文章推广

本篇研究来自哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所王长国课题组。本文基于冯卡门方程，建立了单层石墨烯环扭转-褶皱行为的精确理论预报模型，揭示了含缺陷的石墨烯环褶皱的形成及演化规律，探讨了褶皱与缺陷对石墨烯热导率的综合影响，并从声子角度探讨了其内在影响机制,为新一代石墨烯纳米器件的机械和热性能调控提供了理论指导。 文章介绍 Thermal conductivity of wrinkled graphene ring with defects Qingxiang Ji（吉庆祥）, Bohan Li（李勃含）, Muamer Kadic and Changguo Wang（王长国） 通讯作者： 王长国，哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所   研究背景： 优异的热力学和光学性能使石墨烯成为微纳米电子系统等应用的理想材料。石墨烯是单层原子结构，极易发生褶皱失稳现象，造成其功能损失甚至结构破坏。然而，褶皱行为也为调节石墨烯物理特性提供了一个有效手段，且该调节是可恢复的、可重复利用的，不破坏石墨烯结构的完整性。在单层石墨烯环中，径向花瓣形状是最常见的褶皱模式，其通过简单的内部区域扭转即可获得。然而，其形成和演化机制的理论预报模型却鲜有报道。 石墨实际制备时不可避免的产生缺陷，这将对其褶皱行为以及导热性能产生影响。对于缺陷和褶皱对石墨烯环面内导热特性综合影响的研究较少，更不用说利用缺陷和褶皱调控实现特定功能。填补这一研究空白，成为本文的首要研究意义。   研究内容： 石墨烯环在生物调制器、电化学生物传感器和谐振器等领域具有广阔的应用前景，但其易产生褶皱，影响其物理性能。本研究首先建立了一个理论模型以预测含缺陷的单层石墨烯环的扭转褶皱行为，对褶皱形貌精确预测。结果表明，随着扭转角的增大，沿方位角方向出现正弦褶皱;随着扭转角的进一步增大，高度图案化的褶皱逐渐变得不规则，最终由于碳碳键断裂而消失。此外，空位缺陷可以促进褶皱的产生，延缓石墨烯环的坍塌，削弱褶皱水平。然后研究了褶皱程度、缺陷浓度和尺寸效应对石墨烯环导热性能的影响。结果表明，随着尺寸、缺陷浓度和扭转角的增大，褶皱的幅波比逐渐增大，且空位缺陷和尺寸效应对导热性能的影响更显著。最后通过声子态密度揭示了褶皱和缺陷对导热系数的内在影响机制。相关结果为通过力学手段调控石墨烯环的物理特性提供了理论指导，助力石墨烯微纳米器件的发展和应用。 作者介绍 王长国  教授 哈尔滨工业大学 王长国，哈尔滨工业大学长聘教授、入选国家级人才计划。主要从事柔性复合材料与结构力学研究，主持国家自然科学基金和国家重大科技专项等项目。授权发明专利100余项，技术转化应用10余项。成果发表于JMPS、CSTE、Compos Part A, AIAA J. 等力学与航天领域著名期刊，出版专著3部。获省部级科技奖励6项、黑龙江省青年科技奖。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2023年影响因子：2.3  Citescore: 5.3 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。

This article examines how international trade and policy shape the economic consequences of climate-induced changes in crop productivity, considering both adaptation and mitigation. International trade serves as a global risk-sharing mechanism with the potential of ameliorating the adverse impacts of climate-induced crop shortages by allowing regions with agricultural surpluses to provide for those facing shortages....

