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主编寄语 我们很高兴在2021年庆祝Journal of Micromechanics and Microengineering（JMM）期刊创刊30周年。JMM期刊已经成为集合MEMS和机械微加工研究的宝贵平台，出版高质量和创新性的研究成果。作为JMM期刊的主编，我非常感谢编委会、作者和审稿人的巨大努力和付出。为了庆祝JMM期刊30年来发表的重要研究成果，我们出版了一期特刊，收录了现任编委会成员撰写的文章。欢迎读者阅读来自学术界、产业界研究人员的前沿观点和深度思考。 感谢所有作者、审稿人、读者和编辑的支持。让我们共同期待JMM期刊未来30年的发展! ——方维伦教授，台湾清华大学 特刊详情 综述文章 Mechanical reliability of silicon microstructures Toshiyuki Tsuchiya 2022 J. Micromech. Microeng.32 013003   Technology evolution from micro-scale energy harvesters to nanogenerators Xinge Guo et al 2021 J. Micromech. Microeng.31 093002   Terahertz MEMS metadevices Prakash Pitchappa et al 2021 J. Micromech. Microeng.31 113001   原创研究性论文 Micromechanics for energy generation Michail E Kiziroglou and Eric M...

本篇研究来自中国科学技术大学/福州闽江学院邓友金课题组。本文主要介绍了渗流模型是统计物理和概率论教科书的一个典型模型。本文首次引入了一种闭合路径嵌套的算子并作用于渗流位型上，为二维渗流模型的临界性质提供了一种新的刻画。结合数值模拟、严格证明以及来自场论的洞察，本文获得了一簇连续的临界指数及假定的解析表达函数，并严格证明了一个特殊参数下的恒等式。 文章介绍 Nested closed paths in two-dimensional percolation Yu-Feng Song（宋育峰）, Xiao-Jun Tan（谭晓俊）, Xin-Hang Zhang（张鑫航）, Jesper Lykke Jacobsen, Bernard Nienhuis and Youjin Deng（邓友金） 通讯作者： ■  邓友金，中国科学技术大学/福州闽江学院   对于二维渗流模型，本文引入了一种新的被称为“闭合路径嵌套”的算子而构造了一簇依赖于一个连续实参数的关联函数。通过创新性算法和大规模模拟，本文观测到了该簇关联函数的标度律及其普适性，并精确给出了临界指数。同时，应用颜色翻转及晶格匹配等数学工具，本文严格证明了参数为二时的恒等式。基于来自场论的启示，本文还假定了一个解析的函数，其理论预测高度吻合于精确数据结果。本文为二维渗流的临界性质另辟蹊径地提供了新的丰富刻画，其中待严格求解的临界指数对研究者提出了新的挑战性问题。本文展示了这个教科书模型研究的长久而鲜活的生命力。 图：嵌套闭合路径示意图。左边为三角晶格的座渗流，右边为正方晶格的键渗流。左右图各自有三条相互嵌套的闭合路径。   研究背景： 渗流模型是统计物理和概率论教科书上一个典型模型，同时也被广泛地应用在传染病、生物、生态、交通、材料及量子科学等多个学科里。渗流模型的研究历史非常悠久且成果丰硕成熟。在二维空间，由于包括杨-巴克斯特方程等对称性及共形场论等的应用，人们已得到了大量的严格结果。相关研究成果被纳入2006年和2010年的菲尔兹奖的颁奖缘由。本文通过引入一种新的算子并作用于渗流位型上，为二维渗流模型的临界性质另辟蹊径地提供了一种新的丰富刻画，提出了新的挑战性问题，展示了这个教科书模型研究长久而鲜活的生命力。 作者介绍 邓友金  教授 中国科学技术大学/福州闽江学院 邓友金教授就职于中国科大及闽江理论物理协作中心，主要研究方向为统计物理、计算物理及量子模拟理论，发表学术论文150余篇。 Bernard Nienhuis为荷兰莱顿大学教授，Jesper Jacobsen为法国巴黎高师教授。本文得到了基金委杰出青年基金项目的支持。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical   and Theoretical 2021年影响因子：2.331 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。

