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本论文作者来自清华大学精密仪器系，论文主要探索新型结构光束及其在湍流环境下的性能，这种新型结构光束被称为稳定光束STOB（Steady Optical Beam）。研究结果表明，该新型结构光束能够显著提升光束传播时的抗湍流能力。通过采用相位型空间光调制器进行动态调控，该方法有效扩展了光束的焦深，并进一步提升了抗湍流能力。该研究在空气、烟雾或水介质中的信号与图像传输领域中具有应用前景。 文章介绍 Robust propagation of a steady optical beam through turbulence with extended depth of focus based on spatial light modulator Yiqian Yang（杨怡谦）, Xingwang Kang and Liangcai Cao（曹良才） 通讯作者： 曹良才，清华大学精密仪器系   研究背景： 当光束在湍流介质中传输时，介质折射率的变化会引入像差，从而显著影响光束特性并降低信号传输与成像质量。如何实现稳定传播的结构光束，是抗湍流技术领域的一个重要挑战。当前，具有特殊设计结构的透镜制造成本高且缺乏动态调制特性，在工程中衍射光学器件的应用范围相对受限。本研究通过相位型空间光调制器实现了对光场的任意调制，基于横向波矢干涉相消机理设计了一种新型结构光束STOB。该结构光束采用动态的相位分布，能够将相位光束的焦深提高26倍，同时将光束的抗湍流性能提高4.7%，这一创新方法为克服湍流效应提供了新的途径，并在实现稳定传播的结构光束方面取得了显著进展。   研究内容： 本研究基于横向波矢干涉消除机理，解决了多环结构光束STOB的动态产生问题，实现了光束抗湍流性能的提升。采用空间光调制器对STOB进行动态调制，突破了光束传播距离的限制，为光束在长距离湍流介质中的传播提供了新的解决方案。相较于传统的高斯光束，STOB具有许多优势。在强湍流介质中，STOB展现出更高的峰值强度和更好的鲁棒性能，同时具有焦深扩展和实时动态调控等特点。如图1所示，从Ring 1到Ring 6的干涉相消，可以实现一定长度的焦深DOF，在不同的深度探测都可以得到稳定的焦点。采用空间光调制器，可以实现DOF1到DOF3的焦深扫描，从而实现了长焦深光束，进一步扩展了光束的焦深范围。图2为STOB和高斯光束在水下的传播对比实验装置图，在水箱中的光束传播实验结果表明，如图3所示，尽管水的折射率不断变化，但是传播光束的稳定性仍然得到了显著的提升，光束的抗湍流性能提高4.7%。本研究提出的新型结构光束对于处理光束在湍流介质中的传播具有重要意义，并为光学系统在复杂环境下的应用提供了有力支持。 图1 长焦深光束产生原理 图2 STOB和高斯光束在水下的传播对比实验装置图 图3 STOB光束湍流鲁棒性能提升结果 作者介绍 曹良才  教授 清华大学 曹良才，清华大学精密仪器系教授、博士生导师。国际光学工程学会SPIE和美国光学学会OPTICA会士。2005年获得清华大学光学工程专业博士学位，毕业后留校工作至今，加州大学圣塔克鲁兹分校和麻省理工学院访问学者，研究方向主要为全息光学成像与显示技术，自2023年4月开始担任JPhys Photonics期刊编委。   杨怡谦  博士研究生...

