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本月开始，我们将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出版社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 Core Physics New Journal of Physics A very high energy hadron collider on the Moon James Beacham and Frank Zimmermann Altmetric Attention Score: 166   Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical Maxwell–Lorentz without self-interactions: conservation of energy and momentum Jonathan Gratus Altmetric Attention Score: 95   Quantum Science and Technology An environmental...

一本新的电子书概述了40多位学术作者的知识和经验，及时全面地介绍了单粒子低温电子显微镜技术。 电子书介绍 上图是钙稳态调节剂（CALHM）的两个垂直投影的低温电子显微镜图像，这种蛋白质复合体的作用是控制神经元活动、味觉信号以及抑郁症和阿尔茨海默病的病理变化。(来源：Volodymyr Dvornyk/shutterstock) 对于进入一个新的研究领域或试图掌握一种新的实验方法的研究人员来说，最新的综合参考书是最宝贵的资源之一。与研究论文或综述文章不同，书中提供了当前最佳实践的专家综述——使科学家能够更快地进行实验，获得更可靠的结果，并了解如何最好地分析和解释数据。 结构生物学的一个重要例子是单粒子低温电子显微镜，或称低温电镜（cryo-EM），自2013年以来，它使研究人员能够获得生物大分子的高分辨率 3D 结构。这种强大的表征技术由一小群具有生物物理学背景的科学家们开创，现在正成为生物化学、细胞生物学等研究领域的流行工具。 美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的Robert Glaeser与两位共同编辑和多位专家作者刚刚出版了一本题为Single-particle Cryo-EM of Biological Macromolecules的电子书。他认为：“许多不同的人正在进入这个领域，他们以前没有接受过低温电镜的培训，他们有很多细节需要了解，而没有一个地方可以让他们找到所需的信息。” 低温电镜的一大优势是它提供了一种对难以或不可能使用更成熟的表征技术来表征的大分子进行成像的方法。首先，它只需要少量的材料就能产生高分辨率结构，这使得研究因核磁共振而无法提供光谱研究所需数量的大分子复合物成为可能；而且也不需要结晶样品，这可能是尝试使用 X 射线晶体学表征大型蛋白质复合物时的主要障碍。 更重要的是，低温电镜允许将大分子包含在生化缓冲液中，这为研究其生物学功能提供了可能性。“大分子复合物有活动部件，它们是一种机器，”Glaeser解释说，“它们经历了一个包括许多中间步骤的催化循环，用低温电镜拍摄照片可以显示这个过程中的所有步骤。” 自2013年以来，该技术发展迅速，当时新一代的相机能够捕捉到第一批高分辨率图像。自那时起，该技术的分辨率已经从3.5Å提高到了优于1.3Å——这足以区分结构中的单个原子。因此，现在已经有数以万计的大分子复合物被低温电镜成像，其对生化研究的重要性得到了2017年诺贝尔化学奖的认可。 