The lattice vibrations (phonon modes) of crystals underpin a large number of material properties. The harmonic phonon spectrum of a solid is the simplest description of its structural dynamics and can be straightforwardly derived from the Hellman–Feynman forces obtained in a ground-state electronic structure calculation. The presence of imaginary harmonic modes in the spectrum indicates...
电化学CO2还原（CO2R）是储存可再生电力和可持续生产有价值的化学品和燃料的一种有吸引力的选择。《2022年低温电化学CO2还原路线图》于近日发表在JPhys Energy期刊上。英国伦敦帝国理工学院Ifan E L Stephens、 Hossein Yadegari和Yuxiang Zhou、丹麦技术大学Karen Chan、北京大学徐冰君教授等53位国内外专家学者总结了在基础理解、催化剂开发、工程设计和扩大生产方面的最新进展。作者讨论了电化学CO2R技术商业化面临的突出挑战：能源效率、选择性、低电流密度和稳定性。作者强调了构建严格的性能基准标准的机会，operando表征的进展，发现高价值产品的新材料，跨多个长度尺度的现象调查和数据科学的应用。作者希望这种集体的观点能激发新的研究活动，最终朝着构建低排放或零排放的碳循环的方向更进一步。 文章介绍 2022 roadmap on low temperature electrochemical CO2 reduction Ifan E L Stephens, Karen Chan, Alexander Bagger, Shannon W Boettcher, Julien Bonin, Etienne Boutin, Aya K Buckley, Raffaella Buonsanti, Etosha R Cave, Xiaoxia Chang, See Wee Chee, Alisson H M da Silva, Phil de Luna, Oliver Einsle, Balázs Endrődi, Maria Escudero-Escribano, Jorge V Ferreira de Araujo, Marta C Figueiredo, Christopher Hahn, Kentaro U Hansen, Sophia Haussener, Sara Hunegnaw, Ziyang...
本篇研究来自厦门大学吴德志课题组。本文首次提出采用双层聚酰亚胺/氧化石墨烯复合材料纳米纤维膜为介电层的柔性三维力电容式触觉传感器，传感器由上端单电极，下端四个均布电极构成。氧化石墨烯的加入降低了纤维膜的弹性模量和摩擦系数，提升了传感器在各个方向的灵敏度。 文章介绍 A Flexible Tactile Sensor Using Polyimide / Graphene Oxide Nanofiber as Dielectric Membranes for Vertical and Lateral Force DetectionsDezhi Wu（吴德志）, Xianshu Cheng（程显舒）, Zhuo Chen（陈卓）, Zhenjin Xu（徐振金）, Minjie Zhu（朱敏杰）, Yang Zhao（赵扬）, Rui Zhu（朱睿） and Liwei Lin（林立伟） 通讯作者： 吴德志，厦门大学 论文电纺制备了PI/GO纳米纤维膜并以此为介电层制备三维力柔性压力传感器（图1），测试分析了电容式传感器的传感性能，结果表明，原理性样机在法向力0～242kPa和242～550kPa的灵敏度分别为3MPa-1和0.92 Mpa-1，200oC下性能几乎不变。侧向力为3N范围内的灵敏度为1.12N-1，220 kPa压力作用下响应/回复时间为39ms/13ms, 最低检测限10 Pa，176kPa下循环10000次依然保持良好的重复性，如图2所示。 图1 传感器示意图 图2 传感器性能 研究了氧化石墨烯对变形、压缩模量以及摩擦系数的作用，如图3所示，在GO含量小于0.0885%时，增加GO可降低纤维膜的压缩模量，降低摩擦系数，这有利于法向和侧向灵敏度的提升。 图3 纳米纤维膜压缩深度、相对介电系数和摩擦系数 将该传感器贴附在机械手表面，其可高效检测机械手抓取不同物体时的行为。也可以将该传感器作为柔性板操控无线玩具车。 图4 机械手抓取实时监控 图5 压力传感器用于控制玩具车运动 研究背景： 柔性触觉传感器在智能机器人、生理健康监测、人机交互等领域应用很广。传统方法取得了长足的进步，但在高灵敏稳定检测多方向力上还存在挑战，特别是高压力下敏感不同方向的压力十分困难。 作者介绍 吴德志 ...