本篇研究来自北京大学戴瀚程课题组。通过应用北京大学LEEEP团队自主开发的IMED综合评估模型，定量分析中国省级道路交通部门的电气化带来的碳减排和空气污染控制效果。探究不同省级区域电动汽车渗透对空气质量改善的影响，进一步分析人群健康效应，为中国道路交通电气化的省级梯度推广方案制定提供参考。 文章介绍 Regionally differentiated promotion of electric vehicles in China considering environmental and human health impacts Yan Ru Fang （方艳茹）, Xin Sun（孙锌）, Silu Zhang（张思露）, Gang Liu （刘刚）, Xiaorui Liu（刘晓瑞）, Peng Zhang, Yifei Kang, Hancheng Dai（戴瀚程） 通讯作者： 戴瀚程，北京大学环境科学与工程学院   研究背景： 交通部门在深度脱碳和减轻污染排放方面发挥了重要作用，被认为是实现全球可持续性发展的关键。中国道路运输占比较大，客运作为道路运输的重要模式，其碳排放量不容忽视。目前，推广电动汽车被普遍视为全球范围内降低交通二氧化碳排放和减少空气污染物排放的重要途径。然而，由于中国31个省级地区在经济发展、人口动态、电动汽车普及状况、汽车保有量和电力结构等方面存在差异，这将导致电动汽车的推广路径在省级层面存在差异。因此，有必要在省级层面从减排、空气质量改善、人群健康效益的角度来探讨电动汽车推广的区域差异化策略。   研究内容： 电气化推动了二氧化碳排放量的大幅减少 研究表明，在不清洁的电力系统下，电动汽车可能无法达到预期的减排效果；尽管如此，与低能效的传统燃油汽车相比，电动汽车仍具有很高的减排潜力。   图1：2011至2018年间各情景下二氧化碳排放变化及其驱动力   空气污染物减排 研究发现，在电力结构不清洁的情况下，电动汽车存在增加大气污染物排放的风险，其中， SO2的排放量最高。   图2：(a)2011至2018年间大气污染物排放趋势及 (b)2018年时空分布   空气质量和区域健康效益...

本篇研究来自中南大学何虎课题组。本文提出了基于3D打印工艺制备微流道的液态金属图案化方法，制造了柔性可延展的导线-电极单元，并对柔性可延展导线-电极单元进行了电学表征；同时提出了表面组装式与嵌入式两种液态金属柔性可延展电路的集成封装工艺。 文章介绍 Fabrication and integration of functional stretchable circuit based on liquid metal Xudong Pan（潘旭东） and Hu He（何虎） 通讯作者： 何虎，中南大学   研究背景： 柔性电子是指在弯曲、拉伸的情况下的还可以保持其功能的电子器件及电路，可以实现电子设备与人体体表类或植入类集成。另外，柔性电子设备与复杂曲面的共形能力远超传统电子设备，具有更好的适配性与可靠性。 镓铟锡合金(Galinstan)是一种常温下的液态金属，具有金属的导电性与液体的流动性，是构建柔性电子的理想材料。然而，液态金属作为导电互连结构的柔性电路，大多采用打印、印刷工艺，互连导线与功能器件难以稳定可靠连接，难以形成可靠的封装互连与工艺集成。本文针对可延展电路柔性基板大变形的情况下难以保证器件可靠的电学互连等问题，开展了基于液态金属的导电聚合物与可延展电路制造与集成工艺研究。   研究内容： （1）提出了基于3D打印工艺制备微流道的液态金属图案化方法，制造了柔性可延展的导线-电极单元，并对柔性可延展导线-电极单元进行了电学表征。导线-电极单元初始电阻仅为1.4Ω左右，最大延展率为260%。将导线-电极单元拉伸至原长110%，该范围内电学灵敏度仅为0.2，继续拉伸至原长260%，该范围电学灵敏度大约为1.5，反映出优异的电阻稳定性。同时，通过改变加载速率，发现液态金属互连导线电学性能无明显差别。 图1（a）液态金属蛇形互连结构显微图像；（b）铜箔电极与液态金属接触处显微图像；（c）20%应变，（d）50%应变，（e）100%应变下液态金属蛇形互连结构显微图像 在20%应变范围与100%应变范围循环动态加载试验中，液态金属导线-电极单元的电阻变化率ΔR/R0分别为0.012与0.23，反映了良好的电阻动态稳定性。此外，我们还注意到了液态金属优异的可修复特性，这种特性使得基于液态金属的电学互连单元具有更好的可靠性与稳定性。 图2 液态金属柔性导线-电极单元在（a）20%应变与（b）100%应变循环拉伸500次的电阻的变化 （2）提出了表面组装式与嵌入式两种液态金属柔性可延展电路的集成封装工艺。