物理科學(xué)

基于點(diǎn)電極高純鍺探測(cè)器年度調(diào)制效應(yīng)分析的輕暗物質(zhì)搜索

清華大學(xué)工程物理系岳騫研究員和馬豪副教授等牽頭的中國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)（China Dark matter EXperiment, CDEX）合作組刷新國際暗物質(zhì)年度調(diào)制效應(yīng)研究靈敏度。研究成果發(fā)表于Physical Review Letters。論文分析了CDEX-1B實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)4年多的運(yùn)行數(shù)據(jù)，沒有測(cè)量到暗物質(zhì)年度調(diào)制效應(yīng)，并對(duì)質(zhì)量小于6000兆電子伏特（GeV）的輕暗物質(zhì)給出了暗物質(zhì)年度調(diào)制效應(yīng)分析的國際最靈敏限制。暗物質(zhì)調(diào)制效應(yīng)是由于地球周期性的公轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)使得地球在銀河系中的速度存在周期性調(diào)制效應(yīng)，從而導(dǎo)致暗物質(zhì)與探測(cè)器相互作用的事例率產(chǎn)生周期性變化，根據(jù)調(diào)制周期可分為年調(diào)制效應(yīng)和日調(diào)制效應(yīng)。

暗物質(zhì)年度調(diào)制效應(yīng)示意圖（圖片來源于清華大學(xué)網(wǎng)站）

基于年度調(diào)制效應(yīng)分析的自旋無關(guān)暗物質(zhì)排除曲線（圖片來源于清華大學(xué)網(wǎng)站）

利用“雙面超構(gòu)表面”實(shí)現(xiàn)電磁波雙向調(diào)控

南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院陳克副研究員、馮一軍教授與新加坡國立大學(xué)仇成偉教授等合作，運(yùn)用非對(duì)稱機(jī)制構(gòu)建有效的雙面超構(gòu)表面功能基元，實(shí)現(xiàn)高效的非對(duì)稱電磁波傳輸和傳播相位的全調(diào)控，并通過特定的空間序構(gòu)方式，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立、任意的雙向電磁波功能調(diào)控，研究成果發(fā)表在Advanced materials上。超構(gòu)表面通過人工設(shè)計(jì)的功能基元及其空間序構(gòu)方式來構(gòu)筑新材料，可實(shí)現(xiàn)許多自然材料所不具備的新奇超常力、熱、光、聲、電、磁等物理特性，從而形成了材料研究的新“范式”。隨著電磁超構(gòu)表面研究的深入，通過極化復(fù)用、頻率復(fù)用等方式可以實(shí)現(xiàn)電磁調(diào)控功能的擴(kuò)展與疊加，進(jìn)而形成多功能電磁超構(gòu)表面。

新型柔性鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心李江宇研究員等與合作者在柔性鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表于Advanced Functional Materials。目前柔性鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FeFET）大都基于有機(jī)鐵電材料，存在極化強(qiáng)度低、熱穩(wěn)定性差、能耗高等弊端。論文報(bào)道的全無機(jī)的柔性FeFET不僅保持操作電壓小(±6V)、功耗低、開關(guān)比高、保持性好等無機(jī)鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)，也兼具柔性耐彎折的特點(diǎn)，在反復(fù)彎折和高溫條件下仍能保持良好的FeFET電學(xué)性能。為柔性FeFET在下一代低功耗、耐高溫柔性電子產(chǎn)品中的應(yīng)用提供了新的選擇。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化卡拉曼濾波的激光光譜濾波算法研究

安徽大學(xué)周勝、李勁松等在新型激光光譜技術(shù)及其在呼吸氣體診斷領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得新進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于Optics Express。針對(duì)中紅外激光光譜技術(shù)中各種噪聲源的抑制及其對(duì)光譜數(shù)據(jù)反演引起的誤差問題，文章提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和方差補(bǔ)償雙重優(yōu)化光譜信息的自適應(yīng)Kalman濾波方法，通過將自行建立的優(yōu)化算法用于人體呼吸氣中CO吸收光譜信號(hào)處理中，結(jié)果表明基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化光譜信息的自適應(yīng)Kalman濾波算法對(duì)含噪光譜信號(hào)的降噪處理效果顯著，較傳統(tǒng)的Kalman濾波算法靈敏度可提高23倍。為解決中紅外激光光譜中技術(shù)噪聲問題，尤其是光學(xué)的干涉噪聲，提出了一種解決方法。

