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本篇研究来自兰州理工大学张宏亮课题组。本文基于Dissado的空间电荷消散模型，综合考虑跳跃电导和肖特基发射，改进了空间电荷双极性载流子输运模型，使之适用于仿真分析环氧树脂等聚合物材料的空间电荷消散过程。 文章介绍 A novel simulation of space charge decay dynamics after removing the voltage in epoxy resin composites Hongliang Zhang（张宏亮）, Shiyu Jin（金世雨）, Hai Jin（金海）, Ziyu Zhang（张梓瑜）, Chuang Wang（王闯） and Peng Liu（刘鹏） 通讯作者： 张宏亮，兰州理工大学   研究背景： 环氧树脂具有良好的绝缘性能、较高的机械强度，易于加工和配方设计多样等特点，使其成为特高压直流干式套管绝缘材料的重要选择。但是环氧树脂材料在高温和高场强条件下的空间电荷注入和积累会引起材料内部的电场畸变，加剧绝缘性能劣化，是干式套管安全稳定运行的潜在威胁。许多学者通过实验研究了电压撤去后聚合物材料内部空间电荷的消散特性，以探究不同实验条件下材料内部的电荷输运过程。但材料微观结构的复杂性和实验设备时空分辨率的有限性，阻碍了对复合绝缘材料空间电荷消散机制的深入理解。而空间电荷数值模拟可以在广泛的温度范围、灵活的时间尺度和复杂的绝缘结构中定量模拟电荷的积累和消散特性，是探究空间电荷输运机理的有效手段。   研究内容： 本文基于Dissado的空间电荷消散模型，综合考虑跳跃电导和肖特基发射，改进了空间电荷双极性载流子输运模型，使之适用于仿真分析环氧树脂等聚合物材料的空间电荷消散过程，方法如图1和图2所示。采用电声脉冲测量法 pulsed electro-acoustic method，PEA）测量了在100℃、20kV/mm-100kV/mm场强下加压48小时后环氧树脂试样空间电荷的消散特性，并与仿真结果进行了对比。   图1  双极性载流子输运模型     图2  空间电荷消散模型仿真计算流程图   如图3所示，从实验结果可以看出场强超过40kV/mm后，试样上、下电极附近区域残留的都是正电荷，中部残留的是负电荷。如图4所示，试样内残留的同极性负电荷和同极性正电荷总体上分布包含2段“S”形曲线。负电荷陷阱深度分别分布在[1.06 eV，1.19 eV]和[1.22 eV，1.40 eV]两段区间内；阳极附近的正电荷陷阱深度分别分布在[1.08 eV，1.16 eV]和[1.22 eV，1.38 eV]两段区间内。而阴极附近的负电荷分布只显示出1段“S”形曲线，陷阱深度分布在[1.29 eV，1.33...

Journal of Optics期刊正在庆祝其成立25周年。作为庆祝的一部分，我们正在表彰那些在光学领域做出重大贡献的职业生涯早期研究人员。该奖项由Journal of Optics期刊主编Andrew Forbes教授领导的专家小组从提名名单中选出。申请人可以提名自己或他人，所有被提名人代表了广泛的专业、地域和社群的互动，研究内容覆盖了光学的所有领域。提名标准为： 被提名人须在完成博士学位后的7年内（按照申请截止日期2024年7月31日计算），不包括期间的职业中断。 被提名人必须在光学领域的早期职业生涯中做出杰出的贡献（研究、教育、领导和/或推广）。 被提名人应担任独立职位（如讲师、助理教授）。 以下是2024年光学新星奖获奖名单，恭喜所有获奖者！ 作者及文章介绍   Guangwei Hu Research field: Nanophotonics, Flat-optics Dr. Guangwei Hu has been the Nanyang Assistant Professor in School of Electrical and Electronic Engineering of Nanyang Technological University, Singapore, since 2022. He graduated with BSc from Harbin Institute of Technology in 2016 and PhD from...