本篇研究来自北方民族大学靳治良课题组。本文主要介绍了石墨炔是一种新型碳的同素异形体。其独特的结构优势使得它在光催化制氢中展现出优越的性能。基于石墨炔构建双S异质结是有效提高光催化分解水制氢的有效途径。研究证实石墨炔具有较为卓越的光催化性能。 文章介绍 Graphdiyne based GDY/CuI/NiO parallel double S-scheme heterojunction for efficient photocatalytic hydrogen evolution Zhiliang Jin（靳治良）, Xiangyi Wang（王相依）, Xuqiang Hao（郝旭强）, Guorong Wang（王国荣）, Xin Guo（郭鑫） and Kai Wang（王凯） 通讯作者： ■  靳治良，北方民族大学 本文采用原位超声搅拌法制备了GDY/CuI/NiO三元异质结光催化剂。同时双s异质结的形成有效抑制光载流子的配对，提高了光吸收能力，更多的光生电子参与H+的还原,光催化体系的析氢能力得以提高,这无疑为构建高效的光催化制氢体系提供新的设计思路。 图1. (c) GDY的拉曼光谱；(d) GDY、GC、NiO、GCN-50的FTIR光谱。 图1c GDY的拉曼光谱中2197 cm-1处的特征峰特属于-C≡C-C≡C-(共轭二乙炔键)的振动。2199cm-1的GDY红外光谱波段来自C≡C拉伸振动。 图2 (a) NiO， (b) CuI， (c) GDY/CuI的SEM图像；(d) GDY/CuI/NiO的SEM图像和元素映射；(e) GDY/CuI/NiO的TEM图、HRTEM图和EDX结果。 从图2(a-d)可以看出，单催化剂NiO具有纳米板结构，CuI具有纳米块体结构，而GC是CuI纳米块体与GDY纳米膜的复合物。此外，在GDY/CuI/NiO的HRTEM图中(图2f)，可以观察到(511)、(222)晶面属于CuI，(311)、(220)晶面属于NiO，以及GDY的非晶结构。图2e及图2(g)中的EDX元素分析证明了GDY/CuI/NiO中存在Ni、Cu、I、O和C元素。 图3 (a、b) GC、NiO、CuI、GCN-30、GCN-40、GCN-50、GCN-60和GCN-70的H2演化；(c) GCN-50在不同PH条件下H2的演化；(d) GCN-50的稳定性试验。 图3a所示，将单一催化剂GC和NiO按不同比例调节制备复合催化剂。GCN-50在4h时产氢量达到5955μmol/g，分别是GC、NiO和CuI的7.3倍、3.8倍和25.8倍。在图3b,氢产量明显稳步增加。如图3c,相同产氢环境下，pH=9的牺牲试剂TEOA更有利于GCN-50催化剂释氢，图3d中20 h连续产氢实验证实了此光催化剂良好的光催化产氢稳定性。 图4(d-f) GDY、NiO和CuI的MS曲线;(g) GDY、NiO和CuI的能带结构。 图4 (d-f)所示，GDY、NiO和CuI的平带电位分别为-1.09、2.45和0.25 eV，这与之前的报道一致。从图4 (d-f)中得出，GDY和CuI是n型半导体，而NiO是p型半导体。由图4...

本篇研究来自大连理工大学王华楠教授课题组。本文主要介绍了一种以微流控液滴技术为基础，结合运用亚稳态乳液体系以及微流控集成策略，在保持高细胞活性的条件下实现了载细胞微凝胶的一步法连续高通量生产。 文章介绍 Large-scale single-cell encapsulation in microgels through metastable droplet-templating combined with microfluidic-integration Haoyue Zhang（张昊岳）, Liyuan Zhang（张丽媛）, Chuanfeng An（安传锋）, Yang Zhang, Fei Shao, Yijie Gao, Yonghao Zhang, Hanting Li, Yujie Zhang, Changle Ren, Kai Sun, Wei He, Fang Cheng, Huanan Wang（王华楠） and David A Weitz 通讯作者： ■  王华楠，大连理工大学     图1 所设计的高通量集成芯片结构、实物图以及皮肤创伤修复模型   我们提出了一种以微流控液滴技术为基础，结合运用亚稳态乳液体系以及微流控集成策略，在保持高细胞活性的条件下实现了载细胞微凝胶的一步法连续高通量生产。   图2 亚稳态乳液系统工作机理以及其与传统表面活性剂乳液工艺对比   首先，我们创新性的使用了一类两性短链氟化醇（PFAs）作为表面活性剂，并以此构建能够短暂保持稳定的亚稳态乳液体系。使用亚稳乳液体系制备微凝胶颗粒时，两相间较低的界面张力能够实现微液滴的均匀稳定制备，并在液滴接触前的短暂稳定窗口内完成海藻酸水凝胶的交联固化过程；同时，在微液滴接触后，其亚稳特性可使乳液立刻完成破乳步骤，以达到产品分离的目的。我们证明了其构建的亚稳乳液体系具有良好的生物相容性，其中包埋于微凝胶内的小鼠间充质干细胞的细胞存活率>98%。   图3 高通量集成芯片实际工作状况以及产品表征   在此基础上，基于计算流体力学（CFD）流量场以及压力场模拟结果，我们设计了一种可包含80个液滴生产单元的集成化芯片模型。进一步实验证明，使用该芯片设计可以实现高粒径均匀度（CV=3.40%）的微液滴连续稳定生产。结合水凝胶体系进一步调整实际生产参数并引入亚稳态乳液体系后，可在百倍于传统生产工艺的产量（10ml/h）条件下，连续稳定制备粒径分布小于4%的载细胞微凝胶产品。在细胞体外培养实验中，证实了微凝胶内细胞存活率大于95%；并在糖尿病大鼠皮肤修复模型中，证明了搭载细胞的功能能够得到保留，以此证明结合亚稳乳液体系的载细胞微凝胶高通量制备工艺所具有的高生物相容性。   图4 使用糖尿病大鼠皮肤创伤修复模型进行载细胞微凝胶产品的功能性表征...

