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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突破性研究的金色开放获取期刊。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期刊于近期被Ei Compendex数据库收录。目前，MF期刊第三卷第一期文章正式出版，包括综述文章、观点文章、快讯等多种文章类型，内容涵盖生物活性材料、能源材料、信息材料等。全部文章均为开放获取，欢迎免费阅读和下载！ 第一期文章 Letter Information Materials Observation of stabilized negative capacitance effect in hafnium-based ferroic films Leilei Qiao, Ruiting Zhao, Cheng Song, Yongjian Zhou, Qian Wang, Tian-Ling Ren and Feng Pan   Topical Reviews Energy Materials Recycling of solid-state batteries—challenge and opportunity for a circular economy? Martine Jacob, Kerstin Wissel and Oliver Clemens Focus on Energy-Storage Materials   Research progress on the design of...

本篇研究来自燕山大学李睿。本文研究了纳米线量子点束缚势的非对称性对自旋-光子相互作用的影响。量子点的非对称束缚势与自旋轨道耦合可以联合诱导出纵向的自旋-光子相互作用，此相互作用对自旋轨道耦合具有非单调的依赖性。纵向自旋-光子相互作用为电荷噪声导致的自旋退相干提供了理论支撑，为自旋-腔量子电动力学研究拓展了新思路。 文章介绍 Spin-photon interaction in a nanowire quantum dot with asymmetrical confining potential Rui Li（李睿） 通讯作者： 李睿，燕山大学   研究背景： 为了实现量子点自旋量子比特的可控操纵，以及实现长远距离两自旋量子比特间的相互作用，通常将单个或多个自旋量子比特与谐振腔耦合在一起。当前的主流研究思路利用了自旋量子比特与谐振腔光子间的横向相互作用。而横向相互作用往往需要自旋量子比特的能级差与谐振腔中的光子能量发生共振，但是谐振腔的固有频率（光子能量）不容易调控，从而不方便对自旋量子比特进行谐振腔调控。而纵向相互作用不需要自旋量子比特与谐振腔的共振条件，从而为自旋量子比特的腔场调控以及长远距离相互作用提供了新的解决方案。本文利用量子点的非对称束缚势与材料中的自旋轨道耦合作用来联合诱导出纵向的自旋-光子相互作用。   研究内容： 本文采用非对称有限深方势阱来模拟半导体纳米线量子点的束缚势，在强自旋轨道耦合条件下精确求解了纳米线量子点中的最低两个能量本征态。自旋量子比特就编码在量子点的最低两个能态上，由于自旋轨道耦合的杂化作用，其可以与超导谐振腔的电场分量有直接的耦合作用。得到自旋量子比特的精确基矢后，自旋与谐振腔光子间的相互作用形式可以通过计算电偶极算符 的表达式而得到。量子点的非对称束缚势与自旋轨道耦合联合诱导出自旋与光子间的横向以及纵向相互作用。图1显示自旋量子比特的能级差，纵向以及横向自旋-光子相互作用随自旋轨道耦合的变化关系。图2显示调节非对称方势阱其中一个势垒高度时的结果。当 meV时，方势阱为对称势，此时不存在有纵向的自旋-光子相互作用。本文用长度来描述自旋-光子相互作用的相对强度。纵向自旋-光子相互作用为半导体量子点的自旋调控、自旋测量提供了新的有效解决方案。   图1. 自旋量子比特的能级差 (a)， 纵向（实线）和横向（虚线）自旋-光子相互作用 (b) 随自旋轨道耦合的变化关系。方势阱的两个势垒高度分别取为V1=5meV，V2=8meV。InSb纳米线量子点中的磁场强度为0.04T。     图2. 自旋量子比特的能级差 (a)， 纵向（实线）和横向（虚线）自旋-光子相互作用 (b) 随势垒高度V2的变化关系。方势阱的另一个势垒高度固定V1为5meV。InSb纳米线量子点中的自旋轨道耦合取为0.3eVÅ，磁场强度为0.04T。 作者介绍 李睿  副教授 燕山大学 李睿，燕山大学理学院副教授，长期从事半导体量子点自旋相干调控的理论研究，2013年毕业于复旦大学获得理学博士学位。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2023年影响因子：2.3  Citescore: 5.3 Journal...

