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主题：Bandgap Engineering and Optoelectronic Applications of Low-Dimensional Nanostructures 截止日期：2022年05月01日 ｜客座编辑｜ 郭鹏飞，太原理工大学，中国 余健文，香港城市大学，中国香港 曾若生，广西大学，中国 何颂贤，香港城市大学，中国香港 Takeshi Yanagida，东京大学，日本 阙郁伦，国立清华大学，中国台湾 袁荃，湖南大学，中国 特刊涵盖主题 Low-dimensional nanostructures are of particular interest with respect to their potential applications in highly integrated devices and systems. On-structure synthesis of nanowires or 2D materials with radially or axially modulated compositions along a single structure by...

本篇综述论文来自上海交通大学蔡伟伟特别研究员课题组和浙江大学吴学成教授课题组，文章系统综述了数字全息成像技术在复杂多相流动领域的最新研究进展及应用，为学术界和工业界全面了解各类复杂多相流动过程，进行各类故障诊断或状态评估，提供理论依据及参考价值。 文章介绍 Recent advances and applications of digital holography in multiphase reactive/non-reactive flows: a review 黄建青，蔡伟伟，吴迎春，吴学成 通讯作者： ■  蔡伟伟，上海交通大学   本文围绕全息技术在多相流领域的应用这一主题，从以下几方面总结并评述了近二十年来的研究进展： 在光路搭建方面，将全息成像技术和其他光学测量技术，如层析成像、拉曼散射、米氏散射、比色法测温（见图一）等，集成在同一套系统里，是该技术近年来的一个重要发展趋势，可提高测量精度或同步获得待测目标场的更多信息。 在图像后处理方面，更多全息重建算法和自动聚焦算法被提出（见表一），其中，数据驱动的算法（以深度学习为代表）表现出明显优于传统算法的计算效率，有望实现多相流场的在线诊断和实时调控。 在应用方面，全息技术已被用于极端环境下的颗粒场测量，如固体火箭推进剂的燃烧，金属粉末或煤粉的燃烧，以及超声速流场。 最后，本文也针对记录距离、颗粒浓度、火焰干扰等关键问题进行了详细讨论，为在实际应用中开展全息实验提供了重要 的参考价值。 图一：全息成像与比色法测温集成系统用于表征固体火箭推进剂的燃烧特性。 表1. Representative autofocusing methods in digital holography. 研究背景： 多相流场广泛存在于各类生产生活场景中，如电站煤粉燃烧，发动机燃油喷雾等，多物理化学过程及多相物质相互作用的耦合，使得多相流场的研究充满挑战。通过非接触式的光学测试技术，表征多相流场中粒子（如固体颗粒，液滴，气泡等）的形貌及运动特性，对研究粒子间的相互作用具有重要意义。数字全息成像技术在这方面具有独特优势：1）可显著拓展景深；2）同步获得目标光场的振幅和相位；3）多参数同步测量（如粒子形貌，粒径，三维分布，三维速度等），因此，全息技术广泛应用于各类多相流场。本篇综述将系统地介绍全息技术在光路和算法方面的最新进展，及在液滴，喷雾，推进剂燃烧，煤粉燃烧等领域的应用情况。 作者介绍 黄建青  上海交通大学 ● 黄建青（第一作者），上海交通大学机械与动力工程学院在读博士生，致力于先进光学诊断技术和金属粉末燃烧特性方面的研究，在Combustion and Flame, Journal of Fluid Mechanics等期刊发表SCI 检索论文16篇。 蔡伟伟  研究员 上海交通大学 ● 蔡伟伟（通讯作者），上海交通大学机械与动力工程学院特别研究员、博士生导师。致力于计算成像与燃烧诊断技术的交叉与融合，形成了具有特色的热物性与热物理测试研究方向。近年来，相继在Science、PECS等期刊发表论文90余篇。2016年入选国家高层次人才引进计划、2018年获得德国埃尔朗根高等光学研究院青年科学家奖。 期刊介绍 Measurement Science and Technology...

