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 Ocean dynamics and biological feedbacks limit the potential of macroalgae carbon dioxide removal Manon Berger, Lester Kwiatkowski, David T Ho and Laurent Bopp Uncompensated claims to fair emission space risk putting Paris Agreement goals out of reach Gaurav Ganti, Matthew J Gidden, Christopher J Smith, Claire Fyson, Alexander Nauels,...
本路线图由来自瑞典哥德堡大学的Giovanni Volpe教授、意大利CNR-IPCF的Onofrio MMarago教授、澳大利亚昆士兰大学的Halina Rubinsztein-Dunlop教授和中国北京航空航天大学的王帆教授以及其他研究人员合作完成。本文总结了自20世纪70年代Arthur Ashkin首次利用激光捕获微粒这一开创性工作以来光镊在生命科学、物理学和工程学等领域的主要研究成果。该路线图从理论基础到光镊设计和搭建，为目前涉及光力和光镊的研究提供了见解，它还为从生物物理学到太空探索等广泛的研究领域提供了广阔的应用前景。 文章介绍 Roadmap for optical tweezers Giovanni Volpe, Onofrio M Maragò, Halina Rubinsztein-Dunlop, Giuseppe Pesce, Alexander B Stilgoe, Giorgio Volpe, Georgiy Tkachenko, Viet Giang Truong, Síle Nic Chormaic, Fatemeh Kalantarifard, Parviz Elahi, Mikael Käll, Agnese Callegari, Manuel I Marqués, Antonio A R Neves, Wendel L Moreira, Adriana Fontes, Carlos L Cesar, Rosalba Saija, Abir Saidi, Paul Beck, Jörg S Eismann, Peter Banzer, Thales F D Fernandes, Francesco Pedaci, Warwick P Bowen, Rahul Vaippully, Muruga Lokesh, Basudev Roy, Gregor Thalhammer-Thurner, Monika Ritsch-Marte, Laura...
This review summarizes recent works, all using a specific atomistic approach, that predict and explain the occurrence of key features for neuromorphic computing in three archetypical dipolar materials, when they are subject to THz excitations. The main ideas behind such atomistic approach are provided, and illustration of model relaxor ferroelectrics, antiferroelectrics, and normal ferroelectrics are...
本篇研究来自北京计算科学研究中心薛鹏课题组。基于量子行走，本文介绍了一种通用量子路由器。按照目标位置，控制硬币抛掷，量子态可从单一位置确定性的传输到多个位置的相干叠加。在线性光学系统中，实验演示了双光子纠缠态确定性地传输到二十五个位置的相干叠加。这一量子路由器具有高效率和确定性的优点，是迄今为止开发的最高效的光量子路由器，可应用于构建量子网络。 文章介绍 Demonstration of a photonic router via quantum walksHuixia Gao（高慧霞）, Kunkun Wang（王坤坤）, Dengke Qu（曲登科）, Quan Lin（林泉） and Peng Xue（薛鹏） 通讯作者： 薛鹏，北京计算科学研究中心 研究背景： 在量子信息处理中，量子计算和量子通信展现出巨大的优势，而构建量子网络，实现多节点量子计算及量子通信更是备受关注。在量子网络的构建中，通过量子路由，实现多节点间的相干连接尤为关键。但不同于经典的路由器，量子路由器的实现具有极高的挑战性。