客座编辑 张俊英，北京航空航天大学 曹少文，武汉理工大学 许景三，澳大利亚昆士兰科技大学 张振翼，大连民族大学 主题范围 Graphite carbon nitride (g-C3N4) may be regarded as “doped” graphite in which carbon atoms are regularly substituted by nitrogen, with the layers that constitute this material being held together by weak van der Waals forces. As a metal-free, two-dimensional conjugated semiconductor, g-C3N4 has been extensively researched as photocatalyst for...

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 Core Physics Machine Learning: Science and Technology Normalizing flows for atomic solids Peter Wirnsberger, George Papamakarios, Borja Ibarz, Sébastien Racanière, Andrew J Ballard, Alexander Pritzel, Charles Blundell Altmetric Attention Score: 80   New Journal of Physics Collective response of microrobotic swarms to external threats Chun-Jen Chen, Clemens Bechinger Altmetric Attention Score: 67  ...

2022年5月20日是第23个“世界计量日”，国际计量局（BIPM）和国际法制计量组织（OIML）发布了2022年世界计量日主题——Metrology in the Digital Era（数字时代的计量）。 数字技术正在彻底改变我们的社会，计量学在科学发现和创新、工业制造、国际贸易、提高生活质量和保护全球环境方面发挥着核心作用。 为庆祝今年的“世界计量日”，IOP出版社精选出一系列与今年主题相关的前沿文章和电子书，欢迎大家阅读下载！ 精选文章 Roadmap on signal processing for next generation measurement systems Dimitris K Iakovidis et al 2022 Meas. Sci. Technol. 33 012002   Recent advances and applications of digital holography in multiphase reactive/nonreactive flows: a review Jianqing Huang et al 2022 Meas. Sci. Technol. 33   022001   STMP at 10: shaping surface metrology, measurement and phenomena for a...

本月开始，我们将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出版社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 Core Physics New Journal of Physics A very high energy hadron collider on the Moon James Beacham and Frank Zimmermann Altmetric Attention Score: 166   Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical Maxwell–Lorentz without self-interactions: conservation of energy and momentum Jonathan Gratus Altmetric Attention Score: 95   Quantum Science and Technology An environmental...