本篇研究来自华中科技大学祝雪丰课题组。本文介绍了在平方根晶体中引入不同类型层间耦合，将平方根拓扑态推广到三维声拓扑，在更高维度上展现和操控平方根拓扑态，实现三维声子晶体中不同频段高阶拓扑边界态，启发新型声学拓扑功能器件的设计。 文章介绍 Square-root-like higher-order topological states in three-dimensional sonic crystals Zhi-Guo Geng（耿治国）, Yu-Gui Peng（彭玉桂）, Huanzhao Lv（吕欢兆）, Zhan Xiong（熊展）, Zhaojiang Chen（陈赵江）, Xue-Feng Zhu（祝雪丰） 通讯作者： 祝雪丰，华中科技大学 该工作从二维平方根拓扑声子晶体出发，通过垂直堆垛单层二维晶体引入层间耦合，在三维结构中构建出类平方根拓扑声子晶体，进而实现不同维度高阶拓扑态。 周期堆垛的类平方根拓扑晶体保留了二维平方根拓扑晶体的手征对称性特征，具有不同的体带隙，在不同体带隙中出现了拉长的表面态和棱态。 图1. 声学类平方根拓扑态。 这类拓扑态本质上是面内拓扑效应在z方向的延伸，因而拓扑态在晶体边界是可调的，允许被裁剪和设计。 图2. 可调的声学类平方根拓扑态。 我们进一步在二维晶格间引入交错的层间耦合，晶格沿z方向产生非平庸的体极化，实现了声学三阶拓扑角态。 图3. 层间交错耦合诱导的声学三阶拓扑态。 值得一提的是，该工作利用紧束缚计算和数值模拟对高阶拓扑态的鲁棒性进行了系统论证，对比边界态微扰和体微扰证实了高阶拓扑态对体微扰的强鲁棒性。 该工作将平方根拓扑态拓展到三维声子晶体中，丰富了声学拓扑态的构建方案，并有利于实现不同频段的新原理声学器件。 研究背景： 平方根拓扑态的非平庸拓扑性质继承自哈密顿量的平方，即父代晶格哈密顿量。在拓扑晶格格点间嵌入新的格点（开平方操作）即可获得平方根拓扑晶体，其晶格对称性特征允许出现成对的拓扑态。目前，二维平方根拓扑态已在电路、声学和光学等人工周期系统中实现。本工作通过在平方根晶体中引入不同类型的层间耦合，将平方根拓扑态推广到三维声拓扑领域，在更多维度上展现和操纵平方根拓扑态，实现三维声子晶体中不同频段的高阶拓扑边界态，启发新原理声学功能器件的设计。 作者介绍 祝雪丰 教授 华中科技大学 祝雪丰，华中科技大学物理学院/创新研究院教授，国家重点研发计划项目负责人。主要从事微纳超声人工结构器件、拓扑声和热调控等相关研究工作。2011年博士毕业于南京大学物理学院声学所，师从程建春教授。2012至2014年在加州大学伯克利分校张翔院士课题组从事研究工作。担任Chin. Phys. Lett.、Chin. Phys. B、《物理学报》和《物理》四刊青年编委。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter...
本篇研究来自清华大学邓磊课题组。本文提出首个基于脉冲神经网络模型处理毫米波雷达数据的通用神经形态框架。该框架未利用额外的抗噪声模块即可从含噪毫米波雷达及其他辅助传感器数据中进行学习并完成轨迹预测任务，演示了优秀的预测效果。并利用注意力机制进行脉冲神经网络特征增强，提升上述框架在轨迹预测任务中的性能。 