特刊详情 客座编辑 李正强，中国科学院空天信息创新研究院 Jason Blake Cohen，中国矿业大学 秦凯，中国矿业大学 林金泰，北京大学 姜哲，中国科学技术大学 金晓梦，美国罗格斯大学 主题范围 Atmospheric remote sensing provides a basis upon which quantification of the atmosphere and its changes over time can be clearly made. By being able to quantify the loadings, spatial, and temporal distribution of various gasses, aerosols, hydrometeors, and dust, more clear information and...
本篇研究来自浙江大学集成电路学院张亦舒课题组。本研究开发了一种基于阈值开关忆阻器的统一安全硬件，集成了PUF和TRNG功能。通过构建32×32 1T1R阵列，验证了器件的高循环稳定性和随机性，实现了高均匀性、唯一性的PUF系统，并成功部署了基于CTR_DRBG算法的TRNG。与同类工作相比，能耗降低30%以上，随机数生成速率提升20%以上。该研究为物联网设备的安全硬件集成和能效优化提供了新思路。 文章介绍 Enhancing IoT security with threshold switching-based unified security primitives Guobin Zhang（张国滨）, Jianhao Kan（阚建豪）, Xuemeng Fan（凡雪蒙）, Qi Luo（罗琪）, Jiabao Sun（孙家宝）, Dawei Gao（高大为） and Yishu Zhang（张亦舒） 通讯作者： 张亦舒，浙江大学集成电路学院 研究背景： 随着大数据和物联网时代的到来，物联网设备通常计算资源和存储容量有限，却需要处理和传输大量敏感数据，因此开发先进的物联网安全硬件至关重要。物理不可克隆函数（PUF）和真随机数生成器（TRNG）作为主流硬件安全原语，分别用于生成不可复制的认证凭证和真正的随机数，以确保系统的安全性和不可预测性。然而，现有的PUF和TRNG模块通常需要额外的电路开销，限制了其在物联网边缘设备中的大规模应用。本研究旨在通过基于阈值开关忆阻器的1T1R阵列，实现PUF和TRNG功能的统一集成，解决现有安全硬件在集成密度和能效方面的挑战，为物联网设备提供高效、可靠的安全解决方案。 研究方法： 本研究通过构建32×32的1T1R阵列，基于阈值开关（TS）忆阻器成功实现了物理不可克隆函数（PUF）和真随机数生成器（TRNG）功能的统一集成。研究团队首先对FeOₓ薄膜的化学特性及TS忆阻器的电学性能进行了详细分析，验证了器件具有良好的循环稳定性和随机性（图1）。 图1薄膜的制造细节和化学特性。 通过优化器件的材料和结构，研究实现了高可靠性忆阻器（图2）以及进一步的高均匀性和唯一性的PUF系统，其生成的PUF在均匀性、唯一性和鲁棒性方面表现出色，汉明重量接近理想值0.5，且在不同温度下的比特错误率（BER）保持在1.5%以下。此外，研究还基于CTR_DRBG算法成功部署了TRNG，生成的随机数通过了NIST-900测试，展现出卓越的随机性（图3）。实验结果表明，该设计的每比特能耗仅为0.043 pJ，随机数生成速率达到1621 Mbps，与同类工作相比，能耗降低了30%以上，生成速率提高了20%以上。这一成果不仅展示了TS忆阻器在硬件安全领域的应用潜力，还为解决物联网设备安全硬件的集成和能效问题提供了创新解决方案，显著提升了物联网设备的安全性和能效表现。 图2 TS忆阻器的数据保持能力（高阻态） 图3 (a) AES 128 的流程图。(b) 密钥生成示意图。 作者介绍 张亦舒...
特刊详情 客座编辑 Stuti Haldar，瑞典隆德大学 Giuseppe Pellegrini-Masini，挪威科技大学 Megan Davies，南非斯坦陵布什大学 Rita Vasconcellos L. dOliveira Bouman，挪威科技大学 主题范围 The energy transition agenda has now evolved to being a means to achieve transformative change, addressing socio-economic development and environmental sustainability. The triumvirate of energy justice- distributional, recognition and procedural are a useful framework that offers both evaluative and normative...
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Complex Systems、International Year of Quantum和Piezoelectrics/Energy Harvesting。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、量子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： 量子： >>您还可以点击此处链接，查看IOP出版社国际量子年相关活动。 精选文章 Complex Systems Journal of Physics: Complexity An evolution model for the mobility of urban societal classes based on complex networks Yi-Hua Zhou, Liang-Li Yang, Jieqi Lei, Rui-Jie Wu and Yi-Xiu Kong Combined effect of incentives and coupling in multigames in two-layer networks...
特刊详情 客座编辑 Kirill Koshelev，澳大利亚国立大学 Andrey Bogdanov，哈尔滨工程大学 徐雷，英国诺丁汉特伦特大学 刘文哲，复旦大学 吴丰，广东技术师范大学 肖书源，南昌大学 主题范围 Metasurface for laser generation supporting photonic BICs. Image credit to Anastasia Shalaeva, ITMO University August 2019. Since their introduction in quantum mechanics in 1929, bound states in the continuum (BICs) have garnered widespread interest across the physics community. They appear in diverse...
