量与功能特性之间的关联，作者利用实验测试与理论模拟相结合的方法对重稀土双钙钛矿氧化物RE2NiTiO6 (RE=Gd, Dy, Ho)的晶体结构、磁性、电子结构及磁热效应进行了研究报道。 期刊介绍 JPhys Energy 2021年影响因子：7.528  Citescore:5.6...

本篇研究来自中科院精密测量科学与技术创新研究院管习文课题组。该文章首先从量子可积系统的理论出发，介绍了Lieb-Liniger模型、Yang-Gaudin模型、多分量费米气体等具有代表性的量子气体的精确解，讨论了这些模型的Bethe波函数、能谱、热力学、关联函数和普适的临界行为等，阐述了最新的一维实验进展，并展望了一维超冷原子体系未来量子科技的重要应用前景。 文章介绍 New trends in quantum integrability: recent experiments with ultracold atoms Xi-Wen Guan（管习文） and Peng He（贺鹏） 通讯作者： 管习文，中科院精密测量科学与技术创新研究院   该文章首先从量子可积系统的理论出发，介绍了Lieb-Liniger模型、Yang-Gaudin模型、多分量费米气体等具有代表性的量子气体的精确解，讨论了这些模型的Bethe波函数、能谱、热力学、关联函数和普适的临界行为等。特别地，该文章对近期发展的广义吉布斯系综（Generalized Gibbs Ensemble，GGE）和广义流体动力学 (Generalized hydrodynamics, GHD) 理论进行了介绍。随后，文章着重介绍了与上述严格可解模型密切相关的最新冷原子实验。2006年David Weiss团队在一维束缚超冷玻色气体中观测到量子牛顿摆（Newton’s cradle），参见图一，引发了关于广义流体动力学和广义吉布斯系综的系列研究，量子可积系统的非平衡动力学和动力学费米化的实验也是当前的热点课题。更进一步地，他们深入阐述了最新的一维实验进展，包括量子绕异性（quantum holonomy）、自旋-电荷分离现像、Luttinger 液体、临界现象、Haldane分数量子统计、集体激发、SU(N)高数学对称性的费米气体和量子杂质等独特的一维多体现象。最后，他们展望了一维超冷原子体系未来量子科技的潜在应用，包括用来探测引力、测试量子多体纠缠、实现量子热机和制冷等重要应用前景。 图一：经典牛顿摆（Newton’s cradle）的演示(a)和量子牛顿摆（Newton’s cradle）的演示(b)。 为什么这是一个重要的研究领域？ 二十多年来超冷原子实验物理学家成功制备了简并玻色、费米以及玻色-费米混合系统并在其中观测到许多新奇的物理现象。近十年来，低维超冷量子气体的实验制备使得一些重要的一维量子多体现象得以确定性的验证，如今超冷原子已经成为模拟一维量子多体问题的有力工具。另一方面，未来的量子科技一般是基于小尺度量子态的精确操控，因此不可避免的要研究低维量子多体系统。一维量子可积体系的研究为超冷原子物理实验和量子精密测量提供了从理论到实验的基准性判据和指导。 该领域有哪些开放性问题，或者您认为该领域下一步发展会是什么？ 量子可积系统的下一步的发展在于在量子多体非平衡动力学及量子科技的应用，如 1）通过量子可积模型给出量子多体纠缠的刻画与表征的普适规律； 2） 利用一维多体现象设计精密测量传感器，重力测量仪等； 3） 研究一维量子多体输运特性，非平衡动力学演化，以及在量子科技中的应用，例如量子制冷，量子热机和量子能源等。 作者介绍 管习文  研究员 中科院精密测量科学与技术创新研究院 管习文，研究员，中科院精密测量科学与技术创新研究院。他长期从事冷原子多体系统、自旋系统和凝聚态物理体系的严格解模型研究，取得了一系列在国际上颇具影响力的研究成果。至今发表130余篇SCI论文，包括世界物理顶尖期刊Science、Review of Modern Physics、Advance in Physics、Nature子刊、National Science Review、Physical Review...