文章介绍 General Spiking Neural Network Framework for Learning Trajectory from Noisy mmWave Radar Xin Liu（刘昕）, Mingyu Yan（严明玉）, Lei Deng（邓磊）, Yujie Wu（吴郁杰）, De Han（韩德）, Guoqi Li（李国齐）, Xiaochun Ye（叶笑春） and Dongrui Fan（范东睿） 通讯作者： 严明玉，中国科学院计算技术研究所处理器芯片全国重点实验室 邓磊，清华大学精密仪器系类脑计算研究中心 图1：通用的神经形态框架mm-SNN 本文研究内容的核心包括所提出的通用框架与基于该框架的优化方法。图1为本文提出的从毫米波雷达及辅助传感器中提取特征并学习表示的通用框架(称为mm-SNN)，我们将其中的数据处理分为五个步骤：预处理原始的传感数据、利用脉冲神经网络从数据中提取特征并学习表示、特征融合、建模时间依赖性、转换与输出。 图2：注意力机制优化方法。(a) 通道注意力模块; (b) 时序注意力模块; (c) 混合注意力模块 进一步，我们发现深度学习中通用的注意力机制可以嵌入到mm-SNN中以增强数据特征，从而提升框架在轨迹预测任务下的性能。如图2所示，我们引入了三种通用的注意力模块，分别嵌入在具有脉冲结构的卷积神经网络、全连接网络和特征融合网络中，并通过消融实验证明了包含多种注意力机制的框架具有更好的性能。如图3所示，相对于仅使用一种注意力模块的框架，mm-SNN(包含了三种注意力模块)在所有测试序列轨迹下最贴近真实轨迹。 图3：消融实验中预测轨迹和真实轨迹的比较。(a) – (e) 分别为五种不同的测试轨迹序列，每种序列对应一条轨迹。 我们还测试了mm-SNN对抗噪声的鲁棒性，通过人为向毫米波雷达数据中添加噪声，证明利用脉冲神经网络的框架比传统神经网络更稳健。如图4所示，无论是使用原始数据还是人为添加两种噪声的数据作为输入情况下，mm-SNN在测试损失方面始终比非脉冲机制的框架更稳健。同时，我们进一步研究了当噪声强度增强时框架的性能变化。如图5所示，mm-SNN在噪声强度较小时误差更低且更稳健，当噪声强度超过一定阈值后mm-SNN中误差逐渐超过未脉冲框架。这是因为脉冲神经网络的状态空间是离散的且每个神经元都是天然的噪声滤波器，使得在添加轻微噪声的情况很难迁移当前状态、但当噪声足够大时就容易发生状态突变产生崩溃。因此，得益于脉冲神经网络的鲁棒性，加入适当程度的噪声不会明显影响mm-SNN的性能。 图4：随着模型训练过程不断变化的测试损失。(a) – (c) 分别为使用原始数据、向原始数据中人为添加脉冲噪声、向原始数据中人为添加高斯噪声。 图5：mm-SNN与非脉冲机制框架的各项误差指标随高斯噪声强度增加的变化图。(a) – (c) 分别为最大误差、标准误差和均方根误差的量化图 研究背景： 近年来，多样化的测量和估计应用开始在工业场景中大量出现，毫米波雷达作为一种前景良好的探测和测距系统获得了诸多关注。虽然毫米波雷达可在恶劣环境下工作，但其产生的数据包含离群点、呈现含噪和稀疏特性。处理毫米波雷达数据的传统方法在数据量不断增长的情况下逐渐显露局限性。作为改进，一些文献利用深度学习模型处理毫米波雷达数据并取得了可观的成效，但是大多需要额外的模块和成本来处理数据中的噪声和稀疏问题。脉冲神经网络作为第三代神经网络，其丰富的时间动力学在捕获数据的时间依赖性方面具有天然优势，同时凭借其神经元膜电位泄漏衰减与稀疏脉冲发放机制，适合用于处理含噪和稀疏的特征数据。因此，本文提出基于脉冲神经网络设计一个能够处理具有丰富时间信息同时含噪且稀疏的毫米波雷达数据的通用框架。 作者介绍 严明玉 ...