一本新的电子书概述了40多位学术作者的知识和经验，及时全面地介绍了单粒子低温电子显微镜技术。 电子书介绍 上图是钙稳态调节剂（CALHM）的两个垂直投影的低温电子显微镜图像，这种蛋白质复合体的作用是控制神经元活动、味觉信号以及抑郁症和阿尔茨海默病的病理变化。(来源：Volodymyr Dvornyk/shutterstock) 对于进入一个新的研究领域或试图掌握一种新的实验方法的研究人员来说，最新的综合参考书是最宝贵的资源之一。与研究论文或综述文章不同，书中提供了当前最佳实践的专家综述——使科学家能够更快地进行实验，获得更可靠的结果，并了解如何最好地分析和解释数据。 结构生物学的一个重要例子是单粒子低温电子显微镜，或称低温电镜（cryo-EM），自2013年以来，它使研究人员能够获得生物大分子的高分辨率 3D 结构。这种强大的表征技术由一小群具有生物物理学背景的科学家们开创，现在正成为生物化学、细胞生物学等研究领域的流行工具。 美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的Robert Glaeser与两位共同编辑和多位专家作者刚刚出版了一本题为Single-particle Cryo-EM of Biological Macromolecules的电子书。他认为：“许多不同的人正在进入这个领域，他们以前没有接受过低温电镜的培训，他们有很多细节需要了解，而没有一个地方可以让他们找到所需的信息。” 低温电镜的一大优势是它提供了一种对难以或不可能使用更成熟的表征技术来表征的大分子进行成像的方法。首先，它只需要少量的材料就能产生高分辨率结构，这使得研究因核磁共振而无法提供光谱研究所需数量的大分子复合物成为可能；而且也不需要结晶样品，这可能是尝试使用 X 射线晶体学表征大型蛋白质复合物时的主要障碍。 更重要的是，低温电镜允许将大分子包含在生化缓冲液中，这为研究其生物学功能提供了可能性。“大分子复合物有活动部件，它们是一种机器，”Glaeser解释说，“它们经历了一个包括许多中间步骤的催化循环，用低温电镜拍摄照片可以显示这个过程中的所有步骤。” 自2013年以来，该技术发展迅速，当时新一代的相机能够捕捉到第一批高分辨率图像。自那时起，该技术的分辨率已经从3.5Å提高到了优于1.3Å——这足以区分结构中的单个原子。因此，现在已经有数以万计的大分子复合物被低温电镜成像，其对生化研究的重要性得到了2017年诺贝尔化学奖的认可。 像Glaeser和他的合著者这样的早期先驱者已经投入技术开发30年或更长时间，通过测试新想法和从错误中学习，逐渐积累知识和理解。但这个领域的新人很容易对用于收集和处理数据的方法感到迷惑。Glaeser说：”他们知道拥有高分辨率结构的价值，但他们可能很难弄清楚低温电镜的使用概念和方法。” 生物物理学界的许多人认为，一本学术参考书是填补这一知识和技能空白的最佳途径。作为与IOP出版社合作出版的伙伴，生物物理学会正在寻找有关该主题的电子书作者——这有使所有内容易于在线访问的额外优势。Glaeser评论道：“相对于强迫人们去钻研文献，拥有一本权威的教科书仍然有很大的价值。这使得进入这个领域的人更容易，尤其是博士后和刚步入科研生涯的研究人员。” Glaeser认为，问题在于寻找作者。”写书的工作量非常大，我的同行们一般都忙得连一章都没时间写，更别说写出一本完整的书了。” 幸运的是，Glaeser想出了一个主意——制作一本汇集多位作者专业知识的编著。他与斯坦福大学的Wah Chiu和LBNL的Eva Nogales两位合编者一起，邀请多位顶尖学者撰写本书的各个部分，每部分约3000字。Glaeser说：”我们要求作者写他们最熟悉的主题，这样他们可以轻松地撰写文本、放置图表，并选择最相关的参考文献。” 大家的反响非常积极，几乎每个被要求写一部分的人都接受了邀请。”第一批接受邀请的人是该领域中一些最繁忙、最杰出的学者，”Glaeser说，“他们通常是最没时间写作的人，但显然对这本书的需求引发了他们的共鸣。” 三位编辑面临的巨大挑战是如何确保由大约35篇个人文章组成的书能够连贯完整地结合在一起。虽然有很多研究专著收集了不同作者的文章，但他们的目标是创造一本具有逻辑结构和单一声音的实用参考书。 Glaeser、Chiu和Nogales首先为各章以及所有部分制定了详细的大纲，并由此决定撰写每个单独章节的最佳作者。”我们对大多数人都非常了解，所以我们对他们可能写的内容有很好的了解。”Glaeser说，”我们可能会就每个部分应涵盖的内容提出建议，并提供指导方针，但在大多数情况下，我们不需要指导他们。” Glaeser还花时间阅读和编辑每个人的文章。他说：”这听起来工作量很大，但真的不是，这有助于使它成为一本书，而不是一个文章集合。另外，我从详细阅读中学到的东西和预期读者一样多。” 最终的成果是一本电子书，全面、易懂和权威地介绍了低温电镜的相关知识。除了对基本概念的清晰解释外，它还为样品制备、数据收集和分析以及结果最终验证的关键步骤提供了实用指南。 一本关于单粒子冷冻电镜的新电子书分享了多位专家学者的知识和经验，为研究人员提供对该领域的权威介绍。（来源：IOP Publishing） 这种多作者模式可能是一种非常规的出版方式，但它为作者和读者提供了几个重要的好处。首先，在许多不同的撰稿人之间分配工作，可以减少个人的负担——甚至对于负责管理流程和整合内容的三位编辑来说也是如此。Glaeser评论说：”对我和我的合作编辑来说，这很容易；对每个单独的撰稿人来说，这也很容易。” 分工合作也加快了整个过程。这本特别的电子书从最初提议到最后出版只花了两年时间，而Glaeser说，他与几个合著者写的另一本书花了长达16年的时间。这样的快速出版确保了所有内容都是最新的且与当今实验相关，也就使这些信息对正在学习使用该技术的研究人员更加有用。自2021年5月电子书出版以来，它似乎已经留下了显著的标志，有近4000次的下载量。 不过，也许最重要的是，该书提供了直接接触该领域多位专家知识和经验的机会。“真正让这本书成功的是每个章节作者提供的权威内容，”Glaeser说，“我不是什么都知道，但我认识正确的作者，他们确实什么都知道。我真的要感谢他们的无私奉献和全心全意的参与，是他们使这本书获得了成功。”

