特刊详情 客座编辑 乐旭，南京信息工程大学 孙阁，美国农业部林务局 Mariska te Beest，荷兰乌得勒支大学 Jun Zhang，荷兰应用科学研究组织 Maricar Aguilos，美国北卡罗莱纳州立大学 李香兰，北京师范大学 林金泰，北京大学 主题范围 The nature-based solutions (NbS) aim to achieve co-benefits for human well-being and ecosystems through effective actions, including practices and policies, in the management of natural and modified ecosystems. The application of NbS causes impacts on the carbon, water, and energy...
本研究来自中国海洋大学、青岛海洋科技中心李建平课题组。本研究选取 Lorenz’96系统与 Kuramoto-Sivashinsky 偏微分方程，检验了动力系统深度学习（DSDL）方法对无穷维非线性混沌系统的预测能力，并与五种主流机器学习方法对比，结果表明 DSDL 能够对上述系统实现有效预测，且效果显著优于其他机器学习方法。这一创新成果为非线性混沌动力学研究提供了全新思路，也为有效预测现实世界中复杂的无穷维动力系统奠定了理论基础和技术支撑。 文章介绍 Dynamics-based predictions of infinite-dimensionalcomplex systems using dynamical system deep learning methodHao Li(李淏), Jianping Li(李建平), Zixiang Wu(武子翔), Mingyu Wang(王铭宇), Guangcan Liu(柳光灿), Ruipeng Sun(孙瑞鹏), Ruize Li(李瑞泽), Ning Wang(王宁), Houbin Song(宋厚彬) and Shixin Zhen(真世昕) 通讯作者： 李建平，中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室/未来海洋学院/海洋与大气学院/海洋碳中和中心、青岛海洋科技中心海洋动力过程与气候功能实验室 研究背景： 非线性混沌动力系统的预测是世界性的科学难题。1980年代，Takens等提出延迟嵌入定理，推动了预测有限维混沌系统的相空间重构技术发展。2024年，李建平团队基于该定理，提出了DSDL理论与方法，在对Lorenz’ 63系统等有限维非线性混沌系统的预测中取得突破，预测性能超越现有机器学习方法，并通过提取关键变量，为解决“黑匣子”问题提供了一种新的方案。 然而，大气、海洋等实际系统多受偏微分方程（PDEs）控制的无穷维动力系统（IDDS）支配。2005年，Robinson发展了适用于PDEs的嵌入理论，在理论上解决了延迟嵌入定理对PDEs的适用性，不过，其逆向映射能否通过DSDL建模实现PDEs的有效预测尚不得而知。因此，DSDL理论与方法对非线性混沌系统的预测研究不应仅局限于有限维系统，而应拓展到IDDS领域。 研究内容： 为探究DSDL理论和方法预测PDEs方程的可行性和能力，本研究选取了具有时空分布特征的Lorenz’ 96系统和Kuramoto-Sivashinsky (K-S)偏微分方程系统作为预测对象，将DSDL方法与目前认可度较高的机器学习方法（如：ANN、RC-ESN、LSTM、NG-RC、SINDy等）进行了对比，结果发现，在对两种系统进行预测时，DSDL方法预测性能表现优越，预测结果与系统的参考真值（RTV）吻合较好，其中，DSDL方法对K-S方程的有效预测时长可达225个无量纲时间，预测性能远超其他方法（图1和图2），这说明DSDL理论与方法适用于PDEs控制的IDDS，同时能够提取关键变量，并做出有效预测。 此外，对各类混沌系统进行长期预测的统计结果表明，DSDL方法仍具有显著优势，尤其在概率密度分布的尾部，DSDL方法的预测结果与RTV吻合较好，表明其具有一定的预测极端事件的能力（图3）。同时，DSDL方法在预测随外部强迫和变量数目更改（即混沌属性变化）的Lorenz’ 96系统时，表现出随系统混沌属性降低，预测效果增强的情况（图4），这表明DSDL方法的预测符合混沌动力学理论，具有数理理论的支撑。 上述研究凸显了DSDL方法在无穷维非线性混沌动力系统预测方面的适用性和显著优势，为未来实现在大气、海洋等现实世界PDEs系统的DSDL建模预测提供了坚实的理论基础和技术支撑，也为解决这类复杂系统的预测难题开辟了新的路径。 图1 DSDL方法与其他深度学习方法对Lorenz’...
The energy transition from predominantly fossil- to non-fossil resources will significantly reshape land use and the built environment, and with it, people’s relationships with place. Particularly during the infrastructure-intensive ‘mid-transition’ period during which fossil and non-fossil energy systems operate simultaneously with overlapping functions, understanding how people adapt to, value, or resent living with these infrastructures...
