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日期：2025年6月18日，周三时间：北京时间晚9:00-10:30 IOP出版社旗下Neuromorphic Computing and Engineering （NCE）期刊主办的在线研讨会将聚焦神经形态计算，定于北京时间2025年6月18日周三21:00线上召开。 研讨会详情 There are two main approaches to what we consider neuromorphic computing. The first involves emulating biological neural processing systems through the physics of computation of computational substrates that have similar properties and constraints as real neural systems, with potential for denser structures and advantages in energy cost. The...

《物理世界》（Physics World）是世界领先的物理杂志，并以月刊的形式发送给英国物理学会（IOP）的所有成员。《物理世界》的每一期都涵盖了世界各地科学家都关注的时事新闻和关键问题，包括著名物理学家和科学作家的专题文章、综合新闻和分析，以及精辟的观点文章。我们将不定期精选出其中的优秀文章，供大家阅读。希望您喜欢阅读本期文章！ 文章介绍 一份物理学家的冰淇淋指南：全球最受欢迎甜点背后的复杂科学 中国科学院物理研究所 王立芬 编译自Hamish Johnston. Physics World，2025，(4)：23 本文选自《物理》2025年第5期   冰淇淋到底是什么？对大多数人来说，它是美味的冷冻甜点，但对像Douglas Goff这样的食品科学家来说，它也是物理和化学的奇迹。冰淇淋是复杂的多相材料，包含了乳液、泡沫、晶体、溶质和溶剂。无论是在家庭厨房还是在商业规模化的生产中，冰淇淋都需要成分比例的精确调配，以及在混合、搅拌和冷冻过程中的精确控制。 Goff是在加拿大圭尔夫大学的食品科学研究员，也是冰淇淋科学的专家。除了研究冰淇淋中的结构和成分功能等课题外，Goff还是圭尔夫大学年度冰淇淋课程的讲师。该课程自1914年开授，是该大学历史最悠久的课程。 在与Physics World杂志的Hamish Johnston进行的对话中，Goff解释了冰淇淋的科学原理，为什么制作素食冰淇淋如此困难，以及他的团队如何在进行电子显微镜实验时不让样品融化。 冰淇淋的材料性质冰淇淋是非常复杂的多相系统。它初始是一种乳液，其中脂肪微粒分散在含糖的水溶液中。接着，通过搅拌乳液引入了空气相，这个过程被称为发泡(图1)。因此，在一个冰淇淋桶中，大约有一半体积来自于空气的贡献。这些空气形成的细小气泡均匀分散在发泡乳液中。 然后，部分冻结使得发泡乳液中至少一半的水转变为微小的冰晶，而剩余的未冻结相是使冰淇淋保持柔软、易舀取且可口的主因。并未被完全冻结的原因是溶解在乳液中的糖分降低了冰点。 这样的流程下来，就得到了呈乳液状的脂肪微粒、泡沫式的气泡、部分结晶的冰晶溶剂，以及浓缩的糖溶液。   冰淇淋中不同相的空间尺度是多少？ 电子显微技术显示脂肪微粒的直径约为一微米，而空气泡的直径通常在20—30µm之间，冰晶的大小在10—20µm的范围内。   商业化制作与在家庭厨房制作的冰淇淋有哪些重大差异？ 无论是在家庭厨房的冰淇淋机中，还是在工厂操作中，冷冻和搅拌是同时进行的。厨房中制作的冰淇淋与商业化工厂中制作的冰淇淋之间最大的区别在于冰淇淋的结构。自制的冰淇淋保存一两天是可以的，但很快就会变得硬邦邦，而我们预期商业化制作的冰淇淋会有几个月到一年的保质期。这是由于冰相随着时间的推移所经历的演变方式不同，即取决于不同的再结晶过程。如果温度升高，冰淇淋会开始融化。当温度再次降低时，水会重新冻结成冰相，但不会产生新的冰晶，而是会在已有的冰晶上生长。 这意味着，如果冰淇淋在储存冰期间经历很大的温度波动，它会比在恒定温度下储存时更快降解并变成冰块。温度越高，再结晶的速度就越快。商业冷冻设备能够产生比自制冰淇淋机更小的冰晶尺寸。