本篇研究来自南京信息工程大学尹志聪教授课题组，研究概述了： “暖北极-冷欧亚”模态在2020/21冬季东亚破纪录寒潮中有很大贡献，其影响是单独的欧亚冷所不能比拟的。年际尺度上的关系也是如此。 “暖北极-冷欧亚”的次季节反转对前冬持续冷事件和后冬持续暖事件有显著的调控作用。 寒潮路径中的地表温度反转对随后春季中国北方的超级沙尘暴起到决定性作用。 文章介绍 2020/21 record-breaking cold waves in east of China enhanced by the ‘Warm Arctic-Cold Siberia’ pattern 张艺佳，尹志聪，王会军，贺圣平 通讯作者： ■  尹志聪 南京信息工程大学 2020年12月下旬，中高纬地表气温呈现显著的“暖北极-冷欧亚”模态（WACS）温度异常。1月3日，巴伦支海–喀拉海与西伯利亚的温度异常差值高达20°C，为2020/21冬季的峰值。随着经向温度梯度的减小，大气斜压性相应减弱。持续维持的乌拉尔山高压和贝加尔湖深槽有效地输送了强冷空气南下，入侵中国东部 （图1）。四天后，中国东部经历了8℃以上的强烈降温，60个站点气温创新低。同年冬季的2月中下旬，中高纬呈现显著的“冷北极-暖欧亚”模态，与前冬相反的大气环流异常带来的暖平流，造成中国东部发生持续的破纪录的暖事件（图1）。WACS显著的次季节反转对前冬持续冷事件和后冬持续暖事件有显著的调控作用。 图1.  2020/21冬季中国东部逐日气温变化及距平 WACS指数与滞后四天的中国东部气温相关性最强。在1月的冷事件和2月的暖事件中，中国东部气温的最大响应均发生在WACS达到最强的第4天。在WACS模态下，中国东部气温显著下降并延伸至最南端，其对中国东部温度的调控显著强于单独北极暖或欧亚冷的影响。在年际变化尺度上，中国东部的冬季平均地表气温同样对WACS有显著的降温响应。当北极和欧亚同一方向变化时，对冬季平均气温没有显著影响。中高纬温度差异在年际尺度上也是影响冬季中国东部温度变化更有效的信号， 并且在CMIP6模式中得到了验证。 研究背景 极端寒潮是灾难性的天气事件，严重危害农业、交通和人类健康。2020年12月28日，国家气象中心发布了近五年来首次寒潮橙色预警。整个东部气温急剧下降，1750000 km2的地表气温下降超过12°C，60个气象观测站的最低气温突破历史极值，促成了破纪录的寒潮。同年冬季2月，中国东部转为回暖， 气温上升6-10°C。至21日气温比气候平均显著增高7.5°C，导致494个气象观测站超过同期历史最高纪录。在破纪录冷事件和暖事件前，“暖北极-冷欧亚”及其相反的“冷北极-暖欧亚”模态作为显著的前兆信号出现。 作者介绍 尹志聪  教授 南京信息工程大学 ●尹志聪，南京信息工程大学大气科学学院教授，主要研究方向为中高纬气候系统变异影响灾害天气的机制、短期气候预测。发表学术论文52篇，其中30篇第一/通讯作者论文发表在National Science Review、Journal of Climate、Atmospheric Chemistry and Physics、Environmental Research Letter等SCI一区和二区期刊。 期刊介绍 Environmental Research Letters ● 2020年影响因子：6.793 Environmental...

IOP出版社旗下IOP SciNotes是一本经过同行评审、采用开放获取出版的期刊，允许研究人员分享和发现新的研究方法、数据集和计算代码，以及小规模研究的初步结果。这些对青年研究人员又有什么帮助呢？ 最近刊登在《物理世界》（Physics World）的一篇采访文章中，两位研究人员Emily Grubert和Rebecca Peer分享了自己的观点和经历。   在采访中，IOP SciNotes执行编委之一Rebecca Peer透露，该期刊可以让其他研究人员免费获得可引用及经过同行评议的研究成果，从而让他们在先前研究工作的基础上继续努力，改进实验方法，并使用重要的研究成果丰富自己的科研工作。Peer说：“IOP SciNotes有能力通过分享学术项目的内部工作原理，并允许其他研究人员重复和改进实验技术来加速科学进步”。 采访中她也清晰地表明，公开研究是期刊的主要优势之一。如果研究不公开，其他研究人员就很难进行复制，这将可能导致研究最后不被出版。与把研究发布到数据存储库或预印本服务器不同，IOP SciNotes能够快速发布特定研究结果，并对研究进行双向匿名同行审查。期刊内容涵盖工程、计算、生物医学及物理学的跨学科研究。 IOP SciNotes于2019年创刊，它将研究过程中涉及研究材料的各个部分集中起来，并进行发表。显然，IOP SciNotes是一个发表简要研究笔记的平台，提供对新方法、数据集或计算方法的严格解释，以及对试点或小规模研究得出的有趣结果的描述。

主题：Quantum Emitters and Spin Defects 截止日期：2022年7月31日 特刊介绍 特刊客座编辑 李统藏 普渡大学，中国 陆朝阳，中国科学技术大学，中国 Nick Vamivakas, 罗彻斯特大学，美国 特刊涵盖主题 Quantum emitters are essential resources for quantum communication, quantum computing, and quantum sensing. Many quantum emitters have intrinsic electron spins, which are helpful for nanoscale quantum sensing and provide spin-photon interfaces for building quantum networks. In recent years, there have...