本篇研究来自深圳技术大学万亮亮课题组。本文首次利用Toeplitz代数，严格而简洁地证明了任意维度下复数类的体-边对应关系。具体地，我们发现了一个核心公式，为边缘量和体Fourier级数建立了联系。借助它和外微分，我们发现奇数维手征模型的体绕数等于一维边哈密顿的Fredholm指标或高维的边绕数。通过维度扩张，偶数维陈绝缘体的体陈数等于二维边缘哈密顿的谱流或高维的边陈数。 文章介绍 Proof of bulk-edge correspondence for band topology by Toeplitz algebra Zixian Zhou（周子贤） and Liang-Liang Wan（万亮亮）   通讯作者： 万亮亮，深圳技术大学   研究背景： 体-边对应是拓扑能带理论的核心概念，即考虑边界，能隙中出现边缘态，并展现体拓扑行为，且与其他物理细节无关。这一现象不仅暗含了数学物理中重要的指标定理，还和量子Hall电导以及Majorana边模有着紧密的联系。因而，对体-边对应有一个清晰认识是至关重要的。 尽管已经有基于K-理论的体-边对应证明，但此类方法过于艰深，难以推广到其他物理体系。另一方面，物理学团体也为实现不同程度的严谨性和通用性的简明证明付出努力，比如，Green函数，散射理论，Atiyah-Singer指标定理等。然而，所有这类工作都采用了近似（如长波极限），存在局限性。因此，关键问题仍然存在：是否有一种严谨而简洁的方法证明能带系统的体-边对应，并可以很容易应用到其他物理情景中？   研究内容： 本研究中，我们严格而简洁地证明了任意维度下复数类的体-边对应（bulk-edge correspondence, BEC）。具体地，对于任何有边的晶格上紧束缚模型可以用Toeplitz矩阵多项式表示。通过用平面波函数代替Toeplitz矩阵，边哈密顿H（有边缘）还原为体哈密顿h（无边缘），得到Toeplitz代数与Fourier级数的同态φ:T→C1(S1)。不借助K-理论或近似方法，我们发现了一个简单而强大的公式， 它意味着，用边哈密顿h表示的恰当物理量可以转换为体态的。因此，分别用h/H定义边模指标/体拓扑数，就可以通过代数和微积分轻松证明体、边拓扑数的等价性。 基于上述策略，我们首先研究AIII类奇数维手征模型，它们的体拓扑数——绕数可用h显式表达。而一维边模拓扑由Fredholm指标刻画；当维度更高时，我们也成功地定义了边模绕数，它可以用H表示。应用公式，即可证明AIII类的体绕数等于边模指标。另一方面，对于任意A类2n维（2nD）陈绝缘体都可以通过维度扩张，映射到（2n+1)D手征模型。经证明，陈绝缘体的陈数与构造的手征模型的绕数等价。陈绝缘体的边模指标也可由手征模型的边模指标诱导。因此，陈绝缘体的BEC继承了手征模型的结果。 总之，我们严格而简洁地证明了任意维度下所有复数类的BEC，这类方法能轻松的扩展到其他物理情形中，将对其他相关研究产生启发作用。 作者介绍 万亮亮  助理教授 深圳技术大学 万亮亮，深圳技术大学助理教授。长期从事腔光力学、拓扑分类、非厄米物理等方向的研究：建立了玻色激发的对称和拓扑分类框架；发现了量子压缩打开拓扑激发能隙效应；还解释了厄米玻色系统中的非厄米拓扑起源；基于Toeplitz代数，证明了能带拓扑的体-边对应关系。迄今为止，已经发表12篇学术论文，其中第一作者/通讯作者7篇。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2023年影响因子：2.0  Citescore：4.1 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

特刊详情 客座编辑 Hermano Melo Queiroz，巴西圣保罗大学 Tiago Osório Ferreira，巴西圣保罗大学 Gabriel Nuto Nóbrega，巴西塞阿拉联邦大学 Xose Luis Otero，西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学 庄文，山东大学 主题范围   Estuarine soil impacted by iron mining tailings following a dam failure, leading to a series of environmental damages. Image credit: Hermano M. Queiroz.   Soil pollution is a pressing global issue with significant impacts on ecosystem health, food...

Environmental Research Communications (ERC)是一本开放获取的期刊，致力于快速发表高质量的环境科学研究。ERC涵盖地球系统的各个方面，包括大气圈、生物圈、岩石圈和水圈，以及跨学科研究。 以下精选了来自中国作者的研究文章，这些研究在环境科学领域中产生了重要影响，为您展示一一些ERC期刊中发表的卓越成果。ERC期刊致力于出版具有包容性且值得信赖的科学研究，确保您在此阅读的文章具备较高质量。 亮点文章 Analyzing the critical locations in response of constructed and planned dams on the Mekong River Basin for environmental integrity Yuan Gao, Shiblu Sarker, Tanni Sarker and Olkeba Tolessa Leta   Impacts of climate change on winter wheat and summer maize dual-cropping system in the North China Plain Jiadi Li and Huimin Lei   Future changes...