低温和恒定温度的储存是大家追求的目标，因此在演变发生之前，温度越低、越恒定，初始冰晶越小，冰淇淋的保质期就越长。 还有另外一个影响冰淇淋长期储存的结构因素。当未冻结的含糖溶剂相浓缩到足够程度时，它可以经历玻璃化转变(图1)。玻璃态是一种非晶固体，因此如果这种情况发生，系统内的水或溶质将不会移动，它可以保持多年不变。对于冰淇淋来说，玻璃化转变温度约为-28℃至-32℃，因此如果要实现长期储存，就必须将温度降低到低于这个玻璃化转变温度。   图1 冰淇淋中的不同相。乳液：有些液体是不互溶的，如油和水，将一种液体加入到另一种液体后无法混合。如果一种液体的许多液滴可以在另一种液体中稳定存在而不发生聚结，那么所得到的混合物称为乳液(左图)。泡沫：泡沫与乳液类似，由两个相组成，其中一种相分散在另一种相中。在泡沫的情况下，许多细小的气泡被困在液体或固体中(右图)。玻璃态：当一种液体被冷却到低于某一温度时，它通常会发生一阶相变，变成晶体。然而，如果一种液体可以在不结晶的情况下冷却到其冰点以下(过冷)，例如，当它被迅速冷却时，它可能会形成玻璃态——一种具有无序液体状结构但具备固体机械性能的非晶体固体。玻璃态形成的温度，其特征是材料粘度的快速增加，被称为玻璃化转变温度   第三个因素是添加稳定剂。这些稳定剂包括洋槐豆胶、瓜尔胶或纤维素胶，还有一些新型的稳定剂。它们的作用是增加未冻结相的粘度。这减缓了冰再结晶的速度，因为它减缓了水的扩散和冰的生长。 还有一些其他新型的添加剂可以防止冰转变为大晶体。其中一种叫做单硬脂酸丙二醇酯，它会吸附在冰晶的表面，防止其在温度波动时生长。这种现象在自然界中也能看到，一些生活在寒冷环境中的昆虫、鱼类和植物物种，其血液和组织中含有可以控制冰生长的蛋白质。例如，许多鱼类在体内潜藏着微小的冰晶，但这些蛋白质能够防止晶体生长到足以造成伤害的程度。 添加香料如何改变冰淇淋的制造过程？ 全球各地的冰淇淋有成百上千种不同的口味，一个重要的问题是香料会不会影响溶液或乳液。 例如，巧克力豆是惰性的，它与其他成分完全不发生相互作用。而草莓则会对系统产生很大影响，因为水果制品中的糖分含量很高。我们需要在水果制品中添加糖，以确保它比冰淇淋本身更软。但问题是，其中的一些糖会扩散到未冻结的水相中，从而降低其冰点。这意味着，由于额外添加的糖，即使配方完全相同，草莓冰淇淋会比香草冰淇淋更软。 另一个例子是酒精口味，从朗姆酒到百利甜或法兰杰利可酒，甚至红酒和啤酒，这些都非常受欢迎。但酒精会降低冰点，因此如果添加足够的酒精以获得所需的风味强度，产品就难以冷冻。在这种情况下，就需要减少酒精的用量，并多加一点去酒精化香料。 当前可以尝试用任何口味制作冰淇淋，但需要考虑这种口味的香料将对结构、保质期等方面产生的影响。 素食冰淇淋与乳制品冰淇淋相比，其制备和成分有什么不同？ 很多方面都是相似的。素食也有乳化的脂肪来源，通常是椰子油或棕榈仁油，然后还有糖、稳定剂等，这些在乳制品冰淇淋中也会存在，不同之处在于蛋白质。牛奶蛋白既是一种非常好的泡沫剂，又是一种非常好的乳化剂(乳化剂和泡沫剂是能够稳定泡沫和乳液的分子，这些分子附着在液滴或气泡的表面，防止它们彼此合并)。植物蛋白则很难做到这两点，所以在腰果、杏仁或大豆基的产品中会发现额外的成分，以提供原本可以从牛奶蛋白中获得的功能。   用什么技术来研究冰淇淋？在实验过程中如何防止冰淇淋融化？ 我们用于研究的仪器主要包括颗粒大小分析仪、电子显微镜和研究材料流动和变形的流变仪(图2)。首先是激光光散射技术，它能告诉我们关于脂肪小球和脂肪结构所需的所有信息。我们也大量地使用光学显微镜。具体是将显微镜放置在冰箱或冷却箱中，或者使用冷台，将冰淇淋放在载玻片上，放置在用液氮冷却的腔体内。电子显微镜方面，冷冻扫描电子显微镜(SEM)实验自身有低温装置，可以研究冰淇淋中的物相。 图2 冰淇淋中的物理实验技术主要包括流变学、动态光散射、电子显微技术、临界点干燥技术等 透射电子显微镜(TEM)实验方法稍有区别。TEM不在冷冻环境中进行实验，而是使用一种“固定”结构的化学物质，通常结合使用一种称为“临界点干燥”的技术对冰淇淋进行干燥，然后将其切成薄样本，并使用TEM进行研究。   经过几十年的冰淇淋研究，你仍然对此感到兴奋吗？ 当然。我很幸运地有机会去过很多有趣的国家，每到一处我都会观察冰淇淋市场的情况。这不仅仅是出于专业考量，我也想了解世界各地的动态，以便与他人分享。但当然，冰淇淋怎么会有错呢？这种产品太有趣了，能够与之关联真是太好了。