这不仅是因为量子态的脆弱性导致确定性的量子路由方案不易实现，还由于在不破坏量子态的前提下，可控的传输量子态到多个位置的相干叠加尤为困难。而在量子行走中，存在多个可控自由度，行走者携带硬币态可从某一位置出发传输到多个位置的相干叠加。基于这一优势，本文旨在利用量子行走，探索一种可控、可扩展的确定性量子路由器的实现方案，并实验证明其路由的高度可控性和高效性。 研究内容： 量子路由器需要满足五个标准：（1）量子态可从一端输入，从任意位置输出；（2）输入和输出的量子态需保持一致；（3）输出端，量子态可存在于多个不同位置的相干叠加；（4）不存在后选择过程；（5）耗费资源越少，路由器越好。针对这五个标准，本文基于离散时间量子行走，提出一种通用量子路由器实现方案。不同于以往量子路由方案中采用控制量子比特，该方案将传输位置控制信息编码到硬币抛掷操作，行走者携带硬币态可确定性的从单一位置出发，可控的传输到多个不同位置的相干叠加。该方案不仅可以传输单量子比特态，还可以应用于实现多量子比特纠缠态的传输；且在传输过程中，满足上述五项标准，实现通用量子路由器。在此基础上，利用线性光学系统，该工作搭建了迄今为止最高效的光量子路由器。通过编码待传输纠缠态于双光子偏振态，设计量子行走实验实现装置，确定性的实现了传输量子纠缠态到二十五个位置的相干叠加。实验还通过控制硬币抛掷，实现了按需纠缠态的相干传输，通过量子态层析及量子过程层析技术，证明了传输前后量子态的不变性。该方案不仅能够应用于线性光学系统，也可应用于其他诸如超导量子线路、光波导及离子阱等系统，为实现量子网络提供有效工具。 作者介绍 薛鹏 教授 北京计算科学研究中心 薛鹏，北京计算科学研究中心教授。在国际顶级学术期刊包括：Nature Physics, Physical Review Letters, Nature Communications等以第一/通信作者发表学术论文130余篇。入选江苏省六大人才高峰（2016），江苏省杰出青年基金（2016），国家杰出青年科学基金（2020）。获得2021年度王大珩光学奖中青年科技人员奖，2022年度中国光学学会光学科技奖一等奖（第一完成人）。 期刊介绍 New Journal of Physics 2021年影响因子：3.716 Citescore：6.7 New Journal of Physics（NJP）是IOP和德国物理学会共同出版，是第一本发表物理学各领域原创性研究成果的开放获取期刊。NJP是发表优秀科学论文的领军刊物，吸引了全球物理学界的关注和兴趣，内容范围包括：量子物理（包括量子信息）；原子和分子物理；光学、光子学和器件物理；凝聚态；纳米科学；软物质和聚合物；化学物理学；统计力学、热力学和非线性系统；流体动力学；等离子体；核和粒子物理学；宇宙学和天体物理学；生物和医学物理学；地球科学和地球物理学等。
本篇研究来自哈尔滨工业大学周忠祥、李均课题组。本文介绍了Sr3Co2Fe24O41在外加磁场的诱导下实现了静态磁电耦合响应及一阶和二阶动态磁电耦合响应，Sr3Co2Fe24O41可以在一个外加小磁场的诱导下实现铁电极化，且铁电极化的方向不随外磁场方向的改变而改变，并且在外磁场诱导的静态和动态磁电耦合响应的耐受温度可达370K,具有潜在优势应用到室温及以上的磁电耦合器件当中。 文章介绍 Low magnetic-field induced high temperature dynamic magnetoelectric coupling performances in Z-type Sr3Co2Fe24O41 Jun Li(李均), Dongpeng Zhao(赵东鹏), Han Bai(白晗), Zhi Yuan(袁志) and Zhongxiang Zhou(周忠祥) 通讯作者： 周忠祥，哈尔滨工业大学 李均，哈尔滨工业大学 研究背景： 磁电耦合响应即磁场诱导的样品的铁电极化或电场诱导的样品的磁化现象具有潜在优势应用到非易失性存储器件当中。然而具有磁电耦合响应的材料十分稀少，因此探究开发出具有磁电耦合效应的材料对开发下一代功能电子器件具有显著意义。六角铁氧体基于其特殊的结构和组成属于铁电性和铁磁性起源于相同机制的第二类多铁材料，具有能够诱导出强磁电耦合响应的潜力。根据组成结构的不同，六角铁氧体可以分为M、X、Y、Z、W、U等六种类型，大量研究表明Z型铁氧体在室温及以上温度能显示出较高的电阻率以致其在极化过程中不会产生较高的漏电流进而能被外磁场诱导出磁电耦合响应。因此，本文研究了六角铁氧体中的Z型铁氧体Sr3Co2Fe24O41以探究其在外磁场诱导下的磁电耦合响应强度以及磁电耦合响应的耐受温度。 研究内容： 本文通过传统固相烧结方法在1200摄氏度的烧结温度下制备了Z型六角铁氧体Sr3Co2Fe24O41。 样品的XRD衍射峰如图1与标准Z型铁氧体（19-0097）相对应，表明成功制备了具有P63/mmc空间群的Z型铁氧体。