本篇研究来自北京大学戴瀚程课题组。本研究基于北京大学LEEEP团队开发的IMED|CGE能源经济模型，创新性地交叉融合了分解法和回归法，动态模拟了全国和大湾区未来社会经济发展趋势和产业层面的碳与大气污染物排放路径，重点考察了碳减排的经济影响和驱动力，以及其对于空气污染物减排的协同程度与边际影响，识别了协同减排的关键部门和作用通道，可为制定协同政策提供科学支撑。 文章介绍 Uncovering the key mechanisms of how deep decarbonization benefits air pollution alleviation in China Xiaorui Liu(刘晓瑞), Chaoyi Guo(郭超艺), Xiaotian Ma(马啸天), Kai Wu(吴凯), Peng Wang, Zhijiong Huang, Ziqiao Zhou, Chen Huang, Silu Zhang, Minghao Wang and 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 本研究以两区IMED|CGE模型为基础，结合分解分析和回归方法（图 1），分析在粤港澳地区（GBA）及中国其他地区（ROC）不同严格程度的气候及空气污染末端控制政策的影响。 图1：研究框架图 研究结果表明，在时间尺度上来看，能源强度的降低是两个地区最主要的减排驱动力，同时能源结构优化的贡献将逐渐增加。在部门角度，两个地区最重要的减排因素都是各部门碳排放强度的降低，但产业链层面减排路径差异显著。 图2：1.5度情景下碳减排的关键贡献因素 在施加了碳减排的约束条件后，空气污染物排放出现了不同程度的下降。考虑到协同减排效果和单位减排成本，本研究确定了在减排时具有较高优先级的部门（图3），进一步计算了碳政策和其他关键因素对五种空气污染物排放的边际影响，发现碳影子价格在不同时间段对于不同空气污染物的边际影响大小不一。 图3：粤港澳地区大气污染物排放和减排成本 研究揭示了气候政策和空气污染之间的影响机制，为协同治理提供了有益的见解。发达的交通网络是大湾区经济发展的纽带和支撑，但也是碳排放最高的部门，同时也排放了大量的污染物，是需要重点关注的部门。降低能源强度，即提高能源使用效率和优化产业结构，是减少碳排放的重要动力。长期来看，气候政策对大气污染物的协同减排效果将更加显著，应优先考虑重点行业，降低减排成本。 研究背景： 粤港澳大湾区是中国规模最大、经济最具活力的城市群之一，有望成为世界第四大湾区。该地区在实现经济与环境协调发展方面一直走在中国前列。面对区域气候和环境治理日益增加的困难和快速增长的成本，迫切需要创新协作治理体系。 了解碳排放的驱动因素将有助于制定有针对性的减排政策。然而大多数已有研究基于历史数据，并且忽略了由产业链和省际贸易引起的碳排放的变化。与此同时，许多研究也量化了气候政策对空气质量的协同效益，然而对于气候政策对空气污染物的边际影响还缺乏深入的讨论。 本研究以粤港澳大湾区和中国其他地区为例，进一步从部门关联、贸易通道、减排成本边际效果等经济分析的视角，探讨不同路径表象背后分阶段协同的关键机制和节点。 作者介绍 戴瀚程 研究员 北京大学 戴瀚程，北京大学环境科学与工程学院研究员，环境管理系主任，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。研究方向为能源环境与气候政策分析，自主开发了适用于国家、省级及全球多层次能源环境与气候政策分析的能源环境经济综合评估(IMED)模型。以第一/通讯作者在SCI期刊上发表论文 50 余篇，2020 至 2022 连续三年入选全球前...
本篇研究来自南京航空航天大学李茁课题组。本文基于氧化铟锡（ITO）材料设计了一款超薄、宽带、极化和角度不敏感的光学透明超材料吸波器（OTMMA），并将其应用到太阳能电池板在微波频段的隐身设计中。本工作为未来卫星的隐身设计提供了一种新途径。 文章介绍 Ultrathin optically transparent metamaterial absorber for broadband microwave invisibility of solar panels Shuying Li（李姝颖）, Liangliang Liu（刘亮亮）, Yuying Jiang（姜玉莹）, Chunzi Tang（汤淳紫）, Changqing Gu（顾长青） and Zhuo Li（李茁） 通讯作者： 刘亮亮，南京航空航天大学电子信息工程学院 顾长青，南京航空航天大学电子信息工程学院 李茁，南京航空航天大学电子信息工程学院 基于光学透明材料氧化铟锡（ITO），我们设计了一种新型多层光学透明超材料吸波器（OTMMA），并应用于卫星太阳能电池板的微波隐身中。研究结果表明： 1．在7.82~17.15 GHz的带宽范围内可实现90%以上的吸波率，几乎覆盖整个X和Ku波段，实现了λL/17的低剖面（λL表示最大工作波长）。 2．当入射角不大于50°时，该OTMMA对TE极化波的吸波率达到75%以上, 在入射角不大于75°的情况下，该OTMMA对TM极化波的吸波率达到80%以上。 3．测试结果表明，覆盖OTMMA的太阳能电池板可以正常工作，同时实现了太阳能电池板在X和Ku波段的良好隐身性能。 