本篇研究来自上海交通大学姚振威课题组。本文基于非保守力的哈密顿力学表述，提出了一种各向异性奇弹性的几何起源。具体地说，在弹性理论的几何表述下，将各向异性有效质量引入到哈密顿方程，并探讨了各向异性奇弹性模量指标反对称性的物理起源。这项工作为进一步通过哈密顿框架研究奇弹性动力学问题奠定了基础。 文章介绍 Anisotropic odd elasticity with Hamiltonian curl forces Yi-Heng Zhang (张一恒) and Zhenwei Yao (姚振威) 通讯作者： 姚振威，上海交通大学自然科学研究院、物理与天文学院   研究背景： 经典弹性理论研究的对象是保守弹性现象，即弹性应变对应的能量变化只和弹性体初始时刻和终止时刻的构型有关。这类应变路径无关的弹性现象可以用弹性势能刻画，所产生的弹性应力是保守力。然而，在一些由活性组分构成的弹性体中，可以产生应变路径依赖的弹性现象，表现为系统可通过一个完整的应变循环对外做功。这种非保守弹性可以归结为弹性模量中指标的反对称部分，因此称为奇弹性。奇弹性研究的挑战来源于非保守应力具有非零旋度这一重要特征。这项工作通过构建基于非保守力的哈密顿力学框架，证明了一类各向异性奇弹性模量可以从包含各向异性质量张量的哈密顿量中自然产生。   研究内容： 本文从弹性理论的几何表述出发，研究了具有哈密顿非保守力的各向异性奇弹性理论。具体地说，将d维连续弹性体建模为嵌入在(d+1)维欧几里得空间的黎曼流形，并通过在动能项中引入各向异性有效质量张量，构建了有限应变弹性体的哈密顿量。基于弹性理论的几何表述，证明了一类奇弹性模量的指标反对称性源于有效质量张量的各向异性性质，并推导了与非保守应力相应的非线性本构关系。这项工作揭示了奇弹性模量指标反对称性的基本物理机制，为理解奇弹性的起源提供了新的几何视角，也为设计具有特定奇弹性行为的材料系统提供了理论思路。这项工作中建立的基于非保守力的哈密顿力学框架，为进一步探讨奇弹性的动力学行为提供了理论基础。 作者介绍 姚振威  副教授 上海交通大学 姚振威（通讯作者），上海交通大学长聘副教授，任职于自然科学研究院、物理与天文学院。博士毕业于美国雪城大学。研究领域是理论与计算软物质物理学。主要关注软物质体系中的几何结构、拓扑缺陷，以及力学性质、动力学与统计物理等主题。迄今已在包括Physical Review Letters, PNAS等学术期刊上发表48篇论文。   张一恒  博士 宁德时代新能源科技股份有限公司 张一恒（第一作者），上海交通大学博士后，博士毕业于北京师范大学。现任宁德时代新能源科技股份有限公司资深数据研究工程师。主要研究方向是软物质物理中的几何问题，包括活性物质有序结构中的拓扑缺陷、软物质系统的弹性和几何性质等。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2023年影响因子：2.0  Citescore：4.1 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

Sand and dust storms (SDS) are common in the world’s drylands, regions that are also critically important for global food production. Agriculture is the most prevalent land use resulting in anthropogenic SDS sources, resulting in impacts on cropland and rangeland, but food production is also affected by impacts from natural SDS sources. This review assesses...

我们汇总了今年发表在Journal of Optics和JPhys Photonics期刊的亮点文章，这些文章体现了期刊的高质量和创新性。感谢所有作者和审稿人一直以来对Journal of Optics和JPhys Photonics期刊的支持，希望您喜欢阅读这个文章合集。 亮点文章 Journal of Optics Infrared plasmonic refractive index sensor utilizing 2D grating of nano-bowtie particles for both gas and liquid Xiangxian Wang, Xijun Rao, Jiankai Zhu, Yizhen Chen, Yunping Qi, Chaojun Tang and Hua Yang   New 4D hyperchaotic system’s application in image encryption Heming Xu and Jian Wang   Wavefront reconstruction based on ASH-Net with less...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选两个主题的研究文章供大家阅读，本月的主题为Metrology和Machine Learning/AI。这些文章体现了IOP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！ 您可以扫描下方二维码，查看IOP出版社数学与计算领域和工程领域的最新资讯；还可以点击此处链接，订阅该领域的最新研究进展以及相关期刊的最新信息。   数学与计算： 工程： 精选文章 Metrology Measurement Science and Technology Sensor-based intelligent tool online monitoring technology: applications and progress Jiashuai Huang, Guangjun Chen, Hong Wei, Zhuang Chen and Yingxin Lv   Neural network driven sensitivity analysis of diffraction-based overlay metrology performance to target defect features Kai Wang, Kai Meng, Hangying Zhang and Peihuang Lou   Comprehensive study of an eccentric universal...