本篇研究来自南开大学胡振芃和中国科学院物理所陈岚课题组。本研究聚焦具有九边形周期性孔洞的二维硼烯2D-B9，该结构兼具高热稳定性与力学各向同性特征，其杨氏模量和临界拉伸应变显著优于传统硼烯体系，并具有接近石墨烯的高费米速度。研究揭示其应变敏感的电子态动态调控机制，通过拉伸/压缩应变可精准控制van Hove奇点与费米能级的相对位置，为设计应变响应型量子器件提供全新平台。 文章介绍 Strain-tunable electronic properties of 2D-B9: a borophene allotrope with mechanical flexibility Qian Gao（高乾）, Zhenpeng Hu（胡振芃） and Lan Chen（陈岚） 通讯作者： 胡振芃，南开大学 陈岚，中国科学院物理所 研究背景： 二维材料凭借其单原子层厚度和量子限域效应带来的奇异物性，已成为构建下一代纳米电子器件的核心候选材料。二维硼烯因其多样化的键合构型与电子特性成为前沿研究热点，然而传统硼烯（如β12、χ3相）的刚度与力学各向异性严重制约了其在柔性电子等领域的应用。此外，尽管应变工程被广泛用于调控材料性能，但硼烯体系在应变响应机制（如费米速度变化规律、van Hove奇点位移效应）方面的研究仍然不足。解决传统硼烯的机械性能缺陷，并实现应变敏感的电子态调控能力，将为开发新一代柔性传感器、量子器件和自适应电子元件开辟全新路径。 研究内容： 图1. （a）2D-B9结构，(b) 应变-应力关系，（c）电子结构，（d）费米速度变化 本研究针对传统二维硼烯因高刚度和力学各向异性难以适配应变响应电子器件的核心瓶颈，通过理论计算系统研究了具有周期性九边形孔洞网络的新型二维硼烯结构（2D-B9）。该工作通过密度泛函理论，结合声子谱分析、应力-应变曲线计算及电子结构解析等手段，揭示了2D-B9的优异特性：其一，2D-B9在力学性能上实现刚柔平衡，杨氏模量达158 N/m的同时临界拉伸应变提升，并且具备力学各向同性；其二，电子特性呈现应变敏感的动态调控特性，通过±10%的拉伸/压缩应变可精准移动费米能级附近的van Hove奇点，结合类狄拉克锥载流子高达9×10⁵ m/s的费米速度，为应变响应型量子器件设计奠定了基础；其三，结合多中心离域键合机制，通过AdNDP化学键分析揭示了2D-B9结构存在3中心-2电子σ键与4中心-2电子π键的协同作用。2D-B9具有各向同性的力学性能、应变敏感的电子态及多中心键合的特点，不仅拓展了二维材料的拓扑设计空间，更在应用层面为开发高延展性柔性传感器、应变控量子器件提供了新材料平台，具有重要的科学意义与技术转化潜力。 作者介绍 胡振芃 教授 南开大学 胡振芃，南开大学教授、霍英东教育基金会高等院校青年教师基金获得者。主要从事电子结构计算与材料设计工作，通过第一性原理计算与机器学习技术，在催化材料、拓扑量子材料及纳米器件领域取得一系列成果。承担国家级、省部级项目多项，在Nature Communication、Science Advances、National Science Review等期刊发表论文120余篇，总被引超7000次。 陈岚 研究员 中国科学院物理所 陈岚，中国科学院研究员、国家杰青获得者。主要从事新型低维体系的生长和新奇物性的调控，包括发展基于界面相互作用、表面热力学和动力学过程、表面化学反应的原子级精准制备方法等。主持科技部重点研发计划、国家基金委重点项目，曾获北京市自然科学一等奖、中国科学院大学“唐立新”优秀学者奖。 期刊介绍...