(南方科技大学 鲁大为 编译自 Andrey Feldman. Physics World, 2025, (3): 11) 这种被称为“仲粒子”(paraparticle)的新粒子具有迥异于玻色子与费米子的统计特性，理论预测它有可能在超冷原子体系中观测到1）。 美国莱斯大学的 Kaden Hazzard与其前研究生、现就职于德国马克·普朗克量子光学研究所的 Zhiyuan Wang合作提出了一类名为“仲粒子”的新型粒子。他们的计算表明，仲粒子表现出的量子特性与人们熟知的玻色子（如光子）和费米子（如电子）存在本质不同。该理论工作近期发表于 Nature (2025, 637: 314)。     Zhiyuan Wang 和 Kaden Hazzard 认为，伸粒子可能在超冷原子系统中涌现   在量子力学中，粒子及准粒子 (quasiparticle, 凝聚态体系中呈现出的粒子集体激发)的行为本质上是概率性的，并由波函数描述。波函数决定了在特定状态下找到粒子的可能性，这些状态由诸如位置、速度、自旋等性质定义。粒子的交换统计决定了当两个全同粒子交换彼此位置后其波函数的变化规律。 玻色子交换位置后，其波函数保持不变，故而允许多个玻色子占据相同的量子态。此特性是激光与超流现象的量子基础。反之，费米子交换位置会引发波函数的符号翻转，即从正变成负或从负变成正。这种反对称性不允许费米子占据同一量子态，并由此衍生出泡利不相容原理。该原理不仅构筑了原子的电子壳层结构，更诠释了元素周期律的本质。 传统理论认为，三维空间中仅允许两种粒子统计，即基于玻色子的玻色—爱因斯坦统计和基于费米子的费米—狄拉克统计2)。该结论完全符合局域性3)和因果律4)等基本原理的要求。Hazzard 和 Wang 突破这一认知框架，证明满足局域性与因果律的新型仲统计在三维系统中同样具有理论可行性。“仲粒子的交换统计既不同于费米子的反对称性，也区别于玻色子的对称性，却完全兼容局域性和因果律等基础物理原理”，Hazzard 强调。 仲粒子的特殊性源于其内禀的隐藏参数。除位置、自旋等常规属性外，仲粒子还需要引入额外自由度来完善描述其更加复杂的波函数和非平庸变换特性。这种结构使得仲粒子能够呈现出超越玻色子与费米子的交换统计特性，其统计行为近似介于两者之间。例如，费米子无法占据同一量子态，但最多两个仲粒子却被允许共存于同一空间点位。这展现出一种介于费米子排他性与玻色子聚集性之间的某种“平衡”。 虽然自然界尚未发现具有仲统计特性的基本粒子，研究人员推测仲粒子可能会以准粒子形式涌现于人工量子系统。此机制类似于半导体中受激电子脱离价带后形成的空穴。价带中留下的空穴表现得像一个带正电的粒子，其迁移行为主导了半导体的导电特性。 超冷原子实验平台可能是另一种寻找仲粒子的途径。他们正与实验组合作探索这种可能性。“我们正试图（在超冷原子体系中）寻找仲粒子，”Wang 透露。在超冷原子实验中，激光和磁场被用来捕获和操控接近绝对零度的原子。在这些条件下，原子能够模拟更为奇异的粒子行为。研究团队希望此类实验装置能够诱导出高维系统（如三维空间）中的伸粒子行为。不过，现阶段的实验设计仍需理论模型的进一步指导。 若得以验证，仲粒子或将对物理学及相关技术产生深远影响。费米子和玻色子的统计性质大大加深了人类对中子星稳定性和超导现象等一系列问题的理解。类似地，仲粒子也可能解锁人类对于量子世界的新认知。正如 Hazzard 所述：“费米统计解释了材料的金属和绝缘体分类，以及元素周期表的结构。（基于玻色子的）玻色—爱因斯坦凝聚揭示了超流现象的本质。仲统计可能孕育尚未知晓的物态，这令人充满期待。”   1) 依据中国物理学会物理学会调查委员会于2019年修订的《物理学名词(第3版)》，parastatistics 规范译名为“仲统计法”。依格尔森统计规则的“paraparticle”译为“仲粒子”。“仲”字取“伯仲叔季”之序，暗喻其统计性质介于玻色子与费米子之间。——译者注 2) 二维空间中还存在任意子分数统计。——译者注 3) 发生于空间中某一点的事件不能瞬时影响距离之外的其他点。——译者注 4) 在任何参考系中都不能观察到结果先于原因出现。——译者注...