We evaluate how the availability of carbon capture (CC) in a networked electricity system affects the emissions of both carbon and of co-pollutants, under a range of plausible technical, economic, and policy scenarios about CC technology, the pace of renewable deployment, the structure of the power grid, and climate policy. We employ a Power Flow...

Methane from livestock is a significant source of greenhouse gas emissions. Under the UN Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), Annex I countries’ National Inventories report emissions from cattle as enteric or from manure management at ratios of between 3:1 and 9:1 depending on country and cattle type. Field research generally supports the inventories’ assumptions...

本篇研究来自北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院高硕课题组。本文首次提出可自重构的忆阻人工伤害感受器，实现了在不同环境信息（温度）下对危险压力刺激的精准感知。该伤害感受器可根据环境温度动态调整响应特性，最大程度地模拟了生物伤害感受器在不同环境下的适应能力。同时，框架具有高度的通用性，可结合不同种的传感器和神经形态器件，满足智能机器人在复杂环境中的应用需求。 文章介绍 Self-reconfigurable multifunctional memristive nociceptor for intelligent robotics Shengbo Wang（王圣博）, Mingchao Fang（方明超）, Lekai Song（宋乐凯）, Cong Li（李聪）, Jian Zhang（张季安）, Arokia Nathan, Guohua Hu（胡国华） and Shuo Gao（高硕） 通讯作者： 高硕，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院   研究背景： 随着人工智能和自主技术的快速发展，机器人在工业、医疗保健等领域的应用日益广泛。然而，目前的智能机器人在环境信息感知方面仍存在效率不足的问题，限制了其在危险和动态场景中的应用。生物医学研究表明，伤害感受器在生物系统中起着关键作用，能够感知外部的潜在危险刺激，并根据环境条件自适应地调整响应。现有的人工伤害感受器虽然能够模拟生物的一些功能，但普遍存在响应特性固定、缺乏对环境变化适应能力的问题。这使得在实际部署到机器人复杂多变的工作环境时，无法准确地感知和应对潜在的危险。为解决这一问题，我们开发了一种能够根据环境信息自适应调整响应特性的人工伤害感受器，从而提升机器人在动态环境中的灵活性和适应性。   研究内容： 本研究提出了一种基于自导通道（SDC）忆阻器的通用人工伤害感受器框架。该框架利用忆阻器的非线性特性，将伤害感受器的核心功能——根据特定标准放大外部有害刺激，分解为两个关键部分：对刺激的放大和对外部刺激长期特征的分析。   图1 可自重构的忆阻伤害感受器     图2 通用人工伤害感受器框架   系统设计：构建了一个由传感模块、信号生成模块和忆阻器处理模块组成的伤害感受器系统。传感模块负责检测外部的压力和温度信息；信号生成模块根据传感器输入和忆阻器状态生成调制信号；忆阻器处理模块通过两个忆阻器实现对外部刺激的放大和长期特征分析。 功能验证：在不同温度条件下，对系统的关键功能进行了验证，包括“阈值”、“无适应性”和“敏化”。通过实验，展示了系统如何根据温度变化自适应地调整响应特性。     图3 系统设计     图4 仿真结果     图5 硬件实现   成果及创新： 自重构：系统能够根据当前的环境温度，自动调整对危险刺激的感知阈值和响应强度。当温度升高时，系统对外部刺激的响应增强，反之亦然。这种自适应性使得系统能够在不同环境条件下准确地感知危险。 高效的刺激放大：实验结果显示，系统最大能够实现对危险外部刺激1000%的放大，忆阻器在不同温度下的响应最大差异比率达到500%，充分体现了其对环境变化的敏感性和适应性。 作者介绍 高硕 ...