Our study shows that in countries such as the United States and the United Kingdom, far more land is allocated to golf courses than to renewable energy facilities. Areas equivalent to those currently used for golf could support the installation of up to 842 GW of solar and 659 GW of wind capacity in the...
特刊详情 客座编辑 谯自健，宁波大学 方仕童，深圳大学 Daniel Yurchenko，英国南安普顿大学 主题范围 AI-Driven Smart Materials, Structural Design, and Lifecycle Health Monitoring form an integrated paradigm shift toward autonomous, self-adaptive engineering systems. The synergy between intelligent material innovation, AI-optimized structural design, and real-time health monitoring enables seamless transitions from design to operation to prognostics, ensuring resilience across the entire lifecycle. Traditional...
本篇研究来自电子科技大学Abolfazl Bayat课题组。量子系统对环境变化高度敏感，这使其成为高精度传感器的理想选择。传统的量子传感框架主要基于“局部传感”，适用于参数在狭窄范围内变化的情况。本文回顾了将这一框架扩展到“全局传感”的努力，其中参数可以在任意范围内变化。我们将全局传感方法分为频率学派和贝叶斯学派两类，并评估了它们各自的优点、优势和局限性。通过这一分析，我们旨在推动量子传感超越局部范式，突出其进展、挑战和机遇。 文章介绍 Current trends in global quantum metrology Chiranjib Mukhopadhyay, Victor Montenegro and Abolfazl Bayat 通讯作者： Abolfazl Bayat，电子科技大学 研究背景： 与由Cramér-Rao形式描述的、定义明确的“局部传感”框架不同，“全局传感”的概念缺乏统一的描述。因此，全局传感的精度可以根据所选择的性能指标以多种方式进行量化。这些不同的方法进而导致了优化传感探针的不同策略。在本文中，我们将所有这些方法整合到一篇综述中，全面概述了全局传感的现有方法。这一综合旨在为任何希望了解和探索全局量子传感领域的人提供宝贵的资源。 研究内容： 本文为致力于探索全局量子传感领域的年轻研究人员提供了重要的参考资源。与传统范式不同，全局量子传感缺乏统一的框架，因此人们提出了多种性能指标来评估量子探针在此类场景中的表现。在这项工作中，我们系统地将现有方法分为两大类：频率学派和贝叶斯学派。对于每种方法，我们概述了相关的性能指标，并详细解释了如何利用这些方法来优化传感方案。通过提供结构化的综述，本文旨在帮助研究人员应对全局量子传感中的复杂性并把握其中的机遇。 作者介绍 Abolfazl Bayat 教授 电子科技大学 Abolfazl Bayat教授目前担任中国电子科技大学（位于成都）的物理学教授。在2018年加入中国电子科技大学之前，他曾在欧洲多所顶尖大学积累了近十年的工作经验，包括英国伦敦大学学院和德国乌尔姆大学。他的主要研究方向是量子传感和量子机器学习。迄今为止，他已发表了80多篇论文，其中包括14篇发表在Physical Review Letters和1篇发表在Nature Communications上的论文，展示了他在该领域的卓越贡献。 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。
JPhys Complexity是一本跨学科、完全开放获取的期刊，发表了物理学相关理论、实验和应用研究中最令人兴奋和最重要的进展，有助于促进我们对复杂系统和网络的科学理解。 我们汇总了一些亮点文章，旨在让您了解复杂系统和网络的最新发展。祝您阅读愉快！ 我们欢迎您向JPhys Complexity期刊提交最新的研究成果，展示复杂系统和网络中令人兴奋和重要的发展。您可以点击此处链接，查看期刊主页并进行投稿。 亮点文章 An evolution model for the mobility of urban societal classes based on complex networks This paper focuses on the self-organized consolidation of mobility within urban societal spaces. Based on the rational actor assumption and Dunbar’s number, we construct a simple model to explain why urban societal classes spontaneously emerge...