扫描电镜和能谱分析表明制备的样品十分致密，并且元素均匀分布在样品表面。介温谱分析所呈现的频率色散表现可归结于二价和三价铁离子之间的相互转换。物象分析表明样品成瓷性能良好。 图1. （a）样品的扫描电镜和元素分布 （b）样品的XRD衍射峰（c）介温谱（d）介电弛豫拟合曲线 样品的磁介电如图2所示在零磁场处出现一个明显的尖峰，表明制备的样品呈现出了磁电耦合响应性能表现。 图2. 样品不同温度条件下的磁介电响应 对样品极化过后的静态磁电耦合性能表明样品能够在外场的诱导下产生铁电极化现象如图3，并且样品的铁电极化方向不随外场的改变而改变。 图3.样品的静态磁电耦合响应 通过正反方向极化条件下测试所得样品的一阶动态磁电耦合响应呈现出沿坐标轴对称的蝴蝶状如图4，这对于样品在信息存储领域的应用具有潜能。 图4.样品的一阶动态磁电耦合响应 通过对样品的动态磁电耦合响应耐受温度测试表明样品所能耐受的最高温度为370K如图5,突破了大多数多铁材料仅在室温及以下温度仅具有磁电耦合响应。 图5.样品的不同温度条件下的动态磁电耦合响应 本文研究制备的Z型六角铁氧体在室温及以上条件下仍具有显著的磁电耦合响应，具有潜在优势应用于非易失性信息存储领域。 作者介绍 李均，四川射洪人，中共党员，哈尔滨工业大学教授、博士研究生导师，黑龙江省青年教学名师。从事钙钛矿型功能材料的制备及微波电磁特性研究工作，发表SCI论文30余篇，授权国家发明专利7项，作为负责人承担国家自然科学基金、某部委预研基金、教育部“一带一路”教育合作项目、高等学校教学研究项目等科研与教学项目。现任中国物理学会电介质物理专委会青年委员，国家自然科学基金函评专家，大学物理教指委文科物理委员会委员。目前课题组已经自主搭建了基于多物理场的磁电耦合性能测试系统，能够实现在不同温度、不同磁场、和不同旋转角度下样品的磁释电、磁介电、一阶/二阶磁电耦合系数等参数的系统测量。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2021年影响因子：2.745 Citescore: 4.3...
本篇研究来自清华大学罗毅课题组。为了降低GaN基材料外延生长温度，课题组提出了一种感应耦合等离子体辅助的金属有机化学气相沉积（ICP-MOCVD）技术，在低温（580℃）下得到了GaN结晶薄膜并通过器件制备验证了其性能。 文章介绍 Thin film transistors and metal-semiconductor-metal photodetectors based on GaN thin films grown by inductively coupled plasma metalorganic chemical vapor deposition JiadongYu（余佳东）, Zixuan Zhang, Yi Luo（罗毅）, Jian Wang, Lai Wang（汪莱）, Xiang Li, Zhibiao Hao, Changzheng Sun, Yanjun Han, Bing Xiong, Hongtao Li 通讯作者： 罗毅，清华大学 研究背景： GaN基半导体材料作为一类直接跃迁型宽禁带半导体材料，具有优良的光电特性，已经被广泛应用于光电子器件和电子器件的制备。在相对便宜的大尺寸的非晶衬底上直接外延GaN基薄膜有望降低器件成本，并且对制备柔性（光）电子器件和大面积电子器件也有着重要意义。目前产业界制备 GaN基外延片通常依靠传统的金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术在单晶衬底上外延得到，其生长温度通常较高（>800℃）。然而非晶衬底（如玻璃和聚合物）的软化温度通常较低（<600℃），无法耐受较高的传统生长温度。为了降低GaN基材料外延生长温度，课题组提出了一种感应耦合等离子体辅助的金属有机化学气相沉积（ICP-MOCVD）技术，在低温（580℃）下得到了GaN结晶薄膜并通过器件制备验证了其性能。 研究内容： ICP-MOCVD设备采用的是易于产生高密度大面积均匀等离子体的ICP对V族前驱体（N2、NH3或两者的混合气）进行裂解，同时采用了沉积设备中常用的喷淋头结构作为带电粒子过滤装置，如图1所示。在有效降低生长的温度的同时，一方面能够获得大面积均匀的流场，另一方面可以尽量避免预反应并使高能带电粒子得到有效过滤，减少了对衬底表面的破坏性轰击。最终到达衬底表面参与反应的主要是N2(A3Σu+)等亚稳态中性活性粒子。 图1 ICP-MOCVD的结构示意图 在580℃下于平片蓝宝石衬底上生长了300nm厚的GaN薄膜，XRD的(002)面和(102)面的FWHM分别为0.35°和0.64°，在1×1μm2范围内的AFM均方根粗糙度只有0.912nm，在可见光波段的光学透过率能达到77-98%，显示出了较好的透过特性及较低的与光吸收相关的缺陷浓度，如图2所示。...