Deep decarbonization requires fundamental changes in meeting energy service demands, with some efforts increasing overall costs. Examining abatement measures in isolation, however, fails to capture their interactive effects within the energy system. Here we show the abatement costs of decarbonization in the United States using an energy system optimization model to capture technological interactions, multi-decadal...

我们很高兴宣布，Semiconductor Science and Technology（SST）期刊迎来了新任主编——张保平教授！在下方的访谈中，您可以了解关于他研究领域及学术愿景的更多内容。 想要了解更多关于SST期刊的信息并向期刊投稿，请点击此处链接，访问期刊主页。 访谈详情 1. 您对担任SST主编最期待的是什么？ Semiconductor Science and Technology期刊已有近40年的发展历史。作为首位来自中国的主编，我深感荣幸，并期待为期刊的发展贡献力量。我们未来的首要目标是提高SST的影响因子。作为半导体领域历史悠久且享有声誉的期刊，我们相信SST仍有进一步提升影响力的空间。 明年，SST即将迎来创刊40周年，这是一个重要的里程碑，我期待与大家共同庆祝这一成就！   2. 您会如何鼓励作者向SST期刊投稿？ SST是全球最早以半导体研究为核心内容的学术期刊之一。半导体技术是科技创新与工业变革的基础，因此，本期刊发表的文章不仅具有重要的学术价值，同时对人类社会的发展也至关重要。 此外，SST由知名出版社IOP出版社运营和出版，在半导体领域具有良好的学术声誉和广泛的影响力。   3. 在您看来，半导体领域最近最令人兴奋的研究进展是什么？ 采用光子晶体技术的半导体激光器展现出极高的功率。通过结合不同类型的半导体材料，可以制造出具有不同波长的高功率半导体激光器，未来有望取代传统的气体和固体激光器。 此外，研究发现，在碳化硅上外延生长的石墨烯是一种新型半导体材料，其电子迁移率高于常规硅材料。采用该材料制造的晶体管，其工作速度比传统硅晶体管快一个数量级，展示出广阔的应用前景。 期刊介绍 Semiconductor Science and Technology 2023年影响因子：1.9  Citescore: 4.3 Semiconductor Science and Technology（SST）专注于半导体的研究及其应用。SST是专业半导体领域的领军期刊，所发表的研究工作的质量从每篇文章的高下载量上可见一斑，吸引了越来越多的国际读者。SST的范围涵盖了半导体特性的实验和理论的基础及应用研究，包括：基本特性；材料和纳米结构；器件及应用；制造和加工；新兴领域，如拓扑绝缘体、层状材料和纳米线、能量半导体和柔性电子等。