2021年诺贝尔物理学奖授予了Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi三位科学家，以表彰他们对复杂系统研究做出的卓越贡献。他们的研究为我们理解地球气候以及人类如何影响气候奠定了基础，并彻底改变了无序物质和随机过程的理论。 这一奖项的颁发极大地鼓舞了从事这一领域的研究人员。为了庆祝这一里程碑式的成果，IOP出版社JPhys Complexity期刊发布了一个专刊 “Celebrating Complex Systems in honour of the 2021 Nobel Prize in Physics”，旨在重点介绍复杂系统的研究如何深刻改变我们看待地球系统及其他系统的方式。 这本合集目前包括对诺贝尔奖得主Giorgio Parisi的独家个人采访，Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi的一些同事和合作者对其研究和工作的评价, 以及一篇独特的社论。在这篇社论中，JPhys Complexity期刊主编Ginestra Bianconi召集了17位编委会成员对该领域当前已经取得的成绩进行了总结，并对未来20年可能遇到的挑战和发展的前景做出了展望。这是一次开放性的讨论，希望能够对从事复杂系统研究的学者带来一定的启发。 文章介绍 Complex systems in the spotlight: next steps after the 2021 Nobel Prize in Physics   作者： Ginestra Bianconi (Queen Mary University of London, UK) Alex Arenas (Universitat Rovira...

本篇研究来自中国科学院物理研究所刘伍明课题组。我们观测到在具有涨落耗散的时间周期驱动体系中，频率空间的重复弗洛凯体能带会被破坏。基于此，我们提出了非弗洛凯机制用于重构频率空间的重复体能带。作为一个案例，我们定义了动力学赝厄米关系，并在相应体系中用非弗洛凯理论给出拓扑相变判据。 文章介绍 Non-Floquet engineering in periodically driven dissipative open quantum systems Huan-Yu Wang（王寰宇）, Xiao-Ming Zhao（赵晓明）, Lin Zhuang（庄琳）and Wu-Ming Liu（刘伍明） 通讯作者： 刘伍明，中国科学院物理研究所   我们提出了非弗洛凯理论用于重构频率空间的重复体能带，并判定非厄米动力学体系的拓扑相变。这一方法在时间周期简谐驱动非厄米系统中是不可替代的。 非弗洛凯理论的核心在于对体系做非幺正的含时变换。变换后的态与初始态在准能量上存在平移关系。因此，我们可用变换后体系的拓扑边缘模推测原体系的拓扑性质，拓扑相变。示例见下图。 图：变换后体系的拓扑边缘模与原始体系拓扑边缘模相差π/T平移 与非幺正的含时变换相对应，变换后的频率空间体能谱具有自我重复性质，能谱的打开闭合过程可作为非厄米拓扑相变的依据。作为一个特殊的演示示例，我们首先定义了动力学赝厄米性，并在相应体系中做非幺正含时变换，变换后的态为一个厄米态，我们可由相应的频率空间体能谱判定非厄米动力学拓扑边缘模，拓扑相变。 此外，我们还展示了在非厄米周期驱动体系中，初始的驱动时间起点选择对体系的局域化行为具有重要影响。值得说明的是，在周期驱动厄米系统中，驱动初始时刻的选择可通过规范变换消去，对局域化行为无影响。这种驱动初始时刻依赖的局域化行为独属于非厄米系统，相应原理可用来设计相位探测器等量子元件。 研究背景： 近年来，随着非厄米拓扑物理的兴起，人们发现传统的体边对应关系不再适用，并在静力学体系中提出非布洛赫理论用于构建可描述非厄米拓扑边缘模的体拓扑不变量。然而，在时间周期动力学体系中，适用于描述非厄米弗洛凯边缘模的体拓扑不变量尚不明确。我们注意到在周期驱动厄米体系中，频率空间的重复弗洛凯体能带对应的拓扑不变量可用于描述，判定动力学拓扑边缘模。值得指出，这一方法在高频简谐驱动等多种情况下存在较多应用。然而在具有粒子数不守恒等非厄米框架下，重复的弗洛凯能带会被破坏。这里我们提出非弗洛凯机制用于重构频率空间的体能谱，使其依然适用于非厄米动力学拓扑边缘模的刻画。 作者介绍 刘伍明  研究员 中国科学院物理所 刘伍明，男，湖南人，中国科学院物理所研究员，博士生导师，中国科学院百人计划获得者，国家杰出青年基金获得者，T05研究组长，凝聚态与材料计算实验室副主任，国家重点基础研究发展计划（亦称973计划）首席科学家。