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本篇研究来自上海交通大学吴建达课题组。本文重点综述了一维自旋1/2海森堡-伊辛模型在外加纵场及横场调控之下的各类新颖量子多体磁激发以及丰富的涌现物理，在此基础上进一步总结了相关物理近年来在准一维反铁磁材料BaCo2V2O8和SrCo2V2O8中的实验实现。 文章介绍 Magnetic excitations in the one-dimensional Heisenberg–Ising model with external fields and their experimental realizations Jiahao Yang(杨家豪), Xiao Wang(王骁) and Jianda Wu(吴建达) 通讯作者： 吴建达，上海交通大学李政道研究所及物理天文学院   为什么这是一个重要的研究领域？ 一维海森堡模型及其衍生模型，如一维海森堡-伊辛模型，是一个典型的量子多体可积系统。自H. Bethe在1931年提出该模型，九十余年以来人们在该模型中陆续发现了一系列新颖的量子多体磁激发态以及丰富的涌现现象。这些量子多体磁激发态包括分数化的粒子（如自旋子、类自旋子多体磁激发等）及奇异的弦磁激发态。而在恰当的模型参数及外场调节之下，会涌现出诸如Tomonaga-Luttinger液体、具有超对称的可积性、横场伊辛普适类、以及量子E8物理等丰富的物理行为。因此对该模型的深入研究会有助于我们加深并实质性地拓展对量子多体磁性行为的理解，同时也会对强关联体系中的量子多体行为的研究带来有益的启发。除此之外，该模型所内蕴的杨-巴斯特代数结构促使了量子群及量子代数等新的数学分支的建立与发展，故对该模型的研究也具有重要的数学价值。   该领域有哪些开放性问题，或者您认为该领域下一步发展会是什么？ 1. 该系统中新的量子多体激发？ 2. 该系统不可积之时的新物理？ 3. 该系统多体磁激发的物理调控？ 4. 该系统中的多体磁激发在其他磁性关联系统中起的作用？ 作者介绍 吴建达 上海交通大学 吴建达，李政道学者。长期致力于量子相变、量子临界热力学及动力学、贝特拟设及可积系统动力学等相关领域的研究工作。2004年及2007年于中国科学技术大学获得学士及硕士学位、2014年博士毕业于美国莱斯大学、2014-2017年在美国加州大学圣地亚哥分校从事博士后工作、2017-2018年在德国马普复杂系统物理所任客座研究员。2018年至今就职于上海交通大学李政道研究所及物理与天文学院。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2021年影响因子：2.331  Citescore：4 Journal of Physics A:...

本篇研究来自中国地质大学（武汉）芦露华和淮北师范大学代凯课题组。本文从材料的物理特性出发，探索提高材料性能一直是近年来功能复合材料设计领域非常基础的研究工作。局域等离子共振增强异质结半导体光催化活性是该领域的前沿研究热点，数十年来激发了世界各地不同学科背景的研究者在光催化领域认识催化过程的特殊机制，探索催化剂结构设计的新依据，寻找提升材料催化活性的新途径。本工作从局域等离子体共振增强光催化活性的基本概念，已揭示的原理认知，影响局域等离子体效应的相关因素出发，详细介绍了具有等离子体效应的纳米颗粒可控合成以及局域等离子体共振效应与光催化特性结合在人工光合成，环境污染物降解以及最近热点研究的致病性微生物灭活方面的研究进展。最后基于当前的研究现状，展望了其亟需解决的关键科学问题以及未来发展方向。 文章介绍 Heterostructure nanocomposite with local surface plasmon resonance effect enhanced photocatalytic activity—a critical review Muye Liu（刘牧野）, Qi Kang（康琦）, Zhicheng Xie（谢志成）, Luhua Lu（芦露华）, Kai Dai（代凯） and Graham Dawson 通讯作者： 芦露华，中国地质大学（武汉） 代凯，淮北师范大学   具有局域等离子体共振效应的贵金属纳米颗粒近年来与半导体材料复合构建异质结光催化剂极大的提高了其光催化反应活性，推动了光催化剂的研究发展。