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本篇研究来自南京林业大学荆宇教授课题组。本文通过理论计算系统研究了具有丰富氧化还原活性中心的多羰基二维（2D）聚合物，即二维羰基桥接三苯胺（CTPA）和羰基桥接三苯基硼烷（CTPB）聚合物作为锂离子电池电极材料的可能。 文章介绍 Two-dimensional polymers made of carbonyl-bridged heterotriangulenes are promising anode materials for Li-ion batteries Youchao Yang（杨有超）, Weixiang Geng（耿伟翔）, Tianze Xu（徐天泽） and Yu Jing（荆宇） 通讯作者： 荆宇，南京林业大学   研究背景： 开发出高效、廉价的锂离子电池电极材料对于驱动储能技术的发展具有重要意义。只由轻元素组成的二维共轭聚合物，是一种理想的有机电极材料。这是因为材料具有较高比表面积和开放的多孔通道，因此电解液中的离子很容易穿过电极材料，快速扩散至氧化还原活性位点，从而实现电池的快速充放电循环。与此同时，由于不容易溶解在电解液中，二维聚合物电极材料具有良好的循环稳定性。然而，大多数二维聚合物所含的氧化还原活性基团数量较少，因此表现出的容量较低，极大地限制了其在锂离子电池中的应用。因此，设计出含有高浓度氧化还原活性位点的二维聚合物结构，是实现高比容量和高倍率性能的锂离子电池电极材料的关键。   研究内容： 荆宇教授课题组在前期关于二维杂原子三角烯聚合物的理论研究工作 (J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 743；Adv. Mater. 2021, 33, 2008645)的基础上，通过理论计算系统研究了具有丰富氧化还原活性中心的多羰基二维（2D）聚合物，即二维羰基桥接三苯胺（CTPA）和羰基桥接三苯基硼烷（CTPB）聚合物（图1a）作为锂离子电池电极材料的可能。 图1.（a）二维 CTPA 2×2×1超晶胞的俯视图和侧视图，其中中心氮原子可替换成硼原子。二维 （b）CTPA和（c）CTPB的能带结构。 该团队发现二维CTPB和CTPA的羰基基团都对锂有较强的结合能力（结合能分别为 -1.15和-0.81 eV），并在结合锂之后，表现出从半导体向金属性的转变。计算发现，锂在二维 CTPB和CTPA孔隙的扩散势垒分别为0.76和0.79 eV（图2），表明较大的孔径结构有利于锂离子在通道内进行快速传输，从而有利于实现锂离子电池的快速充放电。 图2.锂原子在二维（a）CTPA，（b）CTPB的扩散路径以及在二维（c-e）CTPA，（f-h）CTPB上相应的扩散势垒。 特别的是，由于硼中心明显的缺电子特性，二维CTPB不仅可以在孔隙通道的羰基位点容纳锂，还可以在骨架表面容纳额外的锂原子（图3a和b），这在现有的二维有机电极材料中是比较少见的。计算结果表明，二维CTPB表现出的理论容量高达760.86 mAh g-1，远高于二维CTPA（251.09 mAh g-1）（图3c和d）。由于二维CTPB（0.34 V）和CTPA（0.53 V）都表现出较低的平均开路电压，两种二维结构有望被用作具有高容量和高倍率性能的锂离子电池负极材料。该项工作表明，利用具有氧化还原活性基团（羰基）的杂原子三角烯分子作为构筑单体构建二维多孔共轭聚合物是获得高性能、低成本锂离子电池负极材料的可靠方法，而材料的电化学性能可以进一步通过改变杂原子中心进行有效调控。该项理论研究工作为二维共轭有机电极材料的合理设计提供了新的思路。...