两种集成方法制造的LED灯-导线单元均可以在弯曲、折叠、扭曲等形变下正常工作，其中，嵌入式制造的LED灯-导线单元在可以在260%的应变下正常工作。另外，嵌入式集成工艺中合理的流道结构设计能够保证液态金属与电子器件固液界面稳定的机械接触，并能最大限度保留液态金属的流动性。最后，通过表面贴装集成工艺实现封装电子器件在柔性基底上集成，演示了流水灯柔性电路系统，该电路可以在100%应变下正常运行，展示了刚性器件与液态金属柔性电路集成的潜力。 图3 表面贴装法制造的LED-液态金属互连单元可在150%的大应变下正常工作，嵌入法制造的LED-液态金属互连单元可在200%的大应变下正常工作 图4 （a）（b）（c）基于单片机表面贴装法集成的流水灯柔性可延展电路，（d）（e）（f）在50%、100%应变下均可正常工作 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics 2022年影响因子：3.4  Citescore：5.9 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。

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管习文、北京计算科学研究中心程颂、西北大学陈洋洋课题组。本文利用Bethe ansatz-形式因子（form factor）计算法，严格计算了数千粒子的尺度上一维玻色子系统的动力学结构因子，尤其首次精确得到了色散关系阈值附近的结构因子幂律关系即非线性Luttinger液体的行为。该研究不但弥补了一直缺失的关联函数反常维数的精确结果，而且将为冷原子实验以及其它方法提供了理论基准。 文章介绍 Exact results of dynamical structure factor of Lieb–Liniger model Run-Tain Li (李润天), Song Cheng (程颂), Yang-Yang Chen (陈洋洋), Xi-Wen Guan (管习文) 通讯作者： 程颂，北京计算科学研究中心 陈洋洋，西北大学 管习文，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院   研究背景： 由于维度和相互作用的共同影响，一维量子多体系统展现出诸多迥异于高维情形的有趣现象，比如Luttinger液体以及自旋-电荷分离等。关于动力学关联函数的研究一直是理解这些新奇量子多体现象的核心问题之一。然而，精确计算动力学关联函数一直是一个困难而复杂的问题。考虑到量子可积系统可以通过Bethe Ansatz方法严格求解，为理解量子多体系统的关联特性提供了精确计算方法。为此，借助形式因子方法，我们发展了一套简洁有效的算法可以用来精确计算动力学关联函数。精确地计算了在数千粒子尺度上的一维玻色气体（Lieb-Liniger模型）动力学结构因子。   研究内容： Lieb-Liniger模型是最典型的一维量子可积系统，它描述了一维具有接触相互作用的无自旋玻色子气体。该模型可以利用Bethe Ansatz方法精确求解，体系的本征态可以利用一组类似无相互作用费米子的量子数标定。一般来说，利用谱表示计算动力学关联函数需要考虑所有的本征态对形式因子的贡献并求和。因此，计算大尺寸系统关联函数的核心困难是如何找出具有显著贡献的本征态并有效的截断求和。 为此，我们提出用4个具有显著物理意义的量子数标注（非负整数）来划分本征态的集合，事实证明这种划分能非常高效的筛选出了对关联函数贡献较大的状态，从而精确计算了色散关系阈值附近的结构因子幂律关系和非线性Luttinger液体的行为，其结果也确认了非线性Luttinger液体理论预言的正确性。这表明在该尺寸下体系的关联性质已经接近热力学极限，展现了量子多体关联的本质。此外，我们还与其他理论方法进行了对比，结果显示我们的方法具有极高的精度，尤其是正确地反映了关联函数在谱边界上的幂律行为，参见图1。另外，我们的结果为其它方法提供了参考，参见图2 。 图1. 动力学结构因子的线形以及它在谱边界上的幂律行为，这里的系统粒子数N=2000，相互作用强度γ=1，激发动量k=0.5kF ：(a) 动力学结构因子随激发能量的变化；(b) 单粒子谱的下边界上的幂律关系；(c) 单粒子谱的上边界上的幂律关系。注意，(b)和（c）均为对数坐标。 图2. 通过不同方法得到的动力学结构因子：FFA表示我们利用form factor approach得到的结果；SCE表示强相互作用展开(strong coupling expansion)的解析结果；ABACUS表示基于ABACUS库的数值方法。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical...