特刊详情 客座编辑 缪峰，南京大学 Joshua J. Yang，美国南加州大学 Ilia Valov，德国亚琛工业大学 柴扬，香港理工大学 主题范围 类脑计算的终极目标是通过利用材料的物理性质模拟大脑中的突触、树突和神经元，以及与他们相关的连接网络，以执行包括传感、计算和感知等在内的多种复杂的任务。类脑计算的功能多样性和性能在很大程度上取决于所使用的材料类型和性质。与传统材料相比，二维材料展现出许多独特的物理性质，对二维材料的研究重塑了类脑计算领域。本期专刊不仅介绍了如何利用二维材料的器件行为进行模拟生物突触或对硬件神经网络产生噪声注入方面的创新研究，而且还全面介绍了利用二维材料的独特物理性质实现类脑计算的最新研究进展。这些创新研究和综述评论有助于进一步推进二维材料的实际应用研究。本期专刊包括两篇研究文章和四篇评论文章。 特刊文章 Editorial: Focus issue on 2D materials for neuromorphic computing Feng Miao et al 2023 Neuromorph. Comput. Eng. 3 010201 Synaptic 1/f noise injection for overfitting suppression in hardware neural networks Yan Du et al 2022 Neuromorph. Comput. Eng. 2 034006 Two-dimensional molybdenum disulfide artificial synapse with high sensitivity Hao Huang et al 2022 Neuromorph....
第9届量子现象、量子控制和量子光学国际会议（International Conference on Quantum Phenomena, Quantum Control and Quantum Optics, Quantum Fest 2021）于2021年10月25至29日在墨西哥城举行。会议论文集由IOP期刊Journal of Physics: Conference Series（JPCS）在线出版，>>欢迎此处链接查看。 本次会议由墨西哥国立理工大学高级研究中心（CINVESTAV），墨西哥国家政治研究所创新与技术跨学科专业联合会（UPIITA-IPN），和蒙特雷科技大学（ITESM）共同主办，大会议题包含了量子纠缠、量子光学、相干态（coherent states）、量子计算、非厄米系统（non-Hermitian systems）和量子力学教育等。 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: 1755-1315 Print...
本工作来自北京师范大学韩战钢、陈晓松与陕西师范大学陈理课题组。该工作首先证实了Vicsek模型中相邻两相的相变均为一级相变，但由于传统序参量不敏感，本研究借助卷积神经网络（CNN），成功地完成了相分类，精确地找到了各相变点。此工作展示了机器学习在研究复杂系统方面的巨大潜力。 文章介绍 Machine learning phases in swarming systems Tingting Xue（薛婷婷）, Xu Li（李旭）, Xiaosong Chen（陈晓松）, Li Chen（陈理） and Zhangang Han（韩战钢） 通讯作者： 陈理，陕西师范大学物理学与信息技术学院 韩战钢，北京师范大学系统科学学院 研究背景： 厘清相变本质和确定相变边界是理解复杂系统的一个基本科学问题。生物集群运动作为近年来一个新兴的非平衡系统，吸引了诸多领域中学者的关注，其中的相变类型问题一直存在争议。特别是，近几年在经典Vicsek模型中发现了新的cross sea相（如图一的III），为此问题增添了新的复杂性。传统研究相变都是基于计算结构序参量，我们通过系统计算能够确定总共4个相之间的相变均为一级相变，但这些参量在有些参数区间不敏感，导致不同相之间的边界无法得到准确界定（图二）。我们在这项工作中，利用了CNN来作为一种新的尝试去解决这一问题。 图一 Vicsek模型在不同噪声下的典型快照。 图二 结构序参量随噪音的变化趋势。 研究内容： 本工作的主要思想是使用监督学习，对不同相的物理状态进行采样，如图一中的粒子空间分布斑图，连同其所处的相标记作为训练数据集来训练神经网络；训练完成后，利用CNN来估计测试数据处于各个相的概率；最后，根据这些概率推断出相变点。具体来说，我们选择纯态的典型快照图片作为训练集，以保证每个图像标签的正确性。但对于测试集来说，并无任何要求。训练集、验证集和测试集中独立采样，没有重叠图像。 本研究成功地利用CNN对相位进行了高精度的分类，并识别出了相变点，克服了各种传统方法无法获得相变点的困难（图三）。图三中，随着系统尺寸增加，有新的相涌现出来，不同相及其的概率能以很高的精度被识别出来。 图三 不同尺寸下测试集输出概率随噪音的变化，分别为L=32，128，512，1408。 简言之，本工作澄清了Vicsek模型中相变类型的本质，并且展示了CNN可以在没有系统先验知识的情况下精准地确定相变点，为研究复杂系统中的相变提供了新的可能性。 作者介绍 薛婷婷（左） 博士生 李旭（右） 博士生 北京师范大学系统科学学院 陈晓松 教授 北京师范大学系统科学学院 陈理 教授 陕西师范大学物理学与信息技术学院 韩战钢 教授 北京师范大学系统科学学院 期刊介绍 Machine Learning: Science and...
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。