本篇综述论文来自武汉大学唐炬教授课题组和湖北工业大学张晓星教授课题组，文章系统综述了面向气体绝缘输配电装备的环保绝缘气体分解特性研究进展，为学术界和工业界全面了解各类环保绝缘气体应用过程中的安全性、稳定性及产物特性提供数据基础，同时，为基于分解组分分析(Decomposition Component Analysis, DCA)的环保气体绝缘设备在线监测、故障诊断和状态评估相关理论和技术的发展提供理论依据。该综述被选为J. Phys. D. Appl. Phys.封面文章（Vol. 54 No. 37）。 文章介绍 Review of decomposition characteristics of eco-friendly gas insulating medium for high-voltage gas-insulated equipment 肖淞，石生尧，李祎，叶凡超，李亚龙，田双双，唐炬，张晓星 ■  第一作者：肖淞，武汉大学 ■  通讯作者：李祎，武汉大学   针对环保绝缘气体应用可靠性的评估不仅涉及环保和绝缘特性，也包括稳定性、分解特性、材料相容性、生物及环境安全性等诸多方面。理想的气体绝缘介质应当具备优良的稳定性，即在复杂运行工况甚至故障条件下气体绝缘介质不易发生大量分解。气体绝缘介质的灭弧性能、绝缘复原特性也与其稳定性和放电分解特性息息相关。另外，设备内部存在各类金属、非金属材料，且开关触头、载流母线等金属由于温升效应长期工作于100-120℃温度区间内，因此气体绝缘介质可能与高温金属材料发生气-固界面反应，导致设备内材料腐蚀并引发绝缘气体分解，对设备服役寿命及运行安全性构成威胁。 因此，对环保绝缘气体分解特性的考察及评估是判断其应用可行性的重要组成部分。本文围绕环保绝缘气体分解特性这一主题，从以下几方面总结并评述了近五年来的研究进展： （1）     总结了针对环保绝缘气体电、热及气固界面分解特性的研究方法，包括密度泛函理论、过渡态理论、反应分子动力学、化学动力学模型、等离子体数值模拟等，分析了不同方法的适用场景及特点； （2）     介绍了环保绝缘气体分解特性的试验评估方法，包括平台组成、测试要点及注意事项；同时，介绍了用于气体组分分析的色谱法、光谱法等技术； （3）     综述了以全氟异丁腈(C4F7N)、全氟酮(C5F10O、C6F12O)、CF3I、HFO1234ze(E)等主流环保绝缘气体局部放电、火花、电弧放电分解特性、热稳定性、气-固界面分解特性及机理； （4）     总结了现阶段针对环保绝缘气体分解特性研究中发现的问题、技术瓶颈，展望了未来研究重点及趋势以及环保气体绝缘设备工程应用中需监测的分解组分等。 研究背景 目前广泛应用于气体绝缘输配电装备中的六氟化硫(SF6)是一种极强的温室气体，其温室效应潜在值(Global Warming Potential, GWP)是CO2的23500倍，大气寿命长达3200年，全球大气环境中的SF6含量已由1994年的3.67 ppt (part per billion, 十亿分之一)增加到2020年的10.41 ppt，增长了265%。目前，全球电力行业SF6的使用量占其年产量的80%以上，2018年中国仅GIS设备SF6气体的使用量接近7000吨，相当于1.65亿吨CO2。因此，研发环保绝缘气体并应用于电气设备符合绿色、低碳的发展理念，也是解决输配电制造业对强温室气体SF6使用依赖和实现产业“双碳”目标的根本之策。 作者介绍 肖淞  副教授 武汉大学...