像Glaeser和他的合著者这样的早期先驱者已经投入技术开发30年或更长时间，通过测试新想法和从错误中学习，逐渐积累知识和理解。但这个领域的新人很容易对用于收集和处理数据的方法感到迷惑。Glaeser说：”他们知道拥有高分辨率结构的价值，但他们可能很难弄清楚低温电镜的使用概念和方法。” 生物物理学界的许多人认为，一本学术参考书是填补这一知识和技能空白的最佳途径。作为与IOP出版社合作出版的伙伴，生物物理学会正在寻找有关该主题的电子书作者——这有使所有内容易于在线访问的额外优势。Glaeser评论道：“相对于强迫人们去钻研文献，拥有一本权威的教科书仍然有很大的价值。这使得进入这个领域的人更容易，尤其是博士后和刚步入科研生涯的研究人员。” Glaeser认为，问题在于寻找作者。”写书的工作量非常大，我的同行们一般都忙得连一章都没时间写，更别说写出一本完整的书了。” 幸运的是，Glaeser想出了一个主意——制作一本汇集多位作者专业知识的编著。他与斯坦福大学的Wah Chiu和LBNL的Eva Nogales两位合编者一起，邀请多位顶尖学者撰写本书的各个部分，每部分约3000字。Glaeser说：”我们要求作者写他们最熟悉的主题，这样他们可以轻松地撰写文本、放置图表，并选择最相关的参考文献。” 大家的反响非常积极，几乎每个被要求写一部分的人都接受了邀请。”第一批接受邀请的人是该领域中一些最繁忙、最杰出的学者，”Glaeser说，“他们通常是最没时间写作的人，但显然对这本书的需求引发了他们的共鸣。” 三位编辑面临的巨大挑战是如何确保由大约35篇个人文章组成的书能够连贯完整地结合在一起。虽然有很多研究专著收集了不同作者的文章，但他们的目标是创造一本具有逻辑结构和单一声音的实用参考书。 Glaeser、Chiu和Nogales首先为各章以及所有部分制定了详细的大纲，并由此决定撰写每个单独章节的最佳作者。”我们对大多数人都非常了解，所以我们对他们可能写的内容有很好的了解。”Glaeser说，”我们可能会就每个部分应涵盖的内容提出建议，并提供指导方针，但在大多数情况下，我们不需要指导他们。” Glaeser还花时间阅读和编辑每个人的文章。他说：”这听起来工作量很大，但真的不是，这有助于使它成为一本书，而不是一个文章集合。另外，我从详细阅读中学到的东西和预期读者一样多。” 最终的成果是一本电子书，全面、易懂和权威地介绍了低温电镜的相关知识。除了对基本概念的清晰解释外，它还为样品制备、数据收集和分析以及结果最终验证的关键步骤提供了实用指南。 一本关于单粒子冷冻电镜的新电子书分享了多位专家学者的知识和经验，为研究人员提供对该领域的权威介绍。（来源：IOP Publishing） 这种多作者模式可能是一种非常规的出版方式，但它为作者和读者提供了几个重要的好处。首先，在许多不同的撰稿人之间分配工作，可以减少个人的负担——甚至对于负责管理流程和整合内容的三位编辑来说也是如此。Glaeser评论说：”对我和我的合作编辑来说，这很容易；对每个单独的撰稿人来说，这也很容易。” 分工合作也加快了整个过程。这本特别的电子书从最初提议到最后出版只花了两年时间，而Glaeser说，他与几个合著者写的另一本书花了长达16年的时间。这样的快速出版确保了所有内容都是最新的且与当今实验相关，也就使这些信息对正在学习使用该技术的研究人员更加有用。自2021年5月电子书出版以来，它似乎已经留下了显著的标志，有近4000次的下载量。 不过，也许最重要的是，该书提供了直接接触该领域多位专家知识和经验的机会。“真正让这本书成功的是每个章节作者提供的权威内容，”Glaeser说，“我不是什么都知道，但我认识正确的作者，他们确实什么都知道。我真的要感谢他们的无私奉献和全心全意的参与，是他们使这本书获得了成功。”