質(zhì)子透明性-發(fā)現(xiàn)無障礙的質(zhì)子跨膜輸運(yùn)機(jī)制

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室SF10組孟勝研究員等與北京大學(xué)物理學(xué)院的王恩哥教授、李新征教授合作，證明了二維納米格子材料石墨二炔具有極好的質(zhì)子導(dǎo)通性和選擇性。相關(guān)論文發(fā)表于Nature Communications。石墨二炔材料上合適的通道尺寸使膜兩側(cè)的水分子形成了跨膜的氫鍵結(jié)構(gòu)，可以使得質(zhì)子按照Grotthuss機(jī)理以結(jié)構(gòu)擴(kuò)散的形式實(shí)現(xiàn)跨膜質(zhì)子輸運(yùn)。相對(duì)于原子致密排列的石墨烯、h-BN等二維材料，石墨二炔上的納米孔為質(zhì)子轉(zhuǎn)移提供了極小的轉(zhuǎn)移勢(shì)壘。該研究為用質(zhì)子調(diào)控氧化物和二維材料物理化學(xué)性質(zhì)提供了新思路。

質(zhì)子跨膜傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)過程。質(zhì)子按照Grotthuss機(jī)理以結(jié)構(gòu)擴(kuò)散的形式實(shí)現(xiàn)跨膜輸運(yùn)。（圖片來源于中國科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站）

石墨二炔具有優(yōu)異的質(zhì)子導(dǎo)通性和分子選擇性（圖片來源于中國科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站）

膠體液滴蒸發(fā)引導(dǎo)的動(dòng)態(tài)結(jié)晶與相變過程

上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院陳剛教授課題組在膠體納米顆粒自組裝研究方面取得進(jìn)展，應(yīng)用同步輻射X射線小角散射（SAXS）手段，原位觀測(cè)了膠體液滴的蒸發(fā)自組裝過程，揭示了膠體粒子的結(jié)構(gòu)演變和蒸發(fā)動(dòng)力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)了膠體結(jié)晶結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和蒸發(fā)動(dòng)力學(xué)之間的密切聯(lián)系。研究成果發(fā)表于Nano Letters。膠體液滴蒸發(fā)是自然界中普遍存在的現(xiàn)象，也是一種理想的構(gòu)建大規(guī)模微納米結(jié)構(gòu)的途徑。單分散的膠體粒子可以自組裝形成有序陣列，成為功能材料的構(gòu)建模塊。然而，目前對(duì)于膠體液滴的蒸發(fā)過程尚有很多未知因素，例如蒸發(fā)動(dòng)力學(xué)與膠體結(jié)晶過程的關(guān)聯(lián)、濃度對(duì)于膠體相轉(zhuǎn)變的影響等。

中微子振蕩混合角θ13的國際最精確測(cè)量

大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)國際合作組發(fā)表大亞灣基于氫俘獲的θ13新測(cè)量，給出目前國際上最精確的中微子混合角θ13測(cè)量值，清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)參與研究。研究系列成果發(fā)表于Physical Review D。三代中微子之間的振蕩由意大利核物理學(xué)家Bruno Pontecorvo于1957年提出。日本超級(jí)神岡實(shí)驗(yàn)的梶田隆章和加拿大薩德伯里實(shí)驗(yàn)的阿瑟·麥克唐納發(fā)現(xiàn)了大氣中微子和太陽中微子振蕩的確鑿證據(jù)，并于2015年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。反應(yīng)堆中微子的振蕩作為證實(shí)中微子振蕩的最后一環(huán)，于2012年被大亞灣實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)。而此次的科研成果則給出了最為精確的測(cè)量結(jié)果。

吸聲尖劈吸聲系數(shù)的時(shí)域有限差分算法

中國科學(xué)院聲學(xué)研究所趙靜、陳志菲等人提出了基于等效流體模型的時(shí)域有限差分（EF-FDTD）算法，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出垂直入射和斜入射下多孔材料的吸聲系數(shù)，及不規(guī)則形狀多孔材料的吸聲系數(shù)，研究成果發(fā)表于Applied Acoustics。消聲室是用來做聲學(xué)測(cè)試的特殊實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)質(zhì)是在一個(gè)閉合空間內(nèi)建立的自由聲場(chǎng)。影響消聲室性能的關(guān)鍵因素是截止頻率，即吸聲系數(shù)為0.99的最低頻率。截止頻率由安裝在消聲室墻壁上的吸聲尖劈的聲學(xué)性能決定。研究人員設(shè)計(jì)模型，結(jié)合Z變換的理論，將頻域的聲波方程經(jīng)由Z域轉(zhuǎn)換到時(shí)域，進(jìn)而得到了基于等效流體模型的時(shí)域有限差分（EF-FDTD）算法。