我们很高兴地宣布，由IOP出版社推出的全新期刊——Environmental Research: Food Systems（ERFS）发表了第一期文章。 ERFS期刊是一本跨学科期刊，供致力于实现可持续全球粮食安全的研究人员使用，是IOP出版社推出的开放获取环境研究系列（Environmental Research series）最新期刊之一。该系列以Environmental Research Letters (ERL)的良好声誉为基础，拥有卓越的作者服务水平、包容的编辑政策和严格的质量保证，并坚持以开放科学原则为核心。 在2025年以前，所有向ERFS期刊投稿的文章都将免除文章发表费用。本着透明和可再现性原则，我们鼓励发表论文的研究人员在适当时候共享数据和代码，以造福学界。同时，作者也可以选择将论文以双重匿名和透明的方式进行同行评审。 第一期文章 Letters Optimization of national grain imports to balance risk and return: a portfolio theory approach Deniz Berfin Karakoc and Megan Konar   An improved crop calendar model for winter wheat incorporating vernalization and winter survival to project changes in phenology Keach Murakami, Toshichika Iizumi and Seiji Shimoda  ...

本篇研究来自北京大学陈基课题组和字节跳动研究部量子化学团队。本文开创性地提出了在神经网络变分蒙特卡洛计算中采用方差外推法。此方法利用训练过程中波函数能量和方差的数据作线性外推，在不增加额外计算成本的前提下加快了能量收敛速度，并突破了波函数拟设的表达力限制，显著提高了绝对能量以及相对能量结果的准确性，对于解决物理学和化学领域的各种问题具有重大意义。 文章介绍 Variance extrapolation method for neural-network variational Monte CarloWeizhong Fu（付伟中）, Weiluo Ren（任维络） and Ji Chen（陈基） 通讯作者： 陈基，北京大学 任维络，字节跳动研究部   研究背景： 在量子力学领域，精确求解多体薛定谔方程以确定电子结构是一项重大挑战。尽管量子蒙特卡洛方法以其高精度成为解决该问题的有力工具，但其计算成本高昂，且面临诸如费米子体系符号问题等难题。近年来，基于神经网络波函数拟设的变分蒙特卡洛方法因其极高的能量计算精度而引起广泛关注。然而，使用该方法计算相对能量时，采用统一的网络架构和训练步数往往无法有效抵消误差，导致这种简单策略在相对能量计算上精度较低。本研究通过采用方差外推法来解决此问题，对不同体系的计算结果应用方差外推，以零方差对应的能量数据计算相对能量。这种方法不仅加快了能量的收敛过程，更重要的是显著提高了相对能量结果的准确性，从而大幅提升了神经网络变分蒙特卡洛方法的效率和实用性。   研究内容： 神经网络变分蒙特卡洛方法利用高表达力的神经网络来模拟多电子波函数，并通过蒙特卡洛方法优化波函数以求解定态薛定谔方程的基态，如图1a所示。传统上，在缺乏有效评估策略时，采用简单的“训练匹配”方法来计算相对能量，但这种方法对不同体系的误差抵消效果并不理想。本文提出使用能量方差作为评估指标，引入“方差匹配”和基于训练阶段能量与方差高度线性相关性的“方差外推”方法，后者通过零方差对应的能量数据计算相对能量。 图 1  神经网络变分蒙特卡洛方法示意图，其中存在的问题以及本文提出的改进方法   氮气分子在不同的键长下展现出非常不同的组态关联效应，因此是一个极佳的测试体系。如图2所示，本文在氮气分子上的测试结果表明，“方差匹配”和“方差外推”方法均能够提升相对能量结果的准确性。其中，“方差外推”方法的提升效果尤为显著，不仅大大加速了相对能量结果的收敛过程，而且极大提升了其精度。除此之外，“方差外推”方法还很好地实现了能量结果的尺寸一致性。 图 2  氮气分子不同键长体系测试结果   在进一步的周期性体系测试中，“方差外推”方法同样极大地提高了相对能量精度。值得一提的是，经考察该方法不依赖于优化器的选择或具体的神经网络架构，且无需额外的计算开销。因此，我们期望它将成为未来神经网络变分蒙特卡洛方法使用各种强大的神经网络拟设计算相对能量时的一个重要而强力的工具。 作者介绍 陈基  研究员 北京大学 陈基，北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所研究员、助理教授、博士生导师。中国科学技术大学物理系本科，北京大学物理学院博士，英国伦敦大学学院博士后，德国马普所固体研究所洪堡博士后。入选国家海外高层次青年人才、北京市杰出青年人才。主要研究方向和兴趣是量子蒙特卡洛和机器学习计算方法的发展，以及应用先进计算方法研究水等轻元素凝聚态物质。 任维络 ByteDance Research 任维络，现任ByteDance Research算法研究员，从事AI for Science方向研究，博士毕业于斯坦福大学，本科毕业于中国科学技术大学。现在的研究重点是基于神经网络的量子蒙特卡洛及其在量子物理、量子化学中的应用。 期刊介绍 Machine Learning: Science and Technology 2023年影响因子：6.3  Citescore：9.1 Machine Learning:...