本篇研究来自华中科技大学武汉光电国家研究中心王健和曾进炜多维光子学实验室（MDPL）团队。本文介绍了近场光力的基本性质与光力探测的基本原理，介绍了结构光场与纳米结构相互作用的基本原理，利用结构光场激发纳米样品的特殊多级子性质，介绍了结构光诱导力显微镜的基本原理与发展趋势：利用结构光场—纳米探针——纳米样品相互作用系统，表征样品的复杂电磁性质。 文章介绍 The trend of structured light-induced force microscopy: a review Jinwei Zeng（曾进炜）, Yajuan Dong, Jinrun Zhang and Jian Wang（王健） 通讯作者： 王健，华中科技大学   研究背景： 传统的光学显微镜通常仅能观察样品的外观，难以直接探测样品的内在电磁性质。因此，纳米样品的电磁性质难探测、难分析、难利用，成为了制约未来超集成芯片技术与精密生物探测技术发展的重要瓶颈。为了克服这个瓶颈，科学家们研究了新的照明光源（结构光场光源）与探测技术（近场光力探测技术）。作者将这种技术命名为结构光诱导力显微镜（Structured light-induced force microscopy，SLiFM），期望该技术可以实现高分辨率、高信噪比的电磁表征，从而揭示纳米样品的多种高维度复杂电磁信息。   研究内容： 作者回顾了近年来科学家们对结构光场、结构光场与纳米结构相互作用、以及近场光力电磁表征方面的进展，这些研究构筑了SLiFM系统的重要基础。 首先，如图1所示，具有非均匀幅度、相位、偏振空间分布的结构光场是SLiFM系统的特征光源。与传统光源不同，结构光场可拥有轨道角动量、矢量偏振等多维光子信息，可探索物质更为复杂的电磁性质。 图1. 典型结构光场的光强分布。 其次，利用多极子模型可分析结构光场与纳米结构相互作用，如图2所示，结构光场可以激发纳米结构独特的电磁特性（例如纯电/磁偶极子、非对称响应等）。 图2. 光与纳米物质相互作用示例。 最后，如图3所示，通过设计特定的结构光场—纳米探针—纳米样品系统，SLiFM可以激发并探测特殊的近场光力，从而表征响应的电磁性质（例如光磁性等）。由于近场光力是一种高度局域化的洛伦兹力（电磁力），因此该电磁表征具有高分辨率与高信噪比的特性。 图3. SLiFM系统初步研究进展。角向偏振光束及该光束与硅截锥纳米结构相互作用的表征。 综上所述，如图4所示，作者认为SLiFM系统有望实现特殊结构光场表征、单分子生化特性表征、纳米颗粒操纵等应用，推动纳米光学领域的进一步发展。 图4. SLiFM系统有望实现的应用领域。 作者介绍 曾进炜  副教授 华中科技大学 曾进炜，华中科技大学副教授、博士生导师。2007年毕业于华中科技大学光信息工程系获学士学位，2014年9月博士毕业于美国纽约州立大学布法罗分校，之后分别于2015-2016年在美国密苏里科技大学，2016-2018年在美国加州大学尔湾分校任博士后研究员。2019年入职于华中科技大学武汉光电国家研究中心任副教授。获湖北省百人计划。长期致力于结构光场与纳米结构相互作用的基础理论与应用的研究，尤其专注于光诱导力显微镜在超分辨电磁表征方向的相关研究。相关成果发表Sci论文20余篇，其中代表作以第一作者发表在Science Advances, ACS Nano, ACS Photonics, Nano Letters,...

