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Journal of Optics（JOPT）期刊将该领域中最优秀的青年研究人员汇聚在一起，并将他们发表的杰出研究成果整理成“青年领军人”（Emerging Leaders）精选特刊，每年出版一期。本期特刊也是IOP出版社Journal of Physics系列期刊出版50周年的庆祝活动之一。 在此，我们很荣幸地宣布JOPT期刊2022年“青年领军人”（Emerging Leaders 2022）的获奖者为胡光维博士。以下是他的获奖感言： “I feel honoured to receive this award, and would take this opportunity to thank my institute, mentors, and collaborators for their great support of my past scientific endeavour and the award committee and large community for the inspirations I can continuously seek in my research. It...

本篇研究来自中国科学技术大学田超课题组。本文系统性地回顾了圆形Zernike多项式及其非圆衍生多项式的发展历史、数学定义、基本性质、在波前拟合中的作用、与光学像差及其它相近多项式之间的关系。同时综述了Zernike多项式在衍射理论、光学设计、光学检测、眼视光学、自适应光学及图像分析等不同领域中的应用。该综述旨在为初学者及领域研究人员提供一份关于Zernike多项式的完备参考指南。 文章介绍 Zernike polynomials and their applications Kuo Niu and Chao Tian（田超） 通讯作者： 田超，中国科学技术大学   Zernike多项式是德国物理学家Frits Zernike（图1）于1934年在研究相衬显微方法时提出的一组定义在单位圆上的正交多项式。由于数学性质简洁优美且和光学像差紧密联系，Zernike多项式在提出后逐渐引起了人们的关注，被广泛应用于光学和图像处理中。图2显示了1970至2020年间与Zernike多项式相关的论文出版数量。图3列举了Zernike多项式发展历程中的里程碑事件。 图1 Frits Zernike（1888-1966），物理学家和数学家，因发明相衬显微镜获得1953年诺贝尔物理学奖 图2 1970至2020年间与Zernike多项式相关的论文出版数量 图3 Zernike多项式发展历程中的里程碑事件 论文主要包括三个部分（见图4）。第一部分回顾了Zernike圆形多项式的六种不同索引方式，包括Noll索引（见图5）、OSA/ANSI索引、Fringe索引、ISO-14999索引、Born&Wolf索引以及Malacara索引，并对其进行了系统对比和分析；同时归纳了Zernike圆形多项式的数学性质，包括正交性、对称性、Fourier变换、积分变换、导数、递归关系等；讨论了Zernike多项式在波前拟合中的作用、不同孔径形状下Zernike多项式展开系数的变换与Seidel像差和Strehl比之间的关系；整理了Zernike多项式与XY单项式、Jacobi多项式、Legendre多项式、Bessel多项式、Chebyshev多项式、伪Zernike多项式等之间的关系。第二部分介绍了基于Gram-Schmidt正交化方法的非圆孔径Zernike衍生多项式的构造方法，包括环形、矩形、正方形、六边形、椭圆形等；重点讨论了Zernike环形多项式的定义、数学性质和在环形波前拟合中的作用。第三部分阐述了Zernike多项式在不同领域中的实际应用，包括衍射理论、光学设计、光学检测、眼视光学、自适应光学及数字图像分析等（见图6）。 论文旨在为初学者及领域研究人员提供一份关于Zernike多项式的完备参考指南，并促进Zernike多项式的进一步发展与应用。 图4 论文主要讨论的内容 图5 Noll索引下的非归一化Zernike圆多项式（前6阶） 图6 Zernike多项式的主要应用 研究背景： Zernike多项式是定义在单位圆域上的一组完备的连续正交函数。自1934年由Zernike提出以来，Zernike多项式在光学、眼视科学、图像处理等领域得到了广泛应用。但由于没有统一的定义，Zernike多项式有多种不同的索引方式并存，且数学性质缺乏系统的阐述。为了解决这一问题，本文系统性地回顾了圆形Zernike多项式及其非圆衍生多项式的发展历史、数学定义、基本性质、在波前拟合中的作用、与光学像差及其它相近多项式之间的关系。同时综述了Zernike多项式在衍射理论、光学设计、光学检测、眼视光学、自适应光学及图像分析等不同领域中的应用。由于数学性质简洁优美，Zernike多项式在科学研究及工业领域的应用预计会进一步扩大。该综述旨在为初学者及领域研究人员提供一份关于Zernike多项式的完备参考指南。 作者介绍 田超，中国科学技术大学教授、博士生导师，合肥综合性国家科学中心人工智能研究院研究员，国家自然科学基金委优秀青年科学基金、中国科学院人才项目、安徽省人才项目获得者。浙江大学光电学院光学工程专业学士和博士，美国密歇根大学安娜堡分校生物医学工程系博士后。长期从事生物医学光子学、光声成像、医学超声和医学图像处理方面的研究工作，先后承担国家基金委、科技部、中科院、安徽省等科研项目10余项。在本领域知名期刊发表SCI论文多篇，担任国际光学工程学会（SPIE）/美国光学学会（OSA）/中国光学学会（COS）高级会员、中国光学学会生物医学光子学分会青委副主委、中国生物医学工程学会生物医学光子学分会青年委员等。 期刊介绍 Journal of Optics 2021年影响因子：2.077  Citescore: 5 Journal of Optics（JOPT）出版光学方面的实验和理论研究论文，研究领域包括：纳米光子学和等离激元光子学；超构材料和结构化光子材料；量子光子学；生物光子学；光与物质的相互作用；非线性和超快光学；光的传播、衍射和散射；信息和通信光学；集成光学；光伏和能量收集。除原创性研究外，JOPT还出版专题综述，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。

本篇研究来自河南大学王冰和扬州大学张秀云课题组。本文利用第一性原理计算方法设计了两种二维高温伊辛铁磁半导体：Cr2XTe4（X = Si，Ge）单层。该单层具有较高的居里温度、高的自旋极化和大磁各向异性能。研究结果表明其居里温度分别高达180K和170K，且它们都是直接带隙半导体材料，其磁各向异性能约为500 μeV。这些优异的特性使得它们成为自旋电子学应用中有前途的候选材料。 文章介绍 Cr2XTe4 (X = Si, Ge) monolayers: a new type of two-dimensional high-TC Ising ferromagnetic semiconductors with a large magnetic anisotropy Yihang Bai, Rui Shi, Yaxuan Wu, Bing Wang(王冰) and Xiuyun Zhang（张秀云） 通讯作者： 王冰,  河南大学 张秀云，扬州大学   1. 稳定性及电子结构分析 图1. (a) Cr2XTe4 (X = Si，Te)单层的晶体结构；（a）自旋电荷密度图；（c）室温下两种结构随时间的能量变化；（d）声子谱。 Cr2XTe4（X = Si，Te）单层是四方相结构，其主要净自旋电荷分布在Cr元素周围，Te元素周围分布少量相反自旋电荷。材料磁性源自过渡金属Cr元素。室温下随时间的变化能量波动较小，证实了其具有良好的热稳定性。此外在整个布里渊区中，声子谱没有虚频，也证明了它们动力学的稳定性。 图2. Cr2XTe4（X = Si，Te）单层的电子能带结构与占据成分。  Cr2XTe4（X = Si，Te）单层是具有大约1eV的铁磁半导体；价带顶与导带底主要由Cr-d与Te-p轨道贡献且贡献大小接近。这意为着伴随p-d杂化的强烈的Cr-Te相互作用。   2. 磁各向异性与磁交换作用...

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。