客座编辑 Robert Armstrong，英国圣安德鲁斯大学 Nuria Tapia-Ruiz，英国兰卡斯特大学 主题范围 Sodium-ion batteries represent one of the most promising alternatives to lithium-ion technology and with increasing concerns regarding the sustainability of lithium sources, are attracting growing interest. Furthermore, limitations on the availability of the transition metals used in the manufacturing of cathode materials, together with questionable mining practices, are driving...

本篇研究来自清华大学Bartlomiej Czech研究员课题组，本篇综述文章主要论述了量子力学和广义相对论看起来是互不相关的两件事：量子力学效应发生在微观系统，而相对论现象往往发生在外太空。但是从现代的观点来看，时空，这一广义相对论所研究的核心概念，是用量子纠缠粘成的。对于大部分引力系统，包括我们所在的宇宙，这种观点还没有完全建立好。可是在反德西特时空里，人们对此已经理解得很好了。这就是本篇综述的主题。 反德西特时空像一个全息图：它的所有信息都显示在一个围绕它的巨大球面上。在这个球面上，自由度之间的量子纠缠表现为反德西特时空里相应曲面的面积。在这个意义上，反德西特时空的几何就是边界球面上量子纠缠的地图。引力描述几何的动力学。所有的引力现象，不论是苹果从树上落下还是黑洞的形成，都反映了量子纠缠的性质。这篇综述详细地讨论了这一观点。 文章介绍 Quantum Information in Holographic Duality 陈博文、Czech Bartlomiej、王子之 通讯作者： ■  Czech Bartlomiej，清华大学   为什么这是一个重要的研究领域？ 每个文明都努力用各种方式尝试理解宇宙。对于世界上的每一个人来说，像苹果落地这样的引力现象构成了物质世界最亲切的体验。我们当然渴望用最深刻的方式去理解它。 现代物理学的一个核心问题是广义相对论和量子力学之间的冲突该如何调和。其中一个重要的问题就是霍金提出的黑洞信息悖论：量子力学预言落入黑洞的信息会最终辐射出来，而广义相对论的计算却表明黑洞辐射是没有信息的。通过量子信息的方式去理解引力对于最终解决这个问题是很有帮助的。 除此之外，或许从引力的角度去理解量子信息也能带来一些意想不到的收获，毕竟设计、实现量子计算机是当今科学界的一大重要问题。 图中的圆柱是反德西特时空。由彩色曲面围成的区域反映出边界上的部分量子信息。 有哪些开放性问题，或者您认为领域下一步发展会是什么？ 最突出的问题是，我们关于引力和信息论的结论能否应用于反德西特时空以外的情况。人们最关心的是德西特时空。它与我们的世界很接近，同时又足够简单，使得我们能够像研究反德西特时空一样研究它。 一个非常活跃的研究领域是利用引力和信息论的关系去解决霍金的黑洞信息悖论。近年来，这方面已有许多具体的进展。一些研究者认为量子纠缠的引力表征有时会形成所谓的“岛”。如果这些纠缠岛组成了黑洞的内部，黑洞信息悖论就可以得到解决。 量子纠缠的引力表征是一个曲面的面积。这让我们想问：什么又对应于体积？Susskind猜答案应该是量子计算复杂度。这一量子信息理论和引力的新颖联系是一个快速发展的研究方向。 除此之外，很多来自黑洞的、量子力学方面的线索表明引力不对应于某一个特定的理论，而是一系列理论的系综。这个猜想引起了很多争论，也指出了一个很重要的科研方向。 作者介绍 Bartlomiej Czech 研究员 清华大学 ● Bartlomiej Czech于2018年全职加入清华大学高等研究院，任研究员。Czech教授来自波兰。他本科就读于哈佛大学，于宾夕法尼亚大学获得物理学博士。博士后期间，他也任职于世界顶级的研究所，如斯坦福大学和普林斯顿高等研究院。工作之余，他喜欢探索北京的山脉，包括徒步、攀岩、露营以及野地滑雪。 期刊介绍  Reports on Progress in Physics  ● 2021年影响因子：17.264 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。

客座编辑： Feng Gao，瑞典林雪平大学 Dawei Di，浙江大学 Dan Congreve，美国斯坦福大学 Li Na Quan, 美国弗吉尼亚理工大学 主题范围 作为卤化物钙钛矿系列重点难题的一部分，本期特刊聚焦于一系列关于金属卤化物钙钛矿光辐射进展的高质量研究和综述文章。特刊涵盖广泛的跨学科领域，欢迎提交与材料、设备以及基本和新兴机制相关的研究文章。主题包括但不限于： 高效钙钛矿发光器件 材料合成与器件工程 器件物理与光物理 无铅低毒钙钛矿发光体 材料和器件稳定性 钙钛矿发光体和发光二极管的新应用 卤化物钙钛矿的激光 卤化物钙钛矿发光的基本机制 新出现的现象和概念 注意事项： 截止日期：2022年12月31日 作者可登入期刊主页进行在线投稿，在“文章类型”中选择“特刊文章”，并在“选择特刊”的下拉框中选择”Grand Challenges in Halide Perovskites: Light-Emitting Perovskites – Materials, Devices and Emerging Phenomena“。 详细投稿流程请点击此处查看。 期刊介绍 JPhys Photonics ● JPhys Photonics（JPPHOTON）是一本新出版的开放获取期刊，面向物理学中应用于光子学各个领域的高质量研究。期刊包含光子学研究中最重要和最激动人心的进展，着重关注跨学科和多学科的研究。涵盖领域包括：生物光子学和生物医学光学；能源和绿色技术应用，包括光伏；成像、检测和传感；光物质相互作用；光源，包括激光器和LED；纳米光子学；非线性和超快光学；光通信和光纤；光数据存储；光电子学、集成光学和半导体光子学；光子材料、超材料和工程结构；等离子体技术；传播，相互作用和行为；量子光子学和光学等。

我们很高兴推出JPhys Photonics期刊2021年亮点文章合集，这些文章体现了期刊的高质量、创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。通过一系列的筛选标准，包括优秀研究的展示、网络读者的受欢迎程度以及审稿人的评价，最终汇成了2021年度的亮点文章合集。 感谢我们所有的作者和审稿人对JPhys Photonics期刊的大力支持，希望大家能够喜欢和阅读本期的文章合集。 Topical Reviews Virus recognition with terahertz radiation: drawbacks and potentialities 2021 J. Phys. Photonics 3 032001 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7647/abfd08   Virtual reality and augmented reality displays: advances and future perspectives 2021 J. Phys. Photonics 3 022010 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7647/abf02e   Orbital angular momentum of twisted light: chirality and optical activity 2021 J. Phys. Photonics 3...