主要从事自旋-轨道耦合、非厄米、强关联系统中基态、激发态、拓扑态的精确解等问题研究。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2021年影响因子：2.745  Citescore: 4.3 Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究，读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊：表面、界面和原子尺度的科学，液体、软物质和生物物理，纳米材料和纳米电子，固体结构的晶格动力，电子结构，超导体和金属、半导体，电介质和铁电，以及磁学与磁性材料。

本篇研究来自上海交通大学吴建达课题组。本文重点综述了一维自旋1/2海森堡-伊辛模型在外加纵场及横场调控之下的各类新颖量子多体磁激发以及丰富的涌现物理，在此基础上进一步总结了相关物理近年来在准一维反铁磁材料BaCo2V2O8和SrCo2V2O8中的实验实现。 文章介绍 Magnetic excitations in the one-dimensional Heisenberg–Ising model with external fields and their experimental realizations Jiahao Yang(杨家豪), Xiao Wang(王骁) and Jianda Wu(吴建达) 通讯作者： 吴建达，上海交通大学李政道研究所及物理天文学院   为什么这是一个重要的研究领域？ 一维海森堡模型及其衍生模型，如一维海森堡-伊辛模型，是一个典型的量子多体可积系统。自H. Bethe在1931年提出该模型，九十余年以来人们在该模型中陆续发现了一系列新颖的量子多体磁激发态以及丰富的涌现现象。这些量子多体磁激发态包括分数化的粒子（如自旋子、类自旋子多体磁激发等）及奇异的弦磁激发态。而在恰当的模型参数及外场调节之下，会涌现出诸如Tomonaga-Luttinger液体、具有超对称的可积性、横场伊辛普适类、以及量子E8物理等丰富的物理行为。因此对该模型的深入研究会有助于我们加深并实质性地拓展对量子多体磁性行为的理解，同时也会对强关联体系中的量子多体行为的研究带来有益的启发。除此之外，该模型所内蕴的杨-巴斯特代数结构促使了量子群及量子代数等新的数学分支的建立与发展，故对该模型的研究也具有重要的数学价值。   该领域有哪些开放性问题，或者您认为该领域下一步发展会是什么？ 1. 该系统中新的量子多体激发？ 2. 该系统不可积之时的新物理？ 3. 该系统多体磁激发的物理调控？ 4. 该系统中的多体磁激发在其他磁性关联系统中起的作用？ 作者介绍 吴建达 上海交通大学 吴建达，李政道学者。长期致力于量子相变、量子临界热力学及动力学、贝特拟设及可积系统动力学等相关领域的研究工作。2004年及2007年于中国科学技术大学获得学士及硕士学位、2014年博士毕业于美国莱斯大学、2014-2017年在美国加州大学圣地亚哥分校从事博士后工作、2017-2018年在德国马普复杂系统物理所任客座研究员。2018年至今就职于上海交通大学李政道研究所及物理与天文学院。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2021年影响因子：2.331  Citescore：4 Journal of Physics A:...

本篇研究来自中国地质大学（武汉）芦露华和淮北师范大学代凯课题组。本文从材料的物理特性出发，探索提高材料性能一直是近年来功能复合材料设计领域非常基础的研究工作。局域等离子共振增强异质结半导体光催化活性是该领域的前沿研究热点，数十年来激发了世界各地不同学科背景的研究者在光催化领域认识催化过程的特殊机制，探索催化剂结构设计的新依据，寻找提升材料催化活性的新途径。本工作从局域等离子体共振增强光催化活性的基本概念，已揭示的原理认知，影响局域等离子体效应的相关因素出发，详细介绍了具有等离子体效应的纳米颗粒可控合成以及局域等离子体共振效应与光催化特性结合在人工光合成，环境污染物降解以及最近热点研究的致病性微生物灭活方面的研究进展。最后基于当前的研究现状，展望了其亟需解决的关键科学问题以及未来发展方向。 