本篇研究来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所李浩研究员、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星研究员和中国科学院理化技术研究所刘彦杰副研究员研究团队。该研究在面向空间应用的超导单光子探测器（SNSPD）技术领域取得突破，打破自身2018年创造的纪录，首次实现了通信波段最大探测效率93%的可空间应用的超导单光子探测系统，为我国开展基于超导单光子探测器的深空通信、空间量子信息等应用奠定了基础。 文章介绍 Superconducting single-photon detector with a system efficiency of 93% operated in a 2.4 K space-application-compatible cryocooler 胡鹏，马跃学，李浩，刘子尧，余慧勤，全加，肖游，尤立星，刘彦杰，梁惊涛，王镇 通讯作者： ■ 李浩  中国科学院上海微系统与信息技术研究所 ■ 尤立星  中国科学院上海微系统与信息技术研究所 ■ 刘彦杰  中国科学院理化技术研究所   为了进一步提升空间应用SNSPD系统性能，中科院上海微系统所与北京理化所在SNSPD高性能器件及制冷技术方面开展了系列工作。上海微系统所李浩、尤立星等人创新性提出多层纳米线SNSPD（如图1），利用多层纳米线间新型触发机制解决了器件光吸收与光子响应的制衡问题，大幅提升了器件成品率和效率，实现SNSPD器件最优 98%的效率纪录【Optics Express 28: 36884 (2020)，专利授权号：CN 111947778 B】。 图1 上海微系统所超导纳米线单光子探测器示意图 与此同时，中科院理化所依托在空间制冷领域的持续技术创新，对制冷机进行了进一步的优化，制冷机的体积和最低工作温度得到了进一步降低。新一代制冷机总重量约44kg，真空腔尺寸高度32cm, 直径23cm（如图2），较上一代制冷机重量和体积减小约20%和50%。制冷机总功耗约321.3W,最低无负载工作温度可达到2.2 K。 图2 第一代（左）与第二代（右）制冷机真空腔尺寸对比 双方在此基础上，成功实现了最大探测效率93%的可空间应用的超导单光子探测系统，刷新了我国保持了两年多的系统探测效率纪录。该成果对于SNSPD的空间应用具有广泛而深远的意义。 研究背景 超导纳米线单光子探测器（SNSPD：Superconducting nanowire single-photon detector）作为一种高性能的单光子探测器，已经广泛的应用于量子信息、激光雷达、深空通信等领域，有力推动了相关领域的科技进步。然而，迄今为止，所有的SNSPD都只在地面实现了应用验证，包括美国NASA 2013年的月地激光通信（LLCD）项目，也仅是在地面接收站使用了超导单光子探测器。如果能够在空间应用中采用SNSPD，有望推动空间光学天文观测、深空光通信、空间量子信息等技术的跨越式发展。瞄准该应用需求，全球科研人员一直在努力发展面向空间应用的小型液氦温区制冷机技术，并期望将其和高性能SNSPD结合以实现可空间应用的高性能SNSPD系统。2017年1月，美国NIST首次报道了一个基于三级脉管加JT节流技术的小型制冷机，然而其JT的压缩机尚未成功研制【IEEE Trans on Appl Supercond 27: 9500405...

本篇研究来自中国科学技术大学胡伟研究员和杨金龙教授课题组。研究通过采用信息传递接口(MPI)与开放式多进程(OpenMP)结合的二级并行计算策略，将复杂度超高的计算成本和内存消耗进行合理调配，使得复杂的平面波线性响应密度泛函（LR-TDDFT）激发态电子结构模拟计算可以在现代异构超级计算机上扩展到数万个处理核心，使其能用于模拟数千原子体系的激发态电子结构性质。 文章介绍 Hybrid MPI and OpenMP parallel implementation of large-scale linear-response time-dependent density functional theory with plane-wave basis set 万凌云，刘小峰，刘杰，秦新明 通讯作者： ■ 胡伟  合肥微尺度物质科学国家实验室，中国科学技术大学 ■ 杨金龙  合肥微尺度物质科学国家实验室，中国科学技术大学   研究内容：本文首先对计算过程中出现的所有矩阵大小和相应的计算复杂度进行了计算和估计，在复杂度相对较小的情况下确定计算的基本流程。 图1 LR-TDDFT方法并行实现流程图 然后对于LR-TDDFT的具体并行采用信息传递接口(MPI)与开放式多进程(OpenMP)结合的二级并行策略来处理哈密顿矩阵的构造和对角化，其中MPI并行编程处理数据在不同进程之间的通信，并利用多线程共享内存OpenMP 并行编程处理矩阵运算。 