Focus on Bioenergy and Biofuels 客座编辑： Pau-Loke Show，马来西亚诺丁汉大学 Hassan Karimi-Maleh，伊朗古昌理工大学 Chiaki Ogino，日本神户大学 V. Ashok Kumar，泰国朱拉隆功大学 朱联东，中国武汉大学 主题范围 This focus issue is showcasing high quality fundamental and applied advances in bioenergy and biofuels processing and utilisation. We welcome submissions on biomass conversion, biorefinery and energy processes and systems, where this is related to energy applications and...

我们汇总了2021年发表在JPhys Energy期刊发表的优秀文章，这些文章体现了期刊的高质量、创新性以及涵盖了受关注的研究工作。文章的选择基于一系列标准，包括优秀研究的展示、网络读者的受欢迎程度以及审稿人的高度赞扬。 感谢所有的作者和审稿人对JPhys Energy期刊的支持！ Perspectives Design of dye-sensitized TiO2 materials for photocatalytic hydrogen production: light and shadow 2021 J. Phys. Energy 3 031001 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7655/abe04b A discussion on the possible involvement of singlet oxygen in oxygen electrocatalysis 2021 J. Phys. Energy 3 031004 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7655/abe039   Topical reviews Materials discovery through machine learning formation energy 2021 J....

本篇研究来自中国科学院深圳先进技术研究院李光元副研究员和桂林电子科技大学胡放荣研究员课题组，研究讨论了基于双层石墨烯-金属复合超构表面，设计了一种透射型太赫兹动态相位调制器，在理论上首次实现了动态范围高达180°的连续相位调控，同时，平均的透射率达到27%以上，为解决相位动态调控范围与效率之间的矛盾问题提供了一种新的研究思路。 文章介绍 Terahertz dynamic π-phase modulation with high transmittance using graphene-metal metamaterials 黄文礼、罗小青、胡放荣、李光元 通讯作者： ■  李光元，中国科学院深圳先进技术研究院 ■  胡放荣，桂林电子科技大学   我们提出了一种双层的石墨烯-金属复合超构表面，通过数值仿真研究了其在y偏振太赫兹波入射时的透射谱和透射相位谱随着石墨烯费米能级的演化特性，研究结果表明： 通过调节石墨烯的费米能级，超构表面在3.7-4.5 THz频率范围内从一种共振模式（称为II型）演化为共振频率不同的另一种共振模式（I型）； 特别地，在4.3   THz处，超构表面的上述两种共振模式随着石墨烯费米能级发生了切换，使得透射相位达到了180°，并且透射效率在22%-32 % 的小范围内波动，平均透射效率高达27%； 通过参数讨论，突出了从II型共振到I型共振的演化对获得大范围相位动态调控和高透射效率的重要性； 当入射角在±10°范围内，动态相位调控的上述性能得到保持，有利于实验测试和实际应用。 这一高透射效率、180°动态范围的透射型太赫兹相位调制超表面，有望应用于01编码（如0°和180°的相位分别编码为0和1）的智能超构表面器件，以及焦距可调平面透镜、相控阵天线和全息成像。 图1 所设计的双层石墨烯-金属复合太赫兹超构表面单元结构。 图2 透射谱和透射相位谱随着石墨烯费米能级EF（在0 – 1.0 eV之间）的演化特性。 图3 （a）透射相位谱，（b）4.3 THz频率处的动态相位差和透射率随石墨烯费米能级的变化情况。 研究背景 电磁波的相位调控是波前控制、全息、偏振操控和高分辨率成像等应用领域的核心基础技术。近年来，基于可调材料和超构表面的动态相位调控由于具有平面化、易集成、可重构等优点，成为光场操控领域的一大研究热点。 为了实现太赫兹波段的动态相位调控，研究人员结合二氧化钒或石墨烯等可调材料设计了多种动态可调的超构表面。目前，透射型太赫兹相位调制超构表面存在着动态调控范围小（<180°）或效率低（<10%）的挑战，亟需探索新型的物理机制和结构设计。 作者介绍 李光元  副研究员 中国科学院深圳先进技术研究院 ● 李光元，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员、博士生导师，深圳市海外高层次人才，2020年入选美国光学学会高级会员（Optica Senior Member）。主要研究高性能的动态可调光子元器件，在权威刊物发表SCI收录论文74篇。获2012年北京大学优秀博士后称号。主持完成国家自然科学基金青年项目，中国博士后基金面上项目和特别资助项目。 期刊介绍  Journal of Optics  ● 2021年影响因子：2.516 Journal of Optics（JOPT）出版光学领域的相关论文，包括现代与经典光学各方面的应用和理论研究。JOPT出版内容包含了以下方面，包括：纳米光子学和等离子体光子学；超颖材料和结构光子材料；量子光子学；生物光子学；光与物质的相互作用；非线性与超快光学；光的传播、衍射和散射；信息和通信光学；集成光子学；光伏和能量收集。除原创性研究外，JOPT还出版了快速追踪通讯和专题综述，为研究人员带来高质量的内容。所有JOPT文章还提供HTML阅读模式，方便研究人员使用手机或平板进行阅读。