本篇研究来自中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）杨清华课题组。本文基于国际上最新发布的CryoSat-2全季节北极海冰厚度遥感数据和气候多学科漂流冰站（MOSAiC）海冰现场观测数据，系统评估了代表当前国际现状水平的极地预测年(YOPP)北极海冰厚度预测能力，发现当前的北极海冰厚度预测水平仍存在较大不足。 文章介绍 Better synoptic and subseasonal sea ice thickness predictions are urgently required: a lesson learned from the YOPP data validationQinghua Yang(杨清华), Yongwu Xiu(修勇武), Hao Luo(罗昊), Jinfei Wang(王今菲), Jack Christopher Landy, Mitchell Bushuk, Yiguo Wang, Jiping Liu(刘骥平) and Dake Chen(陈大可) 通讯作者： 杨清华，中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）   研究背景： 全球变化背景下，北极海冰在近十多年来快速减少，并多次刷新历史低值。这为人类北极海上活动提供了机遇，但也对极地海冰预测提出了更高的要求。在此背景下，世界气象组织(WMO)于2013年启动了为期十年的极地预测计划（PPP）,目的是显著提高从小时到季节时间尺度的极地预测能力。极地预测年(YOPP)是PPP的核心行动，旨在通过加密观测、数值模拟与验证等方式提升极地预测水平。YOPP海冰预测数据集作为YOPP的重要成果之一，代表了当前的极地海冰预测现状水平。海冰厚度是重要的海冰参数之一，但目前仍缺乏针对YOPP海冰厚度预测数据的系统性评估。   研究内容： 综合可获取的卫星观测和现场观测海冰厚度数据集，系统性评估了YOPP预测数据集的海冰厚度预测表现。特别是，创新性地使用了国际上最新发布的基于CryoSat-2卫星的全季节北极海冰厚度遥感数据（Landy等，2022），以及迄今为止人类最大规模的北极科考计划-气候多学科漂流冰站（MOSAiC）浮标观测数据。研究结果表明，YOPP海冰厚度预测数据有较大的初始误差（图1a-b），且初始误差在不同季节有较大差异（图1d-f）；与初始误差相比，未来15天内的预测误差变化较小（图1c，f）。 图 1.（a）现场观测海冰厚度数据，（b）YOPP海冰数据初始误差，（c）YOPP海冰厚度预测误差统计随预测时长的变化，（d-e）聚类分析得到的两类海冰厚度误差分布，（f）两类海冰厚度误差部分在不同月份的相对显著程度。 为进一步评价当前业务预测对海冰厚度的初始场分析能力，对比分析了YOPP海冰厚度分析场与国际主流的海冰厚度模式数据集的差异。基于误差分解的研究结果表明，相对于国际主流的海冰厚度模式数据集，YOPP海冰厚度分析场仍有较大误差（图2a-c），其中在波弗特海区的误差主要来源于较大的平均值与方差估计误差（图2d-e），在中央海区的误差主要来源于较大的协方差估计误差（图2f）。 图 2. （a）基于MOSAiC浮标观测的YOPP冰厚分析场误差（橙色圆点）、PIOMAS误差（蓝色圆点）、TOPAZ4误差（绿色圆点）、NAOSIM误差（黄色圆点）；（b）基于MOSAiC浮标观测数据的泰勒图；（c）基于CryoSat-2卫星反演冰厚的YOPP海冰厚度分析场与多源海冰厚度模式估算数据均方根误差的差异；（d）-（f）：均方根误差分解项，依次为：误差平方的差异，方差的差异，协方差差异的负二倍 本研究表明不同于相对成熟的海冰水平范围预测，当前的北极海冰厚度预测水平仍存在较大不足，呼吁加强卫星观测海冰厚度数据的资料同化应用研究，以改善业务预报中心北极海冰厚度的模式分析质量，进而提升北极海冰厚度预测能力。 作者介绍 杨清华  教授 中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海） 杨清华，中山大学大气科学学院教授，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）主任助理。主要从事极地海冰和气候预测研究。 期刊介绍 Environmental Research Letters...