IOP出版社旗下期刊Smart Materials and Structures近日宣布哈尔滨工业大学张风华研究员加入该刊编委会，担任编委。我们在此表示热烈欢迎！ 编委介绍 张风华  研究员 哈尔滨工业大学 张风华，哈尔滨工业大学研究员，博士生导师。2014年-2016年在英国剑桥大学访问学习，2017年哈尔滨工业大学博士毕业留校任教。现任中国复合材料学会智能复合材料专业委员会秘书长、国际先进材料与制造工程学会(SAMPE)智能复合材料专业委员会秘书长、SAMPE北京分会第四届理事会理事、中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会理事、中国医疗器械行业协会增材制造医疗器械专业委员会工学专家。现任International Journal of Smart and Nano Materials期刊Deputy Editor，Advanced Fiber Materials、Research等期刊的青年编委。长期从事智能材料与结构方面的研究工作，主要包括形状记忆聚合物及复合材料设计制备、4D打印智能结构及生物应用、形状记忆微纳结构制备及应用、多功能复合材料及航天应用等，发表SCI论文90余篇，授权中国发明专利46项，获2021年度“中国高等学校十大科技进展”（第5）。非常荣幸现在担任Smart Materials and Structures期刊的编委。 期刊介绍 Smart Materials and Structures 2023年影响因子：3.7  Citescore：7.5 Smart Materials and Structures（SMS，智能材料与结构）是一本多学科期刊，专注于智能材料、系统和结构（包括智能系统、传感和驱动、自适应结构和主动控制）的技术性进展。SMS内容涵盖：智能材料开发和应用；用作传感器和驱动器的智能材料；自适应结构系统；用于修正光谱偏移和折射率偏移的智能光学材料；用于地面车辆、飞机和民用基础设施；能源收集系统；利用仿生学和生物灵感的智能材料系统；3D打印智能材料及其应用；智能纺织品和可穿戴技术等。

《物理世界》（Physics World）是世界领先的物理杂志，并以月刊的形式发送给英国物理学会（IOP）的所有成员。《物理世界》的每一期都涵盖了世界各地科学家都关注的时事新闻和关键问题，包括著名物理学家和科学作家的专题文章、综合新闻和分析，以及精辟的观点文章。 我们将不定期精选出其中的优秀文章，供大家阅读。希望您喜欢阅读本期文章！ 文章介绍 The muon’s magnetic moment exposes a huge hole in the Standard Model – unless it doesn’t In 2021 the Muon g-2 Experiment at Fermilab found a significant discrepancy between the theoretical prediction and the experimental measurement of the anomalous magnetic moment of the muon, indicating the existence of new physics. More...

特刊详情 客座编辑 周生喜，西北工业大学 赖志慧，深圳大学 刘小川，中国飞机强度研究所 李忠杰，上海大学 赵丽雅，澳大利亚新南威尔士大学   主题范围 Energy harvesting (EH) and structural health monitoring (SHM) are related technologies. Both are reliant on transduction, the conversion of energy from one type to another. They can be more intimately related in applications where scavenged energy is used to power sensors used in structural health monitoring,...