气候和大气环境的变化是世界面临的最紧迫的挑战之一。中国是排放大国和碳汇大国，未来走向碳中和发展不仅意味着碳排放和碳汇发生根本性变化，而且对其大气环境和全球气候也将产生巨大影响。 本期Environmental Research Letters（ERL）特刊主要针对2021世界青年科学家峰会（WYSS）和IOP2021国际环境研究大会的会议合作。特刊提供了一个跨学科的平台，讨论气候变化、地球系统相互作用、生物地球化学循环、区域间连接，以及潜在的途径碳中和中国的影响。 客座编辑： 林金泰，北京大学 蔡闻佳 清华大学 刘宇，中国科学院 聂绩，北京大学 乐旭，南京信息工程大学 王涛， 中科院青藏高原研究所 张强，清华大学 特刊征稿将于5月31日截止！>>点击了解特刊详情。 期刊介绍 Environmental Research Letters ● 2021年影响因子：6.793 Environmental Research Letters（ERL）以金色开放获取模式出版，作者可选择将原始数据作为补充资料与文章一起发表。所有研究人员可以免费获取这些研究成果。ERL汇聚了关注环境变化及其应对的研究团体和政策制定团体的意见，涵盖了环境科学的所有方面，出版研究快报、综述文章、观点和社论。ERL顺应了环境科学的跨学科发表的趋势，反映了该领域相关的方法、工具和评估战略，得到了来自不同领域的广泛贡献。

软体机器人技术旨在建立在未知并具挑战性的环境中具有更好运动性能和适应性的系统，并在与人类交互时具有更高的安全性。本篇研究路线图发表在Multifunctional Materials期刊上，涵盖了与多功能行为显著相关的软体机器人在选定方面的设计。因为这被认为是软体机器人设计中的一个基本组成部分，用于提高其特殊能力，如变形、适应和生长。 路线图涵盖了组件和系统设计的不同方法、仿生材料、制造软机器人的方法、实现和控制其功能和行为的策略，以及不同环境能力的软体系统案例展示。 对于每个涵盖的主题，作者都描述了当前的研究现状以和研究方向、眼下及未来的挑战，以及应对挑战的科技进步前景。 文章介绍 Roadmap on soft robotics: multifunctionality, adaptability and growth without borders Barbara Mazzolai, Federico Carpi, Koichi Suzumori, Matteo Cianchetti, Thomas Speck, Stoyan K. Smoukov, Ingo Burgert, Tobias Keplinger, Gilberto Siqueira, Felix Vanneste, Olivier Goury, Christian Duriez, Thrishantha Nanayakkara, Bram Vanderborght, Joost Brancart, Seppe Terryn, Steven Rich, Ruiyuan Liu, Kenjiro Fukuda, Takao...

JPhys Materials最新发表的研究路线图由50多名杰出的研究人员共同撰写，他们跨越了可持续材料研究的多个学科。该路线图不仅概述了材料科学领域实现可持续性所面临的重要挑战和困难，还批判性地提出了可以用来克服这些挑战的观点和方法。 在撰写该路线图时，JPhys Materials希望为发展更广泛的可持续材料研究社区提供帮助，为学术界、工业界、政府和基金组织在这一至关重要且快速发展的研究领域提供指导，这是未来可持续性的关键。 文章介绍 The Sustainable Materials Roadmap Maria-Magdalena Titirici, Sterling Baird, Taylor Sparks, Shirley M. Yang, Agi Brandt-Talbot, Omid Hosseinaei, David Paul Harper, Richard Parker, Silvia Vignolini, Lars Berglund, Yuanyuan Li, Huai-Ling Gao, Li-Bo Mao, Shuhong Yu, Noel Díez, Guillermo Alvarez.ferrero, Marta Sevilla Solis, Petra Szilagyi, Connor Stubbs, Joshua Worch, Yunping Huang, Christine...