本论文设计的OTMMA兼具超低剖面、宽带宽、极化和角度不敏感特性，为卫星的隐身设计提供了新途径。 图1 覆盖在太阳能电池板上的OTMMA示意图。 图2 OTMMA的S参数和吸波率（a）垂直入射，斜入射（b）TE极化（c）TM极化。 图3（a）太阳能电池板测量电压和电流的实验装置图（b）覆盖OTMMA样品前后太阳能电池板的电流和功率对比。 研究背景： 太阳能电池板通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能，是卫星上不可或缺的能源器件。然而其类金属的强背向电磁散射特性使卫星的安全性和生存能力受到严重威胁。因此，近年来太阳能电池板的微波隐身设计引起了人们的极大关注。常规方法是通过涂覆微波吸收材料来实现其微波隐身，但传统的涂覆型吸收材料无法保证太阳能电池板工作时的高效光学透过率。光学透明超材料吸收器（OTMMA）的出现，为太阳能电池板的微波隐身设计开辟了一条新途径。得益于氧化铟锡（ITO）光学透明薄膜，OTMMA相关理论和技术得到了迅速发展。然而，设计一个兼具低剖面、宽带宽、极化和角度不敏感的OTMMA，同时能保证其应用在太阳能电池板时的良好工作效率和微波隐身性，仍然是一个挑战。 作者介绍 李茁 教授 南京航空航天大学 李茁，南京航空航天大学电子信息工程学院副院长，教授/博导，中国电子学会高级会员，中国电子学会天线分会委员，中国电子学会电磁兼容分会委员，江苏省通信工程高级专业技术资格评审评委会委员，江苏省中以产业园青年博士创新计划成员，IEEE会员，Journal of Physics D: Applied Physics咨询委员会委员，Electronics编辑，Frontiers...
本篇研究来自浙江大学陈庆虎课题组。单光子和双光子拉比模型的精确解在2011-2012年相继被发现。几乎在同时，研究者令人意外地发现不对称单光子拉比模型在一定的参数下也发生能级交叉，因而其具有隐藏对称性。直到10年后研究人员才找到描述不对称单光子拉比模型隐藏对称性的对称算符。而更复杂的不对称双光子拉比模型的隐藏对称性由于更具隐蔽性，直到2021年才被发现。本文引入波戈留波夫算子，并应用于不对称双光子拉比模型，首次获得了描述其隐藏对称性的对称算符。 文章介绍 Symmetry operators of the asymmetric two-photon quantum Rabi model You-Fei Xie（谢幼飞），Qing-Hu Chen（陈庆虎） 通讯作者： 陈庆虎，浙江大学物理学院 对于不对称双光子拉比模型，当系统偏置参数ϵ为有效腔场频率2β=2√(ω2-4g2 )的整数倍N时，可以在能谱上发现能级交叉，如图1所示，此时系统具有隐藏对称性。这里的有效腔场频率的因子2来源于双光子与量子比特耦合。不同于单光子模型，对于双光子模型，给定一个确定的偏置参数ϵ，最多只能观察到一个能级交叉点，因而双光子模型的隐藏对称性更加隐蔽，难以捉摸(elusive)。为了描述这种隐藏对称性，我们引入波戈留波夫算子，构造了解析的对称算符，并通过逐级递推，严格得到了对应的对称算符的所有系数。对于不同整数N，我们利用对称算符解析地定义了新的宇称算符，该宇称算符可以在能谱图上把具有不同宇称的能级区分开来，如图2所示。理论上，如果用原始的玻色子算符来构造不对称拉比模型的对称算符，原则上可以得到低阶的结果，但是该方法应用到双光子模型，却很难成功。我们提出的波戈留波夫算子方法，不仅容易推导不对称双光子拉比模型的对称算符，而且解析所得的对称算符的形式简单明了，为将来研究不对称拉比模型的物理性质打下了基础。 图1，不对称双光子拉比模型的能谱图。红色点为能级交叉点，该交叉点的位置满足ϵ=2√(1-4g2 )。 图2，不对称双光子拉比模型的能谱图。纵坐标是重整化的能量，蓝线和红线分别代表奇偶宇称。我们可以发现只有ϵ/(2β)为整数N时，如N=1（右图），能级发生交叉，系统恢复Z2对称性。 研究背景： 量子拉比模型是量子光学中的范例式模型，描述一个量子比特（二能级）与单模玻色场耦合的系统，其中的量子比特是实现量子计算、量子模拟等量子信息技术的基石。目前该模型广泛用于描述与传输线耦合的超导量子比特[1-2]和离子阱[3]等实验中的物理现象。这些固态量子体系一般需用不对称量子拉比模型刻画其强耦合物理性质。不对称拉比模型不具有Z2对称性（宇称），其能级一般不会交叉。但是对于特定量子比特偏置参数，研究者解析地发现了能级交叉现象[4]，认识到此类系统具有某种隐藏对称性[5]。经过10年的努力，人们终于找到了描述隐藏对称性的对称算符[6-8]。双光子拉比模型描述量子比特与单模玻色场非线性耦合，是非线性量子光学的重要模型。该模型涌现的新的物理现象可提供操纵量子信息的新方法。虽然该模型已在10年前被精确求解[9]，但是不对称双光子模型的隐藏对称性在能谱图上具有高度隐蔽性，直到去年才在特定有效耦合参数下观察到能级交叉现象[10]。我们这篇论文的研究目的是推导出描述不对称双光子拉比模型的隐藏对称性的对称算符。 [1] Bertet P, Chiorescu I, Burkard G, Semba K, Harmans C J P M, DiVincenzo D P and Mooij J E 2005 Phys. Rev. Lett. 95 257002 [2] Felicetti S, Rossatto D Z,...