本篇研究来自河南科技大学李新忠、台玉萍和新加坡南洋理工大学申艺杰课题组。本文通过改进晶格坐标变换技术，提出了一种可多维调控的光学涡旋阵列，该阵列不仅整体结构可控，而且局部涡旋甚至单个涡旋的位置都是可独立调控的。并通过平面波干涉验证了涡旋的存在，并确定了其大小。此外，我们对每个涡旋的半径及其位置进行了独立调控。这项工作提供了一种产生灵活可控的光学涡旋阵列的新方案，将在光学捕获和多粒子操作中开辟潜在的应用前景。 文章介绍 Multi-dimensionally modulated optical vortex arrayYuping Tai（台玉萍）, Haihao Fan, Xin Ma, Yijie Shen（申艺杰）,and Xinzhong Li（李新忠） 通讯作者： 台玉萍，河南科技大学 申艺杰，新加坡南洋理工大学 李新忠，河南科技大学   研究背景： 近年来，携带轨道角动量的光学涡旋在微粒操纵、基于轨道角动量的光通信等领域受到了广泛关注。对于这些应用，光学涡旋阵列提供了丰富的信息和额外的灵活性，更好地满足了大容量光通信和多粒子操作的应用需求。然而，密排布的光学涡旋阵列结构受到整体控制的限制，不能独立调节阵列中每个涡旋的位置以产生更一般化结构的光学涡旋阵列，这限制了光学涡旋阵列在多粒子复杂操作中的应用。   研究内容： 图1 不同结构的可多维调控光学涡旋阵列 在固体物理中，使用了14种Bravais晶格来完整地描述晶体结构的排列。在二维平面上的投影可以表示为平行四边形、正方形、菱形和六边形。同样，使用本工作的方法可以很容易地生成具有正方形、菱形和六边形结构的可多维调控光学涡旋阵列，如图1所示。 图2 可多维调控光学涡旋阵列的列调控 如图2(a1)−(c1)所示，通过改变参数q，可以自由地调整阵列中涡旋的列间距，从而提供了一个额外的调控维度。除列调控外，还可以通过改变两个位置参数Gn,1和Gn,2自由地进行行调控和行列组合调控，如图3(a1)−(c1)和(a2)−(c2)所示。该方法还允许控制任意数量涡旋的位置。图3(a3)−(c3)和(a4)−(c4)分别展示了阵列中的1个、3个和5个涡旋调控的结果。 图3 可多维调控光学涡旋阵列的多维调控 图4 可多维调控光学涡旋阵列中单个涡旋的独立调控 此外，该方法可以通过对每个涡旋进行独立调控而产生更通用的阵列模式。如图4(a)所示，通过设置位置参数和锥角，实验产生了一种涡旋均匀分布的空心可多维调控光学涡旋阵列。在应用方面，该可多维调控光学涡旋阵列将促进一些高级应用，如多粒子操作和功能型微结构。为了证明该阵列的能力，我们通过调节光学涡旋的半径来模拟NaCl晶体结构的投影，如图4(c)所示。 作者介绍 李新忠  教授 河南科技大学 李新忠，河南科技大学教授，博士生导师，河南省杰出青年基金获得者。主要研究方向为光场调控技术、动态散斑测量技术等。在Phtonics Research、Nanophotonics、Optics Letters、Applied Physics Letters、Physical Review A、Optics Express、Annalen der Physik、《光学学报》、《中国激光》等中外著名期刊上以第一作者/通讯作者发表SCI论文50余篇（其中，ESI高被引和热点论文1篇）。出版学术专著3部，授权国家发明专利50余项，专利成果转化10余项。 申艺杰  助理教授 新加坡南洋理工大学 申艺杰，清华大学光子测控技术教育部重点实验室、精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室博士，英国南安普顿大学光电研究中心高级研究员，新加坡南洋理工大学物理与数学科学学院物理与应用物理系助理教授。研究方向为结构光操控、光学角动量、量子纠缠、超快非线性光学及纳米光学与超材料。在物理及光学领域知名期刊NaturePhotonics, Nature...

In its 60 years of existence, the field of nonlinear optics has gained momentum especially over the past two decades thanks to major breakthroughs in material science and technology. In this article, we present a new set of data tables listing nonlinear-optical properties for different material categories as reported in the literature since 2000. The...

September 9 2018: storms Florence, Isaac, and Helene over the North Atlantic. All three are visible in this NASA image acquired by the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) on the Suomi NPP satellite. Source: https://earthobservatory.nasa.gov   特刊详情 客座编辑 Sarah Perkins-Kirkpatrick，澳大利亚新南威尔士大学 Isla Simpson，美国大学大气研究协会 Deepti Singh，美国华盛顿州立大学温哥华校区 Michael Wehner，美国劳伦斯伯克利国家实验室 主题范围 Extreme weather affects every person on Earth. Heat...