本篇研究来自华东交通大学黄永虎课题组。本文基于现有的多质量分布式薄膜声学超材料隔声性能研究，设计提出一种新颖的瓣状分裂环型薄膜声学超材料。 文章介绍 Sound insulation properties of membrane-type acoustic metamaterials with petal-like split rings Yonghu Huang（黄永虎）, Mengyuan Lv（吕梦圆）, Wenjun Luo（罗文俊）, Hongli Zhang（张红丽）, Daxin Geng（耿大新） and Qing Li（李情） 通讯作者： 黄永虎，华东交通大学土木建筑学院   研究背景： 噪声污染在航空航天、交通运输和工业生产等领域一直是学者们亟待解决的重要环境问题之一。低频噪声因具有波长较长、衰减率低和穿透性强等特性而较难得到有效控制，而传统声学材料因隔声质量定律的限制，在有限的空间和质量条件下难以满足实际低频降噪需求，因此，如何在轻量化设计的前提下实现低频隔声性能是一个巨大的挑战。 近年来，声学超材料为低频隔声开辟了一条新的途径。其中，薄膜声学超材料因具有优异的噪声控制性能和超轻量化水平受到了广泛的关注。而现有结构仍依赖于通过增加附加总质量的手段来拓宽薄膜声学超材料的隔声带宽，因此有必要通过结构改进及新型结构设计使得薄膜声学超材料在轻量化前提下实现更优的宽频带隔声性能。   研究内容： 本文基于现有的多质量分布式薄膜声学超材料隔声性能研究，设计提出一种新颖的瓣状分裂环型薄膜声学超材料。 本文制备了基于对称摆臂型薄膜声学超材料和瓣状分裂环型薄膜声学超材料试件，并采用AWA6290T型传递函数隔声测量系统进行隔声试验，测试两种试件的声传递损失曲线，并与仿真模拟结果进行对比，验证了仿真模拟验证了数值模拟方法的准确性。值得注意的是，瓣状分裂环型薄膜声学超材料中分裂环的总重量几乎是参考模型中4个圆形金属板的 51%，但两种结构却表现出相似的隔声性能，其带宽和峰值几乎相同，这也验证了新型结构的有效性。 为了探索瓣状分裂环型薄膜声学超材料宽频带隔声性能的工作机理，本节仿真模拟了四种不同薄膜声学超材料的声传递损失曲线和模态振型图以及对应的平均法向位移曲线。 此外，本文利用仿真模拟参数化分析探究新型结构中分裂环结构参数和十字摆臂材料参数对瓣状分裂环型薄膜声学超材料隔声性能的影响规律，为基于多质量块的薄膜声学超材料的轻质低频宽带隔声结构设计提供指导。结果发现，当分裂环质量的总质量与参考结构的附加质量的比率达到50%时，新型结构与参考结构具有相似的隔声性能，而质量占比达到75%或90%时，新型结构比参考结构具 有更低的隔声峰频率和更宽的STL带宽。因此，瓣状分裂环型薄膜声学超材料可以利用分裂环产生的连续反共振模态，获得更轻的质量和更优越的低频隔声性能。 作者介绍 黄永虎  副教授 华东交通大学 黄永虎，华东交通大学土木建筑学院硕士生导师，先后担任中国振动工程学会第二届结构抗振控制与健康监测青年委员会委员、江西省力学学会理事、江西省土木建筑学会智能建造与新型建筑工业化专业委员会委员等，主要研究领域为结构智能减隔震、智能材料与结构、大型风电塔结构健康监测与控制。 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。

第14届极化中子与凝聚态研究国际会议（14th International Conference on Polarized Neutrons for Condensed Matter Investigations, PNCMI）于2022年7月25至29日在美国马里兰大学成功召开。会议论文集近日由IOP期刊Journal of Physics: Conference Series（JPCS）在线出版，>>欢迎点击此处链接查看。 首届PNCMI于1996年召开，此后每两年举办一次。第13届PNCMI原本定于2020年召开，后由于疫情推迟到2021年在线上举行，会议论文与2022年第14届PNCMI共同出版。新一届会议由美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）和马里兰大学共同主办。 PNCMI会议涵盖了使用极化中子技术进行的最新凝聚态研究，极化中子生产的方法和技术，及其在新型仪器和实验中的应用。量子材料作为一个新兴课题也被列入了第13届PNCMI的议题。 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:...