本篇研究来自北京师范大学水科学研究院付永硕课题组。本研究发现水分和光周期在中国亚热带森林秋季光合物候过程中起主导作用；基于传统积冷模型（CDD）开发了温-光-水耦合的秋季光合物候新模型，模拟精度显著提升；基于秋季物候模型结合未来气候变化情景，发现中国亚热带森林秋季光合物候期持续延迟。 文章介绍 Autumn phenology consistently delays in subtropical forests in China based on a new process-based model integrating temperature, photoperiod and precipitationYue Xu（徐月）, Mingwei Li（李明尉）, Zhaofei Wu（吴兆飞）, Xiran Li（李溪然）, Zunchi Liu（刘尊驰）, Xingyu Nie（聂兴雨）, Xuan Zhang（张璇）, Jiahao Chen（陈嘉浩）, Fanghua Hao（郝芳华） and Yongshuo H Fu（付永硕） 通讯作者： 付永硕，北京师范大学水科学研究院   研究背景： 在全球变暖背景下，植被春季物候和秋季物候分别发生了显著的提前和延迟趋势，亚热带森林是陆地生态系统中的主要有机碳贮库，但其秋季物候对气候变化响应机制仍不清晰。典型的秋季物候过程模型如积冷模型（CDD）和温光模型（DM）未考虑降水影响，无法准确模拟秋季物候。因此，准确表征多种气候因子对亚热带森林秋季物候的影响，开发新的秋季物候模型对准确理解亚热带森林对气候变化响应至关重要。   研究内容： 本研究基于高分辨率太阳诱导叶绿素荧光（SIF）数据，采用三种物候提取方法确定了2001-2018年中国亚热带地区的秋季光合物候（the end-of-photosynthetic-growing-season, EOPS），并将降水和光周期整合到经典的积冷模型（CDD ）中，进而开发了一个新的秋季物候过程模型（DMP），并基于该模型预测了未来中国亚热带森林秋季物候的变化趋势。 研究发现，2001-2018年中国亚热带森林EOPS整体呈现延迟趋势，平均每10年延迟4.1 天。通过比较气候因子与EOPS的相偏相关系数，研究发现降水（r = 0.45），而不是温度（r = 0.29）对秋季光合物候的变化过程起到主导作用。 Figure 2. (a) The...

This Roadmap article provides a succinct, comprehensive overview of the state of electronic structure methods and software for molecular and materials simulations. Seventeen distinct sections collect insights by 51 leading scientists in the field. Each contribution addresses the status of a particular area, as well as current challenges and anticipated future advances, with a particular...

本篇研究来自清华大学水利系钟德钰和王光谦。动理学方程（Kinetic Equation）对于理解随机过程的统计特性至关重要，但现有方程仅限于局部分析。文章构造了随机向量丛，通过对系综平均的局部概率密度函数进行累积展开，推导了一种新的动理学方程，用于描述向量丛上的随机系统，能够处理全局随机性和非马尔可夫（non-Markovian）过程。 文章介绍 Kinetic Equation for Stochastic Vector Bundles De-yu Zhong（钟德钰） and Guang-Qian Wang（王光谦） 通讯作者： 钟德钰，清华大学水利系   研究背景： 动理学方程是描述物质或粒子系统在相空间中分布随时间变化的数学表达式，其中最著名的动理学方程包括玻尔兹曼方程（Boltzmann Equation）和福克-普朗克方程（Fokker-Planck Equation）等。动理学方程是连接微观粒子行为与宏观物理现象的桥梁，可以帮助我们理解物质状态、预测系统行为、优化系统设计，在物理、化学、力学甚至社会科学中都有广泛的应用。动理学方程的推导方法有Kramers和Moyal的矩展开，钟德钰等人提出的累积展开等。但目前的经典方程仍仅限于局部分析，不能处理全局随机性。本研究旨在推导一个适用于一般随机系统的动理学方程，通过引入一种基于随机系统状态转移路径系综的平均方法，该方程能够描述非马尔可夫过程的全局统计行为。   研究内容： 随机向量丛是将随机过程理论与向量丛理论相结合的数学结构。向量丛使得可以将向量空间中的随机行为扩展到整个流形上，从而有效地将局部随机行为转变为全局影响的随机模型。本研究首先定义一个在基础流形上的随机向量丛，流形中的每个点对应一个代表系统随机状态空间的纤维，该框架为理解随机过程提供了一个全新的几何视角。通过对集合平均的局部概率密度函数（PDF）进行累积展开来推导动理学方程。这个PDF不仅仅是状态的函数，而是状态转换轨迹的泛函。累积展开有助于捕捉固有于非马尔可夫过程的历史和全局依赖效应。在数学上，使用协变导数和其他几何的工具来处理向量丛结构，并通过涉及微分几何和随机微积分的相关步骤推导出动理学方程。具体推导过程详见原文。 除此之外，论文还讨论了如何从该动理学方程出发，推导出描述流体等复杂多相系统宏观行为的守恒方程，展示了该方程在实际物理问题中的应用潜力。鉴于推导出的动理学方程是无限阶的，论文进一步讨论了在实际应用中如何进行截断，以及截断对模型精度的影响。 该论文的结果为研究大尺度复杂系统的统计规律提供了新的理论工具和分析框架，对于深入理解这些系统的行为、提高预测准确性以及指导实际应用具有重要意义。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2023年影响因子：2.0  Citescore：4.1 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

Urban green and blue spaces (UGBSs) have been found to have health-enhancing properties (e.g. promotion of physical activity, improved social connectedness, and stress reduction). We examined the associations between UGBSs and cognitive function and aimed to identify any mechanistic pathways involving UGBSs and cognitive function. The initial search of four databases (MEDLINE, Embase, PSYCHInfo, and...