本篇研究来自南开大学牛志强课题组。本研究介绍了二维材料在水系锌离子电池正负极设计中的最新进展；讨论了二维材料应用于水系锌离子电池目前存在的问题并且对其未来发展进行展望。 文章介绍 Two-Dimensional Materials for Aqueous Zinc-Ion Batteries Songshan Bi（毕嵩山）, Huimin Wang（王慧敏）, Rui Wang（王瑞） and Zhiqiang Niu（牛志强） 通讯作者： 牛志强，南开大学 图1 二维材料在水系 ZIB 正极和负极设计中的应用 该综述主要介绍了各种二维材料在水系锌离子电池正极和负极设计中的应用及最新进展（图1）。 二维材料广泛用于水系锌离子电池的正极设计，主要包括过渡金属氧化物（TMOs）和过渡金属硫化物（TMDs）、石墨烯以及MXenes。由于它们性质不同，这些二维材料可以作为水系锌离子电池正极中的活性材料或导电添加剂。层状TMOs（MnO2和V2O5）和TMDs（VS2和MoS2）具有高价过渡金属中心和大晶格间距，可以用作高容量的电池活性材料。此外，丰富的二维扩散通道可以改善Zn2+在其中的传输动力学。而石墨烯和MXenes具有优异的导电性和高比表面积，可以作为活性材料的导电骨架。通过调控二维材料在正极中的分布，可实现高导电网络，进而增强正极的电子转移动力学。 二维材料还可以应用于水系锌离子电池负极保护，解决枝晶生长、析氢和钝化等问题。石墨烯和MXenes具有优异的导电性和大的比表面积，可用作人工界面层或基底，以避免电荷积累并均匀表面电荷分布，从而实现均匀的锌沉积。此外，一些二维材料由于具有高比表面积和开放的二维离子通道，也可用于构建人工界面层，以重新分配Zn2+浓度场并增强Zn2+扩散。 研究背景： 水系锌离子电池因其高安全性和低成本，被认为是理想大规模储能器件之一。二维材料具有高比表面积、丰富的离子传输通道和活性位点等特点，近年来，被广泛应用于水系锌离子电池电极设计。它们不仅可以作为正极中的活性材料和导电添加剂，还可以用作锌负极的人工界面层或导电基底。本综述简要讨论了水系锌离子电池存在的问题和二维材料的独特性质，并且重点介绍了各种二维材料在水系锌离子电池正极和负极设计中的最新进展，主要包括过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、石墨烯和MXenes等。最后，该综述讨论了二维材料在应用于水系锌离子电池中面临的挑战和前景。 作者介绍 牛志强 研究员 南开大学 牛志强，南开大学化学学院研究员，博士生导师。主要从事水系可充电池材料与器件研究，已发表论文130余篇，论文他引10000 余次。先后获得国家高层次人才引进计划青年项目、国家自然科学基金委优秀青年基金、天津市杰出青年科学基金和天津青年五四奖章。 期刊介绍 2D Materials 2021年影响因子：6.861 Citescore:11.6 2D Materials（2DM）是一本重要的高质量交叉学科期刊，将基础研究与迅速发展的新材料及应用汇集在一起。期刊从多学科的视角出发，力争涵盖石墨烯研究的各个方面，及其它二维材料的相关研究。文章内容包括：石墨烯和石墨烯衍生材料；硅和锗/锗烷氮化硼；二维拓扑绝缘子；复合氧化物；复合材料；新型二维分层结构。
本篇研究来自上海交通大学王晓乐课题组。采用被动方式对运动/旋转的噪声源进行无接触式的全向辐射控制长久以来都是一个难题。本文将变换介质的思想引入声学超散射体对声源辐射的抑制，利用声学超散射体的虚拟边界与声源的辐射边界重叠产生的强烈多重散射效应，实现声源辐射效率的显著降低。研究成果为螺旋桨气动噪声以及旋转机械啮合噪声的控制提供了全新思路。 文章介绍 Passive, remote and omnidirectional suppression of sound source radiation via an acoustic superscatterer Yue Bai（白玥）, Limin Gu（谷立敏）, Xiaole Wang（王晓乐） and Zhenyu Huang（黄震宇） 通讯作者： 王晓乐，上海交通大学 从边界作用的角度可以洞察声源向邻近空气域辐射声波的完整物理图像。