我们汇总了2023年发表在Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment（JSTAT）期刊发表的优秀文章，这些文章体现了期刊的高质量和创新性。 感谢所有的作者和审稿人对JSTAT期刊的支持！希望您喜欢阅读这一合集。   为什么选择在JSTAT期刊发表您的研究文章？ 广泛的主题范围：JSTAT期刊涵盖了统计物理中的一系列不同主题，让您有机会为您的论文找到合适的地方。 高质量的研究：我们提供专业、有建设性和公平的同行评审，可以保证您的研究成为该领域最高质量的研究之一。 学会出版社：JSTAT由意大利的里雅斯特国际高等研究院（SISSA）和IOP出版社共同出版。IOP出版社是一家世界领先的学会出版社，发表物理科学及其他领域的最新和最佳研究。IOP出版社获取的所有利润都将回馈给英国物理学会（IOP），用于支持世界各地的研究、教育和推广。 亮点文章 Time evolution of spread complexity in quenched Lipkin–Meshkov–Glick model Mir Afrasiar et al   Symmetry-resolved entanglement in fermionic systems with dissipation Sara Murciano et al   Entanglement negativity in a fermionic chain with dissipative defects: exact results Fabio Caceffo and Vincenzo...

特刊详情 客座编辑 Felix Creutzig，全球共同体与气候变化墨卡托研究所；德国柏林工业大学 Joyashree Roy，亚洲理工学院 Jan Minx，全球共同体与气候变化墨卡托研究所；英国利兹大学   主题范围 Assessments on climate change mitigation, such as those advanced by the IPCC, need to be revisited to understand how accelerated actions can be achieved in the short and medium term with long term stabilisation impacts. The limitation of the assessment so far are threefold. First,...