本篇研究来自武汉科技大学程用志课题组。本文介绍了一种简单的六频段太赫兹（Terzhertz，THz）完美超表面吸收器（perfect metasurface absorber，PMSA）设计方案。所提出的PMSA在六个不同THz频率上平均吸收率为99.1％，其吸收峰主要来自于高阶局域表面等离子体（localized surface plasmon，LSP)）和传播表面等离子体（propagating surface plasmon，PSP）共振模式的组合。由于其出色的性能，该六频段PMSA设计可能在成像、传感和检测方面具有潜在应用。 文章介绍 Simple design of a six-band terahertz perfect metasurface absorber based on a single resonator structure Yongzhi Cheng(程用志) and Jingcheng Zhao(赵京城) 通讯作者： 程用志，武汉科技大学信息科学与工程学院   该研究提出了一种基于单个金属开缝环(circular-split-ring，CSR)谐振器结构的简单、新颖的THz完美PMSA设计。该PMSA在六个不同频带平均吸收率达到99.1％，其完美吸收来自LSP和PSP谐振模的组合激发。此外，可以通过改变PMSA单元结构的几何参数来自由调节谐振吸收特性。与以前的相比，我们的设计具有以下优点：首先，PMSA具有紧凑简单的单元设计和新颖的谐振机制；其次，PMSA在单个图案化金属谐振器结构中具有更多吸收峰（六波段）；第三，设计的PMSA对于垂直入射的太赫兹波是极化不敏感的。 该研究采用了数值模拟方法进行设计和分析，具体包括使用计算电磁学软件来模拟和分析PMSA结构的吸收特性。通过优化PMSA结构的几何参数来实现六波频段吸收，同时还对电场和功率损失密度的分布进行了分析。研究结果表明，所提出的设计方案可以实现高效的吸收，具有很大的应用潜力。 该研究成果的重要性在于，它提供了一种简单而有效的设计方案，可以实现在单个金属结构中实现六个太赫兹频率的完美吸收。这种设计方案不仅在太赫兹区域具有广泛的应用前景，还可以在其他频率范围内进行进一步研究和应用。此外，该研究成果为太赫兹波段的物质检测、生物传感和热成像等领域提供了一种全新的解决方案，具有很大的实际意义。   研究背景： 超表面吸波器具有良好的吸收性能，且具有结构紧凑、厚度相对较薄、设计灵活等优点。特别是，在太赫兹波段，超表面吸波器因为可以潜在地应用于传感和成像等领域而越来越受到关注。然而，早期的吸波器大多数只能在狭窄/单波段或双波段频率范围内工作，对于某些应用来说是不够实用的。近年来，研究人员提出了许多新的策略和方法，以实现多频和宽频吸收性能。但是，这些方法通常需要增加超表面结构的复杂性，或者增加介质层的厚度，从而限制其实际应用范围。本研究旨在探索一种更简单、更有效的设计方法实现多频段的太赫兹波的完美吸收，以期为超表面吸波器的设计提供更多的启示。 作者介绍 程用志  教授 武汉科技大学 程用志,华中科技大学微电子学与固体电子学专业博士，阿德莱德大学（The University of Adelaide）联合培养博士。现为武汉科技大学信息科学与工程学院，教授/硕导，日本名古屋工业大学客座教授（2022.8-2023.8）。目前主要从事光学与电磁超材料（Electromagnetic Metamaterial）理论、设计及其应用研究工作。2013-2014年在澳洲Adelaide大学太赫兹研究中心从事太赫兹超材料器件设计与应用研究。近年来，主持和承担了若干项国家、省级以及企业横向项目十余项，申请发明专利6项，并获授权2项。荣获湖北省自然科学三等奖，2020-2022连续三年Elsevier中国高被引学者，2021年英国物理学会（IOP）“中国高被引用论文奖”， 2022年MDPI出版集团评选的最佳论文奖（一等），2022年入选由斯坦福大学发布的“终身科学影响力排行榜（1960-2022）”和“2022年度科学影响力排行榜”两个全球前2%顶尖科学家榜单，在包含Adv. Optical Mater.、Optics Express、Appl. Phys. Lett.、IEEE Photonics Journal、Prog. in Electromag....