接触式噪声控制策略本质上通过降低声源辐射边界的振幅来抑制声能辐射。因此，在真实空间和动态空间，接触式噪声控制策略所涉及的作用边界与辐射边界均重合。如果作用边界与辐射边界在真实空间中分离而在动态空间中重叠，则可以构建能够“远距作用”的非接触式噪声控制策略。幸运的是，变换介质理论为这种“远距作用”的实现打开了一扇窗。根据变换介质理论，由被动的双负声学超材料（即质量密度和体积模量均为负值）制成的涂层包覆内部芯体可构造所谓的声学超散射体，其通过在动态空间移动或放大内部芯体边界，形成超出真实空间边界的虚拟边界。一旦声学超散射体的虚拟边界与声源辐射边界重合，可以显著增强两者之间的多重散射作用，并由此降低声源的辐射能力。通过镜像法理论分析与有限元全波数值模拟，作者验证了单个或多个声学超散射体对于理想的无横截面积点声源以及不同横截面积振动杆的辐射抑制效果，并发现声学超散射体具备良好的性能鲁棒性。研究成果在远距离降噪、检测精度提高、目标声隐身等应用领域具有广泛的应用前景。 图1 声学超散射体对声源辐射抑制的镜像法分析概念视图 图2 声学超散射体对理想的无横截面积点声源辐射抑制的效果验证 图3 单个声学超散射体对不同横截面积振动杆的辐射抑制效果 图4 多个声学超散射体对振动杆的辐射抑制效果 研究背景： 在快节奏的现代生活中，室内噪声、机器噪声、交通噪声等噪声问题一直困扰着我们。经典的振动声学理论所建立的“声源-传播路径-接收对象”模型为噪声控制方案的实施提供了一个核心主线，声源控制方案是从根本上解决噪声问题的唯一选择。然而，声源控制方案在实施过程中面临着诸多困难。例如对于往复运动或高速旋转的噪声源，接触式噪声控制策略（粘贴阻尼材料、安装动力吸收器）几乎无法实施或收效甚微；而基于“以声消声”原理的非接触式主动噪声控制策略则因为作用范围小、鲁棒性不佳和造价成本高等原因，迟迟得不到大范围应用。因此，探索一种非接触式的全被动声源控制策略不仅是一个非常有趣的研究课题，而且具有巨大的潜在应用价值。 作者介绍 王晓乐 助理研究员 上海交通大学 王晓乐，上海交通大学感知科学与工程学院助理研究员，硕士生导师。主要研究方向为人工波动调控介质与器件设计。在Physical Review Research、Applied Physics Letters、Journal of Applied Physics、Smart Materials and Structures、Journal of Physics D: Applied...
本篇研究路线图来自英格兰伯明翰大学的Hannah Price教授、南洋理工大学的Yidong Chong、纽约市立学院的Alexander Khanikaev教授以及其他研究人员。本文总结了在过去十年中拓扑光子学领域的主要研究成果，对该领域目前的研究趋势、未来发展方向以及存在的挑战进行了全面总结。 文章介绍 Roadmap on topological photonics Hannah Price, Yidong Chong, Alexander Khanikaev, Henning Schomerus, Lukas J Maczewsky, Mark Kremer, Matthias Heinrich, Alexander Szameit, Oded Zilberberg,Yihao Yang, Baile Zhang, Andrea Al`u, Ronny Thomale, Iacopo Carusotto, Philippe St-Jean, Alberto Amo, Avik Dutt, Luqi Yuan, Shanhui Fan, Xuefan Yin, Chao Peng, Tomoki Ozawa and Andrea Blanco-Redondo 通讯作者： Hannah...