本篇研究来自中国科学院大气物理研究所曹西课题组。本文利用观测资料发现了南印度洋热带气旋生成趋势的新现象。 文章介绍 Westward shift of tropical cyclogenesis over the southern Indian Ocean Xi Cao(曹西), Masahiro Watanabe(渡边雅浩), Renguang Wu(吴仁广), Liang Wu(武亮), Difei Deng(邓涤菲), Yao Ha(哈瑶), Mengchen Xu(徐梦辰), Meng Yuan(袁梦), Yifeng Dai(戴一枫) and Zhencai Du(杜振彩) 通讯作者： 曹西，中国科学院大气物理研究所   研究背景： 南印度洋是南半球热带气旋较活跃的海域之一，热带气旋的发生发展对非洲的沿海区域以及附近的岛国会产生重大的经济和社会影响。比如2019年3月14日在莫桑比克登陆的热带气旋伊代，造成津巴布韦、莫桑比克和马拉维等地区近1300多人死亡，300多万人受灾，总损失估计约为22亿美元。相对于北太平洋和北印度洋的热带气旋研究来说，前人对南印度洋热带气旋长期趋势的研究还比较少。基于此，来自中国科学院大气所的曹西副研究员联合日本东京大学、浙江大学、澳大利亚新南威尔士大学、国防科技大学、同济大学嘉兴学院以及本单位的学者共同探讨了南印度洋热带气旋生成位置长期变化趋势的特征及其潜在的物理机制。   研究内容： 研究发现，自1979年以来南印度洋热带气旋生成经度发生明显西移，这与南印度洋西部区域的热带气旋生成频数增加和南印度洋中部区域的热带气旋生成频数减少有关 (图1)。南印度洋热带气旋生成频数的反位相变化趋势与南印度洋西部区域的垂直西风切变的减弱和南印度洋中部区域垂直东风切变的增强密切相关，而这种垂直切变的变化主要由经向温度梯度的减小而引起 (图2)。经向温度梯度的减弱归因于副热带对流层的更强的增温，而后者可能与副热带地区海平面温度呈现更高的增长趋势有紧密的联系，第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的集合平均结果中对流层的温度趋势也呈现较为类似的分布。 我们的研究结果表明在全球变暖的背景下南印度洋海域热带气旋活动可能导致东非沿海和岛屿国家面临的风险加大，该研究有利于决策者更好地适应和防范不断变化的热带气旋活动，减轻其对脆弱沿海地区的潜在影响。   图1.  (a)整个南印度洋热带气旋生成的年平均经度的时间序列，(b-d)和(a)类似，但为南印度洋的西边区域(30°-70°E)，中间区域(70°-115°E)和东边区域(115°-135°E)的热带气旋频数的时间序列。红色直线为线性趋势，图上方为趋势的信度和趋势的大小。     图2. (a)垂直纬向风切变和(d)对流层平均的温度的线性趋势。图(b)表示图(a)中红色区域垂直纬向风切变的时间序列，图(c)表示图(a)中蓝色区域的垂直纬向风切变的时间序列；图(e)表示图(d)中热带红色区域和副热带红色区域的对流层温度差值的时间序列，图(f)表示图(d)中热带蓝色区域和副热带蓝色区域的对流层温度差值的时间序列，图(b-c, e-f)中红色直线为线性趋势，图上方为趋势的信度和趋势的大小。 作者介绍 曹西  副研究员...

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Machine Learning/AI和Catalysis/Photocatalyst。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： 精选文章 Machine Learning/AI Journal of Physics: Condensed Matter Machine learning approach to study quantum phase transitions of a frustrated one dimensional spin-1/2 system Sk Saniur Rahaman, Sumit Haldar and Manoranjan Kumar   Expectation–maximization machine learning model for micromechanical evaluation of thermally-cycled solder joints in a semiconductor Tzu-Chia Chen   Automated characterization of spatial...

特刊详情 客座编辑 Jan Minx，英国利兹大学 Lea Berrang Ford，英国利兹大学 James Ford，英国利兹大学 Neal Haddaway，瑞典斯德哥尔摩环境研究所 Felix Creutzig，德国柏林工业大学 Robbert Biesbroek，荷兰瓦格宁根大学 Biljana Macura，瑞典斯德哥尔摩环境研究所   研究背景 With the establishment of the Paris Agreement on climate change the world has entered a new era of climate solutions. Political battlegrounds have shifted from debates around the existence and relevance of anthropogenic climate change to...