本篇研究来自新加坡南洋理工大学申艺杰和哈尔滨理工大学朱智涵课题组。本研究从理论分析和实验验证两个方面探究了光学斯格明子束拓扑的普遍自愈特性。由拉盖尔-高斯（LG）模式叠加产生的光学斯格明子，在遇到盘形和孔径型障碍物时展现出强大的自愈能力。自愈特性通过斯格明子数来量化，该数值在遇到障碍物后会逐渐恢复。相比于被孔径型障碍物遮挡边缘部分，光学斯格明子束在被盘形障碍物遮挡中心部分时能够更好地实现自愈。初始斯格明子数较高的光束展现出更强的自愈能力。本研究突出了拓扑结构光的鲁棒性，具有在高容量光通信和稳健信息传输中的潜在应用价值。 文章介绍 Self-healing of optical skyrmionic beams Haochen Guo（郭昊辰）, Trishita Das, Haijun Wu（吴海俊）, Vasu Dev, Zhihan Zhu（朱智涵） and Yijie Shen（申艺杰） 通讯作者： Vasu Dev，新加坡国立大学量子技术中心 申艺杰，新加坡南洋理工大学 朱智涵，哈尔滨理工大学 研究背景： 斯格明子是拓扑准粒子，最初在粒子物理学中提出，并已在多种物理系统中发现类似物，包括磁性材料和玻色-爱因斯坦凝聚体。近年来，光学斯格明子因其独特的拓扑稳定性和多维编码能力，成为光子学领域的一个有前景的研究方向。这些光束通过正交空间模式与正交偏振态的叠加而形成，在超分辨率成像、光学计量学、传感及大容量数据传输等领域具有巨大的潜力。 在光学信息传输中，由于环境因素或系统缺陷，光场中的遮挡和干扰是不可避免的，这可能导致信息的保真度降低。然而，某些结构光束（如贝塞尔光束和艾里光束）展示了自愈特性，能够在遇到障碍物后恢复其原始强度和相位分布。这引发了一个重要问题：光学斯格明子光束能否表现出类似的自愈能力？理解这一点对于光通信系统的鲁棒性和动态成像应用具有深远意义。 近期，基于贝塞尔的斯格明子光束虽展现出无衍射和自愈的潜力，但由于其无限的空间扩展性和精确的模式匹配要求，实验实现存在困难。而基于拉盖尔-高斯（LG）的斯格明子光束则提供了一个更可行且实用的替代方案。因此，本研究旨在探讨基于LG的光学斯格明子的自愈特性，研究不同类型、尺寸的障碍物及其初始拓扑属性如何影响光束在遇到障碍后恢复的能力。 通过量化斯格明子数来评估自愈特性，本研究希望解答结构光鲁棒性方面的关键问题，并为复杂环境下可靠的高维光学系统的发展奠定基础。 研究方法： 图1. 研究光学斯格明子在遇到障碍物后的自愈特性的概念框架。斯托克斯矢量（斯格明子纹理）展示了光学斯格明子的偏振分布。初始的斯格明子经过障碍物（无论是盘形还是孔径型）后，其拓扑结构受到扰动。随着斯格明子光束继续传播，它逐渐恢复到原始的结构状态。 本研究通过数值模拟和实验技术，探讨了由拉盖尔-高斯（LG）模式和正交偏振生成的光学斯格明子光束的自愈特性，如图1所示。空间光调制器（SLM）用于生成斯格明子光束，而数字微镜装置（DMD）则模拟光束路径中的各种障碍物（盘形和孔径型），如图2所示。自愈特性通过斯格明子数（Ns）进行量化，该数值是从光束的斯托克斯矢量分布中推导出的。 图2. 用于研究光学斯格明子光束自愈的实验装置。 由空间光调制器（SLM）生成的正交拉盖尔-高斯（LG）模式通过萨尼亚克干涉仪叠加，产生光学斯格明子光束，数字微镜装置（DMD）用于选择性地遮挡这些光束的部分区域。PBS，偏振光束分离器；L1、L2、L3、L4，平凸透镜；M1、M2，镜面；SF，空间滤波器；HWP，半波片；QWP，四分之一波片。 结果： 1. 障碍物类型与大小的影响： 相比于被孔径型障碍物遮挡边缘部分，光学斯格明子束在被盘形障碍物遮挡中心部分时能够更好地实现自愈。 对于半径分别为0.2R、0.3R和0.4R的盘形障碍物，斯格明子数最初下降，但在传播过程中显著恢复，经过1.2倍瑞利距离的传播后，斯格明子数接近原始值（如图3所示）。 相比之下，光学斯格明子束在经过孔径型障碍物表现的自愈能力更弱，因为其损失了重建细微结构细节所需的高频空间分量。 图3. 斯格明子光束的斯托克斯矢量实验结果，初始斯格明子数Ns=4，遇到半径为(a1)-(d1)...
特刊详情 主题范围 JPhys Photonics is proud to celebrate the achievements of outstanding early-career researchers in photonics by publishing their exceptional work in our annual Emerging Leaders collection. This collection highlights groundbreaking research across some of the most dynamic and innovative areas in photonics. Emerging leaders are defined as leading researchers in their field who have completed...
Materials Research Express (MRX）采用快速出版的模式，发表各类功能材料在设计、制造、性能和应用方面的最新研究。 以下是MRX期刊正在征稿的特刊: Focus on Smart Packaging Materials for Fresh Food Preservation 客座编辑：张万立，海南大学 截止日期：2025年4月30日 Focus on Applications of Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) in the Design and Manufacturing of Advanced Nanocomposites 客座编辑：Suresh Vellingiri，印度KIT；Azuddin Bin Mamat，马来西亚马来亚大学 截止日期：2025年4月30日 Focus on Materials for Energy, Environment, and Healthcare 客座编辑：Soney Varghese，印度卡利卡特国立技术学院；Deepalekshmi Ponnamma，卡塔尔大学；Aiswarya Bhaskar，印度卡拉库迪中央电化学研究中心；B...