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Nanobiotechnology/Nano Materials和Global Environment Sustainability。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出版社材料领域和环境领域的最新资讯；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： 环境： 精选文章 Nanobiotechnology/Nano Materials Journal of Physics: Condensed Matter Highly parallelizable electronic transport calculations in periodic rhodium and copper nanostructures Baruch Feldman, Shifeng Zhu and Scott Dunham   Spin-photon interaction in a nanowire quantum dot with asymmetrical confining potential Rui Li   Hole subband dispersions in a cylindrical Ge nanowire: exact...

Biodiversity, when viewed through the combined lenses of compositional, structural, and functional attributes, provides for a holistic understanding of the complexities found within community assemblages and ecosystems. However, advancement in our understanding of how ecosystem functional diversity interacts with structural and compositional diversity metrics is lacking, in part because universally applied methodologies to derive ecosystem...

本篇研究来自清华大学交叉信息研究院徐勇课题组。本文系统总结了目前对晶态和非晶态高阶拓扑相的研究进展，介绍了晶格系统的高阶拓扑相的典型模型及其拓扑不变量，讨论了无序对高阶拓扑相的影响以及无序诱导的高阶拓扑绝缘体，并总结了无定形系统、准晶、双曲晶格、分形等非晶态系统的高阶拓扑相，最后回顾了该领域的实验进展。 文章介绍 Higher-order topological phases in crystalline and non-crystalline systems: a review Yan-Bin Yang（杨炎彬）, Jiong-Hao Wang（王炅昊）, Kai Li（李楷） and Yong Xu（徐勇） 通讯作者： 杨炎彬，香港科技大学、清华大学 徐勇，清华大学   研究背景： 根据传统拓扑相的体边对应，d维的拓扑相通常具有（d-1）维的拓扑边缘态。2017年，人们提出高阶拓扑绝缘体的概念，它们具有维度更低的边缘态。此后，对高阶拓扑相的研究取得迅猛进展，发现了各种受对称性保护的高阶拓扑相。同时，人们开始在缺乏晶格对称性的系统中探寻高阶拓扑相。研究发现，高阶拓扑相对较弱的无序是稳定的，更有趣的是无序可以诱导从拓扑平庸态到高阶拓扑态的相变。另一方面，人们发现在无定形系统、准晶、双曲晶格、分形等非晶系统中可以存在高阶拓扑相。本文系统回顾了近几年对高阶拓扑相的研究进展，重点介绍无序系统和各类非晶系统中的高阶拓扑相，旨在为相关领域的研究者提供参考指南。   研究内容： 2017年，人们提出了高阶拓扑绝缘体的概念，不同于传统的拓扑绝缘体，d维的n阶（n>1）拓扑绝缘体可以具有（d-n）维的拓扑边缘态。随后，高阶拓扑相这一领域引起了广泛的研究兴趣。本论文主要介绍了近几年在高阶拓扑相这一领域的研究进展，系统回顾了晶格系统、无序系统和各类非晶系统中的高阶拓扑相，并总结了该领域的实验进展。 本篇综述主要包括以下三个部分。第一部分回顾了晶格系统中几类代表性的高阶拓扑相，包括多极子拓扑绝缘体、手征对称性保护的高阶拓扑相、三维二阶拓扑绝缘体，高阶拓扑半金属等，介绍了典型的模型、拓扑边界态以及相应的拓扑不变量。第二部分介绍了无序系统中的高阶拓扑相，说明了高阶拓扑相对弱无序的稳定性，并讨论了无序诱导的高阶拓扑安德森绝缘体。第三部分总结了各类非晶系统中的高阶拓扑相的研究进展，包括无定形系统、准晶、双曲晶格、分形等体系，这些系统缺乏晶格系统的对称性，但可以存在高阶拓扑相及边界态。最后，我们简要总结了高阶拓扑相在固体材料和其他系统中的实验实现，同时展望了该领域未来的研究方向。 作者介绍 杨炎彬  博士 清华大学 杨炎彬，清华大学博士后，水木学者获得者。主要研究方向为量子模拟、冷原子物理、拓扑凝聚态物理。   徐勇  长聘副教授 清华大学 徐勇，清华大学交叉信息研究院长聘副教授，海外高层次人才青年项目获得者。主要从事冷原子新奇量子物态的理论研究，发表学术论文50篇，提出了有结构的（第二类）外尔费米子、外尔奇异环等概念，多项理论预言被实验证实。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2023年影响因子：2.3  Citescore: 5.3 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。

Emerging evidence suggests that exposure to ambient air pollution negatively impacts mental health. However, little is known about potential moderators of such effects, including pre-existing physical disorders and personal characteristics. This study investigated if the effects of daily changes in levels of air pollutants among individuals with mental disorders (MDs) vary depending on comorbid physical...