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 Remote participatory research has logistical benefits, but presents scientific and ethical challenges Timothée Fouqueray, Ann Lévesque, Katrine Turgeon, Jean-François Bissonnette, Sophie Calmé and Jérôme Dupras   Net zero targets in science and policy Joeri Rogelj   Environmental Research Communications Understanding the carbon dioxide removal range in 1.5 °C compatible...

Alloys of sulfur, selenium and tellurium, often referred to as chalcogenide semiconductors, offer a highly versatile, compositionally-controllable material platform for a variety of passive and active photonic applications. They are optically nonlinear, photoconductive materials with wide transmission windows that present various high- and low-index dielectric, low-epsilon and plasmonic properties across ultra-violet, visible and infrared frequencies,...

Materials Futures(MF)期刊由松山湖材料实验室与IOP出版社联合出版，是您在材料科学和技术领域的发表最新研究的首选。MF期刊着眼于未来的、新奇的发现，每一篇已发表的文章均有一个“未来展望”部分，提供了一个值得注意的、前瞻性的观点，聚焦于该研究领域的发展方向、潜在风险和突破，以及在该领域继续研究的计划。另外，MF期刊于近日通过Scopus Content Selection & Advisory Board（CSAB）的严格审查，正式被Scopus数据库收录！ 目前，MF期刊第二卷第一期文章正式出版，全部论文均为开放获取，欢迎免费阅读和下载！ 文章介绍 Letter Quantum Materials Symmetry-enforced two-dimensional Dirac node-line semimetals Peng-Jie Guo, Chen Peng, Zheng-Xin Liu, Kai Liu and Zhong-Yi Lu   Topical Reviews Energy Materials Concentrated electrolytes for rechargeable lithium metal batteries Chunxi Tian, Kun Qin and Liumin Suo   Instability of solution-processed perovskite films: origin and mitigation strategies Shuo Wang, Ming-Hua Li, Yan Jiang and Jin-Song Hu  ...

本篇研究来自清华大学电机系。本文研究的9种微粒在±320 kV GIL中最低起跳电压为-190 kV。球状和块状微粒起跳后在导体和外壳间做往复运动；线状微粒易在导体附近做飞莹运动；微粒靠近绝缘子时，有概率被吸引并附着于绝缘子表面。覆膜对提升微粒起跳电场有明显效果；微粒落入陷阱概率与孔隙率有一定正相关关系；交流陷阱在直流下捕获率较低，无法直接应用于直流GIL。 文章介绍 Particle behaviors and trap design for ±320 kV gas-insulated power transmission line (GIL) Weijian Zhuang（庄伟建），Zuodong Liang（梁作栋），Fangwei Liang（梁芳蔚），Xianhao Fan（范贤浩），Hanhua Luo（罗汉华），Jun Hu（胡军），Chuanyang Li（李传扬），Bo Zhang（张波）and Jinliang He（何金良） 通讯作者： 李传扬，清华大学 张波，清华大学 何金良，清华大学   研究背景： 直流GIL中微粒运动与交流GIL微粒运动存在本质区别。直流下，微粒在远低于运行电压时即发生导体间持续快速往复弹跳，并有概率吸附在绝缘子表面，引入大量表面电荷，而对于长宽比大于一定数值的微粒容易在高压导体附近做“飞萤”运动。 直流GIL微粒抑制方面的工作主要聚焦于微粒陷阱、表面覆膜及诱导电极，采用模型开展试验研究。作者前期试验结果表明，略微提升绝缘子表面电导率可提升微粒起跳电压，抑制微粒运动活性2。 然而，模型研究与真实设备研究存在不同：（1）真实尺寸微粒运动速度及加速度有别于模型中微粒运动。真实GIL中，微粒经过更长的加速距离，速度更快，动能更高，这导致触及地电极后的弹起高度不同，脱陷率存在不同；（2）模型中的微粒及气体绝缘距离尺度比有别于真实GIL，这导致很多现象与真实情况不同，比如长宽比较高的微粒在真实情况下更容易有飞萤运动特征 1。 因此，需要基于真实尺寸直流GIL开展微粒运动特征及微粒活性抑制研究。 【1】Xing Y et al, 2021 Journal of Physics D: Applied Physics 54 34 【2】Xing Y et...