文章介绍 Heterostructure nanocomposite with local surface plasmon resonance effect enhanced photocatalytic activity—a critical review Muye Liu（刘牧野）, Qi Kang（康琦）, Zhicheng Xie（谢志成）, Luhua Lu（芦露华）, Kai Dai（代凯） and Graham Dawson 通讯作者： 芦露华，中国地质大学（武汉） 代凯，淮北师范大学   具有局域等离子体共振效应的贵金属纳米颗粒近年来与半导体材料复合构建异质结光催化剂极大的提高了其光催化反应活性，推动了光催化剂的研究发展。经过多年的研究，围绕局域等离子体共振增强光催化活性的机理认识，材料设计以及活性调控方面取得了大量的研究成果。局域等离子体共振对光催化反应活性增强从多个方面产生了积极的作用，包括：有效增强半导体的光吸收，局域电场强化异质结界面协同提电子和空穴的分离，高能热电子有利于克服化学反应势垒，以及局域高温导致的化学反应动力学速率提高（如图1所示）。 图1. 不同金属-半导体局域等离子体共振效应示意图。 论文作者中国地质大学（武汉）芦露华教授，淮北师范大学代凯教授以及西交利物浦大学Graham Dawson教授从材料物理角度出发系统的分析了贵金属纳米颗粒尺寸，形貌以及复合界面对等离子体共振效应实现的影响，并介绍了实现上述颗粒尺寸，形貌异界复合界面的材料合成途径以及调控方法。 在此基础之上，论文作者从三个应用领域梳理了局域等离子共振效应在增强光催化活性方面的研究进展。有机和无机污染物降解是光催化剂最成功的商业化应用。论文作者在前期的研究工作中通过利用银纳米颗粒和石墨相氮化碳以及钨酸银构建三元异质结复合材料。银纳米颗粒与两种半导体材料构成局域等离子体共振增强等离子体双半导体-金属异质结界面，通过强化表面光激发电子转移，极大的提高了光催化降解有机污染物的催化活性（如图2所示）。 图2. 银纳米颗粒/石墨相氮化碳/钨酸银三元异质结复合材料光催化增强机理示意图。 贵金属纳米颗粒的局域等离子体共振能够有效提高电子的反应活性，且贵金属纳米颗粒与半导体之间的距离会影响激发电子空穴的光波长，如果能有效利用长波长光辐射则能够进一步提高半导体催化剂的催化活性，这对于人工光合成领域光激发电子参与的诸多反应，如光催化产过氧化氢，光催化二氧化碳还原以及光催化产氢活性提高极为有利。综述介绍了Liang等人通过乙二醇吸附形成空间分隔层调控银纳米颗粒与二氧化钛的距离，从而调制其光吸收波长，最终实现可见光相应的异质结光催化产氢活性（如图3所示）。 图3.乙二醇作为空间分隔层提高银局域等离子体共振增强光催化产氢活性示意图。 近几年来，光催化灭活有害微生物技术逐渐走入研究者的视野，尤其是新冠疫情爆发后，相关研究工作引起了国际广泛关注。论文作者在此领域亦开展了应用技术研究。在该领域，局域等离子体共振增强的基础还较少，但所表现出的微生物灭活效果远高于其它半导体光催化剂，部分研究者认为银纳米颗粒增强热电子激发在灭活微生物过程中起到了重要作用（如图4所示）。但论文作者也引用了其它研究者的工作，指出催化反应过程可能释放的银离子对微生物灭活亦可能产生了协同贡献。总而言之，基于贵金属，尤其是银纳米颗粒等离子体共振增强的半导体光催化剂在有效灭活微生物方面已表现出了优异的活性，有必要系统深入的研究其微生物灭活机理为后续指导催化剂的设计提供更坚实的实验和理论依据。 图4. 溴化银/银/石墨烯复合催化剂灭活大肠杆菌机理示意图。   研究背景： 自1972年Fujishima等人发现二氧化钛的光催化活性以来，半导体光催化剂在人工光合成，污染物降解以及有害微生物灭火方面展现了其独特的作用。但是光催化剂的光利用效率低下严重限制了其广泛应用。导致这一问题的原因是多方面，包括：半导体带隙宽度与光激发电子和空穴反应活性之间的矛盾，光激发电子和空穴在半导体内部和表面复合对催化活性的严重制约以及半导体表面结构对催化反应活性以及选择性的影响。虽然几十年来科研工作者针对上述问题提出了诸多解决方案，包括：半导体-半导体异质结界面构筑，纳米化加工技术增强表面暴露，表面缺陷位点控制等一系列手段，但是往往要面对顾此失彼的窘境。 作者介绍 芦露华  教授 中国地质大学（武汉） 芦露华，教授，2004年获得武汉理工大学学士学位，2010年获得中国科学院博士学位（导师：刘云圻院士/陈韦研究员）并获得中科院院长奖，2014年任中国地质大学（武汉）材料与化学学院教授。近十年主要围绕功能纳米材料在清洁能源，污染物降解以及有害微生物灭活领域开展应用基础研究工作。2010年至今在Advanced Materials, ACS Nano, Nano Energy,Journal of Physics...