图2 LR-TDDFT 计算中的数据模式和OpenMP布局 理论方法：我们采用信息传递接口(MPI)与开放式多进程(OpenMP)结合的二级并行策略来处理哈密顿矩阵的构造和对角化，并对其中的矩阵操作和数据通信进行了负载的平衡。 研究结果与意义：我们的工作提供了数值证据，证明第一性原理激发态计算可以在现代异构超级计算机上扩展到 24,576 个处理核心来研究包含数千个原子的半导体系统的激发态特性 (4,096原子）。这种对大规模系统的激发态响应性质进行准确有效预测的方法可能会在半导体材料科学和光催化领域得到一些新的结果。 图3：LRTDDFT的并行强扩展性能 图4：LRTDDFT的并行弱扩展性能 研究背景 在现代材料的计算模拟中，激发态的计算模拟占据了越来越重要的地位，但是第一性原理激发态计算以其高精度和算法复杂著称，长期以来，其计算的空间尺度和时间尺度受算法和算力限制，数千个原子系统的激发态性质模拟仍然是一个具有挑战性的任务。同时近年来，现代异构超级计算机的快速发展 使得高性能计算 (HPC) 作为一种强大的工具来加速大规模系统的 KS-DFT 计算，将大规模并行计算技术应用到激发态计算中，使得大规模系统的激发态计算成为可能。 基于以上事实，基于局域原子基组的大规模激发态电子结构计算在NWChem、QChem 和 ONETEP等软件中都有相应的实现。但是标准平面波基组的情况始终没有突破，这使得包含数千原子的大规模周期系统的激发态计算存在一定的问题。 我们通过MPI与OpenMP结合的二级并行计算策略，将复杂度超高的计算成本和内存消耗进行合理调配，在自主开发的平面波密度泛函理论软件PWDFT，实现了大规模线性响应密度泛函LR-TDDFT激发态电子结构模拟计算，并行规模可以在现代异构超级计算机上扩展到24,576核，计算体系高达4,096原子，使其能用于模拟大规模体系的激发态电子结构性质。 作者介绍 胡伟 研究员 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心...

本篇研究来自香港大学林彥民教授课题组，文章首次利用深度学习与数字全息成像技术相结合的方法进行微塑料颗粒物探测。 文章介绍 Microplastic pollution monitoring with holographic classification and deep learning 朱琰珉，楊作衡，林彥民 通讯作者： ■  林彥民，香港大学   研究内容： 利用同轴数字全息成像技术对实验样本进行光学成像，并将采集到的全息图进行标记、建立全息图片数据集。设计了针对微塑料颗粒物全息图像特点的分类网络holographic-classifier convolutional neural network (HC-CNN)，在数据集上充分训练后，使用此网络对微塑料全息图像进行自动分类、微塑料检测。针对网络分类结果从准确率、鲁棒性、实时性、可迁移性等方面进行了充分的性能分析和评估，并与当前相关领先技术进行了性能的对比分析。 研究结果： 微塑料颗粒物可以被本文提出的深度学习分类网络准确的自动识别出来，准确率高达97.01%。同时其在鲁棒性、实时性等方面表现均好于其他网络。 意义： 在本研究中我们提出了一种基于深度学习的数字在线全息分类系统，用于微塑料污染物的自动检测和分类。其中，微塑料粒子的自动分类任务是直接基于原始全息图完成的，无需额外的图像预处理步骤，如去噪和重建。该系统在分类精度、耗时、网络鲁棒性和跨模型泛化等方面均有较好的性能。此外，我们构建了一个完整标记的全息图数据集，填补了在全息图像领域无完整标记的开源数据集的空白。同时，此系统可以进一步研究制作成便携式微塑料检测系统，为环境保护组织和机构控制微塑料微粒污染提供了强有力的工具。 图1 微塑料全息图像数据集示例图片 研究背景 工业制造产生的微塑料颗粒污染已成为严重的环境问题。这些直径小于5毫米的塑料颗粒近年来在世界各地包括陆地和海洋中均被检测到。例如，在工业药品等生产过程中，其产生的一次性注射器等医疗废物，即含有聚乙烯塑料。这种医疗废物的不充分降解将导致微塑料污染物在环境中积累。自Covid-19新冠肺炎疫情发生以来，大量的医疗塑料垃圾产生，其也进一步加剧了微塑料颗粒污染。而这些微塑料垃圾在海洋和土壤中富集，可能会导致海洋动物的死亡。 通常，微塑料与生态环境中的其他颗粒，如砂砾、微藻、气泡、树叶碎片、大型塑料垃圾等混合在一起，导致其部分图像特征被遮蔽。如果没有昂贵的光学仪器或复杂的图像处理技术，很难准确地检测微塑料颗粒物的数量。我们希望利用全息成像和深度学习技术来自动检测微塑料颗粒。 作者介绍 林彥民  教授 香港大学 ● Edmund Lam received his PhD in electrical engineering from Stanford University. He is a professor in the Department of Electrical and...