本篇研究来自西安电子科技大学林正喆课题组。研究主要介绍了石墨烯—MnBi2Te4横向连结构成的欧姆接触及其导电能力；石墨烯—MnBi2Te4连结可实现高自旋极化电流以及石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯横向结与范德华异质结导电能力、导电机制的比较，说明横向结在器件构建中的优势。 文章介绍 2D spin transport through graphene-MnBi2Te4 heterojunctionXi Chen（陈熙） and Zheng-Zhe Lin（林正喆） 通讯作者： 林正喆，西安科技大学 论文通过DFT计算和非平衡格林函数方法研究了石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯结构的横向、纵向（范德华）连结的自旋输运特性。结果表明，石墨烯与MnBi2Te4的横向连结具有欧姆接触特性。图1（a）展示了两种石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯横向连结。在LA结构中，石墨烯与MnBi2Te4的底层Te原子相连。在LB结构中，石墨烯与MnBi2Te4的中部原子相连。这两种结构均表现为良好欧姆接触的线性电流—电压曲线（图1（b）、（c））。MnBi2Te4的内禀磁矩造成电流自旋极化（极化率80~90%）。 图1 （a）两种横向连结的石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯结构。（b）LA结构的电子透射谱及电流—电压曲线。（c）LB结构的电子透射谱及电流—电压曲线。 作为比较，研究了纵向石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯连结的输运性质。在纵向连结中，石墨烯与MnBi2Te4通过范德华力结合，层间为真空区。图2（a）、（b）展示了两种石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯横向连结。在HA结构中，石墨烯包夹MnBi2Te4上下两面。在HB结构中，石墨烯位于MnBi2Te4同一侧。这两种结构也均表现为欧姆接触的线性电流—电压曲线（图2（c）、（d）），但同一电压下的电流明显低于横向连结。其原因归结为范德华异质结真空层中的电子势垒。范德华异质结中某一水平截面上的平均Hartree势表示为 （S为截面面积）。图2（e）可看到石墨烯与MnBi2Te4之间真空区域的势垒。相比之下，横向异质结不存在真空势垒，更有利于电子通过。两种二维材料只要能形成良好的横向连接界面，对器件构建是有利的。 图2 （a）纵向（范德华）石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯连结HA。（b）纵向（范德华）石墨烯—MnBi2Te4—石墨烯连结HB。（c）HA结构的电子透射谱及电流—电压曲线。（d）HB结构的电子透射谱及电流—电压曲线。（e）石墨烯与MnBi2Te4之间的平均Hartree势。 研究背景： 二维材料被看做电子学新的基本材料。二维材料的发展为自旋电子学带来了新的机遇。二维磁性材料的发现，引起了人们对基于低维体系的磁电控制器件和非易失性存储的关注。对构建电路和器件的二维材料，其连接的可靠性是一个重要基本问题。近年来，由不同二维材料堆叠而成的范德华异质结受到关注。范德华异质结被认为是一种构建器件的新方法。在范德华异质结中，两种二维材料之间形成完美、平整的界面。然而，电子通过范德华异质结时必须穿越真空区势垒。相比之下，两种横向连接的二维材料若具有紧密连接的原子界面，高质量的共价界面也能确保优良的电子学性质。横向排列的二维材料构成的器件也值得进一步研究。 在未来的碳基电路中，石墨烯是一种很有前途的二维导电连接材料。MnBi2Te4是首个被发现的反铁磁拓扑绝缘体。作为基本的器件材料，石墨烯—MnBi2Te4连结的导电性质是值得研究的。本文将横向石墨烯—MnBi2Te4连结与石墨烯—MnBi2Te4范德华异质结进行了比较性研究，探讨了其中的贯穿势垒、电流自旋极化以及横向异质结的欧姆接触特性，为碳基自旋电子学器件的构建提供参考。 作者介绍 林正喆 副教授 西安电子科技大学 林正喆，西安电子科技大学物理学院副教授。2012年博士毕业于复旦大学，2012年7月至今在西安电子科技大学工作。研究方向为二维材料在自旋电子学及新能源领域的应用。2022年获陕西省高等学校科学技术研究优秀成果奖二等奖。 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。