本篇研究来自华中科技大学刘文中课题组。本文对特定粒径的磁纳米造影剂进行研究，可显著提高磁共振成像的温度分辨率。 文章介绍 Biological thermometer based on the temperature sensitivity of magnetic nanoparticle paraSHIFTSilin Guo(郭斯琳), Wentong Yi(易文通) and Wenzhong Liu(刘文中)   通讯作者： 刘文中，华中科技大学人工智能与自动化学院   本文通过研究MNPs磁化产生的感应磁场对磁共振波谱造成的影响，以氢核磁共振参数传递MNPs的浓度与温度信息，构建MNPs磁化引起的波谱峰值位移（定义为磁纳米粒子的顺磁位移，paraSHIFT）的温度测量模型，以试验验证该方法测温精度可以达到0.1˚C。 此方法将具有温度敏感性的MNP与磁共振相结合，为磁共振温度成像性能的提升提供了新的思路。 Figure 1. 不同粒径的磁纳米粒子的TEM图. Figure 2. 不同粒径磁纳米粒子的试验结果：(a)测温试验结果，(b)测温误差，(c)测温精度. 研究背景： 在生物学和医学中，温度是反映人体内部生理状态的重要参数。区别于温度测量方法中基于光、电、声的测温技术，磁学温度测量技术具有“磁透明”的优势，可穿透皮肤而适于活体内脏器的温度成像，是影像物理学家亟需的前沿技术。目前基于磁共振成像技术MRI的各项参数与温度的关系的温度探测方法已经广泛用于指导各种介入手术，但由于氢质子磁共振参数较低的固有温度敏感性，磁共振测温技术性能提升面临瓶颈。具有优异温度-磁场转化特性的磁纳米粒子（magnetic nanoparticles，MNPs）作为温度敏感元件，其温度-磁场转换效率高出磁共振测温氢核3- 6 个量级，已经被证实具有0.1˚C的温度分辨率。因此，基于磁纳米造影剂的磁共振温度测量/成像方法的研究，对于提升目前磁学温度成像在医学成像领域的应用具有重要意义。 作者介绍 刘文中  教授 华中科技大学 刘文中，华中科技大学人工智能与自动化学院测量科学与仪器系主任、教授/博导，中国-波兰测控技术“一带一路”联合实验室主任。德国布伦瑞克工业大学（TU Braunschweig）访问学者。近年来专注高分辨磁性颗粒成像、高灵敏磁学温度成像方向的理论、方法与装置研究。曾获得 2015 年湖北省技术发明一等奖。 期刊介绍 Nanotechnology 2021年影响因子：3.953  Citescore：6.2 Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。

Dynamic manipulation of magnetism in topological materials is demonstrated here via a Floquet engineering approach using circularly polarized light. Increasing the strength of the laser field, besides the expected topological phase transition (PT), the magnetically doped topological insulator thin film also undergoes a magnetic PT from ferromagnetism to paramagnetism, whose critical behavior strongly depends on...

In recent years, hole-spin qubits based on semiconductor quantum dots have advanced at a rapid pace. We first review the main potential advantages of these hole-spin qubits with respect to their electron-spin counterparts and give a general theoretical framework describing them. The basic features of spin–orbit coupling and hyperfine interaction in the valence band are...