Environmental Research: Ecology（ERE）期刊是一本多学科、开放获取的期刊，致力于解决生态学、生物多样性和保护之间的重大宏观挑战。该期刊将科学进步和方法论进展与评估环境变化对生态系统的影响以及生态系统对变化的反应（包括复原力、脆弱性和适应性）联系起来。 我们汇总了ERE期刊第二卷发表的亮点文章，这些文章体现了期刊的高质量和创新性。ERE期刊免费向全部读者开放，目前所有文章都可以免费出版。 主编寄语 “I am very pleased to see the quality of the papers published in Vol 2 of Environmental Research: Ecology (ERE) of which these papers are exemplary in their reporting of ecosystems and their change across large spatial scales, through the use of physical, theoretical and transdisciplinary community based approaches. I would like to...

本篇研究来自中国科学院大气物理研究所钱诚课题组。本文说明了未来华北地区需要适应6月份出现像2023年这样强的连续3天热浪的情形。 文章介绍 Rapid attribution of the record-breaking heatwave event in North China in June 2023 and future risks Cheng Qian（钱诚）, Yangbo Ye（叶洋波）, Jiacheng Jiang（江家城）, Yangyang Zhong（钟洋洋）, Yuting Zhang（张玉婷）, Izidine Pinto, Cunrui Huang（黄存瑞）, Sihan Li（李思涵） and Ke We（魏科） 通讯作者： 钱诚，中国科学院大气物理研究所   研究背景： 2023年夏季极端高温热浪席卷华北大地。根据中国气象局报道，今年6月北京、天津、石家庄均打破了当地观测史上单月高温日数最多纪录。6月21-30日期间，华北地区共有124个国家气象站气温超过40℃。6月22-24日端午节期间，北京南郊观象台连续三天气温达到或超过40℃，为该站观测史上首次40℃三连击。此次高温过程强度强、范围广，对交通安全、人民生命健康、能源供应、农业发展造成不利影响。 如此罕见的高温热浪事件是否以及在多大程度上和人类活动引起的气候变化有关？这样强的热浪事件在未来发生的频率和强度将如何？本文开展快速归因分析来解答这两个问题。   研究内容： 经过分析此次事件的特征、诊断其发生的环流背景，钱诚研究员团队利用研发的极端天气快速归因系统1.0版本的两种基于概率的归因方法开展多方法多模式归因分析，于热浪事件发生8天后发布快速归因结果。论文结果显示：2023年端午假期华北区域平均的最高气温达到1959年以来每年6月连续3天最高气温的历史最高值（图1）；此次连续3天的破纪录热浪事件受过境的暖高压系统影响，并由干燥的土壤湿度反馈加强（图2）；在当前（2023年）气候下该次事件重现期约为111年（发生概率约1/111），即为小概率高影响事件；人为气候变化使华北地区类似2023年端午假期的极端高温热浪事件的强度显著增强至少1℃ (0.8–1.3℃)（图3）；未来预估结果显示，即使在实现全球温升控制在1.5℃目标的碳中和情景下，21世纪剩余的时间内华北地区发生类似2023年端午假期的热浪的概率仍将比2023年气候状态下至少增加1.6 (1.3–2.1)倍、强度至少增强0.5℃ (0.2–0.8℃)；如果仍按照中等排放路径情景发展，到本世纪末发生类似热浪事件的概率将增加达5.5 (4.9–6.3)倍、强度增强达2.9℃ (2.4–3.1℃)。该项研究显示了实施碳中和对缓解热浪的积极作用；同时也表明，即使实现碳中和目标后，未来华北地区仍需要适应6月份出现像2023年这样强的连续3天热浪的情形。   图1.  2023年6月22-24日期间华北高温热浪事件的特征     图2.华北热浪事件发生的环流背景：暖高压(a)、下沉运动(b)、干燥的土壤湿度反馈(c、d)     图3.  2023年华北热浪事件的多方法多模式归因结果 作者介绍 钱诚 ...