经过多年的研究，围绕局域等离子体共振增强光催化活性的机理认识，材料设计以及活性调控方面取得了大量的研究成果。局域等离子体共振对光催化反应活性增强从多个方面产生了积极的作用，包括：有效增强半导体的光吸收，局域电场强化异质结界面协同提电子和空穴的分离，高能热电子有利于克服化学反应势垒，以及局域高温导致的化学反应动力学速率提高（如图1所示）。 图1. 不同金属-半导体局域等离子体共振效应示意图。 论文作者中国地质大学（武汉）芦露华教授，淮北师范大学代凯教授以及西交利物浦大学Graham Dawson教授从材料物理角度出发系统的分析了贵金属纳米颗粒尺寸，形貌以及复合界面对等离子体共振效应实现的影响，并介绍了实现上述颗粒尺寸，形貌异界复合界面的材料合成途径以及调控方法。 在此基础之上，论文作者从三个应用领域梳理了局域等离子共振效应在增强光催化活性方面的研究进展。有机和无机污染物降解是光催化剂最成功的商业化应用。论文作者在前期的研究工作中通过利用银纳米颗粒和石墨相氮化碳以及钨酸银构建三元异质结复合材料。银纳米颗粒与两种半导体材料构成局域等离子体共振增强等离子体双半导体-金属异质结界面，通过强化表面光激发电子转移，极大的提高了光催化降解有机污染物的催化活性（如图2所示）。 图2. 银纳米颗粒/石墨相氮化碳/钨酸银三元异质结复合材料光催化增强机理示意图。 贵金属纳米颗粒的局域等离子体共振能够有效提高电子的反应活性，且贵金属纳米颗粒与半导体之间的距离会影响激发电子空穴的光波长，如果能有效利用长波长光辐射则能够进一步提高半导体催化剂的催化活性，这对于人工光合成领域光激发电子参与的诸多反应，如光催化产过氧化氢，光催化二氧化碳还原以及光催化产氢活性提高极为有利。综述介绍了Liang等人通过乙二醇吸附形成空间分隔层调控银纳米颗粒与二氧化钛的距离，从而调制其光吸收波长，最终实现可见光相应的异质结光催化产氢活性（如图3所示）。 图3.乙二醇作为空间分隔层提高银局域等离子体共振增强光催化产氢活性示意图。 近几年来，光催化灭活有害微生物技术逐渐走入研究者的视野，尤其是新冠疫情爆发后，相关研究工作引起了国际广泛关注。论文作者在此领域亦开展了应用技术研究。在该领域，局域等离子体共振增强的基础还较少，但所表现出的微生物灭活效果远高于其它半导体光催化剂，部分研究者认为银纳米颗粒增强热电子激发在灭活微生物过程中起到了重要作用（如图4所示）。但论文作者也引用了其它研究者的工作，指出催化反应过程可能释放的银离子对微生物灭活亦可能产生了协同贡献。总而言之，基于贵金属，尤其是银纳米颗粒等离子体共振增强的半导体光催化剂在有效灭活微生物方面已表现出了优异的活性，有必要系统深入的研究其微生物灭活机理为后续指导催化剂的设计提供更坚实的实验和理论依据。 图4. 溴化银/银/石墨烯复合催化剂灭活大肠杆菌机理示意图。   研究背景： 自1972年Fujishima等人发现二氧化钛的光催化活性以来，半导体光催化剂在人工光合成，污染物降解以及有害微生物灭火方面展现了其独特的作用。但是光催化剂的光利用效率低下严重限制了其广泛应用。导致这一问题的原因是多方面，包括：半导体带隙宽度与光激发电子和空穴反应活性之间的矛盾，光激发电子和空穴在半导体内部和表面复合对催化活性的严重制约以及半导体表面结构对催化反应活性以及选择性的影响。虽然几十年来科研工作者针对上述问题提出了诸多解决方案，包括：半导体-半导体异质结界面构筑，纳米化加工技术增强表面暴露，表面缺陷位点控制等一系列手段，但是往往要面对顾此失彼的窘境。 作者介绍 芦露华  教授 中国地质大学（武汉） 芦露华，教授，2004年获得武汉理工大学学士学位，2010年获得中国科学院博士学位（导师：刘云圻院士/陈韦研究员）并获得中科院院长奖，2014年任中国地质大学（武汉）材料与化学学院教授。近十年主要围绕功能纳米材料在清洁能源，污染物降解以及有害微生物灭活领域开展应用基础研究工作。2010年至今在Advanced Materials, ACS Nano, Nano Energy,Journal of Physics...