特刊详情 客座编辑 Edgar Virgüez，美国卡内基科学中心 June Lukuyu，美国华盛顿大学 Krishnapriya Perumbillissery，美国杜克大学 Myriam Shiran，美国普渡大学 主题范围 In the global discourse of a transition towards net-zero emissions energy systems, the focus often centres on the United States and countries of the European Union. Nonetheless, the success of the necessary energy transition depends on worldwide actions. In this context, understanding the barriers...

特刊详情 客座编辑 刘俭，哈尔滨工业大学 丁旭旻，哈尔滨工业大学 刘辰光，哈尔滨工业大学   主题范围 Surface and subsurface defects detection refers to the process of identifying and locating any imperfections, abnormalities, or discontinuities on the surface or within the subsurface layers of a material or object. Particularly in semiconductor manufacturing, it is crucial to ensure the quality and reliability of the fabricated devices....

特刊详情 客座编辑 彭文博，西安交通大学   主题范围 This focus issue invites contributions on the cutting-edge research and development in piezoelectric semiconductor device physics and their diverse applications. We seek comprehensive articles that delve into the fundamental physics of piezoelectric semiconductors, exploring the intrinsic properties and mechanisms that enable their unique functionality. Topics of interest include but are...

特刊详情 客座编辑 陈伟强，中国科学院城市环境研究所 曹植，南开大学 Lynette Cheah，澳大利亚阳光海岸大学 Tomer Fishman，荷兰莱顿大学 宋璐璐，中国科学院城市环境研究所 张力小，北京师范大学 主题范围 在全球气候变化和资源匮乏的背景下，推动低碳、高效、循环的基础设施的发展变得愈发关键。本期专题聚焦于基础设施系统的循环利用和净零排放路径，旨在探索创新设计和技术如何助力基础设施的低碳转型和可持续发展。 我们将重点关注以下领域： 基础设施的循环设计与建造：探讨循环经济原理在基础设施规划、设计和建造阶段的应用。 基础设施净零排放潜力和路径：辨识建造技术、可再生能源转型及能效提升等策略在基础设施全生命周期的碳减排潜力和路径。 低碳基础设施在减缓气候变化中的成效：厘清低碳基础设施在减少温室气体排放方面的贡献。 案例研究与实证分析：通过具体案例，分析在不同地区和不同类型基础设施中实施循环利用和净零排放策略的有效性和挑战，并提供可复制的成功模式。 政策框架与激励机制：讨论政府和市场如何通过政策制定和经济激励等有效方式促进基础设施向循环和净零排放转型。 本期专题的紧迫性源于全球对缓解气候变化和提升资源管理的关注。我们旨在通过展示前沿研究和成功案例，激发全球基础设施系统的可持续转型。   投稿流程 我们鼓励所有符合本专题范围的文章投稿。本专题还将包括特邀稿件。所有专题文章都必须经过与常规文章相同的审稿流程。在投稿前，作者们可以联系客座编辑或期刊团队，讨论其作品的适宜性。 请通过我们的在线投稿表格提交您的文章。您应当选择适合您的稿件的文章类型，然后在下拉菜单中选择“聚焦基础设施系统的循环与净零排放代谢（Focus on Circular and Net-zero Metabolism of the Infrastructure System）”。 投稿截止日期：2025年3月31日。我们鼓励尽早提交，文章将在被接受时发表。   出版费用 在Environmental Research: Infrastructure and Sustainability上发表的所有文章都可永久免费阅读。 作为我们对开放科学承诺的一部分，IOP出版社目前为2025年1月1日之前提交给该期刊的所有文章支付文章出版费。 期刊介绍 Environmental Research: Infrastructure and Sustainability 2023年影响因子：2.7  Citescore：2.7 Environmental Research: Infrastructure and Sustainability（ERIS）是一本涵盖多学科的开放获取期刊，本期刊旨在发表针对各种规模和地理环境的基础建设及其相关系统所面临的各种挑战的研究，以及更广泛意义上的可持续性和持久性研究，包括环境、经济和社会因素等。我们欢迎包括定性、定量、实验性、理论及应用研究的所有方法学研究。