客座编辑 Robert Armstrong，英国圣安德鲁斯大学 Nuria Tapia-Ruiz，英国兰卡斯特大学 主题范围 Sodium-ion batteries represent one of the most promising alternatives to lithium-ion technology and with increasing concerns regarding the sustainability of lithium sources, are attracting growing interest. Furthermore, limitations on the availability of the transition metals used in the manufacturing of cathode materials, together with questionable mining practices, are driving...

本篇研究来自清华大学Bartlomiej Czech研究员课题组，本篇综述文章主要论述了量子力学和广义相对论看起来是互不相关的两件事：量子力学效应发生在微观系统，而相对论现象往往发生在外太空。但是从现代的观点来看，时空，这一广义相对论所研究的核心概念，是用量子纠缠粘成的。对于大部分引力系统，包括我们所在的宇宙，这种观点还没有完全建立好。可是在反德西特时空里，人们对此已经理解得很好了。这就是本篇综述的主题。 反德西特时空像一个全息图：它的所有信息都显示在一个围绕它的巨大球面上。在这个球面上，自由度之间的量子纠缠表现为反德西特时空里相应曲面的面积。在这个意义上，反德西特时空的几何就是边界球面上量子纠缠的地图。引力描述几何的动力学。所有的引力现象，不论是苹果从树上落下还是黑洞的形成，都反映了量子纠缠的性质。这篇综述详细地讨论了这一观点。 文章介绍 Quantum Information in Holographic Duality 陈博文、Czech Bartlomiej、王子之 通讯作者： ■  Czech Bartlomiej，清华大学   为什么这是一个重要的研究领域？ 每个文明都努力用各种方式尝试理解宇宙。对于世界上的每一个人来说，像苹果落地这样的引力现象构成了物质世界最亲切的体验。我们当然渴望用最深刻的方式去理解它。 现代物理学的一个核心问题是广义相对论和量子力学之间的冲突该如何调和。其中一个重要的问题就是霍金提出的黑洞信息悖论：量子力学预言落入黑洞的信息会最终辐射出来，而广义相对论的计算却表明黑洞辐射是没有信息的。通过量子信息的方式去理解引力对于最终解决这个问题是很有帮助的。 除此之外，或许从引力的角度去理解量子信息也能带来一些意想不到的收获，毕竟设计、实现量子计算机是当今科学界的一大重要问题。 图中的圆柱是反德西特时空。由彩色曲面围成的区域反映出边界上的部分量子信息。 有哪些开放性问题，或者您认为领域下一步发展会是什么？ 最突出的问题是，我们关于引力和信息论的结论能否应用于反德西特时空以外的情况。人们最关心的是德西特时空。它与我们的世界很接近，同时又足够简单，使得我们能够像研究反德西特时空一样研究它。 一个非常活跃的研究领域是利用引力和信息论的关系去解决霍金的黑洞信息悖论。近年来，这方面已有许多具体的进展。一些研究者认为量子纠缠的引力表征有时会形成所谓的“岛”。如果这些纠缠岛组成了黑洞的内部，黑洞信息悖论就可以得到解决。 量子纠缠的引力表征是一个曲面的面积。这让我们想问：什么又对应于体积？Susskind猜答案应该是量子计算复杂度。这一量子信息理论和引力的新颖联系是一个快速发展的研究方向。 除此之外，很多来自黑洞的、量子力学方面的线索表明引力不对应于某一个特定的理论，而是一系列理论的系综。这个猜想引起了很多争论，也指出了一个很重要的科研方向。 作者介绍 Bartlomiej Czech 研究员 清华大学 ● Bartlomiej Czech于2018年全职加入清华大学高等研究院，任研究员。Czech教授来自波兰。他本科就读于哈佛大学，于宾夕法尼亚大学获得物理学博士。博士后期间，他也任职于世界顶级的研究所，如斯坦福大学和普林斯顿高等研究院。工作之余，他喜欢探索北京的山脉，包括徒步、攀岩、露营以及野地滑雪。 期刊介绍  Reports on Progress in Physics  ● 2021年影响因子：17.264 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。