本篇研究来自天津师范大学基础数学课题组。本项研究基于Wigner-Yanase斜信息，利用量子相空间上的Kirillov–Kostant–Souriau Kähler结构，引入了一种新的适用于量子混合态的几何不确定性关系。 文章介绍 Geometric uncertainty relations on Wigner–Yanase skew informationBin Chen（陈斌），Pan Lian（连攀） 通讯作者： 连攀，天津师范大学   研究背景： 不确定性原理是量子物理学中的基本原理之一。著名的海森堡-罗伯逊不确定性关系指出两个不对易的可观测量不能同时被精确测量。1963年，Wigner和Yanase引入了斜信息的概念。这个物理量提供了量子态和可观测量之间非交换性的一个度量，在量子信息的研究中起到了重要作用。在过去的二十年里，基于Wigner-Yanase斜信息建立新的不确定性关系引起了广泛的研究兴趣。除已知的推广外，考虑基于斜信息的多个可观测量的不确定关系也是一个非常有趣的问题。但这并不是一项容易研究的内容，因为斜信息并不能在量子态空间中诱导出一个有效的度量结构。本项研究对这一问题进行了探索。   研究内容： 本文基于量子相空间上的Kirillov–Kostant–Souriau Kähler结构，引入了一种新的适用于量子混合态的几何不确定性关系。该结果进一步优化了H. Heydari基于方差的几何测不准关系和S. Luo基于斜信息建立的量子测不准关系。此外，文中研究了Wigner-Yanase斜信息乘积形式的不确定性关系。对于斜信息加和形式的不确定性关系已有很多文献进行了研究，并且已有文献指出海森堡-罗伯逊型的测不准关系的下界不再适用于斜信息的乘积形式。作者成功的引入了一个称为“谱间距”的乘积因子，得到了物理意义明确的下界，该下界只与可观测量的对易子以及量子态的“谱间距”有关，从而刻画了可观测量的非对易性。最后，作者将基于斜信息的几何不确定性关系推广到了任意三个可观测量的情形，对于加和与乘积形式均给出了紧的下界，在这些不等式的推导过程中Kähler结构起到了至关重要的作用。文中的方法同样适用于基于度量调整斜信息以及非厄米算子的情形。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2022年影响因子：2.1  Citescore：4 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。

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 Environment Environmental Research Letters Positive effects of projected climate change on post-disturbance forest regrowth rates in northeastern North American boreal forests Victor Danneyrolles, Yan Boucher, Richard Fournier and Osvaldo Valeria   A systems perspective on water markets: barriers, bright spots, and building blocks for the next generation Dustin Garrick, Soumya Balasubramanya, Melissa Beresford,...

本篇研究来自西安交通大学朱益飞、吴云课题组。本文提出将复杂的击穿放电-平衡放热-组分输运点火器过程解耦研究的思路，为火花射流点火器的设计制造提供了数值模型基础。 文章介绍 Multi-physics modeling of a spark plasma jet igniter Xiaochi Ma（马啸驰）, Yifei Zhu（朱益飞）, Yun Wu（吴云）, Xiancong Chen（陈贤聪） and Bingxuan Lin（林冰轩） 通讯作者： 朱益飞，西安交通大学 吴云，西安交通大学   研究背景： 等离子体点火借助等离子体放电而产生的大量热量和高能带电粒子(如电子、离子、激发态粒子和原子或分子的自由基等)以启动燃烧的一种新型点火方式，其点火燃烧过程是一个气体放电、流体动力学和燃烧化学反应共同参与的多物理场耦合过程。为了帮助设计和优化等离子体点火器，建立多物理场耦合的数值模型是其中一项具有挑战性的任务。 研究目的： 本工作旨在建立一个自洽的多物理场数值模型，以描述火花射流等离子体点火器内的放电等离子体和气体流动。