本研究来自国防科技大学刘博和虞万荣课题组。该研究提出了一种面向量子网络的区分服务纠缠路由方案，构建功能可定义量子纠缠分发网络架构，通过基于张量的最低损耗路径搜索算法与动态服务质量区分策略相结合，可以实现最大网络连接数，同时确保网络整体效率的最优。 文章介绍 Differentiated service entanglement routing for quantum networks Hui Han（韩惠）, Bo Liu（刘博）, Bang-Ying Tang（唐帮盈）, Si-Yu Xiong（熊思宇）, Jin-Quan Huang（黄锦铨）, Wan-Rong Yu（虞万荣）and Shu-Hui Chen（陈曙晖） 通讯作者： 刘博，国防科技大学 虞万荣，国防科技大学 研究背景： 量子网络的研究已经从可信的中继网络阶段发展到了量子纠缠分发网络阶段。这一阶段主要致力于开发能够传输高精度时间信息和高效安全密钥率的全光子量子网络。现有结合时分/波分复用的方案虽然降低了波长需求，但难以兼顾多用户服务质量。特别是在动态网络环境下，现有路由策略往往无法平衡网络连接规模和用户服务效率，导致纠缠资源的闲置或用户接入的受限。针对这些挑战，本研究提出的区分服务纠缠路由方案，采用创新的张量路径搜索算法和动态资源区分分配策略，在确保最大连接数的同时显著提升了网络效率，为构建实用化的大规模量子网络提供了关键技术支撑。 研究内容： 由于纠缠资源有限，静态网络难以支持大规模纠缠分发网络的构建。同时，当前的纠缠网络无法自动处理、存储或转发量子信号。因此，本研究设计了功能可定义量子纠缠分发网络架构，如图 1 所示。该架构可划分为物理层、控制层和应用层。用户关于建立或删除纠缠连接的请求将被传送至控制层。控制器根据不同的用户需求执行区分服务纠缠路由策略，并生成纠缠流表传递给物理层。随后，物理层根据纠缠流表配置转发设备。 图1：功能可定义量子纠缠分发网络架构。 本研究提出了一种区分服务纠缠路由方案，流程原理如图 2 所示。首先，利用基于张量的最低损耗路径搜索算法，找出服务器与请求用户之间的最低损耗路径和支持的波长通道；接着，采用动态服务质量区分策略，计算每个用户对所需的最优纠缠资源数量，并结合当前网络资源的实际状况，为用户分配最优的波长通道。网络图G、最低损耗路径集合SP、信道分配集合SC和服务质量优先级队列Q均存储在网络状态数据库中，这些结构内的参数在每个模块被调用后进行更新。随后，服务器可以计算出纠缠流表，并将其分发给网络转发设备。评估结果表明，所提出的区分服务纠缠路由方案在不同的网络配置和用户动态请求序列下，能够最大化纠缠连接数量并同时优化整体网络效率。该研究可应用于大规模、高拓扑复杂性的量子纠缠分发网络，为用户提供更多样化的服务质量保障。 图2：区分服务纠缠路由方案流程图。Req=[Vi,Vj,opt]表示用户Vi和Vj之间的路由请求，其中opt包含建立或删除请求。 作者介绍 刘博 副研究员 国防科技大学 刘博，国防科技大学副研究员，主要从事量子网络和量子时间同步方向研究，湖南省湖湘青年英才，湖南省光学学会理事，在Nature、npj Quantum Information等期刊发表SCI论文40余篇，主持各类科研项目10余项，授权国家发明专利10余项，1篇论文入选ESI前1‰索引，3篇论文入选编辑推荐论文。 虞万荣 副研究员 国防科技大学 虞万荣，国防科技大学副研究员，主要从事网络安全、量子网络和空间网络方面的研究，主持国家级科研项目8项，参与国家级科研项目10余项，获省部级科技进步奖3项，发表SCI/EI检索论文60余篇，授权专利20余项。 期刊介绍 Quantum...
In many places around the world, flood defenses—structures such as dams, levees, and dikes—have allowed societies to grow and thrive near bodies of water. However, adapting to intensifying climate change may require an alternative or additional flood management strategy for living with water, motivated by both long-term flood risk reduction and other societal goals. Based...
This Roadmap surveys the diversity of different approaches for characterising, modelling and designing metamaterials. It contains articles covering the wide range of physical settings in which metamaterials have been realised, from acoustics and electromagnetics to water waves and mechanical systems. In doing so, we highlight synergies between the many different physical domains and identify commonality...