本篇研究来自湖南师范大学欧阳钢教授课题组，文章概述了： 发展了二维横向WS2/WSe2异质结应变依赖的光电特性理论模型； 阐述了体系带隙随应变的演化规律，并指出在张应变为7.8%时，能级排布将发生II型到I型的转变； 预测了该体系光电转换效率可以达到4.41%，与本征状态相比大约可以提升一倍。 文章介绍 Strain-engineered photoelectric conversion properties of lateral monolayer WS2/WSe2 heterojunctions 赵宜鹏，谭仕林，欧阳钢 通讯作者： ■  欧阳钢，湖南师范大学   基于键弛豫理论方法和细致平衡原理，研究了单轴应力作用下的单层WS2/WSe2横向异质结的带隙变化和界面能级排布，探索了实现体系光电特性的优化条件： ①. 研究了单层WS2/WSe2横向异质结在界面效应和单轴应力共同作用下的键参数变化、能带漂移和能级排列情况，发现体系处于本征态时将形成II型能级排列，并当张应变增加到7.8%时将发生II型到I型的转变（图1所示）。  图 1 结构示意图和能级排布及机理分析      ②. 将细致平衡模型推广到纳米尺度，探索了应变依赖的载流子复合和输运性能，获得了光电特性的优化条件。结果表明：短路电流随单轴应力的增加而逐渐变大，而开路电压在大应变下随着能级排布的转变而急剧降低，体系的光电转换效率可以达到4.41%，与本征态相比大约可以提升一倍（图2所示）。 图 2 应变依赖的光电转换效率  ③. 该工作从原子尺度阐明了二维WS2/WSe2横向异质结的能带调控机理，预测了实现光电特性的优化条件，为制备高效率、高性能的超薄微电子/光电子器件提供了理论依据。 研究背景 近年来，基于二维过渡金属硫化物（2D-TMDs）的横向异质结由于具有优异的力、电和光学性能等，在电子和光电子学等诸多领域具有广阔的应用前景，引起了广大研究者们的强烈兴趣。但是，此类横向异质结的光电转换效率较低，远低于实际应用的需求，因此探索提高此类体系光电特性的外在调控条件就显得尤为重要。目前，应变工程可以有效的实现在高度可控的水平上调控其光电特性。不过，在横向2D-TMDs异质结中，其光电性能的应变调控仍然有争议。要寻找此类体系中光电转换效率的优化条件，有两个基本的问题亟需阐明：一是应变依赖的能带漂移和能级排布；二是界面载流子复合机制以及收集效率。该工作中，我们基于键弛豫理论方法，研究了单轴应力作用下的WS2/WSe2横向异质结的能带演化和界面能级排布，获得了光电特性的优化条件。 作者介绍 欧阳钢  教授 湖南师范大学 ● 欧阳钢，湖南师范大学物理与电子科学学院教授，博士生导师，新加坡千禧基金（Singapore Millennium Foundation）获得者，新世纪百千万人才工程国家级人选。主要研究方向为纳米材料与纳米结构的表/界面及其功能调控、光电功能材料的理论与计算、键弛豫理论等。 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics ● 2020年影响因子：3.207 Journal of Physics D:...

来自美国马里兰大学的研究人员创造了第一个恒星诞生时的热等离子体膨胀气泡和电离气体的高分辨率图像。 文章介绍 SOFIA FEEDBACK Survey: Exploring the Dynamics of the Stellar Wind–Driven Shell of RCW 49 M. Tiwari, R. Karim, M. W. Pound, M. Wolfire, A. Jacob, C. Buchbender, R. Güsten, C. Guevara, R. D. Higgins, S. Kabanovic, C. Pabst, O. Ricken, N. Schneider, R. Simon, J. Stutzki, and A. G. G. M. Tielens  ...