Special Issue on Wide-bandgap Semiconductors and Applications 特刊：宽禁带半导体及其应用 Na Gao（高娜）1, Bin Liu（刘斌）2, Junyong Kang（康俊勇）1, and Rong Zhang（张荣）1, 2* 1 微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心，福建省半导体材料及应用重点实验室，厦门大学物理科学与技术学院，厦门，361005 2 江苏省光电信息功能材料重点实验室，南京大学电子科学与工程学院，南京，210093 *E-mail: rzhangxmu@xmu.edu.cn 宽禁带半导体（WBG）是继第一代硅、锗，第二代砷化镓、磷化铟等化合物半导体之后迅速发展起来的第三代半导体。宽禁带半导体氮化镓（GaN）材料的研究源于20世纪60年代。上世纪80年代，I. Akasaki等显著提高了GaN单晶外延薄膜的质量，并解决了长期困扰GaN器件应用的p型导电难题。这项开创性的工作激发了国际学术界对于宽禁带半导体的极大兴趣和广泛研究，尤其是促使III族氮化物半导体技术蓬勃发展，它彻底地改变了人类的照明格局，也对整个经济社会的发展产生了深远的影响。至今，宽禁带半导体技术仍在不断深入和拓展，除了III族氮化物外，宽禁带半导体材料体系中的其它材料，特别是碳化硅（SiC）、氧化物及金刚石等半导体开始进入加速发展阶段。凭借着宽广可调带隙、高击穿场强、高热导率等独特的性能优势，宽禁带半导体在光电子和电子技术领域实现了重要而广泛的应用，强有力地推动着照明与显示、功率电子、射频通信等技术与产业的革新发展。中国的宽禁带半导体研发基于1956年北京大学、复旦大学、厦门大学、南京大学及东北人民大学（现吉林大学）“五校联盟”创建的半导体物理学科。相关的生长技术在1989年召开的第一届全国MOCVD学术会议就有展示。20世纪90年代，包括南京大学、厦门大学在内的一批高等学校和科研院所先后启动对宽禁带半导体的研究，宽禁带半导体科学与技术逐渐成为中国半导体的重要发展方向。为了展示中国科研工作者在宽禁带半导体物理、材料、器件、应用的最新研究进展，本期特刊基于第四届全国宽禁带半导体学术会议（2021年厦门）报告的部分内容，以“宽禁带半导体及其应用”为主题，聚焦宽禁带半导体的生长与表征、光电子器件及其应用、功率与射频电子器件、新型宽禁带材料及其应用等新的研究工作。 生长与表征。当前半导体产业的发展迫切需要大尺寸、高均匀性半导体晶圆的制备技术，掌握和调控半导体晶体生长中的位错、微管及层错等结构缺陷的影响、作用及规律是实现高质量单晶及外延生长技术的关键。本期特刊重点报道了中国科研工作者在4H-SiC晶体生长中位错形成、演化及其控制方面的研究。 光电子器件及其应用。过去几十年里，随着宽禁带半导体材料生长技术与器件制备工艺的持续改进，基于宽禁带半导体的发光二极管、光电探测器等效率不断突破和提升，推动了照明、显示领域革命性的发展。本期特刊报道了中国科研团队在新一代光电器件技术研究的多项进展。 功率与射频电子器件。SiC功率电子器件已经得到了高度的重视和长足的发展。与之相比，GaN功率与射频电子器件近来逐步受到更多的关注，展示出独特的优势。GaN兼容硅衬底上异质外延技术，同时GaN及其异质结材料具有更优异的载流子迁移率和饱和漂移速度，相应器件有望在高功率密度、高工作频率及高能效电子领域获得应用。本期特刊中，来自中国的科研团队重点展示了III族氮化物肖特基势垒二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、高电子迁移率晶体管等功率与射频电子器件方面的研究工作。 新型宽禁带材料及其应用。相比于传统宽禁带半导体，氧化镓（Ga2O3）和金刚石等新型半导体具有更宽带隙、更高击穿电场、更加优异的巴利加品质因数，在紫外探测、高频功率、低损耗电子器件等领域有着广阔的应用前景。本期特刊报道了中国科研工作者在Ga2O3和金刚石等新型宽禁带半导体材料生长与器件制备及其应用方面的最新研究。 综上，本期特刊展示了中国科研团队近期在宽禁带半导体材料、器件及应用领域的部分前沿工作和重要进展，特别是在结构设计、材料生长、器件工艺等方面做出的大量努力。在此，谨希望本期特刊能引起同行的兴趣，并为进一步推动宽禁带半导体科学与技术发展提供一定的参考。 >>点击此处查看本篇文章 通讯作者个人简介 张荣  教授 厦门大学 张荣，1964年生，厦门大学教授。长期开展宽禁带半导体研究，特别在光电子、功率电子材料与器件方面有比较系统的研究。多项成果实现产业化，获得重要应用，先后获国家技术发明二等奖、国家自然科学二等奖、国家技术发明三等奖、多项省部级科技成果奖和何梁何利科学与技术进步奖。授权国内外发明专利100多件，发表SCI论文400余篇。 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics 2021年影响因子：3.409  Citescore：5.7 Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。