本篇研究来自浙江工业大学机械工程学院许雪峰、胡晓冬课题组和中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室丁奇课题组。本文系统总结了适用油基、水基及极端工况基础油的凝胶因子分子结构，分析了其自组装结构与凝胶润滑剂的成胶特性、流变性能及摩擦学行为的构性关系。通过探究凝胶润滑剂与纳米材料、涂层、织构表面固体润滑材料的协同润滑效应，揭示了超分子凝胶复合润滑材料的润滑机理和设计思路。为超分子凝胶材料在润滑领域的发展与应用提供了理论参考。 文章介绍 Recent development in friction of supramoleculargel lubricant: from mechanisms to applications Zhang Ruochong（张若冲），Wang Dongmei（王冬梅）, Cheng Xinshao（程新邵）, Wang Minghuan（王明环）, Hu Xiaodong（胡晓冬）, Ding Qi（丁奇）, Xu Xuefeng（许雪峰）, Cai Meirong（蔡美荣）, Hu Litian（胡丽天） 通讯作者： 胡晓冬，浙江工业大学机械工程学院，中国杭州 310023 丁奇，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，中国兰州 730000 许雪峰，浙江工业大学机械工程学院，中国杭州 310023 研究背景： 近年来，自动化与信息技术的快速发展推动摩擦润滑研究进入新阶段，在满足高性能润滑需求的同时，还需兼顾清洁性与可持续性。凝胶润滑剂作为新型润滑材料应运而生。关于超分子凝胶润滑剂研究目前主要聚焦于两个方向：一是功能化凝胶因子的分子结构设计，如高相变温度、低临界凝胶浓度、高效成膜特性等；二是凝胶润滑剂与纳米材料、薄膜、织构表面等固体润滑材料的协同润滑机制。凭借优异的流变性能和可设计性，凝胶润滑剂显著提升了液态润滑介质的工况适应性。凝胶因子分子结构设计是超分子凝胶润滑剂设计和应用的基础，系统探讨凝胶因子分子结构对超分子凝胶润滑剂及其复合材料润滑性能的影响机制对液态润滑介质的进一步发展具有巨大的促进作用。 研究内容： 本综述对超分子凝胶润滑剂的应用背景进行简要介绍后，聚焦凝胶因子与基础油固液界面相容性，系统总结了适用于油基、水基、极端工况等基础油的凝胶因子分子结构特征，分析其与凝胶型润滑剂成胶性能、流变学性能和摩擦性能的构性关系。进一步，总结凝胶型润滑剂与纳米材料、薄膜、织构表面等固体润滑材料复合时的摩擦学性能，重点探讨了凝胶润滑剂和固体润滑剂之间的协同润滑作用，初步提出超分子凝胶型固液复合润滑材料设计思路。最后，汇总超分子凝胶润滑剂发展的关键节点，对凝胶润滑剂及其相应复合材料的未来前景进行展望。 在对超分子凝胶润滑剂总结和分析基础上，本论文提出了凝胶润滑剂的研究仍存在以下不足：1）缺乏针对摩擦机理和应用工况的分子设计，且集中于温敏型凝胶，缺乏光、电、声等环境响应的智能润滑材料。2）超分子凝胶润滑材料与纳米材料、涂层、表面织构等复合时的摩擦学性能及润滑机理研究较薄弱，其协同或对抗作用尚缺乏系统探究。3）缺乏面向具体应用需求的凝胶型固液复合润滑体系材料体系设计。最后，本综述认为面向润滑材料领域超分子凝胶及其固液复合体系，特别是结合功能性凝胶以及环境响应性“智能”凝胶的复合材料体系，将具有重要的研究价值和广阔的应用前景。 作者介绍 胡晓冬 副教授 浙江工业大学 胡晓冬，浙江工业大学副教授 ，主要从事特种加工技术与装备，嵌入式控制系统研究，在Materials Research Express、Lasers in Eng.、Academic Journal...
特刊详情 主题范围 JPCM is proud to represent the condensed matter physics community, and as such, we are publishing a special issue bringing together the best early-career researchers from all areas of condensed matter physics. An emerging leader is defined as a top researcher who completed their PhD in the last 10 years excluding career breaks. A...
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Machine Learning/AI、Biodiversity和Neuromorphic/Brain-inspired computing。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、环境与能源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： 环境与能源： 工程： 精选文章 Machine Learning/AI Machine Learning: Science and Technology The OpenLAM Challenges: LAM Crystal Philately competition Anyang Peng, Xinzijian Liu, Ming-Yu Guo, Linfeng Zhang and Han Wang ChemLit-QA: a human evaluated dataset for chemistry RAG tasks Geemi P Wellawatte, Huixuan Guo, Magdalena Lederbauer, Anna Borisova, Matthew Hart, Marta Brucka...
JPhys Complexity是一本开放获取期刊，致力于发表复杂系统研究的重大进展。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！ 我们还出版了一系列特刊，涵盖了读者特别感兴趣的主题。以下是一些您可以探索的特刊： https://iopscience.iop.org/collections/jpcomplex-230502-214 https://iopscience.iop.org/collections/multi-240123-01 https://iopscience.iop.org/journal/2632-072X/page/focus-on-monitoring-and-control-of-complex-supply-systems 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。您可以点击文章下方的“阅读原文”，查看期刊主页并进行投稿。 精选文章 Early detection of risky spatio-temporal congestion in urban trafficShaobo Sui, Dan Xu, Mingyang Bai, Xiaoke Zhang, Zhaojun Mao and Daqing Li In this article, we develop a detection method for risky congestion based on its spatio-temporal evolution feature, which can detect risky spatio-temporal congestion clusters (SCCs)...
Climate change poses a significant threat to agriculture, primarily through yield losses due to droughts and heatwaves. The flowering phase is a particularly critical period during which many crops are highly susceptible to heat, resulting in long-term damage and substantial yield reduction. By imposing the large-scale atmospheric circulation of the 2018 to 2022 heatwaves in...