本篇研究来自北京航空航天大学杨民教授课题组，本文区别于传统CL重建算法设计，从投影变换（CLRP）的角度提出了一种锥束CL重建方法。首先建立了虚拟CT探测器，然后通过投影变换将CL投影数据和重建参数转换为对应的CT数据和参数。进一步地，便可采用锥束CT重建方法对转换后的数据进行重建（本文为FDK）。这不仅为CL重提供新思路，也为将CT重建算法应用到CL重建中提供了桥梁。 文章介绍 A reconstruction method for cone-beam computed laminography based on projection transformation 孙亮，周广金，秦泽锐，袁松梅，林强，桂志国，杨民 通讯作者： ■  杨民，北京航空航天大学 现有的大多解析型CL重建算法是直接对原始CL数据进行滤波运算，然后应用修正的反投影公式进行重建。这些方法忽略了CL扫描结构下的投影数据不严格满足标准FBP或FDK算法的问题。本文的主要研究内容是设计一种CLRP等效转换算法，利用该算法可以将锥束CL扫描数据和重建参数转换成对应的CT扫描数据和参数。然后，便可采用FDK算法对转换后的CL数据进行重建。 图1 CLRP等效转换算法示意图 在计算机仿真实验中，当CL旋转轴的倾斜角从-90°变为-20°时，CLRP转换投影和理想投影之间的SSIM都大于0.975。这表明CLRP转换得到的投影与理想图像非常相似，验证了CLRP算法的正确性。 图2 仿真实验中投影图像的对比. （a）CL扫描投影. （b）理想CT投影. （c）通过CLRP等效转换投影. （d）两幅投影同一行每个像素的灰度值对比. （e）随着角度变化转换后的投影和理想投影之间的SSIM值变化. 在实际实验中，CLRP-FDK方法被用于转换和重建真实的CL投影数据。与现有的CL-FBP方法相比，CLRP-FDK重建图像具有更高的分辨率和更少的伪影。我们用MG和SF对CT图像进行定量评价。结果表明，本文的CLRP-FDK算法性能更好。 图3 电路板CL重建图像对比. （a）CL-FBP重建结果. （b）CLRP-FDK重建结果 在验证了CLRP-FDK方法的正确性后，我们将其应用到实际工程中，对处理器芯片进行扫描和重构以验证该算法的实用性。 图4 应用CLRP算法转换和重建真实数据. （a）处理器芯片. （b）CL扫描投影. （c）用CLRP-FDK方法处理得到的层析图像. （d）另一层层析图像. 总之，所提出的CLRP方法可以为CL重建提供一种新的思路。当数据不能严格满足滤波反投影条件时，CLRP-FDK方法可以改善现有的CL-FBP方法产生的伪影。此外，CLRP方法也可将现有的先进CT重建技术用于解决CL重建问题。 研究背景 X射线CT是一种被广泛应用于工程和医疗中的无损检测技术，但它在大型构件尤其是板状结构检测中存在局限性。而旋转轴倾斜的CL扫描则避免了这一缺点。CL重建一直被当做是特殊轨迹的CT重建，FBP和FDK是最常用的CT重建方法。上述标准方法需要满足转台中心点和射线源焦点之间的连线穿过探测器中心，并且垂直于探测器平面和旋转轴。现有的CL-FBP重建方法不严格满足该适用条件，这会导致重建图像出现伪影。此外，CT重建算法不断发展进步，但是其并不能直接应用于CL重建中，需要进行大量的数学计算和推导。为解决上述问题，本文旨在提出一种基于投影变换的CL转换方法，将锥束CL数据转换为符合要求的CT数据，然后将已有的CT重建算法直接应用于CL重建中。 作者介绍 孙亮 博士 北京航空航天大学 ● 孙亮，北京航空航天大学博士生。研究方向为X射线检测技术与图像处理。现为中国机械工程学会会员、中国体视学会会员，担任MEASUREMENT SCIENCE and TECHNOLOGY等期刊审稿人。 杨民  教授 北京航空航天大学 ● 杨民，北京航空航天大学教授、博士生导师，机械工程及自动化学院副院长。主要研究方向为多维信息重构与识别、X射线数字成像、CT理论与应用等。现为国家X射线数字化成像仪器中心专家委员会委员，中国体视学学会CT理论与应用分会常务委员，《CT理论与应用》、《中国体视学与图像分析》编委等。 期刊介绍...