借助此模型研究了气体放电发展和加热的特性、初始火核的演化以及输运效应。 研究内容： 对一种火花射流等离子体点火器建立了数值模型，其计算域示意图如图1所示，前期实验装置示意图如图2所示。 图1 火花射流点火器模型的示意图。(a)点火器计算域的三维视图，(b)点火器结构(z轴左侧)和计算域(z轴右侧)的2D视图 图2 实验装置示意图 研究其从放电产生到初始火核形成的过程，并将工作过程分为了三个阶段： (1)放电发展/传播阶段: 此阶段持续时间约为几十个纳秒，描述了点火器放电腔内由高压产生等离子体流注到火花发展，并形成放电通道的过程。此阶段认为是非平衡等离子体。 图3 放电传播阶段的电子密度分布。红色部分代表阴极和阳极，蓝色部分代表电介质壁。(a) t=20ns，(b)t=32ns，(c)t=44ns，(d)t=56ns，单位：m^−3 (2)气体加热阶段: 此阶段为从放电通道形成开始到放电结束之间的气体加热过程，采用局域热力学平衡的假设，描述了放电腔内等离子体的能量沉积以及对气体的加热效应。 图4 气体加热阶段平衡电弧放电中的温度演变。(a)t=2µs，(b)t=6µs，(c)t=10µs，(d)t=14µs，单位：K (3)射流阶段: 此阶段从放电通道形成开始到高温射流从点火器喷出的微秒时间尺度下的物理过程，重点关注气体加热造成的流体动力学效应，即高温的初始火核在放电腔外形成以及组分输运过程，其中气体加热在前一个阶段进行了解耦和预计算。将此阶段的计算结果与前期实验中的ICCD拍摄的火核图像在同一时刻进行了火核位置和大小的对比，如图5所示。 图5 在(a)t=0µs，(b)t=6µs，(c)t=12µs，(d)t=18µs时，比较火核的实验和计算图像。计算的火核由温度分布表示。第一行显示实验拍摄的火核（分别为前视图和俯视图），第二行显示同一时刻的计算结果。蓝色虚线代表点火器的边界，以0µs作为电流信号触发拍摄的时刻。 结论： 对火花射流点火器的等离子体流体多物理过程进行了数值研究。采用PASSKEy(用于非平衡放电阶段)和COMSOL Multiphysics软件(用于电弧和反应射流阶段)模拟空气中火花喷射点火器的放电和流体动力学特性。 重要性： 将复杂的击穿放电-平衡放热-组分输运点火器过程解耦研究，可为点火器的设计、制造和优化提供帮助，为发展多物理场耦合的等离子体点火数值模型提供工作基础。 作者介绍 吴云  教授 西安交通大学 吴云，博士，教授。主要从事航空发动机气动与燃烧、等离子体流动控制与点火助燃研究。...

本篇研究来自兰州大学赵敦课题组。本文应用非标准的Hirota双线性方法，得到了一维的自旋-轨道耦合自旋-1 玻色-爱因斯坦凝聚体系统的一系列精确的单孤子和双孤子解，研究了自旋-轨道耦合效应对系统的孤子动力学，比较了自旋-轨道耦合效应存在和不存在时系统的孤子态的差异。本文的结果为可能的实验提供了理论依据。 文章介绍 Soliton collisions in spin–orbit coupled spin-1 Bose–Einstein condensates Juan-juan Qi（祁娟娟）, Dun Zhao（赵敦） and Wu-Ming Liu（刘伍明） 通讯作者： 赵敦，兰州大学数学与统计学院   研究背景： 孤子态是玻色-爱因斯坦凝聚体中宏观量子效应的典型表现形式，自旋-轨道耦合为玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子态的产生和调控提供了重要的新途径，因此对自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子动力学的研究成为近年来超冷原子领域研究的重要课题之一。本文的目的是利用解析解，在理论上研究自旋-轨道耦合效应对系统孤子碰撞动力学的影响，为相关实验提供参考。   研究内容： 本文应用非标准的Hirota双线性方法，得到了一维的自旋-轨道耦合自旋-1 玻色-爱因斯坦凝聚体系统的一系列精确的单孤子和双孤子解，研究了自旋-轨道耦合效应对系统的孤子动力学，特别是孤子碰撞动力学的影响，详细讨论了极化-铁磁型、铁磁-铁磁型和极化-极化型的孤子碰撞的动力学性质，比较了自旋-轨道耦合效应存在和不存在时系统的孤子态的差异。一个有趣的结果是：自旋轨-道耦合效应可以导致孤子的分裂。由于孤子态及孤子碰撞可以在实验中观测，本文的结果为可能的实验提供了理论依据。 文中图2清楚显示了自旋-轨道耦合效应对系统的孤子碰撞动力学的影响。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2022年影响因子：2.1  Citescore：4 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。