Special Issue on Wide-bandgap Semiconductors and Applications 特刊：宽禁带半导体及其应用 Na Gao（高娜）1, Bin Liu（刘斌）2, Junyong Kang（康俊勇）1, and Rong Zhang（张荣）1, 2* 1 微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心，福建省半导体材料及应用重点实验室，厦门大学物理科学与技术学院，厦门，361005 2 江苏省光电信息功能材料重点实验室，南京大学电子科学与工程学院，南京，210093 *E-mail: rzhangxmu@xmu.edu.cn 宽禁带半导体（WBG）是继第一代硅、锗，第二代砷化镓、磷化铟等化合物半导体之后迅速发展起来的第三代半导体。宽禁带半导体氮化镓（GaN）材料的研究源于20世纪60年代。上世纪80年代，I. Akasaki等显著提高了GaN单晶外延薄膜的质量，并解决了长期困扰GaN器件应用的p型导电难题。这项开创性的工作激发了国际学术界对于宽禁带半导体的极大兴趣和广泛研究，尤其是促使III族氮化物半导体技术蓬勃发展，它彻底地改变了人类的照明格局，也对整个经济社会的发展产生了深远的影响。至今，宽禁带半导体技术仍在不断深入和拓展，除了III族氮化物外，宽禁带半导体材料体系中的其它材料，特别是碳化硅（SiC）、氧化物及金刚石等半导体开始进入加速发展阶段。凭借着宽广可调带隙、高击穿场强、高热导率等独特的性能优势，宽禁带半导体在光电子和电子技术领域实现了重要而广泛的应用，强有力地推动着照明与显示、功率电子、射频通信等技术与产业的革新发展。中国的宽禁带半导体研发基于1956年北京大学、复旦大学、厦门大学、南京大学及东北人民大学（现吉林大学）“五校联盟”创建的半导体物理学科。相关的生长技术在1989年召开的第一届全国MOCVD学术会议就有展示。20世纪90年代，包括南京大学、厦门大学在内的一批高等学校和科研院所先后启动对宽禁带半导体的研究，宽禁带半导体科学与技术逐渐成为中国半导体的重要发展方向。为了展示中国科研工作者在宽禁带半导体物理、材料、器件、应用的最新研究进展，本期特刊基于第四届全国宽禁带半导体学术会议（2021年厦门）报告的部分内容，以“宽禁带半导体及其应用”为主题，聚焦宽禁带半导体的生长与表征、光电子器件及其应用、功率与射频电子器件、新型宽禁带材料及其应用等新的研究工作。 生长与表征。当前半导体产业的发展迫切需要大尺寸、高均匀性半导体晶圆的制备技术，掌握和调控半导体晶体生长中的位错、微管及层错等结构缺陷的影响、作用及规律是实现高质量单晶及外延生长技术的关键。本期特刊重点报道了中国科研工作者在4H-SiC晶体生长中位错形成、演化及其控制方面的研究。 光电子器件及其应用。过去几十年里，随着宽禁带半导体材料生长技术与器件制备工艺的持续改进，基于宽禁带半导体的发光二极管、光电探测器等效率不断突破和提升，推动了照明、显示领域革命性的发展。本期特刊报道了中国科研团队在新一代光电器件技术研究的多项进展。 功率与射频电子器件。SiC功率电子器件已经得到了高度的重视和长足的发展。与之相比，GaN功率与射频电子器件近来逐步受到更多的关注，展示出独特的优势。GaN兼容硅衬底上异质外延技术，同时GaN及其异质结材料具有更优异的载流子迁移率和饱和漂移速度，相应器件有望在高功率密度、高工作频率及高能效电子领域获得应用。本期特刊中，来自中国的科研团队重点展示了III族氮化物肖特基势垒二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、高电子迁移率晶体管等功率与射频电子器件方面的研究工作。 新型宽禁带材料及其应用。相比于传统宽禁带半导体，氧化镓（Ga2O3）和金刚石等新型半导体具有更宽带隙、更高击穿电场、更加优异的巴利加品质因数，在紫外探测、高频功率、低损耗电子器件等领域有着广阔的应用前景。本期特刊报道了中国科研工作者在Ga2O3和金刚石等新型宽禁带半导体材料生长与器件制备及其应用方面的最新研究。 综上，本期特刊展示了中国科研团队近期在宽禁带半导体材料、器件及应用领域的部分前沿工作和重要进展，特别是在结构设计、材料生长、器件工艺等方面做出的大量努力。在此，谨希望本期特刊能引起同行的兴趣，并为进一步推动宽禁带半导体科学与技术发展提供一定的参考。 >>点击此处查看本篇文章 通讯作者个人简介 张荣  教授 厦门大学 张荣，1964年生，厦门大学教授。长期开展宽禁带半导体研究，特别在光电子、功率电子材料与器件方面有比较系统的研究。多项成果实现产业化，获得重要应用，先后获国家技术发明二等奖、国家自然科学二等奖、国家技术发明三等奖、多项省部级科技成果奖和何梁何利科学与技术进步奖。授权国内外发明专利100多件，发表SCI论文400余篇。 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics 2021年影响因子：3.409  Citescore：5.7 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。

IOP出版社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 Journal of Physics D: Applied Physics SiGeSn quantum well for photonics integrated circuits on Si photonics platform: a review Oluwatobi Olorunsola, Abdulla Said, Solomon Ojo, Hryhorii Stanchu, Grey Abernathy Sylvester Amoah, Samir Saha, Emmanuel Wangila, Joshua Grant, Sudip Acharya, Lucas Miller, Kyle Rosler, Yue-Tong Jheng, Guo-En Chang, Baohua Li, Gregory Salamo, Shui-Qing Yu...

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 ...