我们汇总了发表在JPhys Complexity期刊第五卷的优秀文章，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JPhys Complexity期刊的支持！希望您喜欢阅读这一合集。 亮点文章 Both eyes open: Vigilant Incentives help auditors improve AI safety Paolo Bova, Alessandro Di Stefano and The Anh Han   Beyond the aggregated paradigm: phenology and structure in mutualistic networks Clàudia Payrató-Borràs, Carlos Gracia-Lázaro, Laura Hernández and Yamir Moreno   Economic complexity and the sustainability transition: a review of data, methods, and literature Bernardo Caldarola, Dario...

本篇研究来自美国加州大学圣塔芭芭拉分校Ranjit Deshmukh课题组。本研究发现在中国电力系统的低碳转型过程中，健康效益的区域差异减少，而就业效益的区域差异将增大；本文采用多区域投入产出方法计算就业的溢出效益，首次计算了就业效益如何在跨省、跨行业的产业链间分布；东部地区就业增加最多，而西部地区、中部和东北地区就业增幅较少；东部地区成熟的工业体系将为可再生能源提供大量原材料，因而创造大量就业。 文章介绍 Regional disparities in health and employment outcomes of China’s transition to a low-carbon electricity system Haozhe Yang（杨皓哲）, Qian Luo（罗茜）, Gang He（何钢）, Jiang Lin（林江）, Jeremiah Johnson, Fernando Garcia-Menendez, Olivier Deschenes, Ana Mileva and Ranjit Deshmukh 通讯作者： Ranjit Deshmukh, 加州大学圣塔芭芭拉分校   研究背景： 中国低碳转型将提升中国整体就业，并减少空气污染带来的过早死亡。然而，不同区域和省份的可再生资源禀赋和产业结构并不同相同。因而，低碳转型的就业和健康效益在每个区域和省份的分布可能存在较大差异。目前，尚未有研究阐述在电力系统的低碳转型中，就业和健康效益在区域和省际的分布。由于中国不同区域的经济发展存在巨大差距，因而，厘清就业和健康收益在不同区域和省份的分布，有助于决策者制定相关政策以促进区域间的公平发展。   研究内容： 本研究耦合了电力系统模型（GridPath），空气质量模型（InMap）和多区域投入产出模型（MRIO），计算了在中国电力系统的低碳转型中，各个省份和区域的就业和健康收益变化。 研究发现，煤电在东部和中部地区导致的过早死亡最多。相较于西部和东北部，低碳转型将在东部和中部地区产生更多的健康效益。 更为重要的是，在低碳转型的过程中，如果将减排目标确定为控制全球升温在2ºC范围内，东部地区的就业增加最多，而西部和中部的部分省份就业将减少。如果将目标确定为1.5ºC，则仍是东部地区的就业增加最多，而西部，中部和东北部的就业也将增加，但增幅不如东部。   图1. A. 基准情景下，2020-2040年中国电力系统及其上游行业在各省的累计就业人数。B. 在升温2ºC情景下，就业人数相对于基准情景的变化。C. 在升温1.5ºC情景下，就业人数相对于基准情景的变化。D. 就业人数在各个区域内的变化。   由于成熟的工业体系，东部地区将为可再生能源的基础设施建设提供大量材料和零部件，因而产生大量的间接就业。由于煤炭产业的淘汰和可再生能源的匮乏，传统的煤炭和煤电省份如山西、陕西和宁夏，就业将会减少。 西部地区虽然有丰富的资源资源禀赋，然而由于生产可再生能源设备的产业主要集中于东部地区，在低碳转型中的就业增加不如东北部地区。同时，西部地区集中了中国的主要产煤省份（新疆和内蒙古），淘汰煤电意味着传统煤炭开采业及上下游产业的退出。 本研究提出在电力系统的低碳转型中，可能加剧区域间就业差异。因而，相关产业政策应为失业人员提供补助，建立社会保障安全网，并合理使用转移支付手段。同时，区域间的产业转移，将劳动密集型产业从东部向其他地区转移，也有助于减少区域间的就业不平等。 作者介绍 杨皓哲  博士后研究员...